西安电子科技大学红外物理与工程团队成功研制微型低成本便携式重建型光谱仪

西安电子科技大学光电工程学院红外物理与工程团队利用光化学重塑技术，对金纳米棒及薄膜光谱透过率进行原位调节，设计出一种微型低成本便携式重建型光谱仪。相关科研成果题为“Miniature Spectrometer Based on Gold Nanorod-Polyvinylpyrrolidone Film”近日在线发表于国际期刊《Acs光子学》。该研究首次提出了基于金纳米棒-聚乙烯吡咯烷酮薄膜的重建型光谱仪，在满足光谱仪微型化发展需求的基础上，实现了简化的器件加工工艺、降低了制造成本，对微型光谱仪的普及具有重要意义。

光谱被称为物质的“指纹”。通过对物质的透射、反射、吸收或发光光谱的分析，便可得知物质的光学特征、温度、元素成分等信息。

近年来，光谱仪的微型化发展十分迅速，相关研究成果使光谱分析得以应用于现场检测、芯片实验室等领域。光谱仪是获取光谱信息的重要工具，相比于实验室中笨重且昂贵的传统台式光谱仪，微型化、便携化的光谱仪可适用于更多场景。其中重建型光谱仪作为一种新型的光谱仪微型化策略受到广泛关注，这类光谱仪不使用复杂的机械结构以及较长的光学路径，因此可以实现超紧凑的系统设计。但是，重建型光谱仪所使用的色散、滤光器件通常需要较为复杂和昂贵的微纳制造工艺流程，这在一定程度上限制了重建型光谱仪的研究和广泛应用。

金是一种贵金属材料，物理化学性质非常稳定。而金纳米颗粒根据尺寸和形状，可以表现出独特的光学特性，其光谱吸收特征可以随着金纳米棒长度和直径比例的变化而改变。在成像传感器表面的聚合物薄膜内，嵌着一种被称为金纳米棒的棒状金纳米颗粒。该团队引入光化学重塑技术，利用金纳米棒的光热效应和再成型化学反应，在原位改变金纳米棒的长径比，从而达到改变薄膜的光谱透射率的目的。

“针对金属纳米颗粒的光热与光化学重塑现象已被广泛研究。我们发现该效应可应用于重建型光谱仪滤光器件的加工。”西安电子科技大学光电工程学院博士研究生叶云龙说，“我们将光化学重塑技术应用于金纳米棒—聚乙烯吡咯烷酮薄膜，获得了具有丰富光谱透射特征的滤光器件。”

“目前，重建型光谱仪使用的色散元件或滤波器，大多采用复杂且昂贵的微纳加工制造工艺。相比之下，利用光化学重塑金纳米棒聚合物薄膜的技术，可以实现滤光结构的低成本快速制造和灵活设计，而且这种技术并不限于金纳米棒这种材料。”团队指导教师王昱程说。

据介绍，实验验证了重建型光谱仪设计思路的可行性，所加工的样机可对600纳米至700纳米范围内的光谱具有较好的窄带和宽带光谱重建效果。