光谱分辨率

在探索宇宙奥秘和理解地球环境的过程中，光谱分辨率扮演着至关重要的角色。它不仅是科学家们洞察物质世界的一扇窗，更是现代遥感技术中不可或缺的一部分。今天，就让我们一起走进光谱分辨率的世界，揭开它神秘的面纱。光谱分辨率是什么？光谱分辨率是指光谱分析仪可分辨出的最小波长间隔，也是其最小可分辨精度，通常以纳米（nm）或波数（cm-1）表示。例如光谱分辨率为1nm,代表设备可分辨出300以及301nm的光。在同一波谱范围内，分的越细，波段越多，光谱分辨率越高，例如1500nm的光波,可被分为300个波段，光谱分辨率为5nm,也可分为150个波段，光谱分辨率为10nm,越高的光谱分辨率可更容易区分和识别目标性质和组成成分。光谱分辨率的度量方式半峰全宽（Full width at half maximum）英文简称FWHM，也称作半高全宽、或半高宽、半波宽。指达到光谱峰高一半处的光谱宽度。如下图如何提高光谱分辨率呢？光谱分辨率受到多种因素的影响，主要包括：1. 光谱仪的光学系统：包括光栅、透镜、滤光片等，它们的性能直接影响到光谱分辨率。2. 探测器的性能：探测器的灵敏度、噪声水平和响应速度等都会影响光谱分辨率。3. 光源的稳定性：光源的稳定性对光谱分辨率有重要影响，光源的波动会导致光谱线的移动，从而影响分辨率。4. 环境因素：如温度、湿度等环境因素的变化也可能对光谱分辨率产生影响。光谱分辨率对我们有什么意义呢？光谱分辨率在科学研究和工业应用中具有广泛的应用，包括：1. 化学分析：高光谱分辨率的光谱仪可以用于化学物质的定性和定量分析。2. 环境监测：通过分析大气中的光谱线，可以监测大气成分的变化。3. 天文学：在天文学中，光谱分辨率对于研究恒星和行星的化学成分至关重要。4. 材料科学：光谱分辨率可以用来研究材料的光学特性，如反射率、透射率等。总之，光谱分辨率是一种重要的光学参数，用于描述光谱仪器的分辨能力。通过了解光谱分辨率的概念、测量方法和影响因素，可以更好地选择和使用光谱仪器，为各种科学研究和实际应用提供更准确、可靠的数据和结果。北京鉴知技术有限公司，简称“鉴知技术”， 是一家以光谱检测技术为核心的专业公司，产品已广泛应用于缉私缉毒、液体安检、食品安全、药品检测等诸多领域，公司致力于为客户提供更先进的产品和更快捷的物质识别方案。

仪器信息网讯 2013年10月25日，德国耶拿公司在北京展览馆举行了&ldquo 高分辨ICP-OES新品发布会&rdquo ，推出目前市场同类产品中最高分辨率的ICP-OES新品&mdash &mdash PQ9000。发布会现场德国耶拿公司在BCEIA 2013上展示的ICP-OES新品&mdash &mdash PQ9000(左一：德国耶拿公司CEO Berka，左二：德国耶拿中国区总经理赵泰)　　在新品发布会上，仪器信息网(以下简称：instrument)编辑也就相关问题采访了德国耶拿中国区总经理赵泰。　　Instrument：多年来，耶拿公司一直以原子吸收的著名厂家而知名，尤其是2004年推出的划时代的连续光源原子吸收，目前中国的ICP市场已被许多品牌领先占据，德国耶拿公司为什么选择当前推出ICP-OES?　　赵泰：大家都知道ICP-OES产品经过多年的发展，在化学分析领域有着非常重要的地位，但是ICP的应用技术还是存在很多难以克服的问题，给我们的分析工作带来很大的障碍。　　比如，发射光谱的主要缺陷是发射谱线多、光谱干扰严重，很多分析问题都是源于此，所以对ICP-OES分辨率的要求就非常高，理想目标是分辨率达到发射谱线的自然宽度(1-3pm)，而目前市场上ICP-OES都未达到这一目标。　　还有ICP-OES很难直接测量高盐，痕量类样品，所以也限制了ICP的分析范围。另外，随着技术的进步大家对仪器研发要求越来越高，大家心目中理想的仪器，不仅性能要好，使用成本也要低。　　为了能克服不足，满足当前分析的需求，德国耶拿公司就一直在研发这样的ICP-OES。德国耶拿公司在光学仪器制造行业有非常丰富的经验，已经有160多年的发展历史和经验，具有得天独厚的优势，所以在光谱领域一直以来都能推出品质非凡的产品。耶拿新品ICP-OES PQ9000也是在传承历史，经过多年的研发，针对目前的ICP-OES产品的不足之处，为了满足当前分析需求，为分析者&ldquo 量身定做&rdquo 的，所以选择当前隆重推出。　　Instrument：耶拿推出的ICP-OES新品与市场上同类产品相比的在技术方面有哪些新的突破，仪器性能有何显著提高?给分析工作带来哪些优越?　　赵泰：首先，借助耶拿特有的光学技术优势，加上设计独特的分光系统，PQ9000的光谱分辨率能达到3pm，达到了相当于发射谱线自然宽度的理想目标，在目前市场上同类产品中是最高分辨率的ICP-OES。用户可以轻松应对很多难分析的、光谱干扰严重的样品。光学性能上也有很大的突破，保证了分析的稳定性和准确性。　　第二，PQ9000采用了先进的垂直矩管、双向观测设计方式，消除了高盐和基体的影响，不仅能满足各类样品(有机，高盐)的分析，也能满足不同浓度(µ g/L～%)的同时测量，保证了灵敏度和检测限。另外PQ9000采用冷锥加氩气反吹消除尾焰，无自吸，无空气，降低背景 持续氩气对光室和检测器的吹扫，消除空气和水分等对紫外光的吸收，从而使得PQ9000的检出限比常规降低2～10倍，灵敏度达到µ g/L级。从短波到长波，常用元素的检测限都大幅提高。从而解决了&ldquo 复杂基质&rdquo ，&ldquo 痕量分析&rdquo 的难题。　　第三，采用高性能的新一代CCD检测器，产生高量子效率和紫外超高灵敏度，可以自动选择最佳积分时间，同时记录元素线与其直接光谱环境，自动扣除背景，检测器只需致冷到零下6到10度即可稳定工作，大大缩短了预热时间(5分钟)，能做到真正的即开即用。　　第四，耶拿本着创新的理念，PQ9000在其他部分的设计上也充分体现。比如新颖独特的尾焰消除技术，采用最先进的气路设计，即吹扫和冷却用氩气又巡回到等离子体使用，没有额外消耗，大大地降低了氩气的消耗 　　另外，组合式炬管，体积小，氩气消耗少，从而最大程度降低氩气的消耗。整个外观设计也很精巧，是世界上体积最小的高分辨率ICP-OES。　　Instrument：耶拿新品ICP-OES主要在哪些应用领域推出?如何能获得用户的认可?　　赵泰：PQ9000在技术上的创新突破，打破了目前ICP-OES的分析局限，带来分析工作带来更多的自由空间。各种样品中低含量、微量和痕量的金属元素以及部分非金属元素的定性和定量分析 尤其适合分析样品量大，检测结果要求高的用户 可广泛应用于石油化工、农业，质检、环保、钢铁、科研、卫生等行业。凡是追求更好分析性能的用户都能认可该技术。　　Instrument：您是如何看待原子吸收与ICP-OES未来发展的关系?ICP-OES的推出对原子吸收业务发展有何影响?耶拿如何制定发展规划?战略目标是?　　赵泰：原子吸收和ICP-OES技术都是目前无机分析的主力军，两者一直是即有交叉又有互补的关系，应用上各有所长。　　ICP-OES的推出对原子吸收业务发展不会有太大影响，只是一些以往必须用石墨炉原子吸收分析的痕量元素现在有更多可能在高分辨率ICP-OES上完成，有更多分析任务可以全部依靠高分辨率ICP-OES完成，而不必分到两种仪器上才能全部满足分析任务的要求。但很多以往特别适合用原子吸收分析项目，如分析元素种类少，或仅靠火焰原子吸收就能完成的分析仍应采用原子吸收更为合适或更加经济。　　PQ9000高分辨率ICP-OES的推出，使耶拿公司的原子光谱仪器家族又增加了新的成员，能满足更多的分析需求，可以为更多的用户提供更多的服务，也为信赖耶拿品质的用户提供更大的合作空间。这也加进一步强了耶拿公司在无机分析领域的技术领先地位和市场影响力。耶拿公司将继续不遗余力的做好售后服务和技术支持，借助此超高分辨率ICP-OES的先进性能为用户解决更多的分析难题，增强实验室分析能力，更加简便、有效的完成高质量的分析任务。　　耶拿公司的战略目标是不断创新，用更多先进技术巩固和加强光谱技术领先者的市场地位。　　Instrument：谈谈新品ICP-OES PQ9000的市场定位和预期?　　赵泰：PQ9000高分辨率ICP-OES的市场定位与其它众多耶拿产品一样，仍然是瞄准高端市场，以技术优势和非凡品质赢得广泛用户的信赖。可以预期，期盼有更好、更强分析性能力装备的用户一定会欢迎这一新品，而耶拿公司的PQ9000绝不会让这样懂行的专业用户失望，将再次为德国耶拿赢得光彩夺目的品牌声誉!　　Instrument：2013年，在全球经济依然不景气的情况下，耶拿面对市场变化，取得了怎样的销售业绩?在耶拿中国的业绩情况?　　赵泰：2013年，德国耶拿一如继往的取得了骄人的业绩，除日本市场外，全球市场继续有较快增长，尤其生命科学业务，有近2位数的增长。　　耶拿中国的业绩继续领先全球，业务总量仍然保持2位数的增长速度，对总增长约推高2个百分点的生命科学业务更是增长了近80%!撰稿人：刘丰秋

近期，中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所副研究员许振宇团队在激光外差光谱技术研究中获进展。相关研究成果发表在《光学通信》（Optics Letters）上。激光外差光谱仪因具有高光谱分辨率、体积小、易集成等优点，已经逐渐发展成为与地基傅里叶变换光谱仪互补的温室气体柱浓度与廓线测量工具。激光外差光谱技术因受限于光学天线理论，无法通过增加光学接收口径的方法提高外差信号信噪比，这导致高分辨率激光外差探测中气体廓线测量精度受限。对此，研究人员提出基于半导体光放大技术的微弱太阳光放大方法，解决了高分辨率激光外差探测中光学天线理论限制的外差信号信噪比提高问题。研究结果表明，相比于传统的高分辨率激光外差光谱仪，所研发的基于半导体光放大的高分辨率激光外差光谱仪的弱光信号探测和气体浓度测量精度得到大幅提升。该研究有助于提高高分辨率激光外差光谱仪的性能，在大气温室气体传感等方面具有巨大应用潜力。相关研究工作获得国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。基于半导体光放大技术的激光外差光谱仪实验装置示意图信号对比测量结果

高分辨率光谱仪本体，设有主动温控系统，以适应高精度视向速度观测的需要。 1月6日，由中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所为山东大学威海分校研制的中国第一台天文观测高分辨率光纤光谱仪通过验收。验收专家组由国家自然科学基金委、国家天文台、山东大学和北京大学的专家组成。 该仪器配置在山东大学威海天文台的1米望远镜上。光谱仪光学系统采用白瞳设计，光束口径92.5mm。仪器设有良好的恒温、隔震系统，由光纤引导连接到望远镜的卡焦接口，并配备有平场定标，波长定标及碘蒸汽盒定标装置和独立的导星系统。光谱仪一次曝光可覆盖波长范围为375nm～1000nm,光谱分辨率为40000～60000。 该仪器的科学目标是进行恒星视向速度测量，高分辨率、高信噪比的星际参数测量和化学元素丰度测量等。从2010年8月仪器交付使用以来，山东大学威海天文台进行了大量的试观测。试观测期间，光谱仪性能优良，工作状态良好。高稳定度的恒温系统和高精度的碘蒸汽吸收装置为高精度视向速度测量提供了有力的保障。试观测中对于视星等8等的恒星，一小时曝光观测的信噪比好于100。

一、项目基本情况项目编号：310000000231018136459-00044392项目名称：上海科技大学磁-惯性约束聚变能源系统关键物理技术项目购高分辨率光谱仪1预算编号： 0023-J00046862 预算金额（元）： 8600000元（国库资金：8600000元；自筹资金：0元）最高限价（元）： 无 采购需求： 包名称：磁-惯性约束聚变能源系统关键物理技术项目购高分辨率光谱仪1 数量：4 预算金额（元）：8600000.00 简要规格描述或项目基本概况介绍、用途：上海科技大学磁-惯性约束聚变能源系统关键物理技术项目购高分辨率光谱仪4套及相关售后服务，交货期：合同签订后6个月内交付；质保期：不少于一年 合同履约期限： 合同签订后至合同规定内容全部完成 本项目（ 否 ）接受联合体投标。二、获取招标文件时间：2023年11月23日至2023年11月30日，每天上午00:00:00-12:00:00，下午12:00:00-23:59:59（北京时间，法定节假日除外）地点：上海市政府采购网方式： 网上获取 售价（元）： 0 三、对本次采购提出询问，请按以下方式联系1.采购人信息名 称：上海科技大学地 址：华夏中路393号联系方式：021-206851792.采购代理机构信息名 称：上海健生教育配置招标有限公司地 址：上海市瞿溪路350号1楼联系方式：53087656-1053.项目联系方式项目联系人：余大为电 话：53087656-105

海洋光学(Ocean Optics)于近期推出高性能，900-2200nm 光谱响应的近红外光谱仪：NIRQuest 512-2.2。该产品是用于水分检测、化学分析、高分辨率激光检测和光纤特征研究等的理想设备。海洋光学NIRQuest 512-2.2 近红外光纤光谱仪尺寸小，且测量范围可达900-2200nm　　NIRQuest 512-2.2采用高稳定性、512像元的滨松 (Hamamatsu) 铟镓化砷 (InGaAs) 阵列探测器，集成二阶热电制冷和低电子噪声的小型光学平台。根据配置 -- 有六种光栅选项和五种尺寸入射狭缝可供选择--光学分辨率可达~0.5 nm-5.0 nm ( FWHM 全宽半高值)，高的分辨率要求对激光特征分析是相当有用。　　独特的外部硬件触发功能允许用户通过外部触发来捕捉光谱，或者在数据获得之后来控制触发其它器件。该功能有利于自动过程控制的集成开发或从同步闪光的太阳能模拟器中捕捉光谱。　　光谱仪采用的SpectraSuite操作软件是一个模块化、以 Java 开发的操作平台，可在Windows，Mac OS 和Linux 操作系统下运行工作。 此外，NIRQuest 512-2.2能与海洋光学的Remora网络适配器一起使用，可将系统变为通过以太网或已有无线连接控制使用的多用户光谱数据服务器。　　推出NIRQuest 512-2.2之后，海洋光学现提供的NIRQuest近红外光谱仪光谱测量范围选项如下：900-1700 nm、900-2050 nm、900-2200nm 和900-2500nm 。多种光栅、光学平台和光学附件使得 NIRQuest 系列能适应各种各样的应用，如医学诊断、食物饮料监测、药物分析、环境监控和过程控制等等。　　关于海洋光学 (Ocean Optics) 和豪迈 (HALMA) :　　总部位于达尼丁，佛罗里达的海洋光学是世界领先的光传感和光谱技术解决方案提供商，为您提供测量和研究光与物质相互作用的先进技术。海洋光学在亚洲与欧洲设有分部，自1992年以来，在全球范围内共售出了超过120，000套光谱仪。海洋光学拥有庞大的产品线，包括光谱仪、化学传感器、计量仪器、光纤、薄膜和光学元件等等。海洋光学是致力于安全检测领域的英国豪迈集团的子公司。海洋光学的产品在医学和生物研究、环境监测、科学教育、娱乐照明及显示等领域应用广泛，公司隶属英国豪迈集团。创立于1894年的豪迈是国际安全、健康及传感器技术方面的领军企业，伦敦证券交易所的上市公司，在全球拥有 4000 多名员工，近40 家子公司。豪迈目前在上海、北京、广州和成都设有代表处，并且已在中国开设多个工厂和生产基地。

近日，中国科学院合肥物质院安光所高闽光研究员团队在傅里叶(FTIR)红外光谱分辨率增强研究方面取得新进展，相关研究成果分别以《基于线性预测理论的太阳遥感光谱高分辨率增强方法》和《基于线性预测理论的傅立叶光谱分辨率增强算法》为题发表于SCI期刊MEASUREMENT（SCI二区TOP，IF=5.6）和INFRARED PHYSICS & TECHNOLOGY（SCI二区，IF=3.3）。FTIR技术以测量速度快、精度高和波段宽的优势，在大气污染监测、食品药品安全检测等诸多领域得到了广泛的应用。然而，由于光谱分辨率的限制，该技术在多组分超痕量物质检测领域面临着挑战，如何在不改变光谱仪结构、不增加仪器重量和体积的前提下有效提高光谱分辨率，成为制约FTIR技术更广泛应用的关键技术难题。课题组李相贤副研究员和秦玉胜博士生等通过对FTIR光谱仪干涉特性进行深入研究，开发了一种基于线性预测理论的FTIR光谱分辨率增强算法。通过建立前后项线性预测总体最小二乘法估计模型参数并实现噪声抑制，利用滑动窗口技术减小预测误差并实现干涉信号高精度外推，显著提升了FTIR光谱分辨率增强模型的性能，在不改变干涉仪采样基础上，有效增强了FTIR光谱分辨率。《基于多步线性预测的太阳遥感光谱高分辨率改进》提出了一种基于滑动窗口的干扰信号多步线性预测方法，该方法将滑动窗口与线性预测相结合，实现了光谱分辨率的高质量提升。该方法的主要思想是首先得到干扰信号的自回归（AR）模型，将预测长度划分为多个大小相等的预测窗口，利用自回归模型逐级预测每个窗口的干扰数据。然后，利用预测的干涉数据重新建模，更新 AR 模型参数，再根据新的 AR 模型预测下一个窗口，形成基于滑动窗口的 MSLP 方法，直到完成最后一个窗口的预测，得到所需的干涉信号。经过傅立叶变换后，可获得分辨率更高的光谱信号。通过模拟和实验，MSLP 方法可用于分离低分辨率的气体光谱，实现交叉吸收分离。此外，该方法还可用于重建低浓度气体光谱的吸收特性。《基于线性预测的傅里叶光谱分辨率增强算法》提出了一种基于线性预测理论的傅里叶光谱分辨率增强算法。该算法由两个主要部分组成。第一步，建立干扰信号的自回归模型（AR）。利用前后向线性预测总最小二乘法和奇异值分解（SVD）估计 AR 模型中的参数，有助于减少奇异值反演造成的假峰值，抑制噪声干扰，并提出干扰信号最小预测误差准则来确定 AR 模型的阶数。第二步，利用 AR 模型进行线性预测。提出了一种基于滑动窗口的干扰信号多步线性预测方法，以提高预测精度。此外，还通过模拟研究了信噪比（SNR）、增强因子和傅里叶变换红外光谱的初始分辨率对算法精度的影响。为了验证该算法的实用性，我们将其用于增强 NH3 的光谱分辨率。然后使用增强光谱进行定量分析，以更好地评估该算法在增强光谱分辨率方面的效果。通过理论、模拟和实际应用，证明了所提出的算法能有效提高光谱分辨率和定量分析的准确性。基于线性预测理论的FTIR光谱分辨率增强模型多组分交叉吸收仿真增强示意图不同分辨率下的实际干涉信号外推比较FTIR光谱分辨率增强模型识别实际NO和H2O吸收特征该成果有望进一步拓展FTIR技术在多组分超低浓度痕量物质检测等领域的应用前景。该研究成果得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。文章链接：https://doi.org/10.1016/j.measurement.2024.114220https://doi.org/10.1016/j.infrared.2023.104764

2015年6月2日，聚光科技正式对外发布直读光谱仪家族的最新成员：E5000A型高分辨率电弧直读光谱仪。 E5000A型高分辨直读光谱仪是原E5000型产品的衍生品，与E5000共用同一技术平台，把原有2400L/mm的光栅更换为3600L/mm，增大光谱仪色散，分辨率提高了30%，光谱半高全宽达到18pm。在样品分析过程中，能有效的避免元素间干扰，使其性能进一步提升，特别适合对Ag、B、Sn检测有较高要求的用户。以Ag作为代表元素，谱图如下所示：3600L/mm光栅 2400L/mm光栅 2400刻线光室有谱线干扰的元素主要是Ag和Sn，采用3600刻线光栅后，分辨率大约提高了30%，对于一些Fe含量较高的样品，能准确分析。比如GSS4样品中Ag元素铁峰的干扰问题。样品GSS4中3600刻线光室Ag的谱线 样品GSS4中2400刻线光室Ag的谱线 如上图GSS4样品的Ag光谱所示，E5000A型电弧直读发射光谱仪采用了3600刻线光学系统之后，Ag 328.07nm谱线明显分开，消除了铁峰的干扰，使得测量准确性大为提高，达到了1：20万化探标准的要求。测试结果如下：GSS4 Ag E5000A 测量值(μg/g)0.087真实值(μg/g)0.07 ΔLog(C) 0.094 在检出限方面，E5000A型仪器也有了进一步提升，具体数据如下表所示：元素3600光栅(μg/g)1:20万要求(μg/g)Ag 0.0044850.02B0.1812155Sn0.2248261 E5000型电弧直读发射光谱仪自从2014年10月上市以来，便在全国范围内巡展，依次到过河南、天津、山东、长春、新疆、成都、江西等地。且得到用户的高度认可，甚至有些用户在交流会现场确定采购。目前已有几十家用户在使用这台仪器，用户体验非常好。在回访活动中，安庆326地址调查院用户说：“我们分析了11种元素，效果非常好”。西藏用户说：“每天分析300多个样品，自从使用聚光科技的仪器后，极大地提升了生产效率，使工作变得轻松愉快且有品位”。看到用户脸上洋溢的笑容和发自内心对仪器的认可，我们收获了满满的幸福。有些用户反馈说：“在地矿行业，样品量大、情况复杂、干扰多、领域宽广，对分析检测的质量要求高，特别是Ag、B、Sn的检测，一直是困扰地矿行业的难题，迫切需要高分辨率的仪器面世”。为更好地满足用户需求，聚光科技正式推出高分辨率电弧直读光谱仪。在未来，我们会带着这两款仪器走访更多的用户，把最新的技术和应用带到每一个用户的身边。同时也希望用户能为仪器提出宝贵的意见，说出用后的心得体会，以便升级的仪器更贴近用户的需求。 聚光科技实验室业务发展事业部总经理马放均表示：“E5000A型 电弧直读发射光谱仪的上市，体现了我们不断改进仪器性能和功能的承诺，同时彰显了我们在现有仪器的基础上不断衍生出更适合行业应用和用户需求的仪器。同时，体现了聚光科技自主创新以及不断超越自己的能力。目前电弧直读光谱仪在地矿行业已有非常成功的应用，聚光科技同时开展了在环保固废分析、土壤分析、冶金有色分析等行业的应用研究。在未来，我们依然坚持以用户的需求为出发点，在多个领域研制出用户需要的仪器”。 “绿色分析”和减少分析检测对环境和人类的危害是浙江地质矿产研究所郑存江教授一直倡导的理念，郑教授在接受媒体采访时说：“E5000能够对地质分析中难以分解的Ag、B、Sn三种元素进行分析。如果加入惰性气体，原来不能测定的氰带干扰元素，现在也可以通过E5000检测了。进一步实现仪器自动化，以应对庞大的样品量。同时，金属、非金属的粉末样品都能通过E5000检测。”更多关于郑教授的采访内容，请查看以下链接：http://www.instrument.com.cn/news/20140721/136984.shtml 活动现场剪影E5000A型电弧直读发射光谱仪的优点如下： 小身材大能量：体积小，波长范围宽，近万条谱线，操作简单 绿色分析：固体粉末直接进样，全面解决Ag、B、Sn检测难的问题 全谱直读：光谱范围广，谱线库丰富，先进的背景校正技术，谱线精细分析 稳定可靠：全固定精密恒温光学系统，智能漂移校正技术，安全连锁水冷系统 想你所想：旋钮式电极夹持，电极激光自动对准，一键激发直读光谱仪家族成员

目前，基于超快激光的非线性拉曼光谱技术已经越来越成熟了；而且，随着纳米科技的迅猛发展，使得基于纳米结构的表面增强拉曼光谱(SERS)和针尖增强拉曼光谱(TERS)在超高灵敏度检测方面取得了长足的进步，推动拉曼光谱成为迄今很少的、可达到单分子检测水平的技术。　　“港东科技”自二十世纪九十年代初就开始研发“拉曼光谱”系列产品。自主研发、生产、制造的LRS-2型和LRS-3型激光拉曼光谱仪以结构简单、便于调整和测量、灵敏度高、稳定性好等特点分别在1998年和2000年世界银行贷款发展项目中二度中标。该仪器现已大量应用于科研院所、高等院校的物理实验室和化学实验室，作为测量和教学拉曼光谱和荧光光谱的实验仪器。LRS-2/3激光拉曼光谱仪　　仪器特点：　　自动记录拉曼、荧光光谱 　　高分辨率，低杂散光单色系统 　　高灵敏度、低噪音单光子计数器做接收系统 　　大功率半导体激光器作为激发光源 　　配有稳定性好、精度高的外光路系统 　　多种附件可选，适用于液体、固体样品的分析 　　配有用于减小瑞利散射的陷波滤波器。　　2008年，港东科技自主研发的，同时也是国内首款LRS-5型微区激光拉曼光谱仪(将具有自主知识产权的高分辨激光共焦显微镜作为收集拉曼散射光系统，长焦长高分辨平场成像输出的单色器，结合自行研制的计算机软件编程等相关实验技术相整合，构建具有自主知识产权的新型高分辨的激光共聚焦显微光谱探测联用设备-激光共焦拉曼光谱仪)研制成功。　　这是一项将拉曼光谱分析技术与显微分析技术结合起来的应用技术。微区激光拉曼可将激发光的光斑聚焦到微米量级，从而可以在不受周围环境干扰的情况下，精确获得所检测样品的有关化学成分、晶体结构、分子相互作用以及分子取向等各种拉曼光谱信息。　　我们对激光共焦拉曼显微镜的装置设计与技术参数，几何尺寸与配置，显微镜的白光成像照明系统和偏振调光图像处理技术进行了细致的研讨与实际效果的理论计算，为该显微镜的结构定型、技术指标奠定了基础。最终研制成功具有自主知识产权的高性能激光共聚焦拉曼显微镜系统。LRS-5 微区激光拉曼光谱仪　　仪器特点：　　操作简单，友好的人机对话界面 　　高分辨率、高稳定性和低杂散光的非对称800mm焦距平场光谱仪系统 　　接受系统采用具有高灵敏度、低噪音的面阵CCD接收器 　　外光路系统采用显微镜作为激光会聚和拉曼光收集系统，具有很高的效率和稳定性 　　配有用于减小瑞利散射的陷波滤波器。　　2012年至2016年，“港东科技”作为国内唯一一家研发、生产高分辨率长焦拉曼的企业受邀参加了由北京理工大学牵头，协同中国科学院物理研究所共同研发的“激光差动共焦成像与检测仪器研发及其应用研究”项目，该项目属于“国家重大科学仪器开发和应用专项”。在该项目中我司主要承担“拉曼光谱成像探测系统”的研发任务。普通激光束的直径通常为1.7mm左右，而显微激光拉曼光谱可以对被分析对象表面及其以下部分(透明或半透明材料)进行分层扫描，以获得较大范围内的信息，能够进行微区(小于0.2µm)分析，很好地满足了对复合材料中不同组元结构分析的要求。　　对于“拉曼光谱”在未来的发展，那就必须先从“拉曼光谱”与它的姊妹谱——红外光谱的比较说起。　　相似之处：“拉曼光谱”与“红外光谱”一样，都能提供分子振动频率的信息，对于一个给定的化学键，其红外吸收频率与拉曼位移相等，均代表第一振动能级的能量。　　不同之处：　　1.红外光谱的入射光及检测光都是红外光，而拉曼光谱的入射光和散射光大多是可见光。拉曼效应为散射过程，拉曼光谱为散射光谱，红外光谱对应的是与某一吸收频率能量相等的(红外)光子被分子吸收，因而红外光谱是吸收光谱。　　2.从分子结构性质变化的角度看，拉曼散射过程来源于分子的诱导偶极矩，与分子极化率的变化相关。通常非极性分子及基团的振动导致分子变形，引起极化率的变化，是拉曼活性的。红外吸收过程与分子永久偶极矩的变化相关，一般极性分子及基团的振动引起偶极矩的变化，故通常是红外活性的。　　3.红外光谱制样复杂，拉曼光谱勿需制样，可直接测试水溶液。　　姊妹谱的联系：　　1、凡有对称中心的分子，若有拉曼活性，则红外是非活性的 若红外活性，则拉曼是非活性的。　　2、凡无对称中心的分子，大多数的分子，红外和拉曼都活性。　　3、少数分子的振动，既非拉曼活性，又非红外活性。(如：乙烯分子的扭曲振动，在红外和拉曼光谱中均观察不到该振动的谱带。　　综上所述，拉曼光谱相对于红外光谱，其优势之一体现在用拉曼研究水溶液中比较方便，而生命科学的许多研究往往需要的水溶液环境。共振拉曼、表面增强拉曼和非线性拉曼光谱以及它们的联用将成为生命科学前沿领域具有重要价值的研究方法，因为21世纪是生命科学的世纪(如：临床医疗、癌症的检测与诊断等)，我们以为也是纳米技术和激光技术的世纪，因此我们觉得拉曼光谱的发展和应用是大有可为的。　　但就目前来讲，“拉曼光谱”还存在一定的不足，例如：　　1、拉曼散射面积 　　2、不同振动峰重叠和拉曼散射强度容易受光学系统参数等因素的影响 　　3、荧光散射的干扰 　　4、在进行分析时，常出现曲线的非线性的问题 　　5、任何一个物质的引入都会对被测体体系带来某种程度的污染，这等于引入了一些误差的可能性，会对分析的结果产生一定的影响。　　当然我们也相信，随着相关技术领域的不断进步和提高，这些问题在不远的将来都能得到完善的解决。届时“拉曼光谱”的应用领域也将更为广泛。　　“拉曼光谱”揭示了丰富的化学键信息，检测对象从单质到化合物，从纯净物到混合物，从无机物到有机物，从固体到液体甚至到气体。随着技术的进一步发展，便携式拉曼光谱仪的发展趋势将呈现多样化。更加小型化、智能化、应用更加细分(分析化学、安全检查、生物医药、机场安检、爆炸物分析等)，将成为发展的主流，而性能却不会随着小型化而缩水。同时，随着应用领域的扩大，适应恶劣的工作环境(高温、高压)也将是发展方向之一。而价格合理化将是便携式拉曼光谱仪发展的终极目标。（内容来源：港东科技）

1GHZ——超高分辨率光谱仪的新突破 --- 基于ZOOM超高分辨率光谱仪 摘要：近日，Resolution Spectra System 公司推出一款超高分辨率光谱仪：1GHZ-ZOOM Spectrometer. 这款光谱仪可以说是目前市场上绝无仅有的一款超高分辨率光谱仪（1GHZ），它具有其他光谱仪无法匹配的优良特性：高分辨率（1GHZ）、 SWIFTS Technology 、30KHZ测量速率、体积小、终生仅需一次校准。 ZOOM Spectrometer 不同于现在市场上的光谱仪，它是第一个也将是仅有的一个采用SWIFTS Technology技术的高性能光谱仪供应商（上海昊量光电设备有限公司-中国代理商），它的核心技术是SWIFTS Technology,即采用目前世界上先进的光波导技术（如图1）来替代传统的光栅元件。这样，光谱仪内部不再包含可移动的元器，也确保了波长的绝对精确性（终生仅需校准一次，可充当波长计来使用）。 图1 SWIFTS 芯片（光波导技术） 此前Resolution Spectra System公司已经相继推出多款高分辨率光谱仪： （1） WIDE Spectrometer（6GHZ） 宽带高分辨率光谱仪 （7-20pm）（2） MICRO Spectrometer（6GHZ） 高性价比超高分辨率光谱仪 （7-20pm)（3） ZOOM Spectrometer (6GHZ、3GHZ) 高速率、高分辨率光谱仪 （5-15pm） 近年来，我们的高分辨率光谱仪得到了众多科研工程师们的青睐，为了满足诸多工程师们对激光器超窄线宽的测量、单纵模激光器的检测、VCSEL激光器测量（图２）、高深度相干断层扫描（图３）等需求. Resolution Spectra System 研制了分辨率高达1GHZ的超高分辨率光谱仪——ZOOM Spectrometer。 图２　ＶＣＳＥＬ激光器测量 图３　　　高深度相干断层扫描图 对于ZOOM Spectrometer –超高分辨率光谱仪，如果您想要更深入的进行了解，可直接联系我们。 您可以通过我们的官方网站了解更多的超高分辨率光谱仪产品信息，或直接来电咨询021-34241962。 激光器 大功率连续半导体/固体激光器（CW）碱蒸汽激光泵浦源（SEOP） 光学部件 体布拉格光栅(VBG，VHG)空间滤波器(spatial filters)频谱合束光栅用于角度选择与放大的透射体布拉格光栅啁啾布拉格光栅多波长激光合束器激光选模/波长锁定用体布拉格光栅光学滤波片/陷波滤波片BPF低波数带通滤光片BNF低波数陷波滤波片 光学/激光测量设备 频谱分析仪630~1100nm频谱分析仪 光谱仪 光纤光谱仪宽带超高分辨率光谱测量仪高性价比超高分辨率光谱仪(7~20pm)高速、超高分辨率光谱仪（0.005nm）

近日，浙江大学光电学院的马耀光研究员在微型高性能光谱仪研究中取得了新进展。研究团队提出了一种具有皮米量级分辨率的微纳光纤锥光谱仪。在这种光纤锥光谱仪中，精心设计的光纤锥几何参数使得输入光激发的少数传播模，可以随着光纤锥的非绝热形变发生耦合、演化过程，进而快速形成大量的高阶模式。这些新形成的高阶模式同时也会随着光纤锥的渐变直径被截止而转化为泄漏模，从而在探测面形成复杂的光学散斑。光谱信息也在这个过程里被编码进散斑图案之中。可以利用基于Transformer的MobileViT模型，快速、高效、准确的对输入光谱进行还原。经测试，光谱仪可以工作在450-1100nm的波段范围内，对输入光的分辨率可达1 pm 数量级。该光谱仪以相对较低的制造难度与成本，在毫米级的空间尺度下实现了皮米级的波长分辨能力。自牛顿利用棱镜观察到色散现象以来，针对光谱技术的研究就在人类发展历程中占据了重要地位。随着光谱分辨率的提高与光谱理论的完善，光谱技术逐步从科学实验领域扩展到了分析应用上，在生物传感、环境监测、天文、医疗等领域都发挥着重要的作用。但是传统光谱仪体积庞大、价格昂贵，因而在实际应用中较难推广。对光谱的测量往往需要使用非常专业的设备或者在专业的检测机构才能进行。近年来，随着微纳技术的发展，微型光谱仪凭借其体积小、重量轻、操作便捷、结构简单、价格低廉等特点，逐渐被人们所重视。但是，针对光谱仪的低成本、小体积、高性能等要求存在内在的制约关系：减小分光和探测元器件的尺寸将导致光谱仪的分辨率、灵敏度及动态检测范围显著下降，同时有可能增加器件的制造难度与成本。如何利用计算光谱技术进行光谱编码与解码是打破这一内在限制的重要前提。微纳光纤（MNFs）是研究纳米尺度光与物质相互作用的优秀平台之一。利用其简洁的几何形貌、强光场约束等优点，研究人员利用自制的光纤拉锥机精确控制光纤锥尺寸，对其内部的传导模式产生有效调控，如图1a所示。a) 基于微光纤锥的光谱编码结构利用非绝热近似下的陡变光纤锥，将输入的少量低阶模式快速转变为大量高阶模式。产生的高阶模式的数量和权重均为输入光场频率的函数。因而，随着高阶模式被光纤锥的渐变直径逐步截止，光谱信息就会随着泄漏的光场被编码进探测到的复杂散斑图案之中。多模光纤拉制的光纤锥内支持的传导模式众多，再加上锥区模式耦合带来的自由度，散斑结构非常复杂，波长的微小改变也会使得散斑有非常明显的变化，从而可以在较小的尺寸内实现高分辨的光谱识别如图1b、c所示。图1光谱仪结构。（a）微型光谱仪图片（b,c）微纳光纤锥区泄漏模图案映射在衬底上的侧视图和俯视图1. 光纤纤芯直径、光纤锥度、锥区长度、拉伸长度等结构参数对光线锥泄漏散斑具有重要的影响。输入光在芯径更大的光纤中，可以激发更多的模式，因此在后续的模式演化过程中可以产生更复杂的散斑，包含更多的光谱特征。图2的仿真结果也验证了这一点。图2 不同纤芯直径拉制得到的光纤锥的散斑仿真。纤芯直径分别为（a）8.2 μm（b）62.5μm（c）105μm2. 在微纳光纤束腰直径一致的情形下，锥区长度越短，锥区角度越大。如图3所示。随着锥区变短，散斑尺寸缩小，由Nyquist采样定理可知，对于一定大小的探测器单元尺寸，系统可以采集的散斑精细结构的质量会随之变低。例如当锥长为750 μm时，散斑尺寸仅为~2 μm。图3 不同锥区长度的光纤锥散斑仿真。锥区长度分别为（a）6000 μm（b）3000μm（c）1500μm（d）750μm3. 通过优化拉制光纤的纤芯直径，拉制过程中的拉伸长度与锥区长度等参数，研究人员在300*600 μm的小尺寸内，得到信息足够丰富的散斑。散斑图样由互补金属氧化物半导体（CMOS）传感器（CIS）直接获取，如图2a所示。利用自制的微纳光纤拉锥平台和转移平台，研究团队可以高效率、高精度地制备所需要的微纳光纤，并且将其与CIS探测器进行一体化集成。使得最终的样品在保证高集成度的同时，具有良好的稳定性与重复性。并且，制备的光谱仪核心元件的成本不到15美元。b) 基于深度学习的高精确度光谱复原研究人员发现重构型光谱仪的算法选择对重构结果也有较大影响，为了可以实现快速、低功耗的光谱重构，我们采用基于Transformer架构的MobileViT模型进行了训练，用于最终的图像分类与光谱重构。最终，光谱仪准确地恢复了450-1100 nm光谱范围内（受限于实验中采用的CMOS的工作带宽300-1100 nm 与神经网络训练过程中可用的输入光谱范围450-1200nm的交集）被测光谱信息，平均峰值信噪比(PSNR)为46.7 dB。重建的窄带光(彩色实线)和商用光栅光谱仪的地真光谱(图4(a)黑色虚线，Ocean Optics, LEDPRO-50)显示出很高的一致性。单色光的中心波长误差约为0.0223%。线宽误差约为7.37%。并且，光谱仪在图4b、c所示的性能极限测试中也展示出很好的表现：在工作带宽的测试中，可以准确恢复半高全宽为90 nm的光谱。在对于分辨极限的测试中，可以准确还原间隔1.53 pm的双峰信号。图4 光谱仪性能表征。（a）450-1100 nm波长范围内光谱恢复（b）连续光谱的恢复（c）窄双峰的恢复c) 高精度的高光谱探测能力因为微纳光纤尺寸小、光束缚能力强的特点，可以在一个传感器上集成多个微纳光纤锥，实现高光谱成像功能。图5a展示了在CIS上集成20个光纤锥的样品。结合机械扫描的采样方式，可以对例如图5b中的图像，进行高光谱采集。如图5c、d所示，采得的光谱信息具有很好的准确度和色彩还原度。图5 光谱仪高光谱表征。（a）20通道高光谱成像仪（b）彩色贴片图及高光谱复原结果（c）b中各个色块的光谱还原图（d）b中不同色块的CIE 1931色彩空间坐标研究团队利用轻量级Transformer架构的神经网络模型，对微纳光纤锥区泄漏模的干涉散斑进行优化与采集，简洁地实现了基于微纳光纤锥的光谱信息编解码架构，进而构建出一种尺寸在亚毫米量级，分辨率在皮米量级的低成本、高性能微型光纤锥光谱仪。此外通过在CIS上集成多个微纳光纤锥，可以实现高光谱成像的功能。未来，如果在标定过程中进一步考虑偏振态的影响，我们可以同时获得未知光的光谱和偏振态。论文所提出的光谱仪可应用于食品检验、药物鉴定、个性化健康诊断等领域，成本低廉。 本研究得到了国家自然科学基金和浙江省自然科学基金的资助。论文通讯作者为马耀光研究员，共同第一作者为硕士生岑青青和博士生片思杰。硕士生刘鑫航、唐雨薇、何欣莹也为论文工作做出了重要贡献。本论文的完成单位为浙江大学光电科学与工程学院、极端光学技术与仪器全国重点实验室、杭州国际科创中心、浙江大学嘉兴研究院智能光电创新中心。

近日，中科院合肥研究院安光所许振宇副研究员课题组科研人员在激光外差光谱技术研究中取得新的突破，相关研究成果发表在《光学通信》（Optics Letters）上，且该论文被编入编辑精选(Editor’s Pick)。激光外差光谱仪因具有高光谱分辨率、体积小、易集成等优点，已经逐渐发展成为与地基傅里叶变换光谱仪互补的温室气体柱浓度与廓线测量工具。激光外差光谱技术因受限于光学天线理论，无法通过增加光学接收口径的方法提高外差信号信噪比，这导致高分辨率激光外差探测中气体廓线测量精度受限。对此，安光所科研团队邓昊博士后首次提出基于半导体光放大技术的微弱太阳光放大方法，解决了高分辨率激光外差探测中光学天线理论限制的外差信号信噪比提高问题。研究结果表明所研发的基于半导体光放大的高分辨率激光外差光谱仪相比于传统的高分辨率激光外差光谱仪在弱光信号探测以及气体浓度测量精度方面得到大幅提升。该研究提高了高分辨率激光外差光谱仪的性能，在大气温室气体传感等方面具有巨大的应用潜力。基于半导体光放大技术的激光外差光谱仪实验装置示意图信号对比测量结果文章链接：https://opg.optica.org/ol/fulltext.cfm?uri=ol-47-17-4335&id=493999

近期，中科院合肥研究院安光所许振宇副研究员课题组科研人员在激光外差光谱技术研究中取得新的突破，相关研究成果发表在《光学通信》(Optics Letters)上，且该论文被编入编辑精选(Editor’s Pick)。 　　激光外差光谱仪因具有高光谱分辨率、体积小、易集成等优点，已经逐渐发展成为与地基傅里叶变换光谱仪互补的温室气体柱浓度与廓线测量工具。激光外差光谱技术因受限于光学天线理论，无法通过增加光学接收口径的方法提高外差信号信噪比，这导致高分辨率激光外差探测中气体廓线测量精度受限。对此，安光所科研团队邓昊博士后首次提出基于半导体光放大技术微弱太阳光放大方法，解决了高分辨率激光外差探测中光学天线理论限制的外差信号信噪比提高问题。研究结果表明所研发的基于半导体光放大的高分辨率激光外差光谱仪相比于传统的高分辨率激光外差光谱仪在弱光信号探测以及气体浓度测量精度方面得到大幅提升。 　　该研究提高了高分辨率激光外差光谱仪的性能，在大气温室气体传感等方面具有巨大的应用潜力。 　　邓昊博士后是论文第一作者，许振宇副研究员与阚瑞峰研究员是论文通信作者。该研究获得国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。基于半导体光放大技术的激光外差光谱仪实验装置示意图信号对比测量结果

近期，中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所副研究员许振宇团队在激光外差光谱技术研究中获进展。相关研究成果发表在《光学通信》（Optics Letters）上。　　激光外差光谱仪因具有高光谱分辨率、体积小、易集成等优点，已经逐渐发展成为与地基傅里叶变换光谱仪互补的温室气体柱浓度与廓线测量工具。激光外差光谱技术因受限于光学天线理论，无法通过增加光学接收口径的方法提高外差信号信噪比，这导致高分辨率激光外差探测中气体廓线测量精度受限。对此，研究人员提出基于半导体光放大技术的微弱太阳光放大方法，解决了高分辨率激光外差探测中光学天线理论限制的外差信号信噪比提高问题。研究结果表明，相比于传统的高分辨率激光外差光谱仪，所研发的基于半导体光放大的高分辨率激光外差光谱仪的弱光信号探测和气体浓度测量精度得到大幅提升。　　该研究有助于提高高分辨率激光外差光谱仪的性能，在大气温室气体传感等方面具有巨大应用潜力。　　相关研究工作获得国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。　　论文链接基于半导体光放大技术的激光外差光谱仪实验装置示意图信号对比测量结果

在半导体行业，晶圆是用光刻技术制造和操作的。蚀刻是这一过程的主要部分，在这一过程中，材料可以被分层到一个非常具体的厚度。当这些层在晶圆表面被蚀刻时，等离子体监测被用来跟踪晶圆层的蚀刻，并确定等离子体何时完全蚀刻了一个特定的层并到达下一个层。通过监测等离子体在蚀刻过程中产生的发射线，可以精确跟踪蚀刻过程。这种终点检测对于使用基于等离子体的蚀刻工艺的半导体材料生产至关重要。等离子体是一种被激发的、类似气体的状态，其中一部分原子已经被激发或电离，形成自由电子和离子。当被激发的中性原子的电子返回到基态时，等离子体中存在的原子就会发射特有波长的辐射光，其光谱图可用来确定等离子体的组成。等离子体是用一系列高能方法使原子电离而形成的，包括热、高能激光、微波、电和无线电频率。实时等离子体监测以改进工艺等离子体有一系列的应用，包括元素分析、薄膜沉积、等离子体蚀刻和表面清洁。通过对等离子体样品的发射光谱进行监测，可以为样品提供详细的元素分析，并能够确定控制基于等离子体的过程所需的关键等离子体参数。发射线的波长被用来识别等离子体中存在的元素，发射线的强度被用来实时量化粒子和电子密度，以便进行工艺控制。像气体混合物、等离子体温度和粒子密度等参数都是控制等离子体过程的关键。通过在等离子体室中引入各种气体或粒子来改变这些参数，会改变等离子体的特性，从而影响等离子体与衬底的相互作用。实时监测和控制等离子体的能力可以改进工艺和产品。一个基于Ocean Insight HR系列高分辨率光谱仪的模块化光谱装置用于监测等离子体室引入不同气体后，氩气等离子体发射的变化。测量是在一个封闭的反应室中进行的，光谱仪连接光纤和余弦校正器，通过室中的一个小窗口观察。这些测量证明了模块化光谱仪从等离子体室中实时获取等离子体发射光谱的可行性。从这些发射光谱中确定的等离子体特征可用于监测和控制基于等离子体的过程。等离子体监测可以通过灵活的模块化设置完成，使用高分辨率光谱仪，如Ocean Insight的HR或Maya2000 Pro系列（后者是检测UV气体的一个很好的选择）。对于模块化设置，HR光谱仪可以与抗曝光纤相结合，以获得在等离子体中形成的定性发射数据。从等离子体室中形成的等离子体中获取定性发射数据。如果需要定量测量，用户可以增加一个光谱库来比较数据，并快速识别未知的发射线、峰和波段。监测真空室中形成的等离子体时，一个重要的考虑因素是与采样室的接口。仪器部件可以被引入到真空室中，或者被设置成通过视窗来观察等离子体。真空通管为承受真空室中的恶劣条件而设计的定制光纤将部件耦合到等离子体室中。对于通过视口监测等离子体，可能需要一个采样附件，如余弦校正器或准直透镜，这取决于要测量的等离子体场的大小。在没有取样附件的情况下，从光纤到等离子体的距离将决定成像的区域。使用准直透镜可以获得更局部的收集区域，或者使用余弦校正器可以在180度的视野内收集光线。测量条件HR系列高分辨率光谱仪被用来测量当其他气体被引入等离子体室时氩等离子体的发射变化。光谱仪、光纤和余弦校正器通过室外的一个小窗口收集发射光谱，对封闭反应室中的等离子体进行光谱数据采集（图1）。图1：一个模块化的光谱仪设置可以被配置为真空室中的等离子体测量。一个HR2000+高分辨率光谱仪（~1.1nm FWHM光学分辨率）被配置为测量200-1100nm的发射（光栅HC-1，SLIT-25），使用抗曝光纤（QP400-1-SR-BX光纤）与一个余弦校正器（CC-3-UV）耦合。选择CC-3-UV余弦校正器采样附件来获取等离子体室的数据，以解决等离子体强度的差异和测量窗口的不均匀问题。其他采样选项包括准直透镜和真空透镜。结果图2显示了通过等离子体室窗口测量的氩等离子体的光谱。690-900纳米的强光谱线是中性氩（Ar I）的发射线，400-650纳米的低强度线是由单电离的氩原子（Ar II）产生的。图2所示的发射光谱是测量等离子体发射的丰富光谱数据的一个例子。这种光谱信息可用于确定一系列关键参数，以监测和控制半导体制造过程中基于等离子体的工艺。图2：通过真空室窗口测量氩气等离子体的发射。氢气是一种辅助气体，可以添加到氩气等离子体中以改变等离子体的特性。在图3中，随着氢气浓度的增加添加到氩气等离子体中的效果。氢气改变氩气等离子体特性的能力清楚地显示在700-900纳米之间的氩气线的强度下降，而氢气浓度的增加反映在350-450纳米之间的氢气线出现。这些光谱显示了实时测量等离子体发射的强度，以监测二次气体对等离子体特性的影响。观察到的光谱变化可用于确保向试验室添加最佳数量的二次气体，以达到预期的等离子体特性。图3：将氢气添加到氩等离子体中会改变其光谱特性。在图 4 和 5 中，显示了在将保护气添加到腔室之前和之后测量的等离子体的发射光谱。 保护气用于减少进样器和样品之间的接触，以减少由于样品沉积和残留引起的问题。 在图 4中，氩等离子体发射光谱显示在加入保护气之前，加入保护气后测得的发射光谱如图5所示。保护气的加入导致了氩气发射光谱的变化，从400纳米以下和~520纳米处的宽光谱线的消失可以看出。图4：加入保护气之前，在真空室中测量氩等离子体的发射。图5：加入保护气后，氩气发射特性在400纳米以下和~520纳米处有明显不同。结论紫外-可见-近红外光谱是测量等离子体发射的有力方法，以实现元素分析和基于等离子体过程的精确控制。这些数据说明了模块化光谱法对等离子体监测的能力。HR2000+高分辨率光谱仪和模块化光谱学方法在测量等离子体室条件改变时，通过等离子体室的窗口测量等离子体发射光谱，效果良好。还有其他的等离子体监测选项，包括Maya2000 Pro，它在紫外光下有很好的响应。另外，光谱仪和子系统可以被集成到其他设备中，并与机器学习工具相结合，以实现对等离子体室条件更复杂的控制。以上文章作者是海洋光学Yvette Mattley博士，爱蛙科技翻译整理。世界上第一台微型光谱仪的发明者海洋光学OceanInsight，30年来专注于光谱技术和设备的持续创新，在光谱仪这个细分市场精耕细作，打造了丰富而差异化的产品线，展现了光的多样性应用，坚持将紧凑、便携、高集成度以及高灵敏度、高分辨率、高速的不同设备带给客户。2019年，从Ocean Optics更名为Ocean Insight，也是海洋光学从光谱产品生产商转型为光谱解决方案提供商战略调整的开始。此后，海洋光学不仅继续丰富扩充光传感产品线，且增强支持和服务能力，为需要定制方案的客户提供量身定制的系统化解决方案和应用指导。作为海洋光学官方授权合作伙伴，爱蛙科技（iFrogTech）致力于与海洋光学携手共同帮助客户面对问题、探索未来课题，为打造量身定制的光谱解决方案而努力。如需了解更多详情或探讨创新应用，可拨打400-102-1226客服电话。关于海洋光学海洋光学作为世界领先的光学解决方案提供商，应用于半导体、照明及显示、工业控制、环境监测、生命科学生物、医药研究、教育等领域。其产品包括光谱仪、化学传感器、计量检测设备、光纤、透镜等。作为光纤光谱仪的发明者，如今海洋光学在全球已售出超过40万套的光纤光谱仪。关于爱蛙科技爱蛙科技（iFrogTech）是海洋光学官方授权合作伙伴，提供光谱分析仪器销售、租赁、维护，以及解决方案定制、软件开发在内的全链条一站式精准服务。

HR2是一款高分辨率科研级光谱仪全新的探测器超高的采集速度良好的热稳定性一如既往的便携小尺寸提供更高的分辨率和信噪比重点特色KEY FEATURES&bull 高分辨率2098个有效像素点16-位 A/D分辨率 (65535 counts)能探测到更弱、变化更快的光信号提升杂散光控制&bull 高信噪比单次采集信噪比 380:1高速平均模式信噪比 25833:1&bull 超高的采集速度微秒级积分时间 1µ s-1.5s&bull 优良的热稳定性温漂 0.06 Pixels/°C环境条件变化时有可靠光谱响应&bull 更广的动态范围单次采集动态范围 3000:1系统动态范围 2.46*108HR2系列在各大基础应用中表现良好特别针对吸光度测量表现十分优异搭配使用OceanDirect跨平台软件开发工具包快速实现多次板载平均并大幅加强信噪比！多种选择DIVERSE OPTIONS18款预配置多种可能性可供选择并支持定制版本应用广泛APPLICATIONSHR2适用于日常实验室使用，也可以嵌入OEM仪器并集成到工艺流水线中&bull LED/激光表征 采集时间短，可直接测量 无需附件仪器也不会饱和&bull 紫外/可见光吸光度 吸光度极限值可到 2.5 AU&bull 还可应用于... 半导体行业：等离子体监控 生物制药、药品分析 (吸光度) 分子诊断设备: RNA/DNA 生物流体诊断设备

div class="content"!--enpcontent--p近期，中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所天文光子学团队在超高分辨超高定标精度光谱技术研究中取得进展。研究团队将虚拟成像相位阵列（VirtuallyImaged PhasedArray，VIPA）作为主色散元件，以激光频率梳作为波长定标源，在实验上获得的光谱分辨率为106万（~0.6皮米），短时标波长定标精度优于10厘米/秒；目前，由于仪器未做任何温度和压力控制，6小时双通道同步定标精度~13米/秒，奇偶次定标精度~40厘米/秒。相关研究成果发表在TheAstronomical Journal上。/pp该研究第一完成人、博士朱小明和团队负责人、研究员何晋平介绍，后续通过优化系统，做好装置的温控和压控，该类光谱技术可兼顾超高分辨率（50万~1000万）及超高定标精度（10厘米/秒量级），且装置紧凑，造价低，可为未来天文超高分辨率光谱观测提供技术支撑，有望在恒星化学元素探测及大气同位素比、系外行星探测及大气成分表征、星际物质分子丰度、太阳物理动力学过程、精细结构和磁横流研究等方面获得实用。除天文方面的应用，该类技术在高精度测距、测力、测温及测速方面均有较明确的应用前景，后续有望应用在生物力学特性研究、基于精密温度测量的海底非合作目标探测、空间激光精密测距等研究领域或场景中。/pp当前，该研究团队正在调试及优化样机，为后续实际观测及应用做准备。研究工作得到国家自然科学基金面上项目及重点项目的资助。/pp论文链接/ppimg src="https://pic.cyol.com/img/20200929/img_96b326fbc54a2f995b8241ef054906cf33_c.jpg" data-bd-imgshare-binded="1"//pp图1.实测二维光谱数据。重复频率808MHz的激光频率梳梳齿阵列可被完全分开 /ppimg src="https://pic.cyol.com/img/20200929/img_968949af075f01c499503ed9560950a5a1_c.jpg" data-bd-imgshare-binded="1"//pp图2.六小时双通道同步定标波长精度 /p/div

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。

为了更好地了解全球气候变化，特别是温室气体（CO2、CH4、N2O、HF、CO、H2O和HDO）在大气和生物圈之间的交换，总碳柱观测网（TCCON）、大气成分变化观测网（NDACC）等研究机构相继成立。这些都是由地基傅立叶变换红外光谱仪（以及其他仪器）组成的网络，它们将太阳作为光源，来记录近红外或中红外光谱范围大气谱。所接收到的高精度数据可以作为重要的地面真实数据，作为对像美国宇航局（NASA）等的卫星测量数据的补充。对于大气污染物的分析，太阳作为红外光源，太阳光经过整个大气层一直到光谱仪的整个光路上不同组分的浓度进行了测量。对于这类场发射测量，需要用到超高分辨率傅立叶变换红外光谱仪。布鲁克IFS 125HR傅立叶变换红外光谱仪凭借准确的仪器谱线函数、出色的波长精度和世界上最高的光谱分辨率，成为该应用和相关研究机构的黄金标准。布鲁克IFS 125HR超高分辨光谱仪采用了令人瞩目的干涉仪设计，可确保光束在长达11米的极长光程差中的完整性。于是，IFS125HR光谱仪全球网络被用于监测全球范围内的大气变化，其中，部分安装在山峰上的观测中心，例如，著名的瑞士少女峰（NDACC）；或安装在坐落于美国俄克拉荷马州Lamont的SGP ARM站点设备服务中心（TCCON）。下方图片提供了安装有IFS 125HR光谱仪的全球TCCON观测站点位置，这也凸显了布鲁克在大气污染监测方面做出的重要贡献。注：TCCON: total carbon column observing networkNDACC: network for the detection of atmospheric composition changeSGP: Southern Great PlainsARM: Atmospheric Radiation MeasurementThe Southern Great Plains (SGP) atmospheric observatory was the first field measurement site established by the Atmospheric Radiation Measurement (ARM) user facility. This observatory is the world’s largest and most extensive climate research facility.

为了更加合理地设计高性能的多相催化剂，科学家们不再满足于整体催化机理的研究，他们需要从原子、分子水平来了解单个活性位点的电子结构与催化性能之间的关系。近些年来，扫描探针显微镜与拉曼光谱联用的针尖增强拉曼光谱(Tip-Enhanced Raman Spectroscopy，TERS)，可以同时提供表面形貌与拉曼光谱信息，并可达到亚纳米级的空间分辨率，这使得科学家们可以在纳米尺度甚至原子尺度来表征催化剂表面结构与性质之间的关系。TERS装置图及原理。图片来源：Nature Nanotech.　　日前，厦门大学任斌教授(点击查看介绍)团队采用TERS技术成功地以3 nm的空间分辨率对Pd/Au(111)双金属催化剂表面进行成像，得到了该催化剂表面不同位点电子结构与催化活性之间的关系。相关成果已发表于Nature Nanotechnology杂志，共同第一作者是钟锦辉博士和金曦。(Probing the electronic and catalytic properties of a bimetallic surface with 3 nm resolution. Nature Nanotech., 2016, DOI:10.1038/NNANO.2016.241)。任斌教授。图片来源：厦门大学　　在TERS中，由Au或Ag组成的尖端由扫描探针装置控制，以亚纳米的精度在样品表面进行扫描。当尖端金属被激光激发而产生局部表面等离子共振效应时，在探针与样品表面之间会产生强烈的电磁场，由此所得样品的拉曼信号会被大幅增强。本工作中，研究人员采用电化学欠电位沉积法在Au(111)单晶表面沉积单原子的Pd层，再以异腈苯(phenyl isocyanide，PIC)为拉曼探针分子(异腈苯被催化氧化成异氰酸苯酯)，通过TERS技术获得不同位点处的电子性质与催化性质，从而来研究两者间的内在联系。　　本研究TERS示意图。图片来源：Nature Nanotech.　　研究人员通过控制Pd单层的覆盖量，可以使Au(111)表面进行完全单层覆盖(full monolayer coverage)与80%单层覆盖(0.8 monolayer coverage)，分别标记为PdML/Au(111)和Pd0.8ML/Au(111)，由扫描隧道显微镜(STM)图像可以看出，Pd0.8ML/Au(111)表面由连续性的Pd单层以及Au空穴组成。　　Au(111)、PdML/Au(111)以及Pd0.8ML/Au(111)的STM图像。图片来源：Nature Nanotech.　　接着，研究人员进一步对Pd0.8ML/Au(111)表面进行TERS表征，并惊喜地发现发现台阶边缘处(step edge)的TERS信号相比于平台处(terrace)更强，这可以通过台阶边缘处有效曲率半径减少引起的避雷针效应，以及电荷累积产生的等离子效应来解释。借助于台阶边缘处TERS信号的增强，空间分辨率能够提升到3 nm。在催化剂不同位点处的拉曼信号。图片来源：Nature Nanotech.　　此外，研究人员还发现，与吸附在Pd平台处的异腈苯分子相比，吸附在Pd台阶边缘处的分子N≡ C键削弱，振动频率降低，更容易发生氧化。对此结果，研究人员采用理论计算进行了验证。计算结果表明，与平台处相比，台阶边缘处的金属与异腈苯分子之间有着更强的d-π *反馈作用，这极大削弱了N≡ C键，因而使得台阶边缘处的催化活性更高。　　理论计算比较不同位点处的态密度(DOS)。图片来源：Nature Nanotech.　　来自美国西北大学(Northwestern University)的Guillaume Goubert教授和Richard Van Duyne教授在同期Nature Nanotechnology 撰写了题为“Raman Spectroscopy: Tipping point”的评论，认为此项成果证明了“TERS可以在原子水平解析催化剂表面的结构与活性关系”，有望发展成为“多相催化的一种主要分析技术”。同时他们也提到了未来TERS发展所面临的挑战，“科学家还需要努力提高TERS对基底及吸附物的普适性，即不限于Au或Ag金属以及芳环大分子。”

光学频率梳（Optical frequency comb，简称“光梳”）由大范围、等间隔的梳齿分量构成，每根梳齿均对应绝对频率，如同在光频上的一把梳子（或标尺）。得益于飞秒激光器和非线性光学的发展，1999年美国标准局和德国马普所的研究团队分别在实验上实现了光梳，解决了绝对光频率计量问题，J. L. Hall和T. W. Hänsch因此贡献而分享了2005年诺贝尔物理学奖。光梳的诞生同样给光谱测量领域带来了革命性突破，分辨率提高到皮米量级，光梳光谱学的新技术和新应用也在不断涌现。双光梳光谱学可以充分利用光梳在频率准确度、频率分辨率、光谱范围和脉冲宽度等方面的优势，在诸多基于光梳的测量技术中脱颖而出。在频域上，双光梳光谱学表现为两个有微小重复频率差异光梳的多外差探测，可以将探测光梳记录的待测谱线，如分子吸收谱，从光频转移到射频。双光梳光谱学可以利用光谱交织技术进一步将分辨率提高至几十飞米量级。然而现有方案测量时间大幅增加，使用温度或驱动电流调节时无法提供绝对频率参考，且分辨率仍有进一步提高至光梳梳齿线宽的较大空间。电光调制光频梳（简称“电光梳”）由对连续种子光的电光调制产生，用于构建双光梳系统时其具有天然的互相干性，无需复杂的锁定电路或相位校正算法，可以大幅降低系统复杂度。此外，由于电光梳具有不受谐振腔腔长限制的重复频率以及可自由调节的中心波长，由其构建的更具应用前景的双电光梳系统受到研究人员的广泛关注。上海交通大学何祖源、樊昕昱教授团队提出了一种新型双电光梳光谱测量方案，将光谱测量分辨率进一步提高到亚飞米量级，相较于现有方案提高了两个数量级。该方案利用外调制的稳频光作为扫频电光梳的种子光，可以在实现低频率误差快速光谱交织的同时，提供绝对光频率参考。图1 亚飞米分辨率双电光梳绝对频率光谱测量技术原理示意图研究团队在分析各性能指标的理论限制和相互制约关系的基础上，将光谱测量技术关注的综合性能指标（光谱分辨率、测量带宽以及测量时间）提高至奈奎斯特极限，并且可以通过多次平均提高测量信噪比。该方案用于测量分子吸收谱线和高Q值光纤法布里珀罗腔谐振谱线的实验结果，充分展示了该方案灵活实现超高光谱分辨率、高信噪比和高刷新率的能力。图2 氰化氢（HCN）气体吸收谱线的光谱测量结果图3 光纤法布里珀罗谐振腔反射谱的光谱测量结果该研究成果将推动超精细光梳光谱学的进一步发展，并在温室气体监测、精密光器件测试、生物化学传感，以及诸如电磁诱导透明等物理现象观测中具有非常重要的应用价值。

近日，清华大学电子系黄翊东、崔开宇团队以「Deep-learning-based on-chip rapid spectral imaging with high spatial resolution」¹为题在Chip上发表研究论文，提出将深度展开神经网络ADMM-net与基于自由形状的超表面光谱成像芯片相结合，实现了高空间分辨率的片上快速光谱成像，并消除了光谱图像的马赛克现象。光谱成像扩展了传统彩色相机的概念，可以在多个光谱通道捕获图像，在遥感、精准农业、生物医学、环境监测和天文学等领域得到了广泛应用。传统的基于扫描方式的光谱相机存在采集速度慢、体积大、成本高等问题。基于超表面宽带调制和计算光谱重建的片上光谱成像为实现消费级的便携式光谱相机提供了一种很有前景的方案。图1展示了超表面光谱成像芯片的基本结构，由硅基超表面层和带有微透镜的CMOS图像传感器组成，超表面层包含了360 × 440个超表面单元，每个超表面单元对应于成像空间中的一点，入射光经过每个超表面单元的频谱调制后被下方的传感器像素所探测。任一点处的光谱可以由该点附近的若干个光强探测值重建得到，重建过程对应于求解一个欠定线性方程组。现有的光谱图像重建算法需要通过逐点光谱重建来得到整个数据立方，存在计算耗时长和重建图像存在马赛克现象的问题。图1 | 超表面光谱成像芯片的结构示意图由于不同的超表面单元具有不同的光谱调制特性，整个超表面光谱成像芯片在不同波长下具有不同的空间调制特性，因此本文受启发于编码孔径快照式光谱成像算法，采用深度展开神经网络ADMM-net²进行光谱图像的快速重建，其基本架构如图2所示。网络包含K=12个阶段，每个阶段都包含线性变换W()和降噪卷积神经网络（通常采用U-net结构）两部分。网络的输入是包含所有超表面单元光谱调制特性的传感矩阵Φ和测量图像y，输出为重建的光谱图像数据立方。图2 | 深度展开神经网络ADMM-net的基本架构图3展示了利用超表面光谱成像芯片对标准色卡进行实际成像测量后，采用不同算法重建数据立方的结果。从RGB伪彩色图中可以看出，ADMM-net的图像细节重建效果显著优于采用传统的CVX算法进行逐点光谱重建的结果，有效消除了图像的马赛克现象。并且，相比于传统迭代算法GAP-TV³和端到端神经网络λ-net⁴的重建结果，ADMM-net的光谱重建准确性也更优。此外，采用ADMM-net进行单次重建仅需18毫秒，而逐点光谱重建则需要4854秒，本工作在重建速度上实现了约5个数量级的提升。图3 | 对标准色卡进行实际成像测量后，利用不同算法进行光谱图像重建的结果进一步，本工作利用ADMM-net实现了对户外驾驶场景的实时光谱成像，如图4所示，光谱成像速率达到约36帧/秒。从RGB伪彩色图中可见，车辆的色彩重建准确性较好；并且，从第20、100帧图像中的采样点A和B的重建光谱来看，天空和白色车辆的光谱具有明显的差异，有望解决自动驾驶场景中的同色异谱识别问题，避免相撞事故的发生。此外，具有视频帧率的高空间分辨快速光谱成像，也展示出实时光谱成像芯片在机器视觉领域的巨大应用潜力。图4 | 户外驾驶场景的实时光谱成像结果

美国劳伦斯伯克力国家实验室的科学家们开发了首个真彩(true-color)超高分辨率显微成像技术，为研究细胞结构和相关疾病提供了一个强大的工具。该技术将光谱与超高分辨率显微技术结合起来，在单分子成像时可以达到空前的光谱和空间分辨率。这一突破性成果发表在八月十七日的Nature Methods杂志上。　　“我们用这一技术检测每个分子在空间和光谱中的定位，根据其光谱判断分子的颜色，可以说这是首个真彩超高分辨率显微镜，”助理教授Ke Xu说，他将这一技术命名为SR-STORM(spectrally resolved stochastic optical reconstruction microscopy)。　　SR-STORM能够给出每个分子的光谱和空间信息，为人们打开了一扇新的大门。该技术不仅能够在细胞中成像多个组分，还能检测局部的化学环境(比如pH变化)。更重要的是，SR-STORM是一种高通量技术，能在大约五分钟内获得大量单分子的空间和光谱信息。　　SR-STORM是Xu博士基于自己之前的工作开发出来的，当时他在著名学者庄小威(Xiaowei Zhuang)实验室从事博士后研究。庄小威教授研发的超高分辨率成像技术STORM与诺奖得主Eric Betzig的成果不相伯仲，却和2014年的诺贝尔化学擦肩而过。　　现有的超高分辨率显微技术不能给出光谱信息，这样的信息对于理解分子行为是很有帮助的，而且能够对多个靶标实现高质量的多色成像。Xu博士和同事们经过深入探索，终于解决了这一难题。他们用发射波长相近的14种染料对样本进行染色。尽管这些染料的光谱彼此重叠，但SR-STORM能够很好的将其区分开。研究人员还用四种染料对线粒体、微管等四个不同的亚细胞结构进行标记。研究显示，SR-STORM能够根据分子的光谱轻松分辨不同的颜色，每个亚细胞结构都能鲜明的呈现出来。　　“我们以大约10nm的高分辨率，成像了细胞内四个生物学组分的空间互作，”Xu说。“目前这一技术主要用于基础研究和细胞生物学领域，我们希望日后也能将其用于医疗。研究者们可以在SR-STORM的帮助下观察细胞结构的建立，以及它们在疾病中发生的变化。”　　“细胞骨架包括一系列相互作用的亚细胞结构和蛋白，这一技术可以通过空前的颜色通道和空间分辨率，揭示不同靶标之间的互作。”　　Xu博士正在尝试进一步改良这一技术，使它能够用于常规显微系统。他也在开发合适的染料和探针，在纳米尺度上监控细胞内局部环境的变化，比如pH值。　　原文链接：Ultrahigh-throughput single-molecule spectroscopy and spectrally resolved super-resolution microscopy

近日，厦门大学化学化工学院杭纬教授课题组与斯坦福大学Richard N. Zare教授课题组合作，在高空间分辨率质谱成像技术研究上取得进展，有望在单细胞化学、药物代谢以及纳米材料等多个领域发挥重要作用。　　激光作为最常用的采样工具之一，被广泛应用于多种质谱成像技术，并形成了成熟的商品化仪器，如MALDI-MS（基质辅助激光解吸质谱）、LA-ICP-MS（激光溅射电感耦合等离子体质谱）、LA-ESI-MS（激光采样电喷雾电离质谱）等。但由于光学衍射极限、透镜像差以及需要较长的光学聚焦距离等限制，使用激光采样的质谱成像的空间分辨率始终局限在微米级别，这使得激光质谱很难在微纳米级样品的分析中发挥作用。　　“现在少有的高空间分辨激光质谱成像技术，大多依赖于复杂且昂贵的光束整形设备或近场光学技术，很难形成普适性的方法并推广至更多的激光质谱成像平台。”杭纬说。　　在国家自然科学基金重大科研仪器研制项目的支持下，课题组在2020年首次研发出了基于微透镜光纤的激光采样技术，最优空间分辨率可达300纳米，并与实验室自行搭建的质谱平台相结合，成功获取了抗癌药物在单细胞内的分布和转移过程。　　“后来，我们将微透镜光纤激光采样技术运用于LA-ICP-MS，其空间分辨率提高至400纳米，相比于现有的技术提高了至少一个数量级，并进行了单细胞和小鼠小肠组织中药物分布成像分析。”杭纬说。　　不仅如此，通过引入157纳米的后电离激光和基于嵌入式聚苯乙烯微球的三维定位方法，微透镜光纤激光质谱带来的高空间分辨能力可用于准确重构药物在单细胞内的三维分布，空间分辨率可达500纳米。　　“之后，斯坦福大学的Richard N. Zare教授课题组将微透镜光纤激光与商品化质谱仪器平台相结合，又将现有的LA-ESI-MS成像分辨率提高了近一个数量级。”杭纬说。　　据了解，相比于现有的成像方法，课题组提出的微透镜光纤技术是一种通用性、普适性强、经济可靠的高空间分辨质谱成像新手段，可以与现有的激光质谱成像平台相结合，大大提升成像的分辨率和精确性。该成像方法就像一台化学显微镜，无须标记且无通道数量限制，有望在单细胞化学、药物代谢以及纳米材料等多个领域发挥重要作用。

近日，厦门大学化学化工学院杭纬教授课题组与斯坦福大学Richard N. Zare教授课题组合作，在高空间分辨率质谱成像技术研究上取得进展，有望在单细胞化学、药物代谢以及纳米材料等多个领域发挥重要作用。　　激光作为最常用的采样工具之一，被广泛应用于多种质谱成像技术，并形成了成熟的商品化仪器，如MALDI-MS(基质辅助激光解吸质谱)、LA-ICP-MS(激光溅射电感耦合等离子体质谱)、LA-ESI-MS(激光采样电喷雾电离质谱)等。但由于光学衍射极限、透镜像差以及需要较长的光学聚焦距离等限制，使用激光采样的质谱成像的空间分辨率始终局限在微米级别，这使得激光质谱很难在微纳米级样品的分析中发挥作用。　　“现在少有的高空间分辨激光质谱成像技术，大多依赖于复杂且昂贵的光束整形设备或近场光学技术，很难形成普适性的方法并推广至更多的激光质谱成像平台。”杭纬说。　　在国家自然科学基金重大科研仪器研制项目的支持下，课题组在2020年首次研发出了基于微透镜光纤的激光采样技术，最优空间分辨率可达300纳米，并与实验室自行搭建的质谱平台相结合，成功获取了抗癌药物在单细胞内的分布和转移过程。　　“后来，我们将微透镜光纤激光采样技术运用于LA-ICP-MS，其空间分辨率提高至400纳米，相比于现有的技术提高了至少一个数量级，并进行了单细胞和小鼠小肠组织中药物分布成像分析。”杭纬说。　　不仅如此，通过引入157纳米的后电离激光和基于嵌入式聚苯乙烯微球的三维定位方法，微透镜光纤激光质谱带来的高空间分辨能力可用于准确重构药物在单细胞内的三维分布，空间分辨率可达500纳米。　　“之后，斯坦福大学的Richard N. Zare教授课题组将微透镜光纤激光与商品化质谱仪器平台相结合，又将现有的LA-ESI-MS成像分辨率提高了近一个数量级。”杭纬说。　　据了解，相比于现有的成像方法，课题组提出的微透镜光纤技术是一种通用性、普适性强、经济可靠的高空间分辨质谱成像新手段，可以与现有的激光质谱成像平台相结合，大大提升成像的分辨率和精确性。该成像方法就像一台化学显微镜，无须标记且无通道数量限制，有望在单细胞化学、药物代谢以及纳米材料等多个领域发挥重要作用。

仪器信息网讯 2011年3月7日至14日，中国科学院上海技术物理研究所的UIRS-1型超高光谱分辨率红外光谱仪、星载成像光谱仪、CCD探测器、高精度成像稳定控制系统亮相国家“十一五”重大科技成就展。UIRS-1型超高光谱分辨率红外光谱仪　　超高光谱分辨率红外光谱仪是基于大光程差(±27cm)干涉技术的傅里叶变换光谱仪，具有光谱分辨率、稳定度高、谱段宽和效率高(无狭缝)等特点，能用于温室气体及痕量污染气体的定量检测和大气成分分布垂直探测，将对我国环境探测及资源调查等领域产生重大影响。星载成像光谱仪　　该仪器利用离轴三反成像光学、凸面光栅光谱仪和大规模焦平面探测器等技术，中科院上海技术物理研究所研制了宽幅高光谱卫星成像仪原型样机。CCD探测器　　国际上规模最大的CCD探测器，是相机成像的核心部件之一。通过它可以将携带着目标信息的光信号转换成便于检测和传输的电信号。高精度成像稳定控制系统　　该系统主动探测卫星平台的微小振颤，并把振颤换算成相机光轴的偏转量，通过主动控制补偿卫星平台振颤造成的光轴偏转，保证相机在轨成像的稳定性。　　关于中国科学院上海技术物理研究所：　　中国科学院上海技术物理研究所始建于1958年10月，以固体物理和固体电子学研究为主要学科，由复旦大学物理系谢希德教授亲自创办和主持工作。1961年1月单独建制，隶属中国科学院；1964年1月，研究方向调整为红外物理与光电应用技术研究；1968年3月，划归国防科工委第15研究所，称1510所；1970年6月，又回归中科院，并恢复原称。现以红外物理与光电技术应用基础、开发为主要研究方向，重点发展先进的空间遥感、小卫星、红外凝视成像、红外焦平面、光学薄膜、微型致冷、及光电信息处理与网络等技术，设有相应的研究室及国家重点实验室10个。

近日，中科院合肥研究院安徽光机所高晓明研究员团队在激光外差光谱应用于风场探测方面取得新进展，相关研究成果以《基于氧气矫正的高分辨率激光外差辐射计(LHR)用于平流层和对流层风场探测的研究》为题发表于美国光学学会(OSA)学术期刊Optics Express。激光外差辐射计(LHR)具有高光谱分辨率的特点，可以有效地探测到由风场引起的微小多普勒频移，频移结合大气透过率谱，通过光谱反演得到沿视线方向水平风的垂直廓线和大气柱浓度等信息。团队谈图副研究员和李竣博士生设计了基于氧气矫正的近红外激光外差光谱仪，同时测量大气O2和CO2透过率谱，基于受约束的内尔德-米德（Nelder-Mead’s）单纯形法，利用大气O2透过谱来校正大气温度和压力分布，并结合最优估算法反演得到了精度为∼±2.5 m/s的大气风场垂直剖面，研究结果表明，氧气校正激光外差辐射计作为便携式和小型化测量仪器在风场探测中具有广阔的应用潜力。本研究工作得到国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划、所长特别预研基金等项目的资助。双通道近红外激光外差辐射计示意图图(a)为测量的大气透射光谱；图(b)为先验风廓线(蓝色曲线)和反演的风廓线(红色虚线)

随着 NIRQuest512-2.5 的推出，海洋光学 (Ocean Optics ) 扩展了其近红外光纤光谱。 NIRQuest512-2.5响应范围覆盖900-2500纳米，非常适用于分辨率要求高的激光特性测量等应用。　　NIRQuest512-2.5 采用滨松512像元的銦鎵化砷（InGaAs）阵列检测器，覆盖范围900-2500nm，比之前的256像元的近红外系列，显著提高了光学分辨率。依据用户选择的光栅配件和入射狭缝的尺寸，分辨率可以达到4.1 nm-6.3 nm（FWHM）。并且暗噪声更低，适宜于长时间的曝光积分。　　光谱仪提供触发模块，当给光谱仪一个外触发信号时，光谱仪可以采集光谱信号；另外也可以通过光谱仪去触发其它硬件。基于 Java 开发的 SpectraSuite 软件平台，用于光谱仪的控制及操作。另外，NIRQuest512-2.5 可以和海洋光学的雷莫拉网络适配器（Remora Network Adapter）相衔接，使系统转变为一个可以通过以太网或现有的Wi-Fi连接的多用户光谱数据服务器。

作者：张行勇 严涛 来源：中国科学报近日，由中国科学院超快诊断技术重点实验室分幅成像团队缑永胜副研究员负责的时间放大分幅相机，成功在中国工程物理研究院激光聚变研究中心神光-III原型装置上完成激光打靶实验，在国内首次获得了时间分辨率优于10ps（1皮秒=1-12秒）的激光内爆图像，为激光聚变过程精细化测量奠定了基础。时间放大分幅相机系统。 激光内爆图像。 图片均由西安光机所条纹相机工程中心提供该团队持续聚焦超快分幅成像技术，历经10年的的不懈攻关，终于攻克宽束电子光学调制、电子脉冲时间放大和宽谱电子聚焦等多项关键技术，研制成功时间放大分幅相机。他们将分幅相机时间分辨极限从60ps提高至5ps，空间分辨率优于20lp/mm（lp/mm是line-pairs/mm即每毫米线对，常用于表示镜头分辨率的单位，指成像平面1mm间距内能分辨开的黑白相间的线条对数）。据了解，这也是我国目前已实现工程化应用的最高时间分辨率分幅相机，对推动分幅成像技术发展和超快诊断技术发展具有重要意义。 该项研究获得中国科学院超快诊断技术重点实验室基金、中国科学院科研仪器设备研制项目、西安光机所自主部署项目和西部青年学者等项目的大力支持。

随着生命科学研究的逐步深入，现有的共聚焦显微镜级别分辨率（约200 nm）已不能完全满足细胞器和分子水平上的研究。尽管电子显微镜能达到纳米级的分辨率，能够观察到细胞内部囊泡、线粒体等细胞器的定位，但是由于缺乏特异性的探针标记，不适合定位单个蛋白分子，也不适合观察活细胞的动态变化过程，不能满足现有的科研需求，因此超高分辨率荧光显微镜成为许多研究者的首选。LiveCodim模块化超高分辨率共聚焦显微镜近年来，各大显微镜厂家纷纷推出具有不同特点的超高分辨率显微成像系统，但是除了整机的解决方案，多功能的超分辨升级模块也是众多实验室在选择超分辨系统的一大趋势。基于这一需求，法国Telight公司推出了一款模块化超高分辨率共聚焦显微镜—LiveCodim。LiveCodim模块化超高分辨率共聚焦显微镜LiveCodim通过独有的锥形光衍射成像技术实现了实时超高分辨率成像，以结构光扫描成像的方式实现了宽场、共聚焦和超高分辨率成像三合一的模式（图一），适用于不同的观测体系，横向分辨率可以达到120nm，LiveCodim模块能够适配绝大多数的倒置荧光显微镜。升级后的超高分辨率显微镜不会破坏原有显微镜的功能，可以节约用户的预算与空间，扩展原有成像系统的功能，为实时活细胞超分辨观测提供一个性价比最高的解决方案。图一 LiveCodim宽场、共聚焦、超分辨模式下观测细胞骨架LiveCodim模块基于锥形光衍射技术实现超分辨成像，分辨率高达120 nm，z轴观测深度高达50 μm，可以用于观测诸如细胞骨架，线粒体，溶酶体等细胞器结构，蛋白分布与定位关系以及细胞器动态变化，小分子转运和细胞分裂等非常精密的动力学过程，实现x，y，z，时间序列，多通道的实时超分辨成像。适合观测细胞器结构，全细胞或者是切片类不同样本，进行固定细胞或者活细胞成像。可以广泛的应用于神经生物学、细胞生物学、免疫学、病毒学等不同的生命科学领域。如图二，为三种不同成像模式下观测线粒体的动态变化过程。LiveCodim系统的锥形光衍射成像技术具有低光毒性的特点，普通的荧光样品即可进行成像观测，无需特定荧光染料，制样要求简单，可以进行长时间观测，通过z-stacking功能可以实现多通道深度成像，如图三为细胞分裂的三维多通道成像效果展示。图二 不同成像模式下观测线粒体的动态变化图三 细胞分裂的三维多色成像高端显微镜技术发展四大趋势目前的光学显微镜从单分子，细胞器，细胞乃至组织，器官不同的层次都有不同的成像观测技术与手段，光学显微成像系统的发展方向大致可以分为分辨率、成像深度、成像速度和多模态等几个方面。在分辨率角度上，Min-Flux技术（超高分辨率显微技术，有人称其为“诺奖之后的超分辨技术”）可以实现最高1-2 nm的横向分辨率，但是仍受到样品类型各方面因素的影响，应用相对受限。因此基于现有的单分子定位，结构光照明，共聚焦或者光片成像等不同技术的分辨率进一步突破仍是不同技术的发展趋势之一。同时，基于现有的技术，进一步提高成像速度，拓宽成像深度，将超分辨率成像从细胞层次提升到组织层次的成像也是一大方向。此外，随着机器学习的能力加强，通过不同的有效的机器学习的方法提高复杂体系的成像效果和图像质量也是诸多学者和公司的重点研究方向。除了光学显微成像系统本身，诸如光电联合等多模态的成像系统也是未来的进一步发展趋势。