1月29日，機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院葉輪機(jī)械研究所蔡偉偉特別研究員在《Science》上發(fā)表題為“Miniaturization of optical spectrometers”的論文，對光譜儀微型化的技術(shù)路線、技術(shù)突破及其后續(xù)應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。蔡偉偉特別研究員和劍橋大學(xué)Hasan教授為共同通訊作者，這是我院教師首次作為通訊作者在Science上發(fā)表研究成果。
光譜儀是科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用中最常用的測量工具之一，可表征物質(zhì)的特征光譜，從而對其成分及結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。傳統(tǒng)的光譜儀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，且便攜性較差，而光譜儀的微型化引起了廣泛關(guān)注。論文全面總結(jié)分析了過去三十年中所發(fā)展的四種微型光譜儀，即色散型（dispersive optics）、窄帶濾光型（narrowband filters）、傅里葉變換型（Fourier transform）和計(jì)算光譜（reconstructive）四大類。
光譜儀微型化的四種技術(shù)路線
論文指出了微型光譜儀發(fā)展歷程中的重要技術(shù)突破，認(rèn)為微型光譜儀的發(fā)展主要依賴于加工技術(shù)的進(jìn)步和計(jì)算能力的提升。早期微型光譜儀的發(fā)展主要利用了20世紀(jì)80年代到21世紀(jì)初微制造領(lǐng)域的突破，光刻和蝕刻工藝的進(jìn)步、MEMS技術(shù)的持續(xù)發(fā)展使得復(fù)雜的微型色散器件、濾光器件和傅里葉變換系統(tǒng)的制造成為可能。過去十年，計(jì)算能力的大幅度提升、計(jì)算成本的大幅度降低、壓縮感知和深度學(xué)習(xí)等數(shù)學(xué)工具的發(fā)展為微型光譜儀的改進(jìn)注入了新活力。目前，計(jì)算光譜儀已成為最具發(fā)展前景的技術(shù)，相關(guān)研究人員相繼提出了一系列新型光譜儀如量子點(diǎn)光譜儀、超表面光譜儀等。
微型光譜儀發(fā)展歷程中的重要技術(shù)突破及時(shí)間節(jié)點(diǎn)
微型光譜儀具有廣闊的應(yīng)用前景。消費(fèi)級(jí)的微型光譜儀即將出現(xiàn)在智能手機(jī)、智能手環(huán)、智能眼鏡等電子設(shè)備上，成為萬物互聯(lián)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的重要一環(huán)，并創(chuàng)造千億級(jí)的市場；微型高光譜相機(jī)的出現(xiàn)將為智慧農(nóng)業(yè)、地質(zhì)勘探、腫瘤診斷等領(lǐng)域帶來新變革；納米光電器件和計(jì)算光譜技術(shù)的結(jié)合為高速（≥100kHz）高光譜成像提供了全新思路，可為先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)湍流燃燒和激波風(fēng)洞高溫氣體動(dòng)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究提供全新的測試手段。
蔡偉偉特別研究員致力于計(jì)算成像與燃燒診斷技術(shù)的交叉與融合，形成了具有特色的熱物性與熱物理測試研究方向。近年來，相繼在Science、Progress in Energy and Combustion Science、Journal of Fluid Mechanics等期刊發(fā)表論文50余篇。相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金（E0606，No. 52061135108、51976122、51706141）及國家高層次人才引進(jìn)計(jì)劃青年項(xiàng)目的支持。
論文鏈接： https://science.sciencemag.org/content/371/6528/eabe0722
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