微型光谱仪技术的实用化前景展望

　　1.引言

　　光谱仪器是光学仪器的重要组成部分。它是应用光学原理，对物质的结构和成分等进行测量、分析、和处理的基本设备，具有分析精度高、测量范围大、速度快等优点，广泛应用于冶金、地质、石油、化工、医药卫生、环境保护等部门;也是军事侦察、宇宙探索、资源和水文探测等必不可少的遥感设备。〔‘’现代光谱技术开始于二战期间的工业应用，今天光谱及相关光传感技术已经发展成了几十亿美元的产业，光谱技术的应用几乎覆盖了所有的科学领域。

　　尽管应用光谱学的发展已经经历了五十多年的历史，但由于一般的光谱仪器，体积、重量过大，对工作环境要求苛刻等因素，较难进行在线实时测试和监控，仍主要局限在实验室内进行分析。随着我国加人WTO，对外出口的农产品和食品的数量逐年增加。近年来，由于一些经济发达国家，如欧盟、日、韩等对我国农产品、食品出口进行限制，农业部开始启动无公害农产品质量安全检测专项工作，对所有出口的食品、农产品等实行更加严格的检测标准。这也对我国的测试分析仪器提出了更高的标准。过去的检测分析仪器和检测模式，已经远远不能满足现在的要求，因此迫切需要开发微小型化的、可集成化、轻量化的光谱仪器，实现实时测量和质量监控。

　　由于光纤的大批量生产，高效低廉的光学元件及线性阵列CCD器件的出现，计算机的发展，MOEMS、UGA及二元光学等微制造技术的发展，光谱仪器逐渐摆脱了实验室的局限，光谱技术的应用逐渐延展到实验室之外的更加广阔的领域，这就使曾一度被认为是不可能实现的、不实际的实时光谱分析，现在变得非常可行。

　　和传统光谱仪相比，微型光谱仪的分辨率一般稍低于传统光谱仪，但是微型光谱仪器具有许多大型光谱仪所不有的优点，如重量轻、体积小、探测速度快、使用方便、可集成化、可批量制造以及成本低廉等，因此像普通光谱仪一样，微型光谱仪有着巨大的应用市场，可以应用在实验室化学分析、临床医学检验、工业监测、航空航天遥感等领域，引起了人们广泛的兴趣。

　　本文简述了目前光谱技术的重要发展方向，分析了各种最新发展的微型光谱仪的工作原理和发展趋势，探讨了微型光谱仪的多个潜在应用领域和实用化前景。

　　2.微型光谱仪器技术

　　微型光谱仪的实现可以应用多种技术，目前发展比较迅速的微细加工技术，包括MOEMS、11以技术和应用二元光学和集成光学光波导技术等制造技术。目前的微型光谱仪按工作模式，包括以下几类:采用新型滤光技术的微型光谱仪;基于光栅分光的微型光栅光谱仪;基于调制原理的微光谱技术;分别利用光纤的化学传感性制成光纤探针进行光谱分析的微型光谱仪和利用其传导光线作用制成光纤探头的光纤光谱仪;二元光学微型光谱技术;基于集成光学光波导化学传感性的微型光谱仪。本文主要介绍基于调制原理的微型光谱仪和光纤微型光谱仪。