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1、光谱技术的现状与发展,殷海玮 博士 hyway 复旦大学/复享仪器 2009年5月31日,上海复享仪器设备有限公司,主要内容,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”,上海复享仪器设备有限公司,光谱简介,上海复享仪器设备有限公司,光谱的分布,上海复享仪器设备有限公司,红外-可见-紫外光谱的发现,牛顿，1642-1727 经典力学 光学 微积分,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 mm,紫外光 1801年 德国科学家 Johann Wilhelm Ritter 近
2、紫外 200-380 nm 深紫外 10-200 nm,上海复享仪器设备有限公司,光谱与色彩,光谱色 合成色 色彩色度 色彩纯度 色域,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,色品图,上海复享仪器设备有限公司,最初的光谱分析设备,18世纪,19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,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,上海复享仪器设备有限公司,光谱仪的种类,按照样品辐射光谱原理的不同，光谱仪主要可分为如下几种：,吸收光谱仪 反射/
3、透射光谱仪 拉曼光谱仪 荧光光谱仪,拉曼光谱分析原理,荧光光谱分析原理,上海复享仪器设备有限公司,现代的光谱分析设备,光路示意图,现代典型的光谱分析仪器,上海复享仪器设备有限公司,将来的光谱分析设备,传感器网络,微型化传感器,集成器件,微加工,上海复享仪器设备有限公司,光谱分析的应用,上海复享仪器设备有限公司,光谱分析的应用,上海复享仪器设备有限公司,光谱分光技术纵览,第一代 棱镜作为分光器件 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
4、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,上海复享仪器设备有限公司,第一至三代传统光谱技术,第一代技术棱镜 主要用于紫外,第二代技术光栅 广泛用于紫外、可见、近红外,第三代技术傅立叶变换(FT) 主要用于红外波段,基于第二代技术开发的微型光纤光谱仪,上海复享仪器设备有限公司,基于MEMS变换的光谱新技术,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
5、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。,编码盘,电机 高速转动,一种基于MEMS编码盘的光谱技术固态FT,上海复享仪器设备有限公司,基于MEMS变换的光谱新技术,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
6、行干涉.,一种基于MEMS Fabre-Perot干涉腔的光谱技术,F-P干涉,电压控制,上海复享仪器设备有限公司,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。,上海复享仪器设备有限公司,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
7、,静电力,上海复享仪器设备有限公司,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的性能,DMD的优点,基于MEMS变换的光谱新技术,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,DMD-based NIR-spectrometer,上海复享仪器设备有限公司,基于MEMS变换的光谱新技术,光学MEMS市场情况,年复
8、合增长率达33%，市场发展迅速,上海复享仪器设备有限公司,基于光子晶体的光谱新技术,光子晶体 Photonic Crystals,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）,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操控 应用于波导、偏振器、激光谐振腔、隐身材料等等领域,一维光子晶体带通滤波片,上海复享仪器设备有限公司,基于光子晶体的光谱新技术,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,上海复享仪器设备有限公司,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
9、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,上海复享仪器设备有限公司,我们的现有产品线,科学研究,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,科学教育,Sun系列 教学光纤光谱仪 各种成套光谱教学系统,工业在线,Trans系列现场检测光谱仪 IDEA系列显微光谱仪 OEM光谱仪,上海复享仪器设备有限公司,我们的现有产品线,太阳能光伏,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,珠宝鉴定,Opal3000-P
10、ro 珠宝鉴定光谱仪 宝石鉴定仪,近红外检测,NIR系列近红外光纤光谱仪,上海复享仪器设备有限公司,我们的定位与愿景,科研,教学,工业,环境监测,火灾防护,食品安全,高端市场,中端市场,中端市场,市场定位,愿景,跻身一流的光谱分析设备公司,上海复享仪器设备有限公司,大学生高科技创业的途径,种子期,开始阶段,大学生创业资助 知识产权作价入股 股权出资,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,上海复享仪器设备有限公司,未来之路,上海复享仪器设备有限公司,小结,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,上海复享仪器设备有限公司,感谢 在座各位！ 感谢 激光协会 和 同济大学物理系！,ideaoptics,上海复享仪器设备有限公司,
