光谱仪由大型科研仪器走向便携应用的转化

光谱，被视为物质的“指纹”，是各类物质与生俱来的“身份证”，而光谱仪就像一双分辨光波的“眼睛”，通过准确测量物质“指纹”，“一眼洞穿”其化学成分和物理特性。

近期，利用光谱原理，中国科学院深圳先进技术研究院集成所副研究员林慧成功研发了一系列面向食品、药品、照明检测的超微型光谱仪，实现了光谱仪由大型科研仪器走向便携应用的转化。

林慧团队从古代活字印刷术中获得灵感，发明了用于曲面的柔性纳米压印技术，改进了关键器件，创新性地将光谱仪与合成生物学大设施、爬壁机器人等新领域结合，碰撞出全新应用场景。

集成所精密工程研究中心副主任林慧

自然界中的太阳光、人造日光灯发出的光，都是由几种单色光合成的复色光。将复色光分解为单色光的光栅，是光谱仪运转的关键。

用光谱仪测量物品的反射或透射光，将复杂成分的光分解为光谱，然后通过数据分析，就可以知道物品的成分。“其中光栅相当于光谱仪的‘心脏’，是核心器件。”林慧表示，他们的研究就是从光栅上下功夫。

林慧团队研发的曲面光栅

团队在研发过程中发现，与传统光谱仪使用的平面光栅相比，凹面衍射光栅具有像差校正性能，可以代替多个光学元件，起到简化光路的作用，推动原本体积较大的光谱仪实现小型化和轻型化。

不过，制作工艺限制了凹面光栅的发展。凹面光栅的表面刻蚀了微纳米尺度的沟槽，而且这些沟槽的间距是不均匀的。现阶段的技术要么通过金刚石刻刀，沿曲面进行步进刻画，要么通过全息曝光与离子束刻蚀制作，这些都需要依赖昂贵的设备，效率低、成本高。

为解决该问题，林慧团队与香港中文大学陈世祈老师团队合作，经过3年研发，发明柔性纳米压印技术，实现了曲面光栅的高效印刻。

所谓纳米压印，可以形象地理解为古代的活字印刷术。柔性压印则是采用硅橡胶等材料作为软模板，先制作带有光栅图案的软模板，再通过模板的变形与曲面贴合，从而实现图形从平面向曲面的转印。

目前团队已经完成了柔性纳米压印机的样机开发，在实验室内实现了高效、灵活的柔性/曲面微纳结构制作。据了解，该技术在曲面屏、AR显示等消费电子产品中也将有广阔的应用前景。