复享仪器殷海玮博士在同济大学的讲座—光谱技术及发展

• Opal3000-Pro 珠宝鉴定光谱仪 •宝石鉴定仪
• NIR系列近红外光纤光谱仪
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我们的定位与愿景
市场定位
食品 安全
科研
高端市场 愿景
教学
中端市场
工业
火灾 防护
环境 监测
中端市场 跻身一流的光谱分析设备公司
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大学生高科技创业的途径
种子期
• 大学生创业资助 • 知识产权作价入股 • 股权出资
缺点是分辨率低，仪器操作环境要求恒温恒湿
第二代 衍射光栅作为分光元件
分辨率大大提高，能量较高，价格便宜，对恒温恒湿要求不高。
第三代 傅立叶变换光谱仪
具有高光通量，低噪声，测量速度快，分辨率高，波数准确度 高、光谱范围宽等优点
第四代 MEMS-based 变换光谱仪 / 滤光片阵列光谱仪
重量轻，体积小，探测速度快，高信噪比，高分辨率。寿命长， 可集成化,可批量制造，成本低
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基于MEMS变换的光谱新技术
控制光线反射角度的单微镜扫描技术示意
上移
静电力
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基于MEMS变换的光谱新技术
DMD的性能 的性能 每秒5000次的开关时间 预期寿命超过10万小时,使用寿命超过20年 器件全部采用无机材料,不因为长时间暴露在热源或光源下而成 像品质下降(2002年美国孟塞尔色彩实验室连续4000小时工作品质 不下降) 超过60%的光效率,大于90%的填充因子 高分辨率2048*1152 DMD的优点 的优点 不含任何机械扫描部件 扫描速度快 每个微镜片角度可调，可实现任意角度 的闪耀，突破传统光栅效率问题
拉曼光谱分析原理
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现代的光谱分析设备
现代典型的光谱分析仪器
光路示意图
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将来的光谱分析设备
传感器网络 微型化传感器
微加工
集成器件
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光谱分析的应用
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光谱分析的应用
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光谱分光技术纵览
第一代 棱镜作为分光器件
18世纪 世纪
• 牛顿利用棱镜搭建了世界 上第一台分光设备，将太阳 光分离成为一系列不同颜色 的光
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光谱仪的种类
按照样品辐射光谱 样品辐射光谱原理的不同，光谱仪主要可分为如下几种： 样品辐射光谱 • 吸收光谱仪 • 反射/透射光谱仪 • 拉曼光谱仪 • 荧光光谱仪
荧光光谱分析原理
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基于MEMS变换的光谱新技术
一种基于 DMD（数字微反射镜）的数字式变换光谱技术 微镜片
DMD是由固体物理学家，担任德州仪器的研究员Larry Hornbeck 发明的。因此获得了Emmy技术工程奖。 DMD数字微镜阵列是采用微电子机械原理，利用铝溅射工艺，在 半导体硅片上生成的一些方形微镜面，数以百万计的微镜面用铰链 结构建造在由硅片衬托的CMOS存储器上面，利用静电使微镜转动。
殷海玮 博士 hyway@yahoo.cn 复旦大学/复享仪器 2009年5月31日
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光谱简介 光纤光谱仪器、应用和新技术的发展 国内外光谱设备现状 我们的定位与愿景 大学生高科技创业的“未来之路”
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光谱简介
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光谱的分布
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开始阶段
• 创新基金创业项目 • 企业孵化器政策
早期成长
• 国家创新基（资）金 • 上海市创新资金 • 中小企业融资担保
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未来之路
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微型化、分布式、在线应用是光谱设备发 展的趋势 国内光谱分析设备的研发亟待加强 创业需要热情
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在座各位！ 感谢 在座各位！ 同济大学物理系！ 感谢 激光协会 和 同济大学物理系！
ideaoptics
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第一至三代——传统光谱技术
第一代技术——棱镜 主要用于紫外
第三代技术——傅立叶变换(FT) 主要用于红外波段
第二代技术——光栅 广泛用于紫外、可见、近红外
基于第二代技 术开发的微型 光纤光谱仪
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基于MEMS变换的光谱新技术
一种基于MEMS编码盘的光谱技术——固态FT 电机 高速转动
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国内光谱市场分析
以近红外光谱仪为例
国产设备特点 • 大多针对某一特定领域 • 大多价格偏低，使用层次偏低 • 市场规模不大
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我们的现有产品线
科 学 研 究 科 学 教 育 工 业 在 线
• FX系列 通用级光纤光谱仪 • PG系列 科研级光纤光谱仪 • LAB系列实验室级光纤谱仪 • WSPEC系列 UV-VIS-NIR • IDEA系列 显微光纤光谱仪 • 多种光谱测量系统
DMD-based NIR-spectrometer
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基于MEMS变换的光谱新技术
光学MEMS市场情况
• 年复合增长率达33%，市场发展迅速
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基于光子晶体的光谱新技术
光子晶体 Photonic Crystals 通过周期性地引入与光波长相同尺 度的结构，可以实现对光子流动的 可以实现对光子流动的 操控 应用于波导、偏振器、激光谐振 腔、隐身材料等等领域
一种基于MEMS Fabre-Perot干涉腔的光谱技术 F-P干涉 干涉
电压控制
微光元件采用LIGA(光刻电铸,注塑工艺)工艺加工而成,然后封装组 成MEMS芯片,LIGA是一种基于X射线光刻技术的MEMS加工技术.包 括X光同步辐射光刻,电铸制模和注模复制三个工艺步奏,可实现大批 量复制生产,成本低. 该光谱仪以超辐射发光二极管为光源.中心波长为1550nm,亮度比 传统仪器用的灯高好几个数量级,并且激光的波长和强度稳定性非常 高.使用寿命高达25年. 电压控制薄膜来进行干涉.
红外-可见-紫外光谱的发现
红外光 1800年 英国科学家 赫胥尔 近红外 780-2500 nm 中远红外 2.5-100 µm 牛顿，1642-1727 • 经典力学 • 光学 • 微积分
紫外光 1801年 德国科学家 Johann Wilhelm Ritter 近紫外 200-380 nm 深紫外 10-200 nm
编码盘
编码盘实际上是一种固态光学干涉仪. 可通过光刻技术廉价地制 造出来.通过马达驱动编码盘高速旋转(6000r/min),克服了传统干涉 仪因往复运动而较难实现精密平衡的问题.编码盘就像一个多路光 学调制器.,采用光刻处理的反射镜,将入射信号编码成正弦波。
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基于MEMS变换的光谱新技术
一维光子晶体带通滤波片
A B A B
• 可以实现Q值很高的带通滤 波器 • 镀膜工艺成熟、成本低廉
一维光子晶体 （多层膜）
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基于光子晶体的光谱新技术
体积<Βιβλιοθήκη Baiducm 分辨率<2nm 体积<1cm3、分辨率<2nm
缺点
• 蓝移效应明显 • 多通道制备困难 微型化的光谱仪
我们正在开发新技 术解决这两点问题
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光谱与色彩
——牛顿命名了光谱，并认 为白光是由不同颜色组成的 一些颜色的概念 光谱色 合成色 色彩色度 色彩纯度 色域
色品图
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最初的光谱分析设备
19世纪中期 世纪中期
• 1851年M A Masson 搭建了已 知的第一台火焰辐射光谱仪 • J F Herschel 使用此光谱仪第 一次测量了金属盐矿的光谱图
• Sun系列 教学光纤光谱仪 • 各种成套光谱教学系统
• Trans系列现场检测光谱仪 • IDEA系列显微光谱仪 • OEM光谱仪
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我们的现有产品线
太 阳 能 光 伏 珠 宝 鉴 定 近 红 外 检 测
• D8积分式反射仪 • 标准八度角绒面反射仪 • R9000绒面反射仪 • R9000-2DMA绒面反射仪