把传统光谱仪上的一面“镜子”变成10面，效率提高了6000倍。复旦大学研制的“二维CCD阵列探测器”光谱仪只需0.1秒，就能绘制出原来要花10分钟才能得到的光谱图。日前出版的国际《激光世界》和《光电子光谱》杂志，对该仪器进行了专题报道。
光谱仪是用来给光“拍照片”的基础科学仪器，能够对光波的能量、波长、带宽、线型等重要特征进行精细分析，在遥感、生物医学、国防、光电子功能材料等科研领域和产业界有着广泛和重要应用。但我国在这一高端科学仪器领域主要依赖进口。
目前，红外至紫外光谱区的主流光谱分析仪器是光栅扫描型光谱仪，其中“光栅”是“灵魂部件”，其外表类似镜面，作用好似“筛子”，能够将不同波长的光子分拣出来，反射到探测器上，再经过数据处理，从而实现光谱的测量和分析。传统光谱仪通常采用机械转动装置连续旋转光栅，光栅每转动一次，就“放行”一个波长的光。由于一束光包括多个波长，故光栅需要转动多次才能让光全部通过，比较费时。现在还有一种“一维CCD阵列探测器”光谱仪，虽然无需转动光栅便可对光谱进行测量，但每次测量仅能覆盖的光谱区范围有限。要想实现宽光谱测量，仍需要旋转光栅。
如何同时实现宽光谱测量与快速测量？“二维CCD阵列探测器”光谱仪就做到了，秘密在于它独特的光栅结构。由复旦大学信息科学与工程学院院长陈良尧领衔的课题组，经过仔细计算和试验，将10个光栅平行“捆绑”起来，成为“集成光栅”，犹如10面“镜子”各司其职，将不同波长的光子各自分拣出来，同时反射到探测器上。这位光的“捕手”能从根本上摆脱机械转动，在200至1000纳米的全光谱区获得高分辨率光谱图，效率也从原来的10分钟提高到0.1秒。
该研究成果已获国家发明专利。相关研究成果在国际知名光学期刊《光学快报》上发表后，受到国际同行高度评价，被认为是对光谱学研究的“原创性重要贡献”。
专家点评
上海市计量测试技术研究院袁海林教授：二维CCD阵列探测器光谱仪是一项革命性设计，通过采用多光栅结构对成像光谱进行高密度折叠，在很宽的光谱区内实现高分辨率、快速和长时间可靠测量，将会成为现代光谱仪设计中的一个主流技术和发展趋势。 |
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