多波段微型黑碳仪

5月29日至31日，第六届亚洲大洋洲区域综合地球观测计划(AOGEO)国际研讨会在澳门大学召开。在GEO秘书处、AOGEO协调委员会联合主席、GEO中国专家委员会专家、以及现场参会代表等共同见证下，全球首套5米分辨率宽波段多光谱卫星数据集(JLS-5M)正式对外开放共享。全球用户可通过国家对地观测科学数据中心获取相关数据产品。 　　该数据集由长光卫星技术股份有限公司和中国科学院空天信息创新研究院联合研制，包含20个光谱谱段，其中主要地物特征谱段图像的空间分辨率达到5米。数据集的研制利用了吉林一号光谱01/02卫星在2020-2022年期间采集的覆盖“一带一路”沿线65个国家的L1级标准数据，采用剔除邻近像元效应的大气校正算法、场地定标与交叉定标等在轨绝对辐射定标技术以及指数产品验证进行数据集精度评价，最终构建了两期覆盖率达到90%以上、支持定量遥感应用的地表反射率产品数据集，数据量超过80TB。 　　作为国家重点研发计划国际合作专项的重要成果，该数据集有助于提高土地利用、资源管理、环境监测等领域的精细程度，进一步提升了国产优质卫星数据资源的国际影响力。 长光卫星技术股份有限公司成立于2014年12月1日，是我国第一家商业遥感卫星公司。公司由吉林省政府、中科院长春光机所、社会资本以及技术骨干出资成立，总注册资金19.7亿元。公司专注于商业航天领域，是我国第一家集卫星研发制造、运营管理和遥感信息服务于一体的全产业链商业遥感卫星公司。 中国科学院空天信息创新研究院是光电工程、航天航空和应用科技等三个主要领域兼具总体管理与技术总体职能的研究单位。中国科学院空天信息创新研究院始建于1956年的电子学研究所。

2015年7月13日由清华大学组织的关于购置“多波段热/光碳分析仪”招标项目的谈判活动于清华大学实验室处洽谈室进行，我公司派遣代表参加了此次谈判。经过紧张的谈判，最终我公司代理的由美国DRI（沙漠技术研究所）生产的Model 2015多波段有机碳/元素碳分析仪以绝对的技术优势成功中标。清华大学仪器设备采购成交通知书 DRI 2015多波段热/光碳分析仪是在原有DRI 2001A基础上进行升级，完全能满足原有DRI 2001A的技术和功能需求，不影响原有分析需求。升级之后的DRI 2015多波段热/光碳分析仪，能够更好的应用于黑碳（Black Carbon，即BC）和棕碳（Brown Carbon即BrC）的研究，并且结合其光学属性，判别BC和BrC在近红外和近紫外光区的光学性质，更好的区分机动车及生物质燃烧源，对大气颗粒物来源更准确解析。（详细资料介绍可见http://www.bmet.cn/index.php/Index/productdet/cid/131/spid/252.html） 我公司将积极完成后续的技术支持等工作，继续保持与清华大学及国内其他高校和科研单位的良好合作关系，争取为客户提供更加优质的技术支持与服务！

红外双波段光电探测器是重要的多光谱探测器件，特别是近红外/短波红外区域，相较于可见光有更强的穿透能力，相较于中波红外可以以较低的损耗识别冷背景的物体，因此广泛应用于民用和军事领域。当前红外双波段探测器主要面临光谱不可调谐，器件结构复杂而不易与读出集成电路相结合的挑战。据麦姆斯咨询报道，近日，合肥工业大学先进半导体器件与光电集成团队在光电子器件领域取得重要进展，研究团队研发了一种光谱可调谐的近红外/短波红外双波段探测器，相关研究成果以“Bias-Selectable Si Nanowires/PbS Nanocrystalline Film n–n Heterojunction for NIR/SWIR Dual-Band Photodetection”为题，发表于《先进功能材料》（Advanced Functional Materials, 2023: 2214996.）。第一作者为许晨镐，通讯作者为罗林保教授，主要从事新型高性能半导体光电子器件及相关光电集成技术方面的研究工作。该研究使用溶液法制备了硅纳米线/硫化铅异质结光电探测器（如图1（a）），工艺简单，成功将硅基探测器的光谱响应拓宽到2000 nm。基于有限元分析法的COMSOL软件分析表明，一方面，有序的硅纳米线阵列具有较大的器件面积，提升了载流子的输运能力，且纳米线阵列具有较好的周期性，入射光可以在纳米线结构之间连续反射，产生典型的陷光效应。另一方面，小尺寸的纳米线阵列可以看作是微型谐振器，可以形成HE₁ₘ谐振模式，增强特定入射光的光吸收。通过调制外加偏压的极性，器件可以实现近红外/短波红外双波段探测、近红外单波段探测、短波红外单波段探测三种探测模式的切换。器件还具有较高的灵敏度，在2000 nm光照下的探测率高达2.4 × 10¹⁰ Jones，高于多数短波红外探测器。图1 双波段红外探测器结构图及相关仿真和实验结果图2 偏压可调的近红外/短波红外双波段探测及探测率随光强的变化曲线此外，该研究还搭建了单像素光电成像系统（如图3（a）），在2000 nm光照下，当施加-0.15 V和0.15 V偏压时，该器件能对一个简单的英文字母实现成像。但是不施加偏压时，缺无法清晰成像。这表明只需要对器件施加一个小的偏置电压时，就可以将成像系统的工作区域从近红外调整到短波红外，具有较高的灵活性。图3 光电成像系统及成像结果这项研究得到了国家自然科学基金、安徽省重点研发计划、中央高校基本科研业务费专项资金等项目的资助。

近日，兰州大学教授黄建平带领科研团队研制出我国首个多波段拉曼-荧光激光雷达系统。该系统不仅可用于大气雾霾探测的研究及预警，还可用于卫星数据校正、医疗气象观测等领域，处于国际先进水平。　　&ldquo 多波段拉曼-荧光激光雷达系统用高功率激光器向天空同时发射三束激光，也就是三个波段。紫外激光与大气颗粒物作用之后，就会释放出荧光，我们利用大口径的望远镜接收被大气反射回来的信号，共有38个波段。大多国内研究中使用的少数波段，对于颗粒物的大小、形状、成分等认识还不够。&rdquo 黄建平介绍说，&ldquo 印度科学家拉曼发现了光和粒子的相互作用，在这种作用后，光的波长和频率会发生变化。对接收到的信号进行分光、提取和探测，根据其变化的多少，就可以知道这种物质的化学成分是什么，也就可以进一步分析大气污染物的重要性质，尤其是对人体有害的有机物。&rdquo 　　课题组成员黄忠伟解释说：&ldquo 大家现在都关心雾霾天气，但对于雾霾的成因、成分等问题的认识都还不够，多波段拉曼-荧光激光雷达系统能够连续工作并探测到不同高度的雾霾变化数据，而且精度很高。&rdquo 　　当前，我国在全球气候变化、空间环境监测等领域都急需大量激光雷达技术支撑，但一直依赖国外进口的高成本产品。多波段拉曼-荧光激光雷达系统的成功研制，将降低我国购置相关产品的成本。

p 2017年4月10日，湖北久之洋红外系统股份有限公司承担的国家重大科学仪器专项“现场级多波段红外成像光谱仪开发与应用”通过2017年三组一委(总体组、专家组、监理组、用户委员会)会议评审。国家科技部刘处长和武汉光电国家实验室叶朝辉院士等专家进行了现场审查，并对该专项给予高度评价。/pp　　该项目由中船重工集团组织实施，由久之洋公司承担，在去年8月份从29个审查项目中脱颖而出，或得技术高分、综合评分A级的优良评价，顺利通过中期验收。并获得2670万元的全额国家专项经费拨付。近期，该项目按照阶段审核，以优良的专业技术水平通过了项目三组一委会议评审，标志该项技术实现又获新高。/pp　　与会专家认为该项目所研制具有自主知识产权的现场级多波段红外成像光谱仪，突破了大视场迈克尔逊干涉仪设计、宽谱段分光镜分区镀膜多项关键技术，提升了我国成像光谱领域的自主创新能力和核心竞争力。目前项目在工程化与应用研究方面已经取得了阶段性成果。在海上溢油监测、有害气体检测与军事目标辐射特性研究等应用领域有着广泛的应用前景。国家科技部刘春晓处长对项目产业化前景充满信心，并对项目的验收工作寄予厚望，祝愿项目能以优异的成绩通过验收。叶院士等专家对项目的完成情况和仪器的应用开发情况表示了充分的肯定，期望项目组能在中期优秀的基础上更上一层楼，做出性能优良、高技术指标的仪器。中船重工科技部王俊利主任指出项目组以生产国际一流的仪器为己任，以工程化和应用研究为重点，进一步验证仪器在机载/舰载/车载等不同平台的工作稳定性和可靠性。在安防、反恐、环境保护、科学研究等应用领域外积极拓展。据悉该项目将于2017年9月完成研制并验收。/p

高光谱红外热成像可以获取地物的热辐射精细光谱信息，更有效地识别地物、分辨目标，在地质勘察领域发挥重大作用。12月9日，中国光学光电子行业协会理事长单位、红外分会理事长单位中国电科11所研制的多谱段长波红外探测器作为宽幅热红外成像仪载荷的核心红外器件随高光谱综合观测卫星（高分五号01A）进入预定轨道，将实现每天3次大气环境、红外全球覆盖，通过卫星的应急观测能力，实现对全球热点区域的快速高光谱重访观测，以高新红外技术，为我国航天事业发展做出新的重要贡献。2022年12月9日02时31分，长征二号丁遥四十五运载火箭在太原卫星发射中心点火升空，成功将高光谱综合观测卫星（高分5号01A）送入预定轨道，发射任务取得圆满成功，标志着高分辨率对地观测系统重大专项空间段建设任务圆满收官。高光谱综合观测卫星将在生态环境动态监测、自然资源调查与监测、大气成分探测等方面发挥重要作用。高光谱综合观测卫星搭载的宽幅热红外成像仪载荷的核心红外器件是由中国电科11所自主研制的一款多谱段长波红外探测器，探测器具有以下特点：4个长波红外谱段。8um-12.5um的长红外波段细分为4个波段，通过分裂窗的反演算法实现高精度、高稳定性定量温度反演。优于50mk的温度分辨率。在波长12.5um的红外探测器中，温度分辨率达到了国际先进水平，可以直观、清晰地迅速捕捉地表广域范围内的昼夜热红外图像。优于10%的响应非均匀性。拍摄的每一幅图像是通过扫描机构将不同区域的图像扫描拼接而成，卓越的非均匀性为百米量级数据提供了保障。该探测器的成功入轨，为我国空间光学遥感领域再添红外“新丁”，将为热红外定量遥感提供百米量级数据，提升红外数据应用效能。▲11所自主研制的多谱段长波红外探测器组件高光谱综合观测卫星是高分5号系列的最后一颗卫星。2012年起，11所开始高分5号卫星用红外组件研制工作，并经过6年努力，红外组件于2018年随高分5号01星成功发射；2021年新研制组件再次随高分5号02星入轨。2022年12月9日，我们又一次见证了载有11所探测器组件的高光谱综合观测卫星成功入轨，它既是高分5号系列的最后一颗，也是高分工程的收官星。高分5号系列卫星发展的十年，也是11所宇航用红外组件研制水平快速发展的十年。未来，11所将继续发挥自身优势，为我国航天事业的发展做出新的更大贡献。

近日，中国政府采购网发布多波段雷达协同观测试验及数据融合应用系统（一期） 招标项目公告，预算402万元。潜在投标人需于2022年06月09日09点00分（北京时间）前递交投标文件。项目详细信息如下：采购单位：中国气象局气象探测中心项目编号：ZQC-H22059项目名称：多波段雷达协同观测试验及数据融合应用系统（一期）预算金额：402.0000000 万元（人民币）采购需求：多波段雷达协同控制和数据融合示范应用平台的建设内容主要包括协同控制系统和数据融合系统建设。协同控制系统包括雷达状态管理分系统、协同策略判定及下发分系统、协同全过程展示分系统、系统仿真模拟分系统和协同知识库5个部分。数据融合系统包括数据质控分系统、产品融合与监测告警分系统、分析评估分系统和数据展示分系统4个部分。协同控制系统与数据融合系统是紧密相连、密不可分的，数据融合系统识别的强对流天气发生的时间、位置等信息为协同控制的扫描模式智能切换提供依据；协同控制获得更加全面的天气过程三维精细化结构数据，为精细化精准化产品的生成提供支撑。系统平台建设完成后不仅可以在国家级部署和使用，还可以推广部署于具备多波段雷达协同观测能力的省/市运行，使平台具备灵活的拓展能力和适应性。本项目(不接受)联合体投标。

记者从中国科学院云南天文台了解到，该台与美国亚利桑那大学研究人员合作，发现光学波段的信号可以作为探测热木星大气逃逸的探针。国际著名期刊《天体物理杂志快报》发表了这一成果。　　早在2003年，人们通过观测远紫外波段的信号，发现离主星很近的热木星大气中处在低能态的较冷氢原子以一种剧烈的形式向外逃逸。这种逃逸可对行星演化造成严重影响。　　“近几年，人们在光学波段成功探测到行星大气中较热氢原子对主星遮挡时产生的微弱吸收信号，如氢的光学波段透射光谱。”云南天文台郭建恒研究员说，然而研究者一直缺乏有力的模型，来论证这些较热的氢原子产生的吸收信号与大气逃逸之间的关系。　　郭建恒与博士研究生闫冬冬以及亚利桑那大学黄辰亮博士等人合作，基于自主开发的流体动力学逃逸大气模型和辐射转移模型，在细致地计算了冷热氢原子的分布后，模拟了热木星WASP-121b在不同观测时刻光学波段透射光谱的数据。研究表明，这颗行星周围存在数量巨大的逃逸中性氢气体，每年损失物质以10万亿吨计。这些被行星抛射的物质中，热氢原子的速度比声速更快，并造成了光学波段的吸收。这也说明，光学波段的信号可以用作探测大气逃逸探针。　　进一步研究发现，行星大气在不同时刻的吸收水平变化，反映了主星不同的活动特性，恒星更强的活动水平可导致行星大气更深的吸收。这一发现有助于更好地理解主星活动性对行星大气逃逸的影响。

p style="text-indent: 2em "近日，中国科学技术大学承担的国家重大仪器研制项目(部门推荐) “多波段脉冲单自旋磁共振谱仪研制”结题验收会在合肥召开。国家自然科学基金委员会(以下简称“基金委”)相关负责人、中科院条件保障与财务局相关负责人、项目验收专家组、项目监理组、技术验收组、财务验收组、档案验收组、中国科学技术大学相关负责人、项目组全体成员等50余人参加了验收会。验收会由基金委数理学部副主任董国轩主持。/pp style="text-indent: 2em "项目验收专家组由14位专家组成，北京航空航天大学房建成院士和中科院微电子所刘明院士分别担任验收专家组组长和副组长。专家组首先听取了项目负责人、中国科学技术大学杜江峰院士关于“多波段脉冲单自旋磁共振谱仪研制”项目研制情况的报告。杜江峰院士带领项目组历时5年时间，实现了国际上首套多波段脉冲单自旋磁共振谱仪，包括多波段复合磁共振系统、微波与射频系统、光学共聚焦系统以及控制台系统等关键系统。该谱仪实现了单核自旋量子态的探测，能够直接测量原子尺度上单个物质单元的组成、结构及动力学性质，获取被系综统计平均掩盖的个体单元独特信息，在单量子水平上更本质理解物质的结构与性质，因此在物理、信息、生物等多学科前沿领域获得重要应用。项目执行期间，采取“边研制边科研”的思路，取得了一系列重要研究成果，譬如在室温大气条件下获得了世界上首张单蛋白质分子的磁共振谱，被《科学》杂志选为当期亮点并配以专文报道，被评价为“是通往活体细胞中单蛋白质分子实时成像的里程碑”。项目组发表SCI论文67篇，其中包括Science 2篇，Nature 1篇、Nature子刊8篇和PRL15篇。相关科研进展获得2015年中国分析测试协会科学技术奖特等奖和2015年度中国科学十大进展。通过该项目，中国科学技术大学形成了一支年轻有活力的磁共振科学仪器研制团队。/pp style="text-indent: 2em "验收专家组还听取了监理组报告、技术测试验收报告、财务验收报告、档案验收报告，其中项目技术测试、财务验收、档案验收是5月10日由基金委组织专家先期完成的。随后，验收专家组和基金委相关领导一起现场考察了仪器设备运行情况。专家组对项目研制工作给予了高度评价，一致认为项目组全面完成了项目工作，取得了突出进展。/pp style="text-indent: 2em "验收会由基金委副主任谢心澄院士带队，参加验收会的还有计划局项目处谢焕瑛处长、数理科学部物理科学一处倪培根副处长，中国科学院条件保障与财务局副局长曹凝，项目依托单位中国科学技术大学副校长朱长飞等。/p

利用短波红外波段通过干燥过程分割来估计土壤含水量 土壤水分是直接影响蒸发、入渗和径流等多种环境过程的重要因素。而且，土壤水分在农业蒸散与粮食安全、湿地退化、干旱、陆气界面的能量交换等相关研究领域发挥着重要的作用。地面测量能够提供易于校准和长时间连续获取的数据，但该种方法仅针对单个小区域，难以支持空间变化研究或实地研究。基于水和土壤介电特性的巨大差异，微波遥感被广泛应用于大空间尺度的土壤水分监测，但不适用于精准农业等多种研究。热遥感可以根据地表温度来估算土壤水分，但热遥感信号不单受到土壤含水量（SMC）的影响，湿度、风速、大气条件等其他参数也会影响估计结果。而光学遥感由于其精细的空间分辨率和利用诸如MODIS、Landsat系列和Sentinel任务等卫星数据进行大尺度监测潜力之间的平衡而引起了诸多关注。目前已经提出了许多指标和模型来阐明反射率特征随SMC的变化，并利用实验室、实地、机载和卫星数据从窄带和宽带的反射率来估计SMC。这些方法/指标主要针对从饱和到风干的各级SMC；然而，作者发现饱和到风干的单一关系映射会导致准确估计的错误印象。在整个干燥过程中，光谱反射率特征和SMCs之间的回归关系不一致导致对相对较低的SMCs估计的精度较低。基于此，在本研究中， 来自南京大学、康奈尔大学和河南农业大学的研究团队提出了一种分割方法以更准确的估计SWC。作者监测了代表不同土壤特性的三种土壤样品的整个干燥过程，并通过蒸发速率变化确定其过渡点（如高SWC的阶段1干燥和低SWC的阶段2干燥）。建立了SMC估计指数，即短波归一化指数（SNI），基于辐射传输模型支持干燥过程中的SNI指数趋势。图1 实验装置示意图。利用ASD FieldspecPro光谱仪进行光谱辐射亮度采集。【结果】 图2 a) 三种土壤样品蒸发速率变化与干燥时间的关系，b) 干燥过程中三种土壤在2150 nm处的反射率变化。 c) 三种样品蒸发速率导数的最大值确定干燥阶段分割点。 图3 三种样品砂/土壤含水量与光谱反射率之间的线性和对数回归的R2，a) 石英砂，b) 圬工砂，c) 伊萨卡土壤，d) 模拟大气透射率。在 a)、b) 和 c) 中，黑色虚线标记为1680 nm和2150 nm。图4 a) 显示了SMC估计的验证结果。 b)、c) 和 d) 显示了三种样品的 建模曲线（实线）、回归曲线（虚线）和验证数据集（空心圆圈）。图5 a）SMC估计值和测量值关系图，其中SMC估计值使用SNI2在线性回归中计算，Bwater 在1980 nm处评估。 图 b)、c) 和 d) 显示了三种样品的建模曲线（实线）、回归曲线（虚线）和验证数据集（空心圆圈）。【结论】利用单一回归关系和单一指数估计整个干燥过程的SMC对所有土壤类型并不是有效的。该研究证明了利用现有方法估计SMC结果不准确，以及在分割干燥过程中估计SMC的基本原理。监测整个干燥过程中3种不同土壤样品的光谱反射率和重量，将其分为两个阶段用于训练和验证。此外，基于辐射传输模型研究不同干燥阶段所提出指数和光通过水的路径长度之间的关系，并支持了经验方法建立的回归关系，尤其是对路径长度相对较短的土壤。结果表明，在分割思想下，SMC估计值和测量值之间的相关性明显提高，尤其是在SMC较低的情况下（阶段2干燥过程）。蒸发速率变化决定了干燥过程的分割过渡点，所有的土壤类型并不是一个特定的SMC值；因此，理解蒸发和SMC变化导致的光谱反射率变化之间的关系是极其重要的。例如，在实际使用中，石英砂阶段2干燥可以忽略，但它却是伊萨卡土壤干燥的重要组成部分。SN1/SN2指数结合可以有效估计三种样品的SMC。对于阶段1干燥，利用SNI1指数在1680 nm和2150 nm处的反射率预测SMC是有效的。在阶段2干燥中，尽管使用1930-2150 nm组合的SNI2指数实现了最佳相关性，但作者认为1980 nm比1930 nm更适合实地应用。这种波段选择是为了避免强烈的大气水汽吸收，以确保足够的地面反射辐射到达飞机或卫星传感器。相对于将阶段2干燥视为阶段1干燥延续的指标，相关关系显著改善。作者得到了如下结论：1.干燥过程分割对从光谱反射率数据准确估计SMC是很有必要的，尤其是对于具有较长阶段2干燥过程的土壤。例如本研究中的伊萨卡土壤。对于与伊萨卡土壤相似的土壤，基于整个干燥过程的SMC估计可能会导致阶段1或阶段2干燥的偏差，这取决于哪个阶段有更多的训练集。2. 由于石英砂中光通过水的路径长度相对较长，因此当SMC较高时，SNI具有独特的特征。在圬工砂或伊萨卡土壤中，half-logistic型的SNI曲线不同于线性关系。当光程较长时，拟合关系应由线性回归变为对数回归。3. 在阶段2干燥过程中，利用现有卫星系统常用的光谱波段组合难以准确估计SMC；使用高光谱数据可以获得更高的精度，可以提供近强水吸收波段的数据，如1930 nm。虽然由于大气水汽的吸收，1930 nm不能在实验室外有效地使用，但稍微偏离中心的波长(如1980 nm)仍然比水吸收波段范围外的波长表现更好。

2月18日消息,Parrot宣布推出高科技微型多光谱传感器Sequoia。据了解,Sequoia是一款能够“测定不可见光”的多光谱微型传感器:它通过拍摄红外线校准图像以采集影响农作物生长的关键数据。Parrot无人机搭配Sequoia,能够让所有农业相关从事人员获取“大数据”。　　据介绍,Sequoia 能从四个不同光谱波段记录农作物图像的多光谱传感器,内置64GB存储器,可记录光照条件并自动校准四个多光谱传感器的独立亮度传感器,同时内置全球定位系统(GPS)和惯性测量元件(IMU)。　　同时,Sequoia可搭配任意款民用无人机使用,其尺寸与GoPro传感器相当。　　而搭配Sequoia 的无人机单次航行即可覆盖数百公顷,因而能够拍摄极为精细的农作物影像,识别农场哪些区域需要特别关注,通过探测养分缺乏状况改善施肥模式,可以预防和检测生物胁迫(由生物引起)从而优化使用农药,以及分析氢气压力威胁的变化以控制对农作物的灌溉,更重要的是通过分理并利用农事指标预测农作物产量。　　Parrot创始人兼CEOHenri Seydoux表示:“我们开发Sequoia的初衷是为了向农业领域提供一款精准的多光谱解决方案。它不仅需要融合先进技术,且要能够兼容市面上的固定翼无人机和多旋翼无人机。”　　目前,Parrot将外在增长策略放在商用无人机市场内领先公司的所有权权益,尤以精准农业为甚。2012年Parrot收购专业无人机公司senseFly、2013年收购航空绘图公司Pix4D,2015年对数据处理和农艺公司MicaSense与Airinovin作出的重大投资。而Parrot计划进一步融合先进软件解决方案及针对不同农作物品种的传感器技术,以成为精准农业市场上的主要参与者。

p　　微型光谱仪为什么会获得巨大的成功?不仅是因为光谱仪的小型化，而且是由于模块化概念和光纤的使用。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="01.jpg" style="HEIGHT: 269px WIDTH: 450px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/b1002693-d88e-4de6-8426-210614b0e78b.jpg" width="450" height="269"//pp style="TEXT-ALIGN: center" 微型光纤光谱仪/pp　　所有的光谱应用系统都可以概括为三个组成部分：光谱仪、光源和采样部件。/pp　　以前，我们搭建一个光谱应用系统时在在设计光路上要花费很多精力、时间和费用，如何将光照射到样品上，如何收集从样品发出的光，再将光有效地耦合到光谱仪中去？每个不同的应用都需要重新设计。/pp　　如果将光源、光谱仪、采样部件都设计成具有标准光纤接口的模块。我们只需要根据应用的需要，譬如工作的波长范围，分辨率，选择适合的光谱仪模块、光源模块和采样部件模块。然后用光纤将光从光源模块引导到采样部件模块，再从采样部件模块的另一端引导到光谱仪(如图所示)，光谱仪再将数字信号传输到电脑。不同的应用只不过是更换不同的光源模块、采样模块、光谱仪模块，无需每次都要重新设计应用系统的光路，只需用光纤将这些模块连接起来即可。由此可见光纤的重要作用。这就是为什么通常将微型光谱仪称为微型光纤光谱仪。光纤的“柔韧可弯曲性”，带来的另一个好处是可以将采样探头带到许多难于抵达的或危险的待测点，实现远程测量。/pp　　不仅如此，在作为核心的光谱仪模块上，除了有光的接口以外，还有电的通信接口，除了把光谱数据输出到电脑以外，电脑还可以向光谱仪下达各种操作和控制指令，设置光谱仪的工作条件，使光谱测量智能化。像孩子们可以用乐高积木模块搭建出各种东西一样，光纤将光谱仪模块它和其它光源模块，采样模块连接在一起，开启了智能的光谱应用的“乐高”时代。电子工程师都熟知在“面包板”上，将各种电子器件连接成完成具备某种功能的系统，现在，我们可以用光纤将各种光学模块连接成一个完整的光谱应用系统，这将引领一场技术革命。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="02.jpg" style="HEIGHT: 319px WIDTH: 450px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/ef3affb7-27f5-495d-9355-a65bdd32b584.jpg" width="450" height="319"//pp style="TEXT-ALIGN: center"模块化的微型光谱仪应用系统/pp　　strong一、光谱仪模块的选择/strong/pp　　光谱仪根据对响应波段、分辨率、灵敏度、信噪比等要求的不同，也会有不同的型号可供选择。/pp　　对于主要进行近红外光谱检测的客户来说，可以选择装配有InGaAs探测器的光谱仪，这种类型的探测器，对近红外信号的响应，远高于常规的硅基底探测器。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="03.jpg" style="HEIGHT: 200px WIDTH: 300px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/9fd16553-bf4d-4d2b-a0f7-a345f4ce61ba.jpg" width="300" height="200"//pp style="TEXT-ALIGN: center" 配有InGaAs探测器的近红外光谱仪/pp　　需要检测微弱信号的客户，可以选择面阵探测器的光谱仪，这类探测器，配合相应的光路，可以收集更多的光子，从而提高仪器的灵敏度。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="04.jpg" style="HEIGHT: 300px WIDTH: 300px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/6da67f6e-c115-45d1-b13e-ba07e35f6e75.jpg" width="300" height="300"//pp style="TEXT-ALIGN: center" 微弱信号检测光谱仪/pp　　高分辨光谱仪，通常有着更大的光学平台和较小的狭缝，能够区分临近的光谱峰位。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="05.jpg" style="HEIGHT: 238px WIDTH: 300px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/392bb941-3a35-4a9c-8b95-cd446e86a858.jpg" width="300" height="238"//pp style="TEXT-ALIGN: center" 高分辨率光谱仪/pp　　希望获得更高信噪比的用户，装备有深度制冷型探测器的光谱仪会是一个好的选择。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="06.jpg" style="HEIGHT: 263px WIDTH: 300px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/e360807d-2a4e-44e5-8537-e1903e84884b.jpg" width="300" height="263"//pp style="TEXT-ALIGN: center"strong /strong高信噪比、制冷光谱仪/ppstrong　　二、光源的选择/strong/pp　　光谱检测四个字中“光”对于整个检测而言，重要性不言而喻。一个模块化光谱应用系统大体分为三个部分：光谱仪，光源和采样附件，只需选择对应的模块，就可以实现吸光度、荧光、拉曼等检测。/pp　　模块化光谱仪的优势在于，减少搭建光谱应用系统的时间和费用，不再需要去考虑对于光路的设计，提高了使用的灵活度(使得测试应用不再局限于实验室，在线工业环境、野外等也都能轻松驾驭)，只需要更多其他模块就能实现其他的检测方案。涉及光谱的多种检测方式，如颜色检测、荧光检测、吸光度检测和辐照检测等，都需要在正确光源模块的照射或激发下，通过对样品发散出的光进行收集，并有效耦合到光谱仪中，才能实现一个完整的检测。也就是说，没有稳定光源，整个应用系统的测量是无法完成。光谱仪厂商如何帮助用户挑选到稳定、合适的光源模块满足其检测需求就显得尤为重要。/pp　　不同检测方式，决定了不同光源的挑选。根据不同波长，不同测量意图与输出形式作为参考标准，方便使用者进行选择。/pp　　按照光源的波长进行分类主要分为UV、VIS、NIR波段，即可以分为紫外、可见、红外波段的光源。这里主要针对测量应用目的：校准、激发和照明，对光源进行介绍。/pp　strong　2.1校准光源/strong/pp　　使用氘卤钨灯可以实现在紫外-可见-近红外波段为校准光谱仪系统的绝对响应提供最可靠的数据。结合相关的算法软件，可以精准的确定在210-2400nm波长范围内的光谱绝对强度值。而卤钨灯针对可见光与近红外光谱仪，可覆盖光谱范围350-2400nm。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="07.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/f854cf8e-50f6-403f-a86a-1fd0bcf997b7.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center" 氘卤钨灯/pp　　对于波长校准光源，汞氩灯适用于紫外-可见-近红外区域光谱，可以产生253-922nm的一级汞氩谱线和到1700nm的二级氩透射谱线，从而能够迅速可靠地实施光谱波长校准 氪灯、氙灯和氖灯适用于可见-近红外区域光谱，分别能够产生432-1785nm、452-1984nm、540-754nm范围的透射谱线 氩灯是专为近红外光谱仪设计的波长校准光源，通过产生696-1704nm的低压氩透射谱线，对光谱仪进行波长校准。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="08.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/cdad1280-a7ed-4521-93ad-344da9fc4033.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center" 汞氩灯/ppstrong　　2.2 激发光源：/strong/pp　　使用高闪光频率的脉冲氙灯作为激发光源，波长范围185-2000nm，覆盖了紫外-可见-近红外波段，可应用于比如吸光度检测，通过添加单波长滤光片可实现荧光检测。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="09.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/d44641a1-6f58-45d4-a0ce-4e92b9b6cca0.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center" 脉冲氙灯/pp　　使用LED光源，可以高效耦合光纤，在连续或外部触发模式下专有电子可提高稳定的高电流操作，波长范围为240-700nm，覆盖了紫外-可见光波段，是荧光检测的理想选择。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="10.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/251e7fb4-55e7-4ef2-a49c-eb04e23a546c.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center" LED光源/pp　　使用氘卤钨灯是检测不同光谱范围具有多种特征样品的理想选择，可灵活分析不同样品特性，波长范围为210-2400nm，覆盖了紫外-可见-近红外波段，可应用于吸光度检测，透反射检测。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="11.jpg" style="HEIGHT: 270px WIDTH: 300px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/d45e2ef2-7bc0-413c-9b82-c418e2cbb59c.jpg" width="300" height="270"//pp style="TEXT-ALIGN: center" 氘卤钨灯/pp　　使用高功率激光光源，激发波长分为532、638、785和1064nm等多种波长，基于其多模二极管激光器产生窄光谱线，优化了激光驱动器和热电冷却性能，其稳定性和性能大大提升，可应用于拉曼检测的激发光源。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="12.jpg" style="HEIGHT: 265px WIDTH: 300px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/861ef25d-0a69-46d0-af61-044075017c30.jpg" width="300" height="265"//pp style="TEXT-ALIGN: left"strong 　　照明光源/strong/ppspan style="FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai"　　氘卤钨灯光源，覆盖了紫外-可见-近红外波段，可应用于吸光度检测，荧光检测，透反射检测。/span/ppspan style="FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai"　　LED光源，覆盖了紫外-可见光波段，可应用于荧光检测。/span/ppspan style="FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai"　　氙灯，可覆盖紫外-可见光波段，可应用于吸光度检测，荧光检测和透反射检测。/span/ppspan style="FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai"　　卤钨灯，覆盖了可见-近红外波段，波长范围为360-2400nm，可应用于吸光度检测，荧光检测，透反射检测。/span/ppspan style="FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai"/span /pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="13.jpg" style="HEIGHT: 225px WIDTH: 250px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/f7cc7e1b-867c-4bc8-ad85-bdf9531e0c93.jpg" width="250" height="225"//ppspan style="FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai"/span /ppstrong　　三、采样附件/strong/pp　　采样附件的作用包括：采集光谱信号或者激发能量，传输信号并与样品互相作用。不同的应用，对应的采样附件也有所不同。/pp　strong　吸光度测量：/strong/pp　　a. 高浓度样品：使用短光程的采样池，提供250um，500um等短光程的比色皿及支架 /pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="14.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/56549904-4f7b-4f7a-af6f-c4a88e4ed813.jpg"//pp　　b. 低浓度样品：比如针对低浓度的流动样品，我们可以选择使用长光程的采样池，根据不同的样品浓度还可以选配250cm，500cm等的不同光程；/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="15.jpg" style="HEIGHT: 203px WIDTH: 250px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/1e44c862-0b5d-4678-8b5e-fad6fc5d6c3f.jpg" width="250" height="203"//pp　　 c. 同样针对流动样品的吸光度测试，Z形的样品流通池是比较理想的选择，同时根据测试液体的不同特性(比如腐蚀性较强、酸碱性较强等)、不同的使用环境(工业现场、实验室等)，选择不同材质及不同类型的流通池。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="16.jpg" style="HEIGHT: 226px WIDTH: 152px" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/801419c6-0b07-42e9-90fc-75288d750537.jpg" width="478" height="226"/img title="17.jpg" style="HEIGHT: 148px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/4e510bab-b504-4649-8327-cb2c315a0f11.jpg" width="200" height="148"/ img title="18.jpg" style="HEIGHT: 152px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/b437d279-cfc6-4512-aaea-2de148ffc8fc.jpg" width="200" height="152"//pp　　d. 如果环境温度对测试样品影像比较大，或者需要了解样品在不同温度下的性能差异，就需要采用控温装置对测量样品进行恒温或者变温测试，那一个简单的控温装置就能帮您解决问题。/pp style="TEXT-ALIGN: center"strongimg title="19.jpg" style="HEIGHT: 214px WIDTH: 250px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/ec6912f2-5fff-44bd-8c28-aeeacdde5c99.jpg" width="250" height="214"//strong/ppstrong　　/strongstrong气体吸光度测量/strong：White Cell/pp　　针对气体的吸光度测量，可以选择气密性较好、易存储气体的样品池，等等。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="20.jpg" style="HEIGHT: 200px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/914d2966-3fe2-43d3-be5a-403ff05b4bbc.jpg" width="200" height="200"//pp　　strong 反射测量：/strong/pp　　a. 被测样品状态?液体?固体?/pp　　针对于不同的样品状态,需要选择不同的采样装置.例如:光滑的镜面/平面固体,可以采用标准反射探头和探头支架进行反射率采集(如图) /pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="21.jpg" style="HEIGHT: 194px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/f24c6146-e269-4935-bc6f-848ea5bc9075.jpg" width="200" height="194"/ img title="22.jpg" style="HEIGHT: 159px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/d5c2b82d-7197-4ee6-b5b2-b889bceba70d.jpg" width="200" height="159"//pp　　粉末状或者颗粒状的样品可以放在托盘中使用旋转方式采集平均反射光谱(如图) /pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="23.jpg" style="HEIGHT: 200px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/bcc4d3c2-e2bf-44fd-b618-40b4037ce7c0.jpg" width="200" height="200"//pp　　在一些行业标准要求下，也会选择用积分球进行样品采集(如图) 对于液体样品，常用的方法是将探头固定在静止液面的上方。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="24.jpg" style="HEIGHT: 200px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/d917a63c-ccbf-48d7-a5c8-79b9889cd291.jpg" width="200" height="200"//pp　　b. 被测样品是平面还是曲面?/pp　　对于平面样品，通用的反射采样装置都可以直接使用，根据测样探头放置角度的不同，可测出漫反射或者镜面反射 对于曲面样品，常用的做法是采用显微镜进行固定单点检测。在曲率不大的情况下，曲面反射率检测也可以用曲面探头支架(图)对探头进行固定，从而进行测量。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="25.jpg" style="HEIGHT: 200px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/e8f44b57-e8ea-4c59-bcd8-d74bbdff0247.jpg" width="200" height="200"//pp　　c. 测量镜面反射还是漫反射?/pp　　样品的反射率包括镜面反射和漫反射。如果需要测量漫反射，通用的方法是采用积分球进行样品反射光谱收集。/pp　　如果测量镜面反射，可以使用一些固定角度的支架，如45° 固定支架(图)进行反射测量。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="26.jpg" style="HEIGHT: 200px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/c5ceb3fb-954b-446d-a9d7-73ab553645f5.jpg" width="200" height="200"//pp /pp　　d. 是否需要变角度反射率测量?/pp　　大多数样品进行反射率检测时，都采用固定角度进行检测，如90° ，45° 等。有一些特殊样品如光子晶体，在不同角度进行测试时，反射光谱(或反射率)有明显的变化，此时需要采用可调角度支架及光纤进行反射率测试。/pp　　e. 如何测出稳定/准确的反射率?/pp　　测出稳定/准确反射率需要注意三点：/pp　　1. 稳定：测量支架稳定，包括装载探头的支架本身是稳定的，探头(或其他采样附件)到样品的距离是稳定的。在实验室检测中，可以选择自重较重、有刻度、或者可以机械调节距离的支架来进行检测(图)/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="27.jpg" style="HEIGHT: 339px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/c7aa85a3-06d7-49f4-b4e7-0f5a6ff9773f.jpg" width="200" height="339"//pp /pp　　光源稳定，通常选用卤钨灯光源(图左)， 紫外测量选用氘钨灯光源(图右)/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="28.jpg" style="HEIGHT: 200px WIDTH: 220px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/e7150da7-5a0b-46b1-8f21-d49a7d795678.jpg" width="220" height="200"/ img title="29.jpg" style="HEIGHT: 187px WIDTH: 250px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/a0b74519-c47b-4754-88b6-1595d2b1f594.jpg" width="250" height="187"//pp style="TEXT-ALIGN: center" /pp　　2. 选择合适的参考标准/pp　　不同表面的样品需要选择不同的参考标准，这样测出的反射才会更加准确。例如镜面样品，可选的参考标准为铝镜(左图) 抛光面金属样品或者无机材料，可以选择硅片作为标准(中图) 粉末材料或者粗糙面样品，可以选择PTFE或者硫酸钡作为标准(右图)/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="30.jpg" style="HEIGHT: 220px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/166ef804-8599-4982-818f-7e905fecaf7d.jpg" width="200" height="220"/img title="31.jpg" style="HEIGHT: 200px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/baeddf6a-c80f-43ba-b462-b4ddadc5fd00.jpg" width="200" height="200"/img title="32.jpg" style="HEIGHT: 200px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/3a3de4f3-779a-4faa-a69e-6115e15ba8ec.jpg" width="200" height="200"//pp　　更为精确的反射率测量，还可以选择不同范围的经过标定的材料作为反射标准，/pp　　strong荧光测量/strong：/pp　　a. 什么类型的荧光测量?有机荧光?无机荧光?/pp　　对于有机荧光的激发，常用氙灯加滤光片来选择激发波长(图)，或者用激光器作为激发波长来源 /ppimg title="33.jpg" style="HEIGHT: 183px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/ee16b033-7e1e-4f86-9057-80f04349c28a.jpg" width="200" height="183"/img title="34.jpg" style="HEIGHT: 200px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/6c82f818-49dd-4084-8b8d-d0ecbd0d0782.jpg" width="200" height="200"/img title="35.jpg" style="HEIGHT: 200px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/6fff5e5c-fef6-4eb7-8a80-afb058b7ce69.jpg" width="200" height="200"//pp style="TEXT-ALIGN: left"　　无机荧光可以选用LED光源作为激发光源(图)，主要看样品需要的激发波长的能量值高低。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="36.jpg" style="HEIGHT: 342px WIDTH: 125px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/fe070088-7ee7-4157-8b36-c86fbbdd5393.jpg" width="125" height="342"//pp　　b. 样品是液体还是固体?/pp　　对于液体样品，可以放置入比色皿内进行检测，常用的方法是激发光与发射光接收呈90° ，以避免激发光干扰(左图) 如果是在线荧光检测，也可以选用荧光测量流通池(右图)/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="37.jpg" style="HEIGHT: 250px WIDTH: 250px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/72cfa1ee-627c-4c0d-80d9-fa4cc890e599.jpg" width="250" height="250"/ img title="38.jpg" style="HEIGHT: 250px WIDTH: 250px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/d91a81eb-ba4e-4d82-813c-cdc69287277b.jpg" width="250" height="250"//pp　　对于固体样品，可以采用探头或者积分球的方式进行采样，和测量反射率类似。为避免激发光干扰，可以在探头或积分球连接光谱仪一端加上高通滤光片，将激发光屏蔽，如果是上转换荧光检测，则需要加低通滤光片。/pp　　strong辐射度测量：/strong/pp　　a. 测量什么东西的辐射度?太阳?LED灯?普通光源?/pp　　户外测量太阳辐照度，通常采用余弦校正器接在光纤前端进行测量(图)，也有部分用户使用积分球进行检测，目的都是匀化被测光源，降低光纤晃动引起的测量干扰。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="39.jpg" style="HEIGHT: 105px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/c9ce126e-0c37-4d02-b7bb-d722235e91b5.jpg" width="200" height="105"//pp　　b. 检测视场角要求是什么/pp　　一般光纤的数值孔径是0.22，视场角大约是25° ，余弦校正器可以接受180° ，积分球通常认为是360° 接收角。/pp　　在一些行业内，会有对辐射监测视场角限定的要求。例如在海洋监测领域，对海面反射太阳光/海水辐射的检测会要求限定14° 或其他角度进行监测，此时可以用视场角限定片来固定光纤的接受角度(图)/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="40.jpg" style="HEIGHT: 200px WIDTH: 200px" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/30a6e100-774a-4103-9046-0d663fc1363c.jpg" width="200" height="200"//pp style="TEXT-ALIGN: right" （内容来源：海洋光学）/p

p　　近日，以中国电子科技集团公司第11研究所自主研发的多谱段集成红外探测器为核心器件的高分五号卫星正式投入使用，标志着国家高分专项打造的高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率的天基对地观测能力中最有应用特色的高光谱能力形成。用全谱段高光谱卫星对大气和陆地进行综合观测，在国际上尚属首次。br//pp　　高分五号于2018年5月9日成功发射，是国内光谱分辨率最高的卫星，可实现多种观测数据融合应用，为中国环境监测、资源勘查、防灾减灾等行业提供高质量、高可靠的高光谱数据，在中国高光谱分辨率遥感卫星应用方面具有示范作用。/pp　　中国电科11所研究员王成刚介绍，高分五号搭载的全谱段光谱成像仪和大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪的核心红外探测器组件均由中国电科11所自主研发。/pp　　全谱段光谱成像仪是我国高分辨率多光谱遥感相机中光谱范围最宽的载荷，覆盖可见、近红外、段波、中波、长波共12个波段。其中，长波四谱段分裂窗空间分辨率达到40米，为国际民用卫星最高。该载荷在环保、国土、气象三大领域的水体热污染监测、重点湖库水华和水质监测、内陆大型水体水质监测、植被覆盖度信息提取、矿物信息提取、植被长势监测、青藏高原典型冰川群及北京积雪监测、干旱遥感信息提取、局地高温监测等业务应用产品测试中取得了良好的效果。/pp　　大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪是国内首台掩星观测模式的大气探测载荷，是国内光谱分辨率最高的光谱探测器。基于大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪数据，气象用户完成了大气成分遥感监测与评价应用示范，通过对多轨数据的精确反演，获得了南极地区上空痕量气体的垂直廓线产品。/ppbr//p

光谱仪究其实质是一个“分光”仪器，现在有几种方式来实现分光功能。主流的方式是用光栅作为色散部件，将不同波长的光在空间上分开，用阵列探测器接收并输出光谱。另一种方式是用干涉仪调制入射光，用单元探测器接收被调制了的光，并输出光强随时间变化的曲线，再用傅里叶变换还原光谱，这就是傅里叶光谱仪。　　由于在UV-VIS-NIR波段，硅CCD, CMOS阵列的工艺成熟，性价比好，再加上无移动部件，可靠性好，因此，几乎无一例外地使用光栅色散，阵列探测器检测的方式。只是在波长大于900nm的近红外波段，硅材料实在无法胜任，才采用InGaAs线列探测器，但是，至少在现阶段InGaAs线列探测器还是太贵，于是才有人尝试采用傅里叶光谱技术，转动光栅技术，美国德州仪器公司的DLP(Digital Light Procession)技术，其核心是用MEMS技术制造一个微镜陈列，可以用集成电路芯片组驱动每一个微镜的方向，这样就可以用单元InGaAs探测器，使近红外波段的微型光谱仪成本下降。另一种思路是怎么把光谱仪做得更小，更便宜，干脆不用光栅分光，虽然性能不一定那么好，但是对于有些应用也许就足够了，这基本上就是用滤光片加线列探测器的方法。　　就采用光栅分光技术的微型光谱仪而言，其性能主要决定于三个方面，光学设计，光栅的选择，探测器的选用。　　光学设计又与采用的光栅种类有关，现用的光栅有反射光栅和透射全息光栅两大类，采用不同光栅的光谱仪光学设计方案有所不同。现在的主流是反射光栅，这是由于制造工艺相对成熟，因此价格也相对低一些的原因，采用反射光栅，又要做得体积小，采用折叠光路的设计就很自然了，因此，交叉光路Czerny-Turner 结构(Crossed Czerny-Turner)成为市场最流行的设计 另一类是透射全息光栅，它的主要优点是光栅效率高，导致光学系统的光通量大，对于一些测量比较微弱的光的应用，或者快速动态过程分析，不允许长的积分时间，就倾向于选择透射光栅，当然，价格相对会贵一些。　　以下我们就分析典型的交叉光路的Czerny-Turner 结构光谱仪(如图所示)。图 典型的交叉光路Czerny-Turner光谱仪结构。1为SMA 905接头，2为入射狭缝，3为长通滤光片(可选)，4为准直反射镜，5为反射光栅，6为汇聚反射镜，7为柱形汇聚透镜(可选)，8阵列探测器，9为线性可变滤光片阻挡高阶衍射光进入探测器，10为探测器的石英玻璃窗口，取代普通BK7玻璃窗口，用于工作在小于340nm的紫外波段光谱仪(可选)　　-用光纤将待测光束通过标准的SMA905接头接入光谱仪。　　-待测光束通过狭缝进入光谱仪，狭缝就是成像系统中的“物”，通常为矩形，根据应用的要求，狭缝的宽度可选，较宽的狭缝允许更多的光子进入光学系统，即系统的光通量较大，但这是以损失分辨率为代价。典型的狭缝宽度在5um-200um之间，高度为1mm。　　-从狭缝出射的光是发散的，我们希望入射光束的传播方向是可控的，不要散射到不该去的地方，导致杂散光太大，通过准直光学部件，通常是反射镜，将其变为平行光束。　　-光栅作为色散元件：这是对光谱仪性能有决定性影响的元件，不同波长的光被衍射到空间不同的方向。光栅的参数包括刻线密度，闪耀角度等，都会影响到光谱仪的性能指标，包括分辨率，波长范围，光栅效率曲线等。　　-反射镜作为光束汇聚器件，将光栅分光后不同波长狭缝的“像”汇聚到阵列探测器不同的像元上。每个像元会接收到波长范围很窄的光子(15 nm to 0.02 nm，取决于光谱仪的结构)　　众所周知，狭缝的宽度会影响到光谱仪的分辨率和响应率，　　-探测器阵列：探测器是实现光电转换的重要器件。线阵探测器上的每一个象元的读出数据对应于一个特定的波长范围，在紫外，可见光，短波近红外波段，硅CCD是目前使用最多的探测器，其性价比最好，探测器本身的噪声对光谱仪信噪比的影响。只有在900nm-2500nm的近红外波段才使用InGaAs线列探测器。　　-模-数转换电路ADC (Analog-to-Digital Converter):探测器读出电路给出的是电压模拟信号，通过ADC把模拟信号转换为数字信号，将每个像元输出的电压转换为一个特定的数字，这个读数被称为“counts”　　ADC器件性能的重要指标是它输出的数字是用多少位二进制数字来表示。一个12位的模数转换电路可以将满量程光强度用0-4096(212)个counts来表示。相应的，同样的满量程光强度，如果用16位的模数转换电路其输出则是用0-65535(216)个counts来表示。由此可见ADC器件的位数反映了光谱仪在垂直方向的“分辨率“。(如图xxx所示)ADC的位数越高其输出的读数就可以越”准确“地描述光谱的强度。　　因此，对于一个采用2048个像元的线列探测器和12位模数转换器件的光谱仪，每条光谱曲线会输出2048个波长和对应光强的数据对，每个光强的数据用一个12位数字表示。这些数据是光谱的原始数据。图 ADC的位数和垂直方向“分辨率“的关系示意图　　-光谱仪内还包括以微处理器为中心的一些电路，主要包含两部分功能。一方面，产生光谱仪CCD或CMOS探测器所需的控制时序，使探测器按用户设定的工作模式工作 另一方面，实现与PC机的通信，如从探测器中读出数据并传送到PC端。这些电路的性能，譬如，模拟电路的噪声水平、处理器的主频、缓存的大小和通信接口的速度，都会对光谱仪的整体性能有重要影响。

p　　从石器时代原始部落的祭师对灵魂的崇拜，到中世纪后期哲人对大脑意识的产生溯源，到近代解刨学家发现井然有序的大脑功能分区，再到20世纪初Santiago Cajal得到了人类第一张清晰的大脑皮层神经元的照片，直至现在神经学家通过电生理，电子显微镜，光学显微镜等手段，在亚细胞，分子，基因水平对大脑的结构和功能进行研究，神经科学(neurosciences)这一门古老的学科，直至今日，仍然是全世界投入最大，最活跃的科学研究领域之一。/pp　　限制科学家去理解和探索大脑的最主要因素是技术。每一次神经领域的重大突破，都是以技术的一次次革命与飞跃作为基础随之而来。19世纪末高尔基染色和尼斯染色技术的发明，使得单个神经元的结构得意完整清晰的呈现，并由现代神经学之父圣地亚哥· 拉蒙· 卡哈尔(Santiago Ramon y Cajal,1852-1934)总结并开创了神经元理论，至今仍是现代神经科学的基础。计算机体层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)、经颅多普勒(TCD)、单光子发射计算机断层(SPECT)、正电子发射断层扫描(PET)等无创性影像学技术的发展，使得人类对大脑整体水平结构和功能的认识不断提高，并且对于大脑创伤和疾病的治疗提供了有利的参考工具。在实验神经科学领域，以模式动物作为研究对象，避免了把人作为研究对象在有创，改造等伦理方面的限制，使得更多的技术手段得以大显身手。其中包括电生理学方面，脑电图(EEG)，多电极记录(MER)，膜片钳技术(patch clamp)等技术的发明和有效使用，得以使科学家在亚微米空间尺度(单个神经突触连接)，亚毫秒时间尺度(单次神经冲动电位)对神经元的功能进行研究。而最令人激动人心的是，近几年来蓬勃发展的光学显微成像技术，给实验神经科学带来了很多前所未有的思路和成果。2008年钱永健等人由于荧光蛋白(GFP，绿色荧光蛋白)的发现和使用，获得了诺贝尔化学奖，是对荧光成像技术的一次巨大肯定和推动。光学成像本身具有高分辨率、高通量(高速)、非侵入、非毒性等特点，再与荧光蛋白以及荧光染料等标记物在细胞中的定位与表达技术相结合，使得科学家可以特异性的分辨生物体乃至细胞内部不同结构与成分，并且能够在生命体和细胞仍具有活性的状态下(活体状态)对其功能进行动态观察。这就使得荧光成像技术成为了无可替代的，生物学家现今最为重要的技术手段之一。而随着近些年来各种新型的显微技术的出现，共聚焦显微镜(confocal microscopy)，相干拉曼成像(CARS)，超分辨率显微技术(super-resolution microscopy)，光片显微技术(lightsheet microscopy)等使得荧光显微镜的分辨率，速度，成像深度等进一步提高。/pp　　对于荧光成像技术在神经科学中应用，离不开双光子荧光显微镜(Two-photon Microscopy，简称TPM)1。目前，大多数细胞生物学，生理学研究主要还是在离体培养的细胞体系中研究。然而与细胞生物学研究有所不同的是，大脑的功能研究的整体性和原位性显得更加关键：仅研究分离的神经元无法解释神经系统的功能和规律。换句话说，必须要求神经元处在其正常生存的大脑环境中才能使其正常运转。然而，大脑是一个高度复杂的器官。即使是小鼠的大脑皮层也有将近1mm的厚度，海马，丘脑等深脑区核团更是深达3-5mm2，而且并不透明，充满了数以亿计的神经元胞体和突触，此外还有丰富的血管，粘膜(脑膜)，最外层还有厚厚的颅骨和头皮包裹。使用包括共聚焦显微镜在内的传统的荧光显微镜，由于被观测的信号会受到样本组织的散射和吸收，根本无法穿透如此深的组织进行成像。而双光子显微镜的发明，则为此类研究带来了希望。双光子显微镜特有的非线性光学特性，再加上其工作波长处在红外区域等特点，令其在生物体组织内的穿透深度大大提高3，使得双光子显微镜成为神经科学家进行活体神经成像最理想的工具。神经动作电位(action potential)本身很难被光学信号捕获，但是动作电位产生的去极化会引起神经元Ca2+浓度的变化(钙内流现象)。科学家已经开发出多种Ca离子浓度的荧光探针，进而通过这种钙离子浓度的变化引起的荧光信号的变化来反映出神经活动。于是，双光子显微镜与在体的神经元Ca离子浓度指示剂标记技术相结合，碰撞出了耀眼的火花: 使得人们可以研究处于生理状态时的动物大脑内的神经元活动4。/pp　　大脑的最重要功能是对生物体的行为活动进行调控，而反过来，最能反应大脑工作状态的同样是生物体的行为活动。所以说，为了了解大脑，研究者不仅要求在体状态下对神经元进行高分辨率观测，而且也希望生物体在被观测的阶段里，能够进行正常的行为活动。所以，在成像技术不断地提高分辨率和速度等性能的同时，科学家们也在积极开改进和革这些成像技术手段，使其进行成像时尽可能小的限制被观测对象的行为活动，以求得到最接近生理状态下的数据。但是这一目标始终存在诸多的技术瓶颈: 以啮齿类动物(大鼠或小鼠)神经元的双光子钙成像为例。早些年由于动物身体运动产生的晃动剧烈，而当时双光子显微镜成像速度又很低，所以科学家只能在麻醉状态下对头部固定的动物进行成像。后来随着成像速度的提高，并且对开颅手术技术的很大改进，使得科学家可以在清醒状态下对动物的神经活动进行观察(仍然需要头部固定)。近些年来，随着基因改造技术的突飞猛进，通过病毒转染和转基因技术，在神经元内源性表达“基因编码类钙指示剂(genetically encoded calcium indicator, 简称GECI)”成为神经元钙成像的大趋势4。这种由神经元自身产生钙指示剂的方法与之前的钙染料技术相比有着巨大的优势: 信噪比提升了一个数量级 对神经元特异性好，可以区分不同的神经元类型 并且可以在大脑神经元内持续表达数月(病毒转染)甚至整个生命历程(转基因动物)。于是，大概10年前开始，科学家就开始利用双光子成像结合GECI技术对神经元的活动和结构变化进行长期的观测和追踪，从而对记忆的形成，神经元病变等问题有了更深入的认识。其中，现在性能最好，使用最为广泛的GECI为绿色荧光钙调蛋白Gcamp家族4。目前已经改进到第六代，Gcamp6f，Gcamp6f已经成为神经成像里最受欢迎的指示剂之一。目前科学家最流行的对小动物行为过程中大脑活动进行成像的方法，是将虚拟现实与双光子成像相结合，在动物头部被固定的情况下，在其眼前制造影像，让动物认为自己处在”真实“的环境之中5。通过小鼠四肢在类似跑步机或者鼠标滚球上的运动来模拟其真实活动。以求达到研究神经元在动物行为中所起到的作用(如图1)。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/e167bfbc-be4e-4b26-aa38-6f15b1fdca08.jpg" title="1.png" width="600" height="429" border="0" hspace="0" vspace="0" style="width: 600px height: 429px "//pp style="text-align: center "图1 双光子成像结合虚拟现实场景，对头部固定，身体活动的动物进行研究。图片来自sup5/sup/pp　　然而，这种虚拟现实加头部固定成像的方法，已经遭到许多科学家的质疑。人们认为，头部固定的动物在实验期间一直处在物理约束和情绪压力下，因此无法证明神经元对外界的响应在虚拟现实和自由探索下是等价的。更重要的是，许多社会行为，比如亲子护理，交配和战斗，都不能用头部固定的实验来研究。如何在动物自由活动的时候，直接对其神经元进行成像，是神经科学家还未能得到解决终极的诉求。/pp　　一个理想的解决方案是开发微型荧光显微镜直接固定在自由活动的动物身上，让动物“带着显微镜跑”6。这种尝试大概从20年前开始。起初，科学家只是将一根或几根光纤插到小鼠头上，用以激光导入和荧光信号采集。然而，这种方式而只是记录某个区域内信号的总和，不具有空间分辨率，算不上真正意义上的成像。在最近的十几年里，由于光学，电子，材料技术的发展，人们开始尝试研制真正意义上的微型显微镜。其中，微型单光子宽场显微镜(miniature wide-field microscope)，由于其原理与结构相对简单，是目前人们主要尝试研制的微型显微镜技术。例如由Ghosh及其同事开发的显微镜，通过将小型LED光源，微型CCD和自聚焦透镜整合到一个小于25px3的框架之中，研制出了一个重量为1.9g的微型宽场显微镜。该技术被用于研究大脑海马区place cell等与记忆和本能相关的实验当中7。然而，宽场成像方式由于不能很好的对离焦区域的背景信号进行过滤，并且对光的散射敏感，所以其无法达到细胞分辨率。更难以对更精细的诸如树突，轴突，树突棘等结构进行观察。所以一直难以达到神经科学家满意。/pp　　于是，从大概15年前开始，世界上一些研究和开发双光子成像技术的研究组开始尝试将双光子显微镜这种在神经成像领域已经获得广泛应用的技术进行微型。然而，目前只有为数不多的几个课题组报道了他们在微型双光子显微镜研制方面的进展: 在2001年，Denk等的工作被认为是研制微型双光子显微镜的第一步8。然而，它仍然太过“巨大”(长7.5厘米，重25克)，而且成像速度很慢(2 Hz 128x128的尺寸下速度为2 Hz， 512x512的尺寸下为0.5 Hz，如图2a)。之后，其他一些课题组相继报道了不同的微型双光子系统。 Helmchen课题组在2008年报道了他们的微型双光子系统，仅重0.9克9。它实现了512X512幅面下的8 fps的成像速度速度，并展示了利用该系统实现的大鼠在体钙成像信号。然而，从展示的效果来看，其空间分辨率极低，而且并没有实现真正的自由运动下的成像(如图2b)。Mark Schnitzler课题组在2009年也发表了他们的微型双光子系统10。他们的系统首次使用了微机电扫描镜(MEMS)来进行扫描，并将Z聚焦模块集成在了探头之中(如图2c)。但是扫描频率仍然很低(400x135约为4Hz) 空间分辨率也远远达不到要求(横向1.29 μm，轴向10.3 μm)。这些方面限制了其在神经元细胞核亚细胞水平成像中的应用。 Kerr课题组在2009年展示了它们的系统11，跟之前的微型双光子显微镜相比较，由于应用了微型透镜组构成的微型物镜(NA达到了0.9)，这套系统的空间分辨率更高。然而，这套探头的重量也随之提高(5.5g)。此外，由于其仍然使用振动光纤的方式来进行扫描，所以其成像速度仍然比较慢。(对于64x64为10.9Hz，对于理论上的512x512为1.25Hz)(如图2d)。此外，还有一个之前所有的微型双光子系统都没有解决的问题。由于微型双光子显微镜一般需要利用光纤将飞秒激光导入到探头之中，而光纤由于存在诸如色散、截至模式、导通带宽等一系列限制，所以某一款光纤一般只允许一定带宽(一般为几十纳米)和特定中心波长的光传播。那就需要在制作微型显微镜的时候，结合使用的荧光指示剂所需要的激光波长对光纤进行选择。但是，目前商业化的，可以用来进行飞秒光传输的空心光子晶体光纤(hollow-core Photonic Crystal Fiber， HC-PCF)种类非常有限。例如，全球最大的光子晶体光纤生产商NKT公司仅提供中心波长为800nm，1030nm，1300nm和1550nm的HC-PCF。所有现有的微型双光子显微成像系统都是基于这几款光纤所限定的中心波长进行开发的。但是很遗憾的是，本文上述所提到的目前最广泛使用的GcamP指示剂需要920 nm的激光进行激发。所以先前的所有微型双光子都不能对Gcamp进行有效的成像。这限制了微型双光子显微镜的发展。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/4c1d7c1d-53eb-4a41-96d0-98ecb5ebda8d.jpg" title="2.png"//pp style="text-align: center "图2 微型双光子发展史上的几个典型工作。a、b、c、d分别选自参考文献sup8、9、10/sup和sup11/sup/pp　　之所以这些早期的微型化双光子显微镜都无法得到真正的使用和推广，其原因在于，若要制造出具有实用价值的微型双光子显微镜，比研制单光子微型显微镜复杂和困难的多得多。微型双光子显微镜需要需要解决如下几个关键技术难题：/pp　　1 如何将飞秒激光有效的导入微型显微镜 /pp　　2 如何在微型显微镜内进行扫描/图像重建 /pp　　3 如何在微型显微镜中进行高质量的激光汇聚，高效激发双光子信号。/pp　　4 如何有效的对荧光信号进行收集 /pp　　5 如何使整个系统在动物剧烈运动时仍保持稳定/pp　　6 在满足前5项条件下，重量是否足够轻，以致尽量小地对动物的活动造成影响 /pp　　本文作者所在的课题组，是由北京大学分子医学研究所、信息科学技术学院、动态成像中心、生命科学学院、工学院联合中国人民解放军军事医学科学院组成跨学科团队。我们在程和平院士的带领下，在国家自然科学基金委国家重大科研仪器研制专项《超高时空分辨微型化双光子在体显微成像系统》的支持下，历经三年多的协同奋战，成功研制了新一代高速高分辨微型双光子荧光显微镜，并将其取名为FHIRM-TPM。原始论文于5月29日在线发表于自然杂志子刊Nature Methods (IF 25.3)12。在这项成果中，我们解决了上文所提及的早先微型化双光子显微镜研制中存在的问题，获取了小鼠在自由行为过程中大脑神经元和神经突触活动清晰、稳定的图像。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/0418a0a6-f357-4e18-91b0-ef1c23d670bd.jpg" title="3.png" width="600" height="470" border="0" hspace="0" vspace="0" style="width: 600px height: 470px "//pp style="text-align: center "图3 FIRM-TPM示意图，来自sup12/sup/pp　　新一代微型双光子荧光显微镜体积小，重仅2.2克，适于佩戴在小型动物头部，通过颅窗实时记录数十个神经元、上千个神经突触的动态信号。在大型动物上，还可望实现多探头佩戴、多颅窗不同脑区的长时程观测。相比单光子激发，双光子激发具有良好的光学断层、更深的生物组织穿透等优势，所以成像质量远优于目前领域内主导的、美国脑科学计划核心团队所研发的微型化宽场显微镜。其横向分辨率达到0.65μm，与商品化大型台式双光子荧光显微镜可相媲美 采用双轴对称高速微机电系统转镜扫描技术，成像帧频已达40Hz(256*256像素)，同时具备多区域随机扫描和每秒1万线的线扫描能力。最为重要的是，FHIRM-TPM克服了先前限微型双光子显微镜应用的两个障碍。首先，我们定制设计的HC-PCF为 920纳米飞秒激光脉冲提供了无畸变传输，这种改进让有效的激发例如Thy1-GFP和GCaMP-6f等常用荧光指示剂成为可能。第二，由于双光子点扫描显微镜的高空间分辨率和层切能力，安装到动物头上的微型双光子显微镜非常容易受到运动伪影的影响。为了解决这个问题，我们对整个系统进行了充分的优化：(a)使用柔软的新型光纤束SFB来使得动物运动引起的扭矩和拉拽力最小化，并不降低光子收集效率 (b)采用独立的可旋转连接器来连接光学探头上的光纤和电线，以使动物在自由探索期间线的扭曲和缠绕最小化 (c)使用高速成像以减少运动引起的帧内模糊。此外，我们在实验之前预先训练动物适应安装在其头骨上的微型显微镜，并滴加1.5%低熔点琼脂糖使其充满物镜和脑组织之间，这些措施都显著降低了探头与大脑之间的相对运动，进而改善了实验短期和长期的稳定性，于是实现了在动物进行包含大量身体和头部运动的行为学试验中中进行高分辨率成像。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/0d8849db-62d7-4fdd-b7e0-4e572b3a1b03.jpg" title="4.png" width="600" height="437" border="0" hspace="0" vspace="0" style="width: 600px height: 437px "//pp style="text-align: center "图4 FIRM-TPM实物图，来自sup12/sup/pp　　树突棘活动是神经元信息处理的基本事件，利用台式双光子显微镜在头固定的动物上的研究表明单个神经细胞的不同树突棘可以被不同朝向的视觉刺激或不同强度频率的声音刺激所激活。FHIRM-TPM实现了与传统的大型的台式双光子显微镜相同的分辨率和光学层切能力。与微型宽场显微镜相比，FIRM-TPM的高空间分辨率，固有的光学切片能力和组织穿透能力以及相当的机械稳定性都是极有优势的。所以虽然通过微型宽场显微镜可以获得数百个神经元在细胞水平上的活动，但是我们的 FHIRM-TPM无疑提供了一个更加强大的工具，即在自由活动的动物中对更加基本的神经编码单位——树突棘的时空特性进行观测。它能够在对小鼠依次进行的行为学试验(例如悬尾，跳台，以及社交行为)的过程中长时间观察位大脑中的神经元胞体、树突和树突棘的活动。这些功能的展示充分证明了FHIRM-TPM具有良好的性能和稳定性。未来，与光遗传学技术的结合，可望在结构与功能成像的同时，精准地操控神经元和大脑神经回路的活动。微型双光子荧光显微镜整机性能十分稳定，可用于在动物觅食、跳台、打斗、嬉戏、睡眠等自然行为条件下，或者在学习前、学习中和学习后，长时程观察神经突触、神经元、神经网络、远程连接的脑区等多尺度、多层次动态变化。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/90a13003-d9fd-404d-8df3-64926f598012.jpg" title="5.png" width="600" height="283" border="0" hspace="0" vspace="0" style="width: 600px height: 283px "//pp style="text-align: center "图5 三种模式在结构学成像中的成像质量对比，来自sup12/sup/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/44bc19d8-0a51-4583-8784-2f9240ac1cdd.jpg" title="6.png"//pp style="text-align: center "图6 FHIRM-TPM在三种不同的行为学范例对小鼠大脑皮层神经元活动进行成像，来自sup12/sup/pp　　从2001年Denk发表第一篇微型双光子显微镜的原型机以来，微型双光子显微镜的发展已经走过了15年的时间。15年的发展历程，微型双光子显微镜从最开始的25克笨重的身躯，只能在分离的组织中进行验证性的实验8到如今重量仅两点几克重，可以对自由活动的小鼠神经元进行树突棘级别的成像，可以说取得了一定的进步。然而，在看到这个领域取得的成就的同时，也应看到，至今为止，微型双光子显微镜还未像共聚焦显微镜或者是荧光光片显微镜一样被生物学家广泛认可和应用。而后者(光片显微镜)的发展时间更短(2008年Science的一篇文献一般被认为是现代荧光光片显微镜镜的开端13)。究其原因，除了技术本身的限制以外，整个研究领域的气氛和投入，也是重要的影响因素之一。/pp　　纵观这15年来微型双光子显微镜的发展道路，开疆拓土者有之 改革创新者有之 另辟蹊径者有之 浑水摸鱼、指鹿为马者亦有之。然而遗憾的是，愿意心无旁骛、全情投入者鲜有之 有意愿和能力建立为这个研究的领域建立范式者亦鲜有之。而中国，在不久前在这个领域基本上属于完全的空白。更不要说什么领先世界。/pp　　然而令人十分兴奋的是，中国国家基金委国家重大科研仪器设备研制专项在2014年正式将“超高时空分辨微型双光子在体显微成像系统”立项。以5年七千两百万人民币的研究经费对这一项“世界上做的还并不怎么好，中国基本没人做过”的技术进行攻关研发。这样的大力投入无疑为这一领域注入了新鲜血液和十足动力。而我也有幸在博士五年期间全程参与了这个项目的工作。从2012年来到该项目首席负责人程和平院士和陈良怡研究员的联合课题组至今，我见证了这个项目从无到有，团队从幼小稚嫩到壮大成熟的整个过程。如今，我们有了初步的成果，不仅让我们这样一支完全由中国本国科研工作者建立的团队在世界上处在了较为领先的位置，同时也把这个领域向前推动了一些，我感到无比激动和自豪。/pp　　该成果在2016年底美国神经科学年会、2017年5月冷泉港亚洲脑科学专题会议上报告后，得到包括多位诺贝尔奖获得者在内的国内外神经科学家的高度赞誉。冷泉港亚洲脑科学专题会议主席、美国著名神经科学家加州大学洛杉矶分校的Alcino J Silva教授在评述中写道，“从任何一个标准来看，这款显微镜都代表了一项重大技术发明，必将改变我们在自由活动动物中观察细胞和亚细胞结构的方式。它所开启的大门，甚至超越了神经元和树突成像。系统神经生物学正在进入一个新的时代，即通过对细胞群体中可辨识的细胞和亚细胞结构的复杂生物学事件进行成像观测，从而更加深刻地理解进化所造就的大脑环路实现复杂行为的核心工程学原理。毫无疑问，这项非凡的发明让我们向着这一目标迈进了一步。”/pp　　1. Denk, W., Strickler, J. & Webb, W.Two-photon laser scanning fluorescence microscopy. Science248, 73-76(1990)./pp　　2. Gewin, V. A goldenage of brain exploration. PLoS Biol3, e24 (2005)./pp　　3. Zipfel, W.R.,Williams, R.M. & Webb, W.W. Nonlinear magic: multiphoton microscopy in thebiosciences.Nat Biotechnol21, 1369-1377 (2003)./pp　　4. Chen, T.W. et al.Ultrasensitive fluorescent proteins for imaging neuronal activity. Nature499, 295-300 (2013)./pp　　5. Minderer, M.,Harvey, C.D., Donato, F. & Moser, E.I. Neuroscience: Virtual realityexplored. Nature533, 324-325 (2016)./pp　　6. Hamel, E.J., Grewe,B.F., Parker, J.G. & Schnitzer, M.J. Cellular level brain imaging inbehaving mammals: an engineering approach. Neuron86, 140-159 (2015)./pp　　7. Ghosh, K.K. et al.Miniaturized integration of a fluorescence microscope. Nat Methods8, 871-878(2011)./pp　　8. Helmchen, F., Fee,M.S., Tank, D.W. & Denk, W. A Miniature Head-Mounted Two-Photon Microscope.Neuron31, 903-912 (2001)./pp　　9. Engelbrecht, C.J.,Johnston, R.S., Seibel, E.J. & Helmchen, F. Ultra-compact fiber-optictwo-photon microscope for functional fluorescence imaging in vivo. Optics Express16, 5556 (2008)./pp　　10. Piyawattanametha, W.et al. In vivo brain imaging using a portable 2.9 g two-photon microscope basedon a microelectromechanical systems scanning mirror. Optics Letters34, 2309(2009)./pp　　11. Sawinski, J. et al.Visually evoked activity in cortical cells imaged in freely moving animals. Proceedings of the National Academy ofSciences106, 19557-19562(2009)./pp　　12. Zong, W. et al. Fasthigh-resolution miniature two-photon microscopy for brain imaging in freelybehaving mice. Nat Methods (2017)./pp　　13. Keller, P.J.,Schmidt, A.D., Wittbrodt, J. & Stelzer, E.H. Reconstruction of zebrafishearly embryonic development by scanned light sheet microscopy. Science322, 1065-1069 (2008)./p

2023年4月4日，生态环境部在北京举行高光谱观测卫星在轨投入使用仪式。上海技物所研制的可见短波红外高光谱相机(AHSI)经过在轨测试交付用户投入业务应用。 　　AHSI是2021年发射的高光谱观测卫星主载荷之一，可实现2.5到10纳米光谱分辨率、30米空间分辨率、60公里幅宽，能够同时获取地物从0.4到2.5微米波段范围内的高光谱影像信息，是我国首台可在轨动态配置的宽幅宽谱高光谱相机。 　　测试结果表明，AHSI获取的图像清晰，光谱和辐射定量准确，空间结构和光谱反映能力强。与国际同类载荷相比，其综合性能达到国际领先水平。相机在河流/水库/湖泊等不同体量内陆水体的各类水质参数提取、矿区周边生态胁迫、植被精细分类和植被指数反演、大宗固体废弃物遥感监测、海洋生态环境监测、点源甲烷探测等生态环境应用方面，以及在矿物信息精细提取、作物种类识别和生长参数反演、区域产草量等行业应用方面，均具备突出的在轨应用能力，为我国水环境监测、自然生态监测、碳排放监测以及生态环境监管等主体业务提供了国产高精度高光谱数据保障。 　　目前，AHSI正与同为上海技物所研制的资源02D、资源02E、高光谱综合观测卫星同类载荷组网协同观测，使我国拥有当前国际上时-空-谱综合观测性能最强的高光谱对地遥感能力，有效服务于我国环境质量监管和自然资源调查等重大需求。AHSI获取的武汉市(2022年5月)的可见近红外光谱立方体(左)和短波红外光谱立方体(右)南四湖、太湖、滇池水质叶绿素a浓度反演结果通过矿物识别分层谱系、光谱特征归一化与光谱特征综合法以及光谱分解法进行矿物信息提取。图为测试区高光谱矿物填图。测试区农田土壤类型调查。图(左)为假彩色合成原始影像，图(右)为测试区农田土壤类型遥感监测识别结果图。煤炭工业园区内的煤矿矿井开展甲烷泄漏监测

一、摘要波段收集技术通过观测用户自订的吸光波段来净化化合物。数据以单一轨迹形式展示，以便于实现更有效的分析收集。此外，应用信号处理技术可消除由于溶剂吸收紫外线导致的基线漂移现象。二、概述CombiFlash系统中波段收集功能能够计算光电二极管阵列检测到的所有波长的平均吸光度。通过对信号进行处理，可以消除由溶剂吸收引起的基线漂移现象。这样便产生了一个单一的图谱或是色谱信号，使得多功能液相色谱或快速色谱系统中的分部收集程序能够精确地收集以纯化产物。在以下情况下，波段检测显得尤为重要： n化合物或是分析物光谱未知时，例如从自然产品中提取的化合物。n当 一混合物包含多种不同的吸光度的混合物，单一波长无法识别混合物中所有化合物时。n当洗脱溶剂的吸收光谱与所需化合物的吸收光谱重叠时。n当具有相似光谱的化合物使检测器过载，从而难以正确分离化合物时。 CombiFlash系统的波段检测技术显著提升了自动化提纯化合物的能力。以下是几个示例以说明这些技术改进的优势。示例1：(化合物）混合物图1：色谱图展示了使用二醇柱和波段收集技术提纯的叶绿素 (A)、咖口非因和儿茶素 (B) 以及单宁酸 (C)。这些化合物具有不同的光谱，但都能通过波段收集技术被检测到。 示例2：未知光谱图2：使用波段收集技术检测儿茶素 (A) 以及咖口非因 (B) 和其他儿茶素类化合物 (C)。 图3：图2中分离的化合物的紫外吸收图谱。在图2中，大部分儿茶素家族化合物不吸收254nm波长的紫外线，但波段收集技术却能够成功检测并分离该族化合物。这一技术手段在处理自然产物时显得特别有效，因为在进行最终纯化之前，我们通常无法了解目标化合物的吸光度情况。通常完成分子鉴定之前，我们尚未了解某特定分子的吸光度。波段收集技术特别适纯化吸收光谱未知的化合物，因此此技术在处理天然物显得特别有效。溶剂光谱与化合物光谱重叠乙酸乙酯和二氯甲烷是快速色谱中常用的两种溶剂。它们都能吸收250 nm以下的紫外光，这会干扰在此波长范围内同样具有吸收能力的化合物的检测，特别是在使用梯度洗脱时尤为明显。这种不断变化的基线也会妨碍分部收集器准确切割分部的能力。图4：使用二氯甲烷/甲醇梯度，通过波段收集技术纯化葡萄糖五乙酸酯。葡萄糖五乙酸酯在210nm波长的吸光能力较弱，在图谱上其吸收更进一步被二氯甲烷影响，因二氯甲烷也会吸收210波长（参见图4）。当二氯甲烷的浓度降低时，基线会向下漂移。这种漂移通常会干扰传统的分部收集程序，但在波段收集技术面前，这并不是问题。波段收集能够有效地滤除基线漂移，从而为CombiFlash系统中的分部收集器提供一个稳定的基线。 样品过载检测器在快速色谱中，样品负载过高导致吸光度饱和检测器是常见情况。若化合物洗脱时间相近，这种饱和现象会使得分部收集器无法准确分离化合物，因为饱和峰会被误认为一个大的单一峰。图5：使用波段收集技术纯化紧密洗脱的饱和峰。 波段收集技术能够测量用户选定光谱范围内的平均吸光度，因得以观测到未饱和的光谱，我们进而得以精准切割分析物的吸收峰。在图5中，通过波段收集技术成功纯化了过载且重叠的儿茶酚和间苯二酚峰。 纯化具有相同特性吸收峰的多种化合物由于波段收集技术的检测范围可以调节， 使用者可以轻松分离出具有特殊吸收波段的那些化合物。这项技术允许仅仅收集我们感兴趣的特定化合物。虽然我们可以选择一个单一波长来完成这项任务，但波段收集技术可以设定一个特定的波长范围，以收集一系列结构相近的化合物。 图6: 单一波长技术可分辨三种吸收254紫外光的化合物。而图7则展示了利用波段收集技术进行选择性纯化的过程，其中化合物1和3在295 nm至325 nm的波长范围内有吸收而化合物2不吸收该波段波长。图6：在254 nm处纯化化合物。图7：运用波段收集，在295至325 nm区间内选择性提纯化合物。三、波段收集技术参数设置建议波段收集技术的参数设置位于CombiFlash系统的方法编辑器界面。启动波段收集功能后，便可配置检测器的各项参数（参见图8）。可配置的参数包括波长范围（用以滤除溶剂或非目标化合物）、峰宽度、斜率以及阈值。当波长范围包含无吸光度的区域虽然会降低波段收集的灵敏度，但依旧能够实现化合物的收集。此外，使用波段收集时，建议同时启用一个可以观测到大多数分析物（包含杂质）吸收光谱的单一检测器。图8：波段收集和单一波长收集的检测参数。四、波段收集技术参数示例案例1：溶剂在侦测波长范围内无吸收若选定波长范围内溶剂无吸收，可将峰宽设为最长八分钟。这一设置同样适用于等度洗脱，因基线稳定，即使溶剂吸光度落在波段收集选定范围内，仍适用此设置。图1展示了按此技术进行纯化的情形。案例2：溶剂在波长范围内有吸收如溶剂在选定检测器范围内吸收（参见图4），则需将波段收集的峰宽设置为单一波长检测器峰宽的两倍。参见图8示例。此参数有助于减少溶剂干扰（参见图9和图10）。图9：使用庚烷：丙酮梯度在280 nm收集儿茶酚和间苯二酚。基线随着丙酮比例的增加而漂移。图10：使用波段收集技术在庚烷：丙酮梯度中收集儿茶酚和间苯二酚。波段收集技术过滤掉了大部分基线漂移。五、结论波段收集技术对于纯化未知吸光度或被溶剂掩盖吸光度的化合物木及具价值。该技术能够有效分离那些吸光度超出检测器承载范围的峰，从而提升了CombiFlash系统的自动化和无人值守操作特性。

光谱学是测量紫外、可见、近红外和红外波段光强度的技术。光谱测量被广泛应用于多种领域，如颜色测量、化学成份的浓度测量或辐射度学分析、膜厚测量、气体成分分析等领域。　　在上世纪九十年代以来，微电子领域中的多象元光学探测器(例如CCD，光电二极管阵列)制造技术迅猛发展，使生产低成本扫描仪和CCD相机成为可能。美国海洋光学公司的微型光纤光谱仪使用了同样的CCD(CCD光谱仪)和光电二极管阵列探测器，可以对整个光谱进行快速扫描，不需要转动光栅。　　微型光纤光谱仪通常采用光纤作为信号耦合器件，将被测光耦合到光谱仪中进行光谱分析。由于光纤的方便性，用户可以非常灵活的搭建光谱采集系统。其优势在于测量系统的模块化和灵活性，且测量速度非常快，可以用于在线分析。而且由于采用了低成本的通用探测器，降低了光谱仪的成本，从而也降低了整个测量系统的造价。　　微型光纤光谱仪基本配置包括包括一个光栅，一个狭缝和一个探测器。这些部件的参数在选购光谱仪时必须详细说明。光谱仪的性能取决于这些部件的精确组合与校准，校准后光纤光谱仪，原则上这些配件都不能有任何的变动。那么微型光纤光谱仪在选型时有哪些必须要注意的呢？　　① 光学分辨率　　光学分辨率是配置微型光纤光谱仪时经常被考虑的主要因素之一。当用户为了追求微型光纤光谱仪的高分辨率时，在选型时会选择具有尽可能多像元数探测器的微型光谱仪。而实际上光学分辨率不仅仅由探测器的像元数决定，还与狭缝宽度和光栅的刻线密度有关。所以当讨论分辨率时，通常用色散或用波长范围除以像元数。　　半高全宽值(FWHM)，即最大峰值光强一半处所对应的谱线宽度是一种表述分辨率更好的方法(见上图)。用FWHM可以对不同光谱仪的实际光学性能进行直接对比。用这种表示方法可以避免一些缺陷，例如：有的光栅并没有用到全部像元 采用交叉式Czerny-Turner光路设计的光谱仪中，光学系统不能把狭缝清晰地成像在探测器上，这是由于光路中过大的反射角和固有的系统放大倍率造成的。 　　② 灵敏度　　灵敏度是配置光谱仪时所需要考虑的另一个因素。现在的主流微型光纤光谱仪都采用线阵探测器，所以灵敏度跟像素数没有任何关系。但面阵探测器例外，因为面阵探测器在垂直方向的每个像素都会被累积，在某种意义上垂直方向上的所有像素的累积可以被看成一个更大的像素。因此，在考虑某种应用对灵敏度的要求时，更重要的是看探测器的响应曲线。下图中给出了海洋光学微型光纤光谱仪采用的两种典型探测器的灵敏度响应曲线。　　③信噪比　　信噪比也是选配微型光纤光谱仪的一个因素。对于CCD光谱仪，较高的灵敏度导致了较低的信噪比。在一定范围内，可以通过对光谱进行多次平均来提高信噪比。平均次数的平方根恰好是信噪比提高的倍数。例如，光谱平均100次，信噪比能提高10倍。有些应用需要较高的信噪比，此时用户应当比较在光谱仪中的光学平台和探测器的综合信噪比。需要强调的是，用户一定要搞清楚厂家给出的信噪比是不是整个光谱仪系统的信噪比，因为只有整个光谱仪系统的信噪比才是最重要的。一个信噪比高的探测器配一个性能不高的光路，那么它的高信噪比就没有实际意义。比较不同探测器和微型光纤光谱仪间的信噪比的比较好的方法是：测量100次，然后对每个像元计算平均值和标准偏差，信噪比等于平均值除以标准偏差。测量信噪比时，信号强度应当接近饱和，并设置正确的平滑值(如果需要的话)。　　④ 光栅选择　　光栅选择是最比较复杂的。通常有两个因素决定了光栅的选择：波长范围和光学分辨率。波长范围受限于所选择的探测器或光栅，或二者都有。光学分辨率不仅受限于光栅，还受限于狭缝宽度和探测器的像元数和像元尺寸。还要考虑第三个因素，即光栅还会影响系统的灵敏度，这是因为不同的光栅的闪耀波长(即最高效率)位置各不相同。当对系统进行最优化配置时，最好查看一下光栅的效率曲线。下图中是海洋光学微型光纤光谱仪采用的几种典型的600线/mm光栅的效率曲线，效率最高点从紫外区到近红外区。　　⑤ 狭缝　　狭缝了也是选配微型光纤光谱仪的一个因素。微型光纤光谱仪有多种狭缝尺寸供您选择，狭缝安装在光纤接头处(见图)，并且被永久的固定在光谱仪上。有两点需要记住，狭缝越小，光学分辨率越高 狭缝越大，进入光学平台的光通量越多，即灵敏度越高。从本质上说，需要折中兼顾光谱仪的分辨率和灵敏度。　　　　⑥ 其他　　选择微型光纤光谱仪的其他选项会相对容易一些。例如可以选择升级UV4探测器后，探测器上的标准BK7窗片将会被石英窗片替代，用来增强海洋光学微型光纤光谱仪在波长340nm以下紫外区的响应能力。而其它探测器，比如薄型背照式CCD或CMOS则不需要这个选项。而为了避免二、三级衍射效应的影响，可以通过在位于狭缝与消包层模式孔之间的SMA905连接器中安装长通滤光片或在探测器的窗口处安装OFLV消除高阶衍射滤光片。　　正如上面介绍的几个因素所表明的，通过一些简单的步骤就就可以配置好满足您应用的微型光纤光谱仪。除了光谱仪，我们可能还需要考虑种类纷杂的光源和采样附件。

近年来，由于全球制造业迎来“工业4.0“时代，经济快速发展以及环境监测、医疗和生命科学、半导体等领域的现代化进程加快，用户对光谱仪的需求量增多（据报告显示，2020 - 2026年医疗行业对微型光谱仪的需求复合年增长率预计超过11%），同时对光谱仪的性能、体积等提出了更高的要求。此外，随着对工业生产环境的要求日益严苛，检测设备的准确度、适用性、智能化和集成性就显得尤为重要了。作为微型光纤光谱仪的发明者，海洋光学致力于帮助客户解决棘手的困难与挑战，投入了大量的资源用于新一代光纤光谱仪的研发。近日，海洋光学推出新一代微型光纤光谱仪Ocean ST。Ocean ST——业界超小尺寸的微型光纤光谱仪，以超紧凑的机身设计和强大的性能，为客户提供超高性价比的体验，为行业赋能。超小的体积，出色的性能Ocean ST体积仅有45cm³，是海洋光学USB系列的约1/4；重量仅有70.4g，是USB系列的约1/3；整体设计紧凑、小巧，价格便宜，但在性能上却可与市场上大尺寸、更昂贵的光谱仪相媲美，提供优质的全光谱分析数据，高速光谱采集、高信噪比以及高分辨率。此外，Ocean ST在紫外波段响应实现了重大突破。相比于海洋光学上一代超小体积的微型光谱仪，Ocean ST在紫外波段灵敏度提高了233倍，检测限更低，可以监测到更弱的紫外信号。名副其实的“掌中宝”应用灵活，便于集成Ocean ST微型光谱仪有紫外、可见光和近红外波段三个配置，并与海洋光学的光源、光纤、采样附件和OceanView软件兼容，用户可根据不同的应用和场景优化配置。可选配狭缝的设计使用户能够更加灵活地调整光学分辨率和光通量。当光信号较强，且光谱仪分辨率较为重要时，选择宽度较小的狭缝。反之，则选择更宽的狭缝。同时， Ocean ST坚固耐用的结构，超小的体积，出色的热稳定性以及较小的台间差， 使其成为一个集成开发的理想选择，可轻松集成到生产线上进行在线检测，或对成品进行质量监测。为深陷“性能”与“尺寸”两难的工业客户提供了便于操作且性价比高的理想替代方案。配备软件二次开发包每台Ocean ST微型光谱仪都配有OceanDirect，这是一个强大的跨平台软件二次开发包（SDK），具有应用程序编程接口 （API）。OceanDirect的例程库为用户提供了调整光谱仪参数和访问关键数据并进行分析的能力。用户可通过OceanDirect连接光谱仪，设置积分时间等采集参数并采集光谱；同时，将OceanDirect集成至用户自身的软件应用程序中，即可全面控制光谱仪和设备。应用范围广Ocean ST是通用型的微型光谱仪，在多种应用场景中表现出色，是以下应用的不二之选：荧光测量紫外波段的吸光度和辐照度等离子体监测近红外反射测量塑料和其他固体表面反射率DNA/RNA样品吸光度与浓度检测颜色测量Ocean ST是海洋光学研发推出的超小体积微型光谱仪，未来将会有更多海洋光学新一代光谱仪问世，敬请期待！

4月2日，国仪量子研发人员正在操作W波段脉冲式电子顺磁共振波谱仪“W波段脉冲式电子顺磁共振波谱仪的研制成功，使国仪量子成为目前国内能研制生产该类高端科学仪器的厂商。也标志着中国成为继德国之后，第二个有能力研发该型电子顺磁共振波谱仪的国家。”4月2日，国仪量子技术（合肥）股份有限公司传感事业部副总经理石致富站在最新研发的仪器前向记者介绍。根据揭榜项目任务书的项目目标和考核指标，国仪量子最终任务全部完成，部分指标超额完成。专家组召开验收会议，认为该产品达到了国际先进水平，此攻关任务已经完成。近年来，安徽在量子信息领域“从0到1”的原始创新不断突破：目前，安徽集聚量子科技产业链企业60余家、数量居全国首位，全国首条量子芯片生产线建成运行，全国首个量子信息未来产业科技园挂牌运营，量子专利授权量全国领先，以国盾量子、国仪量子、本源量子、问天量子、中电信量子集团等为龙头的量子高新技术企业不断涌现。安徽发展量子信息等未来产业，具有强劲的科技创新策源能力。国仪量子在2021年承接了安徽省制造业重点领域产学研用补短板产品和关键共性技术攻关任务，项目针对“W波段电子顺磁共振波谱仪”进行工程化、产品化开发，解决产品化实现涉及到的核心技术难题，研制出用户友好、皮实可靠，可产品化出售的W波段电子顺磁共振波谱仪。W波段电子顺磁共振波谱仪具有高分辨率、高灵敏度的优势，是一种重要的高端科学分析装置，将给生物、化学、物理以及交叉学科等领域提供一项强有力的研究手段，可用于进行蛋白质、RNA、DNA 的结构解析，从而解决生物学、医学、制药学中的关键问题。得益于中国科学技术大学、合肥国家实验室等高校与科研机构，合肥在量子信息技术的科研领域具有先发优势，为量子科技发展提供了强有力的人才和智力支撑。“我们团队在量子精密测量领域有着十多年的研究积累，以长相干、多比特、高精度量子操控为核心目标，目前已掌握了世界领先的高保真量子态调控技术、高灵敏度磁探测技术、微波收发技术、高精度扫描钻石探针技术等核心技术。”石致富说。 “揭榜挂帅”是用市场竞争来激发创新活力的一种机制。国仪量子相关负责人表示，“揭榜挂帅”有助于选拔领头羊、先锋队，聚力突破关键共性技术瓶颈，提高制造业自主创新能力，带动产业链上下游的技术进步，强化供应链保障。未来，国仪量子将持续加强研发投入力度，在核心技术上不断追求更高标准。与用户协同创新，推动技术落地，赋能多个行业的升级发展，在全球量子领域逐渐发出中国声音，也让“安徽身影”更加活跃。

近日，记者驱车探访了东半球首个天文观测基地——青海冷湖天文观测基地，用于太阳磁场精确测量的中红外观测系统正在建设调试。冷湖天文观测基地位于柴达木盆地西北边缘的青海省海西蒙古族藏族自治州茫崖市冷湖镇赛什腾山区域，平均海拔约4000米。2017年以来，中国科学院等科研单位合作在此开展天文台址科学监测。监测结果显示，冷湖赛什腾山区域的视宁度、晴夜时间等光学天文观测所需的关键监测数据表现优越，可比肩国际一流大型天文台所在地。蜿蜒的山路平坦却又险峻。在海拔4000米左右的一处平台，五层楼高的用于太阳磁场精确测量的中红外观测系统正在进行调试。“在对太阳活动研究中，科学家发现磁场是影响太阳活动的重要测量量，为了获得更高分辨率的太阳磁场，我国研制了‘用于太阳磁场精确测量的中红外观测系统’，它是国际上第一台中红外波段的太阳磁场望远镜。”中国科学院国家天文台怀柔太阳观测基地博士生佟立越1日告诉记者。据佟立越介绍，太阳是距离地球最近的恒星，是研究恒星的最佳样本，也是密切影响现代人生活的主要天体。因此，对太阳活动的研究兼具科学与社会意义。“这个系统是国内首个用于太阳中波红外观测的望远镜，是由中国国家天文台、西安光机所和上海技物所联合研制的。”中国科学院西安光学精密机械研究所装配主要负责人雷昱说，该望远镜是一个1米口径的离轴格里高利系统，它有两个观测部分，一个是小的导行镜，可以看到整个太阳的全日面；大系统可以看到太阳6.4角分的视场，用于观测局部区活动。该项目是冷湖天文观测基地已落地的9个天文望远镜项目之一。目前，9个项目总投资近20亿元人民币，共有35台天文望远镜，4台已建成，29台已完成土建施工和主体建设，2台正在研制。在海拔4200多米的另一处平台，由中国科学技术大学、紫金山天文台实施的2.5米墨子巡天望远镜项目(WFST)，已完成望远镜观测楼主体、附属用房及圆顶轨道安装调试，圆顶安装正在进行。WFST望远镜建成后，将成为北半球具备最高巡天能力的光学时域巡测设备，能够获取高精度位置和多色亮度观测数据，高效搜寻和监测天文动态事件，预期可以在时域天文、外太阳系天体搜寻、银河系结构和近场宇宙学等领域取得突破性成果。据了解，今年1月1日起，冷湖地区开始施行《海西蒙古族藏族自治州冷湖天文观测环境保护条例》，进行暗夜星空保护，在暗夜保护核心区内，光源种类和亮度都将得到严格控制。

双波段闪烁仪是一种用于检测放射性物质的仪器，广泛应用于核能研究、医学诊断、环境监测等领域。选购双波段闪烁仪需要考虑多个因素，以确保选择适合需求的仪器。以下是一些建议和选购方法。 　　1、使用目的和应用领域。不同的研究和应用领域可能对仪器的性能和功能有不同的要求。例如，医学领域可能需要高灵敏度和分辨率的仪器，而环境监测领域可能更注重便携性和耐用性。因此，在选购之前，明确使用目的并了解使用领域的需求是非常重要的。　　2、性能指标。仪器性能指标通常包括能量分辨率、计数效率、时间分辨率等。能量分辨率是指仪器能够区分不同能量的辐射源的能力，对于精确测量放射性物质的能量非常关键。计数效率是指测量到的信号与实际辐射源发出的信号之间的比率，通常希望选择具有高计数效率的仪器以提高测量的准确性。时间分辨率是指测量到的信号的时间分辨能力，对于快速或短暂的辐射事件的检测非常重要。　　3、灵敏度和探测器类型。不同的仪器可能使用不同类型的探测器，如钠碘闪烁体探测器、硅探测器等。每种类型的探测器都有其特点和适用范围。例如，钠碘闪烁体探测器在中等能量范围内具有较高的灵敏度，适用于广泛的应用领域，而硅探测器在高能量范围内具有更好的性能。因此，根据具体需求选择适合的探测器类型非常重要。　　4、可靠性和易用性。可靠性包括仪器的稳定性、耐用性和维护需求等方面。选择具有高可靠性的仪器可以减少故障和维修的频率，提高工作效率。易用性则包括仪器的操作界面、数据处理和报告功能等。选择界面友好、功能齐全的仪器可以简化操作流程，并提高数据处理的效率。　　综上所述，选购双波段闪烁仪需要考虑使用目的、性能指标、灵敏度和探测器类型、可靠性和易用性以及预算限制等因素。建议在选购之前充分了解市场上的不同品牌和型号，并选择与应用需求相匹配的仪器，以确保获得良好性能和使用体验。

近期，中科院合肥研究院安光所光学遥感研究中心遥感信息表征技术科研团队徐玲玲博士生和崔文煜副研究员，利用高分多模卫星同步大气校正仪SMAC获取大气参数，实现了多光谱遥感影像的同步大气校正。相关研究工作发表在国际知名遥感期刊Remote Sensing上。 　　鉴于大气状态具有高时空变化特性，基于辐射传输原理去除遥感影像的大气辐射作用影响，往往受到难以有效获取与图像时空匹配大气参数的条件限制。安光所团队利用与主载荷相机同平台搭载的大气探测装置(SMAC：Synchronization Monitoring Atmospheric Corrector)，获取了与卫星影像时空同步的大气参数，并在此基础上，提出并进行了同步大气校正。他们利用SMAC数据实现对高分多模卫星多光谱遥感影像的大气辐射校正和邻近效应去除，从而还原地表本征反射率分布，输出零视距反射率图像。 　　科研人员通过开展星地同步测量实验，对校正效果和精度进行了验证和评估。实验在对敦煌、嵩山和包头3个辐射定标场不同大气条件下的多幅多光谱影像进行大气同步校正，对比分析了校正前后的图像质量，并将校正后图像中的典型地物反射率与地面实测值进行了对比验证。结果表明，同步大气校正后的图像质量显著提升(图1)，地物多波段反射率信息得到了准确恢复(图2)。该方法可更好地支撑高分多模卫星数据的定量化应用。 　　本研究工作得到高分辨率对地观测系统重大专项科研项目、航天科技创新应用研究项目和国家自然科学基金项目的资助与支持。

p　　2016年12月22日，中国科学院微小卫星创新研究院抓总研制的我国首颗全球二氧化碳监测科学实验卫星（简称“碳卫星”）在酒泉卫星发射中心成功发射。2017年8月31日，中国气象局在京组织召开了碳卫星在轨测试总结评审会。评审结论表明，碳卫星已完成在轨测试全部工作，卫星各项功能、性能指标符合研制任务书的要求，取得圆满成功。br//pp　　碳卫星在轨测试工作由中国气象局国家卫星气象中心牵头组织，先后完成了对日定标、对月定标测试，敦煌辐射校正场、北京地面观测站、芬兰地面观测站同步观测试验，以及与美国二氧化碳监测卫星OCO-2交叉比对试验等在轨测试项目。br/　　作为我国自主研制的首颗全球大气二氧化碳观测实验卫星，碳卫星在国内首次实现了星地一体化多模式卫星观测平台、星载高光谱二氧化碳探测技术与多谱段云与气溶胶偏振探测技术。全球二氧化碳探测仪研制难度高、技术复杂，具有高光谱定标精度高、辐射测量精度高的特点，填补了我国天基高光谱温室气体测量的空白，其综合技术性能达到国际先进，部分指标达到国际领先水平。br/　　碳卫星是国家科技部“863”对地观测与导航领域重大项目，中科院负责工程组织实施和卫星系统研制工作，国家空间科学中心承担工程大总体任务，微小卫星创新研究院承担卫星平台研制任务、长春光学精密机械与物理研究所承担卫星有效载荷研制任务。br/　　后续，碳卫星将转入业务化运行和科学应用阶段。根据科技部关于碳卫星的数据政策，全部观测数据将向全球公开发布，为国际碳研究提供新动力。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201709/insimg/fb25262a-c324-474d-96c2-88e4254c58fd.jpg" title="1.jpg" style="width: 502px height: 288px " width="502" vspace="0" hspace="0" height="288" border="0"//pp style="text-align: center "strong碳卫星在轨示意图和部分COsub2/sub定标曲线/strong/p

国科大杭州高等研究院物理与光电工程学院邵建达教授工作室和浙江大学光电学院沈伟东教授课题组联合提出一种基于全介质紧凑薄膜结构的计算微型光谱仪。相关成果以“Deep Learning-Based Miniaturized All-Dielectric Ultracompact Film Spectrometer”为题发表于中科院一区期刊ACS Photonics 。近年来，随着光谱分析的应用领域逐步扩大，对光谱仪较小物理尺寸、较低成本需求优先于高性能，光谱仪向微型化、集成化和低成本等方面高速发展。计算重构型微型光谱仪常依靠具有宽带光谱响应的阵列滤光片及探测器实现光谱编码，依靠压缩感知、深度学习等算法实现光谱重构。本研究中，阵列滤光片采用紧凑薄膜结构，通过改变单一介质膜层厚度，实现特异性高的宽带光谱响应。单点光谱重构仅需16个区块，数量在同类方案中数量最少，尺寸为毫米级的阵列滤光片（单个区块约2mm×3mm）采用电子束蒸发的方法进行制备。光谱重构网络基于深度学习，输入神经元数量对应区块数，输出神经元数量数量对应光谱通道数，含有若干隐层，各层神经元以全连接的方式连接，可实现高速、高精度（重构精度MSE10-3）光谱重构。应用于光谱成像时，得益于神经网络并行计算优势，光谱成像所耗时间不与图像空间分辨率成正比，相比于基于压缩感知的光谱重构算法，速度大幅提升（对15万像素图像的光谱成像时间只需0.6s）。图1 (a) 基于简单薄膜结构的微型光谱仪外观；(b) 基于简单薄膜结构的阵列滤光片结构示意图；(c) 基于深度学习的光谱重构算法。所提出的微型光谱仪可实现对可见光波段（400-700nm）样品绝对透射率/反射率的高精度重构，亦可在相同波段实现约2nm的单峰光谱分辨率和5nm的双峰光谱分辨率。此外，本研究还对标准色卡进行了光谱成像，各区域的重构光谱与参考光谱高度吻合。图2 (a,b) 本研究提出的微型光谱仪可实现 (a) 约2nm的单峰光谱分辨率及 (b) 约5nm的双峰光谱分辨率；(c) 对滤光片的绝对透过率的光谱重构结果；(d) 对标准比色卡的光谱成像结果及蓝、绿、红三个色块的光谱重构结果。论文第一作者为国科大杭高院2022级博士研究生温俊仁，通讯作者为国科大杭高院杨陈楹副研究员和浙江大学沈伟东教授，共同作者包括杭高院双聘教授邵宇川研究员，浙江大学章岳光副教授，杭高院硕士生郝凌云和高程等。目前，该团队积极探索科研成果转化，采用了微米级紫外光刻技术与纳米级薄膜沉积技术相结合的方法实现了百微米级滤光片阵列以及毫米级（约2×2mm）微型光谱传感模组。未来，该团队还将进一步研发超光谱成像模组及全光谱成像芯片，有望在于天文探测、人工智能、消费电子等诸多领域发挥重要作用。

在最新的一次合作中，我国和欧洲的科学家共同完成了联合太空任务的关键测试，该任务最终将于2025年由欧洲火箭发射。中欧联合空间任务——太阳风磁层电离层链路探测器(SMILE)由中科院(CAS)和欧空局(ESA)于2015年联合设计和开发，该探测器是研究地球磁环境的强大工具。本月，我国的一个团队前往荷兰与ESA下属的欧洲空间研究与技术中心的同事们进行合作，测试了该任务的一颗原型卫星能否按照设计与欧洲发射装置对接和分离。该原型卫星的部件是在上海的微型卫星创新学院组装并运往欧洲的。此次任务的联合首席研究员、意大利天文学家雷蒙特表示，测试是成功的，中国和欧洲团队与火箭公司阿丽亚娜空间公司之间建立了“良好的合作”。此次合作是中国制造的卫星首次被运往欧洲航天局，同时也是中国团队第一次在欧洲航天局的设施中协助组装和测试卫星。地球磁层是地球生命抵御超音速太阳风和宇宙辐射的保护罩，到目前为止许多航天器已经观测到了太阳对地球磁层的影响。然而，雷蒙特说，大多数任务都专注于局部过程或特定的太阳事件，没有一个可以描绘出全球图景并支持对这一问题的全面理解。SMILE提供了一种被称为“太阳风电荷交换”的过程，可以在全球范围内监测地球的磁环境。她说，在这个过程中，太阳风中的带电粒子将与地球上层大气中的中性粒子交换电荷。在21世纪初，雷蒙特和她的团队向欧空局提出了几个候选任务，利用这种想法来研究太阳风的影响，但他们的建议没有被选中。随后，她联系了北京的空间气象学家，两方都有共同且相似的目标，因此在2015年提出了一个ESA-CAS联合任务。SMILE将在高度椭圆的极轨道上使用四台尖端仪器，在X射线和紫外线波段连续捕捉太阳风和地球磁层之间相互作用的图像。其中一个仪器是由莱斯特大学在英国航天局300万英镑资助下开发的，另外三台则是在中国建造的。除了科学仪器，欧空局还与我国共享卫星系统建设、科学运行等项目。欧空局表示，此次任务标志着欧空局和中国首次联合选择、设计、实施、发射和运营太空任务。SMILE是继上世纪90年代中国国家航天局与欧空局成功执行双星任务之后，中欧空间科学合作的新典范。雷蒙特表示：“我们与中方的合作一直以来都非常成功，双方进行了良好的信息交流，能够灵活适应和解决可能出现的任何问题。”SMILE原定于2021年进行测试，但由于疫情的影响，该项目不得不推迟。预计SMILE将于2025年4月在南美库鲁的欧洲太空港搭载阿丽亚娜空间公司的Vega-C火箭发射。

据物理学家组织网日前报道，美国能源部斯坦福直线加速器中心国家加速器实验室的研究人员，采用金刚石细薄片把直线加速器的相干光源转化为手术刀般更精确的工具，以探测纳米世界。改进后的激光脉冲可在X射线波长更窄频带高强度聚焦，开展以前所不能为的实验。该研究结果刊登在《自然光子学》杂志上。　　这个过程被称为“自激注入”，金刚石将激光束过滤为单一的X射线颜色，然后将其放大。研究人员可以在原子水平研究和操纵物质上有更强的能力，传送更为清晰的物质、分子和化学反应的影像。　　人们谈论“自激注入”已经近15年，直到2010年斯坦福线性加速器中心成立时，才由欧洲自由电子激光器和德国电子加速器研究中心的研究人员提出，并由来自斯坦福线性加速器中心和阿贡国家实验室的工程队伍将其建立。“自激注入”可潜在地产生更高强度的X射线脉冲，显著高于目前直线加速器相干光源的性能。每个脉冲增加的强度可以用来深入探测复杂的材料，以帮助解答诸如高温超导体等特殊物质或拓扑绝缘体中复杂电子态等问题。　　直线加速器相干光源通过接近光速的电子群加速激光束，用一系列磁体将其设定为“之”字路径。这将迫使电子发射X射线，聚集成亮度超过之前10亿倍的激光脉冲。如果没有“自激注入”，这些X射线激光脉冲包含的波长(或颜色)范围比较宽，无法被所有的实验使用。之前在直线加速器相干光源创造更窄波段(即更精确波段)的方法则会导致大量的强度损失。　　研究人员在可产生X射线的130米长磁体的中间段安装了一片金刚石晶体，由此创建了一个精确的X射线波段，并且使直线加速器相干光源更像是“激光”。该中心物理学家黄志荣(音译)说：“如果我们完成系统的优化，并添加更多的波荡，所产生的脉冲集中的强度将达10倍之多。”目前世界各地的相关实验室已经趋之若鹜，计划将这一重要进展与自身的X射线激光设施相结合。

从1992年Mike Morris发明世界上第一个微型光纤光谱仪至今已经24年了，各个行业已经开发了数以千计的应用。广阔的市场前景吸引了越来越多的公司，包括仪器仪表行业的大公司都开始参与到这个领域的竞争。　　微型光纤光谱仪可以应用于哪些领域?　　第一， 光谱仪可以分析各种光源发出的光，这些光源包括太阳，LED, 激光，平板显示器件，等离子体，气体放电，火焰燃烧，受激发光，化学发光等等基于各种原理的发光体。　　第二， 光谱仪可以分析光与各种物质相互作用后的光，相互作用后的光一般都含有与物质微观结构有关的丰富信息。在这里光可以看成是探索物质微观结构的“探针”，因此，微型光谱仪通常被列为光学传感类(optical sensing)。　　第三， 由于微型光谱仪的体积小，所以适合于便携，手持，现场，在线，原位，活体，非破坏性应用场合。由于光纤的使用，所以适合在有害环境下(包括化学，生物，放射性)进行远程测量。由于微型光谱仪内无移动部件，可靠性高，因此，适合于工作在环境恶劣的工业现场。由于采用探测器陈列，可一次获得全光谱，测试速度快，因此适合需要高速测量的应用，例如工业在线检测，化学反应动力学监测。　　由于微型光谱仪应用领域非常广，在如此短的篇幅内无法详细列举所有的应用。以下，我们就当今社会最关注的领域中比较成功的应用案列进行分析：　　环保行业：　　-燃煤电厂烟气排放监测系统用于监测电厂在脱硫和脱硝之后对于大气的排放废气中SO2，NOx的含量。　　这基于气体紫外吸光度测量的原理，看似简单，但是在解决实际问题时，必须要克服一些具体困难。由于实际应用中的待测气体样品中有颗粒物存在，如何将颗粒物对光的散射引起光的能量损耗扣除掉,以获得准确的浓度值?1970年代德国科学家Ulrich Platt在研究大气紫外吸收时，发现颗粒物散射谱随波长变化慢，气体分子紫外吸收谱随波长变化陡峭，因此对光谱进行微分，再进行数字滤波，将低频分量滤去，就可以将散射的影响扣除，这就是著名的DOAS技术(Differential Optical Absorption Spectroscopy)。由此可见，应用研究的重要性。　　-对于地表水的有机物综合指标的监测　　有机物综合指标是指化学需氧量(COD)，生化需氧量(BOD)，总有机碳(TOC)，高锰酸盐指数(CODMn)，总磷(TP)，总氮(TN)，多环芳烃(PAHs)。分析地表水的有机物综合指标的困难在于，第一，这不是由单一化学组分决定的，而是由水中大量化学组分的综合效果 第二，水体中除了有机物之外，还有许多其它的干扰因素，譬如泥沙，会影响测量结果的准确度。　　不少地方仍然采用化学滴定方法检测，这种方法虽然准确度高，由于需要采用化学试剂会对水体造成二次污染，而且设备复杂，测试所需时间长，运行费用高。　　采用紫外吸收光谱技术，通过对大量水样建模和多变量化学计量学分析，可以获得有机物综合指标。但是实际的水样中总会含有泥沙，泥沙含量较高时，这些无机物也会使透光量减少，探测器无法区分透射光强度减少，究竟是被有机物吸收了，还是泥沙的散射引起透光量的减少，从而带来误差。而且，在有机物含量较少时，测量误差较大。浙江大学的吴铁军教授发现如果加用荧光光谱测试，由于无机物是不会产生荧光的，因此，融合荧光光谱和紫外吸收光谱的数据，就可以扣除无机物的影响。这种创新的方法可以用一台仪器同时测量出上述七个水的有机物污染的综合指标。　　这个案例告诉我们，在分析复杂体系时，基于多变量化学计量学的算法和建模是极端重要的。　　食品安全　　-水，土壤和鱼的汞超标　　由于环境污染体现在地表水和土壤的汞超标，汞又特别容易在生物组织中积累，譬如鱼类。摄入过量的汞会影响人的神经系统，儿童的发育生长。全球140个国家都对食品中汞的含量有规定。现有的分析方法非常耗时并只能在实验室使用。　　美国Jackson州立大学发明了一种基于纳米材料表面能量转移技术NSET(Nanomaterial Surface Energy Transfer)的检测微量汞的便携式仪器。NSET技术原理如下，当罗丹明B(RhB)分子吸附在胶体金纳米颗粒时，胶体金纳米颗粒会使RhB荧光焠灭，当有Hg2+离子存在时，RhB会从纳米金颗粒表面释放,与汞离子结合，并在532nm激光激发下开始发荧光，荧光的强度与Hg2+离子浓度成正比。(见图2)这种方法检测灵敏度很高，汞的检测线0.8ppb,美国环境署水中汞含量的标准为2ppb.并能检测鱼组织中的汞，达到美国环保署0.55ppm的要求。图1 吸附在纳米金颗粒表面的罗丹明RhB，它的荧光强度与待测样品中汞的浓度成正比　　这个案例中检测汞的原理就不那么直截了当，待测物汞本身并不能受激发荧光，而当汞离子与罗丹明RhB结合时，RhB充当标记物(marker)的角色，另一方面，利用了纳米金颗粒能使RhB荧光焠灭的特性。　　-检测奶粉中的微量三聚氰胺　　采用表面增强拉曼光谱技术SERS(Surface Enhanced Raman Spectroscopy),在785nm激光的激发下，待测的三聚氰胺的分子在基于纳米金颗粒的SERS芯片上，在激光强电磁场的作用下，与纳米颗粒表面的等离子激元发生谐振，拉曼光谱的强度被大大增强。(见图2)采用便携式拉曼光谱仪和SERS芯片三聚氰胺的检测限可达到12ppm。图2在打印的SERS芯片表面增强拉曼光谱与三聚氰胺浓度的线性关系　　拉曼光谱技术，由于拉曼信号特别微弱，所以只适合应用于分析浓度较高的物质主成分。由于纳米材料科学，表面物理科学，激光技术的发展，才使SERS技术逐步进入应用阶段，用于分析痕量物质。不断提高测量的重复性，稳定性，降低SERS芯片的价格，使更多的应用领域用得起SERS技术。　　-鉴别假冒的初榨橄榄油　　常用的方法是观察油的颜色，但是在不同光线下显示的颜色是不同的，而且造假者会用叶绿素或b胡萝卜素去调节油的颜色去靠近真品的颜色。用低档橄榄油或者葵瓜子油，菜油稀释初榨橄榄油都可以用便携仪器进行吸光度测量方法鉴别。　　正是由于光纤光谱仪的便携性和快速，使其得以应用在仓库，海关现场快速验货。图3 不同比例的低档橄榄油稀释初榨橄榄油对于吸光度的影响　　-对食品内黄曲霉素的快速检测　　发霉和变质的粮食，花生，坚果含有致癌的黄曲霉素。现用的主流技术有液相色谱仪HPLC，　　液相-质谱联用仪LC-MS。这些技术只能在实验室用，并且设备昂贵，分析时间长，还要用大量化学溶剂，污染环境，操作和维护保养麻烦，需专业人员操作。也有用酶联免疫分析技术(ELISA)，这种方法测量精度不如HPLC，并经常会报告假阳性。　　因此，急需一种可以在现场快速筛检的设备。英国的Ray Coker博士发明了一种基于紫外荧光光谱的技术，先将样品进行预处理，使待测毒素分离，富集，然后用紫外荧光光谱分析，在365nm LED光源激发下，测量其荧光，并采用专利的算法，一次同时测得4种黄曲霉素(B1,B2,G1,G2,M1)和赭曲霉素A，其检测限1ppb,即零点几ppb，满足最严格的欧盟标准,可与HPLC比拟。这种方法其实还可以成为快速检测的平台，包括病原体检测，贝类毒素检测，兽药残留检测，动物饲料中真菌毒素检测，假药甄别检测，农药残留检测，MRSA(Methicillin-resistant Staphylococcus aureus)耐甲氧西林金黄色葡萄球菌检测。　　该案例的技术难点在于样品预处理，如何从成分复杂的待测食品样品中将微量待测物萃取，分离，富集，第二，如何挑选出具有高度特异性的抗体，使自身不会发荧光的毒素与标记物(marker)可以用荧光技术来检测 第三，如何从光谱数据提取出有用信息的算法。　　-食源性致病菌的快速检测　　检测食品中的致病微生物，现行的方法，譬如检测细菌的金标准方法“平板计数法”(Culture Plating)，虽然准确，但是分析所需时间太长，需要2-3天。其它的方法，例如酶联免疫吸附测定法ELISA,虽然速度快了，但是灵敏度不高。聚合酶链式反应法PCR方法，虽然速度快了，灵敏度也高一些，但需要复杂的核酸提取过程。总之，需要一种快速，灵敏，准确，特异性强的检测方法。　　食品是一个成分复杂的物质，我们需要分析其中微量的细菌，首先要解决的问题是如何从复杂的背景中提取并富集这些待测的细菌 第二，按照国家标准，允许存在的细菌浓度必须很低，因此要求检测方法的灵敏度很高 第三，实际上，食物中很可能同时存在多种细菌，因此检测方法一定能够同时，分别检测出多种目标物。　　美国阿肯色大学生物与农业工程系Yanbin Li教授团队近年来利用免疫纳米磁珠与免疫量子点对食源性致病菌进行快速检测。同时检测李斯特菌，沙门氏菌，大肠杆菌，检测下限可达到101 CFU/ml。(见图4) 图4(a)纯细菌样本的荧光光谱 (b)含致病菌的牛肉样本的荧光光谱　　其基本原理是利用免疫检测方法，即先用第一抗体去修饰纳米磁珠，形成细菌-免疫磁珠复合体，在与样品均匀混合时，抗体就会与样品中的目标细菌进行免疫反应，在强磁场作用下，这些被免疫磁珠抓住的细菌就会被吸附到磁极，从而实现了细菌从复杂的背景物中分离。但是抓住细菌的磁珠不会受激发射荧光。我们知道量子点是可以受激发光的，如果用被第二抗体修饰的量子点作细菌的标记物，就可以通过测量量子点发出的荧光强度来间接测量细菌的浓度。利用抗体的特异性，即不同的抗体专门去抓不同的细菌。再利用量子点发光的波长取决于量子点的大小的特点。就可以通过对于荧光光谱相应的波峰强度测量，同时测量不同细菌的浓度。　　生命科学和医疗诊断　　-核酸，蛋白质分析　　对核酸和蛋白质进行定量分析是现代生命科学实验中最基本的工具。　　紫外吸光度方法是测量核酸浓度最常用的方法之一。核酸包括：DNA(脱氧核糖核酸)和RNA(核糖核酸)。它的基本组成是核苷酸。核苷酸又是以含氮的碱基，戊糖和磷酸组成。五种碱基包括嘌呤和嘧啶。碱基上苯环的共轭双键在紫外波段有强吸收，最强的吸收峰在260nm。核酸浓度与波长260nm的吸光度成线性关系，这就是用紫外吸光度方法测量核酸浓度的基本原理。核酸样品中如果含有蛋白质，蛋白质的紫外吸收峰在波长280nm，但是蛋白质在280nm的吸光度只有核酸在260nm的吸光度的1/10，利用样品在这两个波长的吸光度比值，可以得到核酸的纯度。　　核酸，蛋白质这类生物样品的量常常很小，甚至在mL量级，微量样品的采样在技术上是一个难点。美国热电公司的NanoDrop2000型紫外/可见分光光度计巧妙地利用表面张力的原理，将待测样品液滴置于连接光源的光纤端头和连接微型光谱仪的光纤端头之间，形成待测样品液柱。利用这种采样技术，可以不用稀释样品就可以测量高浓度的DNA样品，对于双链DNA样品，可测的浓度可高达15000ng/ml。　　该仪器还可以利用蛋白质在280nm的吸收来测量蛋白质的浓度。这是由于蛋白质分子结构中含有芳香族氨基酸，而芳香族氨基酸(主要是酪氨酸和色氨酸)的紫外吸收的峰值位于280nm。　　蛋白质实际测量中遇到的问题是待测样品中常常含有其它化学试剂的残余，而这些杂质对紫外吸光度测量有干扰，影响测量的准确性。因此就在对蛋白质的各种性质研究的基础上，发展了各种其它的测量方法，以摆脱杂质对测量的干扰。例如蛋白质和染料的结合，蛋白质和铜离子的络合反应?　　同样这一台工作在紫外/可见波段的分光光度计NanoDrop，基于不同的原理，还可以在不同的波长用于蛋白质定量分析。譬如，Bradford法测蛋白质，这是基于让染料分子(考马斯亮蓝G250)与蛋白质结合成复合体,该复合体在595nm有最大吸收峰，这种方法的好处是待测蛋白质样品中可能含有的K+,Na+,Mg2+,(NH4)2SO4,乙醇等杂质不会干扰蛋白质测定。BCA法则是利用蛋白质的化学性质，即在碱性条件下蛋白质可以与Cu2+发生络合反应，并将Cu2+还原为Cu+，而BCA (bicinchoninic acid)则会与Cu+反应形成稳定的复合物，它的吸收峰在562nm。这就是BCA法测量蛋白质的原理。　　-紫外荧光光谱是研究蛋白质组分，构象的强大工具。　　实验发现大部分蛋白质中有三种氨基酸残基具有内源性荧光的特性，它们分别是：色氨酸tryptophan (Trp), 酪氨酸tyrosine (Tyr) and 苯丙氨酸phenylalanine (Phe)。但是，实验中常用的是Trp和Tyr的内源性荧光，主要是因为这两种氨基酸的残基的荧光的量子效率比较高，所发出的荧光信号较强。Phe受激荧光的量子效率较低，激发波长在257nm。如果采用波长为280nm的激发光，由于Trp和Tyr的激发波长比较接近(分别为280nm，274nm),因此Trp和Tyr会同时有荧光信号。如果想选择性地只激发Trp，则可以采用295nm激发光源。　　实验进一步发现，氨基酸残基的內源荧光的强度，峰位对于氨基酸的组分和构象状态十分敏感。这是因为在蛋白质分子处于自然折叠状态时，Trp和Tyr被包裹在蛋白质的中心位置。而当采用升高温度，采用尿素，盐酸胍，或者调解pH值等方法，使得蛋白质展开(图6A)。原先在折叠状态下埋在里面的疏水核心就暴露在溶剂中。Trp和Tyr就暴露在周围的环境中，它的荧光发光特性发生变化(图5B)　　图5 用Trp的荧光来监测蛋白质的构象状态。图6A中Trp是用红点和红色字母w表示，在蛋白质处于自然折叠的状态下Trp被埋藏在疏水的环境中，展开后则暴露在溶剂的环境中。图5B，在自然折叠状态下Trp处于疏水状态下，荧光强 反之，在展开状态下，Trp暴露在溶剂中，荧光强度下降。　　实验还发现Trp残基的荧光峰值的波长与周围的溶剂有关，发生Stoke位移。　　研究蛋白质的分子折叠和展开有什么应用价值?有些疾病与人体内蛋白质分子的构象状态有关. 譬如, 有些退行性神经病变，就与蛋白质分子的展开有关，因此蛋白质的荧光光谱有时可用于退行性神经病变的诊断。　　-医学诊断　　一般而论, 采用光纤光谱仪作为医学诊断的手段有两个优点. 一个优点是非侵入性, 第二个优点是体积小, 仪器方便携带, 因此, 可以部署在病床边上, 县以下的基层诊所, 战地，出诊.　　以下举一些例子.　　基于吸光度和荧光技术的血样，尿样在生化分析仪器在医院的分析实验室几乎处处可见，现在可以做得更小，更便宜.　　对于皮肤癌，乳腺癌可以对人体组织活体(in vivo)用拉曼光谱或反射光谱技术进行诊断.　　黄疸病对于新生儿是常见的，而且无害，但是，对于早产婴儿则有造成大脑损伤的危险。因此，需要密切监测血液中胆红素的浓度。现行的方法是针刺婴儿的脚跟取血样，然后送实验室进行生化分析，大约需要一个小时，每日三次。如果对新生儿脚底皮肤用光学方法，通过反射谱测量，立即可以分析得到血液中胆红素的浓度，可以比现行的方法更快地诊断黄疸病，并使婴儿免受脚跟针刺之苦，这就是非侵入性带来的好处。　　脉搏血氧仪是用红光和近红外透射测量技术连续监测血氧饱和度。慢性阻塞性肺病，哮喘等呼吸性疾病，病人的血氧饱和度是表征病的严重程度的非常重要的指标。　　在线检测：　　-为了得到辛烷值(RON)合乎标准的92号，95号汽油，石油炼化厂需要将重整催化工艺所得到的高辛烷值油与低辛烷值的催化裂化汽油按适当比例进行调和，以最终获得辛烷值符合国家标准，而且产率足够高的汽油。生产工艺需要在线测量汽油的辛烷值，并根据测量值去控制重整反应器的温度。　　浙江大学戴连奎教授采用在线拉曼光谱系统测量重整汽油的辛烷值。其辛烷值主要取决于待测油品中直链烷烃、侧链烷烃、环烷烃与芳烃含量。拉曼光谱可以很好地显示直链烷烃、侧链烷烃、环烷烃与芳烃等物质的特征峰，因此可以很好的计算各种芳烃和其它烷烃等物质的含量。由于不同的烃类物质对辛烷值的影响不同，需要综合考虑每类物质对辛烷值的影响。通过含量高低建立相应的预测模型可以很好地测量汽油样品的辛烷值。相比于红外光谱，拉曼光谱特征峰明显，建立模型所需的样品数量也大为减少。相比色谱，拉曼光谱测量速度较快，使用和维护成本较低。图6 重整汽油的拉曼光谱(经过数据的预处理)　　在此应用案例中，待测的汽油辛烷值并不是由单一物质的分子的光谱所决定的，而是由多种烃类的分子的综合作用所决定。因此，有了光谱之后，如何得到辛烷值，建模就是关键。

物理世界的数字化时代正奔涌而来。2D、3D视觉技术将物体的颜色、形状、大小、尺寸、位置等信息转换为AI时代的大数据，但物质成分的数字化进程却停步不前。如今，可解码万物“指纹”的革命性视觉成像技术—高光谱成像正打破这一僵局。高光谱成像突破人眼限制，可实现万物成分检测，为机器视觉提供更真实、更准确的物理世界信息，为人类提供更高维度观察世界的方式。近日，《南方日报》等媒体持续聚焦海谱纳米光学(以下简称“海谱”)微型高光谱成像MEMS芯片及快速增长的高光谱成像市场。从专注研发到高光谱产品的工程化、市场化，海谱跨过创业公司“死亡之谷”的背后，折射的是国产MEMS芯片在全球高端芯片竞技场的突围。从深圳市海谱纳米光学科技有限公司(Hypernano，简称海谱)获悉，2022年初，该公司宣布正式全球率先量产了第一代微型高光谱成像MEMS(微机电系统，Micro-Electro-Mechanical System)芯片，高光谱工业相机及高光谱相机模组即将推向市场。▲海谱纳米光学据悉，基于微型高光谱成像MEMS芯片技术，海谱推出的高光谱成像模组在波长精度、拍摄速度、空间分辨率、半峰宽、视场角等专业技术指标上达到全球领先水平，体积比传统光谱相机缩小了近1000倍，是业界尺寸最小的高光谱相机模组。半导体老兵深圳创业跨越“死亡之谷”海谱创始人兼CEO黄锦标介绍，公司于2019年1月创立，以“光谱芯视觉，感知超极限”为使命，专注于高光谱成像技术的设计与研发。▲黄锦标黄锦标毕业于南开大学微电子专业，有着20多年半导体技术和市场经验，曾担任多家半导体公司高管，有着很强的系统开发和市场开拓的经验。而海谱研发团队在MEMS领域拥有近20年的芯片设计与工艺制造经验，团队核心成员包括多名顶尖MEMS专家及深圳孔雀人才。2022年3月，海谱完成数千万元A轮融资，投资方包括昆仑资本、远方资本、湾信资本。业内人士介绍，MEMS芯片最常用的是承担传感功能，在整个大的信息系统里有点类似于人的感官系统。从行业而言，欧美是MEMS产业、技术与产品的发源地，处于全球领先地位，中国MEMS产业起步较晚，MEMS产业还处于发展的起步阶段，我国不仅在精度和敏感度等性能指标上与国外存在巨大差距，应用范围也多局限于中低端领域。因而有芯片创业难，MEMS芯片创业更难的说法。不过，尽管我国MEMS传感器厂商面临诸多挑战，但从上游设计、中游制造、下游封装等领域国产替代的空间巨大。▲海谱微型高光谱成像MEMS芯片正因为身处MEMS产业这一高精尖行业，海谱从成立初期的3年，经历了高科技创业公司所面临的“死亡之谷”考验，即从技术研发到产品量产的种种挑战。“创业公司的技术再领先，也要把它变成一个工程化且可市场化的产品，这个过程有很多坑，只有迈过去，技术才具有商业价值。”黄锦标称。黄锦标介绍，海谱走到去年年底时，最核心的技术芯片开始量产。同时，将芯片应用于相机的相关模组也已准备完毕，相当于公司在技术工程化产品这个初创公司最大的槛，已经迈了过去。填补国内微型高光谱MEMS芯片领域空白说起海谱的技术，首先还要科普一下光谱技术。光谱学始于英国科学家牛顿，是人类借助光认知世界的重要方式，地球上不同的元素及其化合物都有自己独特的光谱特征，光谱因此被视为可以辨别物质的成分信息。光谱学的最大特色之一，是研究光与物质产生相互作用的学科，通过物理的方法可以获取物体的成分，在应用上可以非接触和非破坏地进行检测。典型的如天文对象、高温物体、放电气体… … 在分子和原子层次上物质作分析研究，主要是用光谱方法。比如人类用光谱相机拍摄遥远星球的表面物质。▲高光谱原理黄锦标介绍，高光谱成像技术则将成像技术与光谱技术相结合，可获取高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据。其原理是将成像技术与光谱技术相结合，在探测目标二维空间信息的同时，获取其每一个空间位置上的光谱信息，从而实现对物质成分的直接检测。物质光谱信息具有指纹特性，即不同的物质拥有不同的光谱，因此高光谱成像为机器视觉的物质感知、识别和分析提供了新路径，是继2D、3D视觉技术之后的下一代革命性视觉成像技术。2019年，海谱在深圳成立后，开启第一款微型高光谱成像MEMS芯片的研发设计与流片。2020年初，海谱宣布正式量产第一代微型高光谱成像MEMS芯片，填补了国内在微型高光谱成像MEMS芯片领域的空白。传统光谱成像设备一般手工组装，存在体积大、价格昂贵、无法批量生产等问题，海谱微型高光谱成像MEMS芯片具备高空间分辨率、高透光率等性能优势，解决了光谱成像设备体积、成本等问题 芯片化量产还可有效降低高光谱成像设备的台间差，实现芯片至整机全自动组装。由此，海谱突破性地实现了MEMS特殊工艺的突破，解决了高光谱成像工业化、低成本和量产化的业界难题，研发能力覆盖芯片设计、光学模组、产品相机、算法研发、完整应用解决方案等高光谱全链条技术，可为全球多领域客户提供一站式高光谱成像解决方案。“传统的光谱成像设备是一个大仪器 海谱的相机模组才一片指甲大，而且更便宜，不管从体积还是价格、便利性都跨越民用的门槛，也是中国在这个细分芯片赛道上做到了世界领先的位置。”黄锦标这样比较。▲高光谱成像技术可检测物质成分芯片产品覆盖全光谱波段，万物皆可测目前，公司已推出几款芯片，形成全光谱覆盖，实现万物皆可测。黄锦标介绍，高光谱成像MEMS芯片及模组可以应用于工业检测、医疗健康、安防环保、食品检测、IOT等多场景。例如在工业检测领域，高光谱技术可在非接触的情况下实现食品检测分拣、质量等级筛选等功能，以往几分钟或数小时的检测结果如今可实时在线获取。在医疗健康，高光谱设备可赋予普通显微镜高光谱视觉能力，同时还可实现癌症筛查、手术辅助成像等功能。在安防环保领域，高光谱技术可对水质、环境进行实时监测，实现对水质的定性、定量观测，实现云图可视化效果。在食品检测领域，高光谱成像技术可对肉类、果蔬、粮油等进行材质分析，检测果蔬的糖度、水分、硬度、酸度等指标，智能分析肉类的新鲜程度。值得留意的是，海谱不仅有硬件团队，也有AI算法团队，这也保证了芯片获取数据后可以计算建模，得到一致性较高的结果。为何一个默默无名的初创科技公司，可以填补芯片产业空白，实现全球技术领先?黄锦标介绍，高光谱成像MEMS芯片是一个多学科的技术突破，不单单涉及微电子，还有化学、材料、机械、光学等。但是，公司一直聚焦于高光谱成像技术这一细分领域，而且公司核心研发团队此前20年专注于该细分技术的研发，有着世界领先的技术沉淀。“中国芯片暂时落后于国外，实际上差在积累不够，除了资本、政策和市场加持，需要很多科研人员、工程师长年累月地在实验室和芯片产线上辛勤付出，这样才有领先技术突破。”黄锦标称，作为一名90年代从大学毕业后进入半导体行业的老兵，见证了深圳20来年半导体行业的萌生、发展和蓬勃，希望通过自主科技创新，支持国产技术在半导体“无人区”技术实现更多突破。【深创者说@黄锦标】“我们一直强调，一个技术是否具有先进性、突破性，一定要有用，要为市场和消费者提供所认可的解决方案。海谱将微型高光谱成像MEMS芯片与人工智能算法结合，来为消费者转译物体的成分信息。比如我们人眼或者普通相机拍一块肉，就是一张普通照片，但是安装我们芯片的相机拍出的照片，经过算法读取，会转换出一个普通人可理解的结果，告诉你这块肉是否新鲜。我们坚持不会做终端产品。现在国内尤其深圳已经有很多全球知名的硬件终端产品公司，我们的定位是生产芯片以及解决方案，来服务这些硬件终端产品公司。在我们看来，现在中国卡脖子，是卡在缺少上游核心芯片或器件的技术和制造能力。海谱立志于去做这样的一个角色。

产生光电导现象的方法主要有导带与价带之间的跃迁、子带之间的跃迁或者杂质带激发，目前人们普遍认为由远小于半导体禁带能量的光子直接激发的室温光电导机制是不可能实现的。中国科学院上海技术物理研究所黄志明研究员团队研究发现并提出一种太赫兹波段室温新光电导现象(见下图)：当外部电磁波(光子)入射到器件上，将在半导体材料中诱导势阱，从而束缚来自于金属中的载流子，使得材料中载流子浓度发生改变。黄志明团队成功制备出相关器件，并通过实验证明了所提出理论的正确性。　　有关研究结果已于9月1日在线发表在Advanced Materials (DOI:10.1002/adma.201402352)上。此项研究结果证明了远小于禁带能量的光子激发的室温光电导机制，并跳出了传统的基于带间跃迁、子带能级跃迁，以及杂质带激发产生光电导的限制，解决了室温下远小于禁带能量光子直接产生光电导这一难题。它将对半导体、超材料、等离子体和太赫兹低能光子探测产生深远影响。　　 一种太赫兹波段室温新光电导现象