光的“捕手”：0.1秒繪光譜

　　解放日報報道：把傳統光譜儀上的一面“鏡子”變成10面，效率提高了6000倍。復旦大學研制的“二維CCD陣列探測器”光譜儀只需0.1秒，就能繪制出原來要花10分鐘才能得到的光譜圖。日前出版的國際《激光世界》和《光電子光譜》雜志，對該儀器進行了專題報道。

　　光譜儀是用來給光“拍照片”的基礎科學儀器，能夠對光波的能量、波長、帶寬、線型等重要特征進行精細分析，在遙感、生物醫學、國防、光電子功能材料等科研領域和產業界有著廣泛和重要應用。但我國在這一高端科學儀器領域主要依賴進口。

　　目前，紅外至紫外光譜區的主流光譜分析儀器是光柵掃描型光譜儀，其中“光柵”是“靈魂部件”，其外表類似鏡面，作用好似“篩子”，能夠將不同波長的光子分揀出來，反射到探測器上，再經過數據處理，從而實現光譜的測量和分析。傳統光譜儀通常采用機械轉動裝置連續旋轉光柵，光柵每轉動一次，就“放行”一個波長的光。由于一束光包括多個波長，故光柵需要轉動多次才能讓光全部通過，比較費時。現在還有一種“一維CCD陣列探測器”光譜儀，雖然無需轉動光柵便可對光譜進行測量，但每次測量僅能覆蓋的光譜區范圍有限。要想實現寬光譜測量，仍需要旋轉光柵。

　　如何同時實現寬光譜測量與快速測量？“二維CCD陣列探測器”光譜儀就做到了，秘密在于它獨特的光柵結構。由復旦大學信息科學與工程學院院長陳良堯領銜的課題組，經過仔細計算和試驗，將10個光柵平行“捆綁”起來，成為“集成光柵”，猶如10面“鏡子”各司其職，將不同波長的光子各自分揀出來，同時反射到探測器上。這位光的“捕手”能從根本上擺脫機械轉動，在200至1000納米的全光譜區獲得高分辨率光譜圖，效率也從原來的10分鐘提高到0.1秒。

　　該研究成果已獲國家發明專利。相關研究成果在國際知名光學期刊《光學快報》上發表后，受到國際同行高度評價，被認為是對光譜學研究的“原創性重要貢獻”。

　　專家點評

　　上海市計量測試技術研究院袁海林教授：二維CCD陣列探測器光譜儀是一項革命性設計，通過采用多光柵結構對成像光譜進行高密度折疊，在很寬的光譜區內實現高分辨率、快速和長時間可靠測量，將會成為現代光譜儀設計中的一個主流技術和發展趨勢。