引脚大小的传感器可以将化学ID带到智能手机大小的设备中

新型紧凑，低成本的设备可以帮助将普通手机变成高级分析工具。

想象一下，将智能手机指向在食品储藏室背面发现的咸点心，并立即知道其成分是否变酸了。

被称为光谱仪的设备可以基于吸收和发射的光的独特“指纹”来检测危险化学物质。但是，这些分光仪器长期以来既笨重又昂贵，无法在实验室外使用。

到现在。威斯康星大学麦迪逊分校的工程师已经开发出一种光谱仪，它既小又简单，可以与典型手机的摄像头集成在一起而不会牺牲准确性。

“这是一款紧凑的单次光谱仪，可提供高分辨率且制造成本低。”创建该设备的电气工程师团队中的Zhu Wang说。

研究人员于2019年3月4日在《自然通讯》杂志上发表了有关这些设备的描述。

该团队的设备还具有称为高光谱成像的高级功能，该功能可收集图像顺序中每个像素的信息，以识别材料或检测复杂背景下的特定物体。例如，高光谱感应可用于检测岩壁内有价值矿物的接缝，或识别植被茂密的特定植物。

每个元素的光谱指纹都包括独特的发射或吸收的光波长-光谱仪感知光的能力使研究人员能够进行所有工作，从分析未知化合物的成分到揭示遥远恒星的构成。

光谱仪通常依靠棱镜或光栅将物体发出的光分成离散的波段-每个波段对应于不同的波长。相机的光电探测器可以捕获和分析这些波段；例如，钠元素的光谱指纹由波长为589和590纳米的两个波段组成。

人眼将590纳米波长的光视为淡橘黄色的阴影。较短的波长对应于蓝色和紫色，而较长的波长显示为红色。阳光包含混合在一起的完整彩虹，我们将其视为白色。

为了解决不同颜色的混合物之间的差异，光谱仪通常必须相对较大，并且具有较长的路径长度，以使光束传播和分离。

然而，该团队创建了微型光谱仪，其每侧仅测量200微米（大约是圆珠笔笔尖面积的20倍），并且足够精致，可以直接放置在典型数码相机的传感器上。

如此小的尺寸之所以可行，是因为研究人员的设备基于特殊设计的材料，这种材料迫使入射光在到达传感器之前来回反弹几次。这些内部反射在不增加体积的情况下延长了光传播的路径，从而提高了设备的分辨率。

这些设备执行了高光谱成像，从叠加投影的快照中解析出两个截然不同的图像（分别为数字5和9），该图像将这对图像组合成肉眼无法分辨的东西。

现在，该团队希望提高设备的光谱分辨率以及所捕获图像的清晰度和清晰度。这些改进可以为更多增强型传感器铺平道路。

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