傅立葉變換紅外(FTIR)光譜儀，是識別和分析化合物最常用的研究工具之一，但由于其體型過(guò)于龐大，很難用于現場(chǎng)化合物檢測。目前，各國研究人員都在開(kāi)發(fā)微型紅外光譜儀，用于溫室氣體遠程監控無(wú)人機或智能手機等其他設備的集成。然而，由于目前微型器件生產(chǎn)成本很高，還無(wú)法實(shí)現大規模使用。 　　

據麥姆斯咨詢(xún)報道，巴西坎皮納斯大學(xué)設備研究實(shí)驗室(the University of Campinas’s Device Research Laboratory ，LPD-UNICAMP)的研究者與美國加州大學(xué)圣地亞哥分校(the University of California San Diego)的同行合作，通過(guò)開(kāi)發(fā)一種基于硅光子學(xué)的FTIR光譜儀克服了這些限制，這項技術(shù)目前常用于計算機、智能手機和其他電子設備的芯片制造。 　　

該成果來(lái)自于Mário César Mendes Machado de Souza的博士研究及海外實(shí)習研究，由Newton Frateschi教授指導，并受到FAPESP的獎學(xué)金資助。該新型光譜儀的研究成果已發(fā)表于《自然通訊(Nature Communications)》雜志。Souza是該論文的主要作者，也是該項目的創(chuàng )立者。 　　

Souza在A(yíng)gência FAPESP的訪(fǎng)談中說(shuō)道：“硅光子學(xué)為制造經(jīng)濟型高性能的微型光譜儀提供了一個(gè)平臺?！? 　　

根據Souza的研究，FTIR光譜儀通過(guò)使用紅外光源測量吸收來(lái)識別化學(xué)物質(zhì)。首先讓樣品暴露在不同波長(cháng)的紅外線(xiàn)中，然后使用光譜儀測量被吸收的波長(cháng)。計算機接收這些原始的吸收數據，并進(jìn)行傅里葉變換數學(xué)處理來(lái)獲得特征吸收或光譜，然后與化學(xué)化合物光譜庫比對，就可找到匹配對象，從而識別化合物。 　　

Souza解釋道：近年來(lái)，各類(lèi)項目都在開(kāi)發(fā)針對紅外光譜的集成光子學(xué)FTIR光譜儀，但是由于技術(shù)上存在著(zhù)挑戰，目前的研究進(jìn)展還很有限。 　　

該研究挑戰之一就是硅光波導的高色散分布，這意味著(zhù)每種波長(cháng)在這種材料中會(huì )以不同的速度傳播，因此會(huì )有不同的折射率。 　　

硅光波導的折射率可以通過(guò)熱光學(xué)效應“調諧”，通過(guò)在波導上施加電流以對其進(jìn)行加熱。由于該器件必須在高溫下運行才能獲得高分辨率，而溫度變化與折射率的不均勻變化相關(guān)，因而在這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)該技術(shù)是非線(xiàn)性的。 　　

Souza補充道：“在實(shí)踐中，當熱光學(xué)效應被應用到集成光子學(xué)的硅基紅外光譜儀中時(shí)，使用轉換輻射頻譜數據的傅里葉變換數學(xué)運算就會(huì )產(chǎn)生完全錯誤的結果?！? 　　

研究人員通過(guò)建立一種激光校準方法來(lái)量化和校正由硅光波導色散和非線(xiàn)性引起的畸變，就可以成功地克服這些挑戰。他們開(kāi)發(fā)了一款基于標準硅光子制造工藝的1 mm2大小的FTIR光譜儀芯片，來(lái)證明此概念的可行性。 　　

研究人員稱(chēng)，他們在實(shí)驗室中對該芯片進(jìn)行了測試，該芯片產(chǎn)生了分辨率為0.38太赫茲(THz)的寬帶頻譜，這與相同波長(cháng)范圍內運行的商用便攜式光譜儀的分辨率相當。Souza說(shuō)：“我們開(kāi)發(fā)的器件雖然還未經(jīng)過(guò)優(yōu)化，但仍能達到與市面上便攜式自由空間光學(xué)光譜儀相媲美的分辨率?！? 　　

目前，研究人員計劃設計一款完全實(shí)用的，可與光電探測器、光源和光纖集成的器件。Souza說(shuō)：“我們的目標是將光源與光譜儀探測器集成到同一個(gè)平臺上?！?/p>

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