光譜技術(shù)及發(fā)展【復(fù)享儀器殷?，|】

1、光譜技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展,殷?，| 博士hyway@yahoo.cn復(fù)旦大學(xué)/復(fù)享儀器2009年5月31日,上海復(fù)享儀器設(shè)備有限公司,主要內(nèi)容,光譜簡介光纖光譜儀器、應(yīng)用和新技術(shù)的發(fā)展國內(nèi)外光譜設(shè)備現(xiàn)狀我們的定位與愿景大學(xué)生高科技創(chuàng)業(yè)的“未來之路”,上海復(fù)享儀器設(shè)備有限公司,,光譜簡介,上海復(fù)享儀器設(shè)備有限公司,,光譜的分布,,上海復(fù)享儀器設(shè)備有限公司,,紅外-可見-紫外光譜的發(fā)現(xiàn),牛頓，1642-1727 經(jīng)典力學(xué) 光學(xué)

2、 微積分,紅外光1800年 英國科學(xué)家 赫胥爾近紅外 780-2500 nm中遠(yuǎn)紅外 2.5-100 mm,紫外光1801年 德國科學(xué)家 Johann Wilhelm Ritter近紫外 200-380 nm深紫外 10-200 nm,上海復(fù)享儀器設(shè)備有限公司,,光譜與色彩,光譜色合成色色彩色度色彩純度色域,——牛頓命名了光譜，并認(rèn)為白光是由不同顏色組成的,一些顏色的概念,色品圖,上海復(fù)享儀器設(shè)備有限公司,,最初

3、的光譜分析設(shè)備,18世紀(jì),19世紀(jì)中期,1851年M A Masson 搭建了已知的第一臺火焰輻射光譜儀 J F Herschel 使用此光譜儀第一次測量了金屬鹽礦的光譜圖,牛頓利用棱鏡搭建了世界上第一臺分光設(shè)備，將太陽光分離成為一系列不同顏色的光,上海復(fù)享儀器設(shè)備有限公司,,光譜儀的種類,按照樣品輻射光譜原理的不同，光譜儀主要可分為如下幾種：,吸收光譜儀 反射/透射光譜儀 拉曼光譜儀 熒光光譜儀,拉曼光譜分析原理,熒光光譜分析

4、原理,上海復(fù)享儀器設(shè)備有限公司,,現(xiàn)代的光譜分析設(shè)備,光路示意圖,現(xiàn)代典型的光譜分析儀器,上海復(fù)享儀器設(shè)備有限公司,,將來的光譜分析設(shè)備,,,,傳感器網(wǎng)絡(luò),微型化傳感器,集成器件,微加工,上海復(fù)享儀器設(shè)備有限公司,,光譜分析的應(yīng)用,上海復(fù)享儀器設(shè)備有限公司,,光譜分析的應(yīng)用,上海復(fù)享儀器設(shè)備有限公司,,光譜分光技術(shù)縱覽,第一代 棱鏡作為分光器件 缺點是分辨率低，儀器操作環(huán)境要求恒溫恒濕第二代 衍射光柵作為分光元件 分辨率大大提高

5、，能量較高，價格便宜，對恒溫恒濕要求不高。第三代 傅立葉變換光譜儀 具有高光通量，低噪聲，測量速度快，分辨率高，波數(shù)準(zhǔn)確度高、光譜范圍寬等優(yōu)點 第四代 MEMS-based 變換光譜儀 / 濾光片陣列光譜儀重量輕，體積小，探測速度快，高信噪比，高分辨率。壽命長，可集成化,可批量制造，成本低,上海復(fù)享儀器設(shè)備有限公司,,第一至三代——傳統(tǒng)光譜技術(shù),第一代技術(shù)——棱鏡主要用于紫外,第二代技術(shù)——光柵廣泛用于紫外、可見、近紅外

6、,第三代技術(shù)——傅立葉變換(FT)主要用于紅外波段,基于第二代技術(shù)開發(fā)的微型光纖光譜儀,上海復(fù)享儀器設(shè)備有限公司,,基于MEMS變換的光譜新技術(shù),編碼盤實際上是一種固態(tài)光學(xué)干涉儀. 可通過光刻技術(shù)廉價地制造出來.通過馬達(dá)驅(qū)動編碼盤高速旋轉(zhuǎn)(6000r/min),克服了傳統(tǒng)干涉儀因往復(fù)運動而較難實現(xiàn)精密平衡的問題.編碼盤就像一個多路光學(xué)調(diào)制器.,采用光刻處理的反射鏡,將入射信號編碼成正弦波。,編碼盤,電機(jī)高速轉(zhuǎn)動,一種基于MEMS編碼

7、盤的光譜技術(shù)——固態(tài)FT,上海復(fù)享儀器設(shè)備有限公司,,基于MEMS變換的光譜新技術(shù),微光元件采用LIGA(光刻電鑄,注塑工藝)工藝加工而成,然后封裝組成MEMS芯片,LIGA是一種基于X射線光刻技術(shù)的MEMS加工技術(shù).包括X光同步輻射光刻,電鑄制模和注模復(fù)制三個工藝步奏,可實現(xiàn)大批量復(fù)制生產(chǎn),成本低. 該光譜儀以超輻射發(fā)光二極管為光源.中心波長為1550nm,亮度比傳統(tǒng)儀器用的燈高好幾個數(shù)量級,并且激光的波長和強(qiáng)度穩(wěn)定性非常高.使用壽

8、命高達(dá)25年. 電壓控制薄膜來進(jìn)行干涉.,一種基于MEMS Fabre-Perot干涉腔的光譜技術(shù),F-P干涉,電壓控制,上海復(fù)享儀器設(shè)備有限公司,,基于MEMS變換的光譜新技術(shù),一種基于 DMD（數(shù)字微反射鏡）的數(shù)字式變換光譜技術(shù),微鏡片,DMD是由固體物理學(xué)家，擔(dān)任德州儀器的研究員Larry Hornbeck 發(fā)明的。因此獲得了Emmy技術(shù)工程獎。 DMD數(shù)字微鏡陣列是采用微電子機(jī)械原理，利用鋁濺射工藝，在半導(dǎo)體硅片上生成的一些

9、方形微鏡面，數(shù)以百萬計的微鏡面用鉸鏈結(jié)構(gòu)建造在由硅片襯托的CMOS存儲器上面，利用靜電使微鏡轉(zhuǎn)動。,上海復(fù)享儀器設(shè)備有限公司,,基于MEMS變換的光譜新技術(shù),控制光線反射角度的單微鏡掃描技術(shù)示意,,上移,靜電力,上海復(fù)享儀器設(shè)備有限公司,每秒5000次的開關(guān)時間 預(yù)期壽命超過10萬小時,使用壽命超過20年 器件全部采用無機(jī)材料,不因為長時間暴露在熱源或光源下而成像品質(zhì)下降(2002年美國孟塞爾色彩實驗室連續(xù)4000小時工作品質(zhì)不下降

10、) 超過60%的光效率,大于90%的填充因子 高分辨率2048*1152,DMD的性能,DMD的優(yōu)點,,基于MEMS變換的光譜新技術(shù),不含任何機(jī)械掃描部件 掃描速度快 每個微鏡片角度可調(diào)，可實現(xiàn)任意角度的閃耀，突破傳統(tǒng)光柵效率問題,DMD-basedNIR-spectrometer,上海復(fù)享儀器設(shè)備有限公司,,基于MEMS變換的光譜新技術(shù),光學(xué)MEMS市場情況,年復(fù)合增長率達(dá)33%，市場發(fā)展迅速,上海復(fù)享儀器設(shè)備有限公司,,基

11、于光子晶體的光譜新技術(shù),光子晶體 Photonic Crystals,可以實現(xiàn)Q值很高的帶通濾波器 鍍膜工藝成熟、成本低廉,一維光子晶體（多層膜）,通過周期性地引入與光波長相同尺度的結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)對光子流動的操控 應(yīng)用于波導(dǎo)、偏振器、激光諧振腔、隱身材料等等領(lǐng)域,一維光子晶體帶通濾波片,上海復(fù)享儀器設(shè)備有限公司,,基于光子晶體的光譜新技術(shù),體積<1cm3、分辨率<2nm,缺點,藍(lán)移效應(yīng)明顯 多通道制備困難,微型化的光

12、譜儀,我們正在開發(fā)新技術(shù)解決這兩點問題,上海復(fù)享儀器設(shè)備有限公司,,國內(nèi)光譜市場分析,以近紅外光譜儀為例,國產(chǎn)設(shè)備特點 大多針對某一特定領(lǐng)域 大多價格偏低，使用層次偏低 市場規(guī)模不大,上海復(fù)享儀器設(shè)備有限公司,,,,我們的現(xiàn)有產(chǎn)品線,科學(xué)研究,FX系列 通用級光纖光譜儀 PG系列 科研級光纖光譜儀 LAB系列實驗室級光纖譜儀 WSPEC系列 UV-VIS-NIR IDEA系列 顯微光纖光譜儀 多種光譜測量系統(tǒng),科學(xué)教育,

13、Sun系列 教學(xué)光纖光譜儀 各種成套光譜教學(xué)系統(tǒng),工業(yè)在線,Trans系列現(xiàn)場檢測光譜儀 IDEA系列顯微光譜儀 OEM光譜儀,上海復(fù)享儀器設(shè)備有限公司,,,,我們的現(xiàn)有產(chǎn)品線,太陽能光伏,D8積分式反射儀 標(biāo)準(zhǔn)八度角絨面反射儀 R9000絨面反射儀 R9000-2DMA絨面反射儀,珠寶鑒定,Opal3000-Pro 珠寶鑒定光譜儀寶石鑒定儀,近紅外檢測,NIR系列近紅外光纖光譜儀,上海復(fù)享儀器設(shè)備有限公司,,我們的定位

14、與愿景,科研,教學(xué),工業(yè),環(huán)境監(jiān)測,火災(zāi)防護(hù),食品安全,高端市場,中端市場,中端市場,市場定位,愿景,躋身一流的光譜分析設(shè)備公司,上海復(fù)享儀器設(shè)備有限公司,,大學(xué)生高科技創(chuàng)業(yè)的途徑,種子期,開始階段,大學(xué)生創(chuàng)業(yè)資助 知識產(chǎn)權(quán)作價入股 股權(quán)出資,創(chuàng)新基金創(chuàng)業(yè)項目 企業(yè)孵化器政策,早期成長,國家創(chuàng)新基（資）金 上海市創(chuàng)新資金 中小企業(yè)融資擔(dān)保,上海復(fù)享儀器設(shè)備有限公司,,未來之路,上海復(fù)享儀器設(shè)備有限公司,小結(jié),微型化、分布式、在