29、微型光谱仪：技术、性能与应用

微型光谱仪：技术、性能与应用

1. 引言

大多数构成固体、液体或气体样本的分子，其化学键都有特征振动模式，能与光子相互作用，从而在中红外和近红外（NIR）光谱范围产生光学吸收带。这些吸收带不仅能反映化学键，还能体现实际的键合结构和局部化学环境。非接触式红外（IR）光谱反射或透射测量可探测这些特征分子振动模式，为固体、液体和气体的化学键和成分提供有价值的信息。与仅提供样本成分相对浓度数据的方法相比，红外光谱学能提供更多信息。

大型体光学近红外色散光谱仪和傅里叶变换红外（FT - IR）光谱仪常用于实验室环境下的产品分析。然而，红外光谱学的应用范围广泛，涵盖生产线的原位材料和过程监测、环境监测、地质调查、行星探索以及生物医学测量等多个领域。体光学仪器虽适用于受控条件下的光谱分析，但其操作和校准易受机械振动、热波动、湿度和灰尘等环境因素影响，而且光谱仪系统的成本、尺寸和重量也是重要的考虑因素。

线性探测器技术的发展为实现无移动部件的微型集成光学光谱仪带来了新的可能。这些光谱仪具有便携性、稳健的光学对准、超过500次/秒的光谱扫描速率和较高的性能。随着微型光谱仪成本随产量降低，将专用光谱仪永久嵌入设备的新应用机会也将不断涌现，例如监测发动机燃烧以提高燃油效率和预测维护需求。

本文主要探讨集成单片和导波光谱仪，重点介绍由MPB Technologies Inc.和INO联合开发的IOSPEC®技术，同时也会讨论其他制造技术，如使用聚合物模制微型光谱仪的LIGA工艺和体光学光谱仪的小型化。

2. 微型光谱仪制造技术综述

2.1 平板波导光谱仪

使用固体介质制造红外光谱仪有诸多优势。水汽在中红外有显著的光吸