1引言
       微光学、微电子学、微机械学的结合产生出一类新的应用范围很广的微型光机电系统（MOEMS），它也是机、电、光、磁、化学、传感技术等多种技术的综合。MOEMS日益成为新的光学工具，已经对许多基于光学的仪器显示出应用前景[2]。作为MOEMS的一种，微型光谱分析仪具有许多大型光谱仪所不具备的优点，如重量轻、体积小、探测速度快、使用方便、可集成化、可批量制造以及成本低廉等。像普通光谱仪一样微型光谱仪有着巨大的应用市场，可以应用在实验室化学分析、临床医学检验、工业监测、航空航天遥感等领域，因而引起了人们广泛的兴趣。
      微型光谱仪的实现可以应用多种技术，目前常用的方法包括：采用新型滤光技术制作微型光谱仪；利用光纤的化学传感性制成光纤探针进行光谱分析；使用微细加工制作技术结合集成光学介质光波导的化学传感性制作微型光谱仪等。

2采用新型滤光技术的微型光谱仪

        声光可调滤光片（AOTF）是一种微型窄带可调滤光片，是光谱仪微型化的一个发展方向，它通过改变施加在某种晶体上的射频频率来改变通过滤光片的光波长，而通过AOIF光的强度可通过改变射频的功率进行精密、快速的调节31。与带通滤光片相比，通过AOTF光的波长范围很窄，它的分辨率很高，目前可以达到0.0125nm。与光栅相比，AOTF没有可动部件，波长调节有很快的速度和很高的灵活性。
     美国Brimrose公司和：Jet Propulsion实验室联合设计一种微型电晶体NIR光谱仪[4-5]。这种基于声光可调滤光片（AOTF）的微型光谱仪主要适用于航天领域，是一种反射型近红外光谱仪，使用发光二极管（LED）阵列作为光源，光纤作为光波传输介质并且采用一种微型AOTF作为可调滤光片。光谱分析是通过各向异性声光作用来完成的，只要简单改变驱动RF频率控制声控动态光栅就可以在宽带宽范围内快速调节波长。

      图1是光谱仪系统示意图，它由两个分离的单元组成，光谱仪单元和电子控制单元。在仪器中使用LED代替了常规使用的卤钨灯。LED发出的光通过光纤耦合器进入TeO2做成的非线性AOIF。通过AOTF选择的单色光被发送出去，再由一个光探针头通过分叉的光纤束收集。光纤束包括7个50/125um光纤。光信号被导人线状InGaAs光检测器/前置放大单元。在AOTF固定位置安装有TE冷却器和用于调节温度平衡的电热调节器。电晶体红外光谱仪有以下优点：重量轻（<250g），尺寸小（9.2cm×5.4cm×3.2cm），高灵敏度，超快速（4000／s），高可靠性，无运动部件以及不用机械调节的自校准。AOTF作为光谱仪中最重要的元件，经过美国国防核子局的防辐射测试，这对于在空间工作的仪器是非常重要的。

     还有一种利用改变色散元件制作的微型光谱仪，是美国Hughes Santa Barbara研究中心研制的线性楔形光谱仪（专利产品）[6]，它是由一个微小模状滤光片和一个阵列检测器组成，可以对多个光谱频带进行检测。楔形光谱仪内有一个楔形的多层薄膜介电材料构成的干扰滤光片，滤光片与两维检测器紧邻，这样根据滤光片在不同位置的带通，每一列检测器可以接收不同光谱波段的能量。阻挡滤光层可以限制边频带，所以单独一个楔形光谱仪可以覆盖很宽的光谱范围。

      楔形光谱仪的光谱范圈受到滤光片、探测器材料特性的限制，还需要使用多种阻挡滤光片。工作光谱范围分布在可见光和近红外区（400mm~1030mm）。楔形光谱仪有恒定百分比的带宽特性，即当A随坡度变化时，△1/A保持恒定。实际分辨率是多个参数的函数，包括多层模形滤光片接收点带宽，在入方向上探测器的尺寸、光发射锥顶角、光的点扩散函数以及楔状滤光片与探测器阵列间距离。实验结果可以稳定得到0.5%~3%（或更宽）的带宽范围。该光谱仪在实验中还获得了线性色散率。色散率与点带宽无关，而且滤光片可以根据检测器阵列设计成不同的几何形状。

      美国亚利桑那州立大学研制了一种微型热发射光谱仪（Mini Thermal Emission Spectrometer，Mini-TES）[7]。Mini-TES用于火星2001登陆器上，是一种傅立叶变换光谱仪，光谱范围5um~28um，分辨率达10cm1。Mini-TES是美国NASA火星2001登陆器中Athena探测装置的一部分。这种Mini-TES主要设计用于矿物的遥感探测。Mini-TES只占全部体积的15%，并且比以前发射的MSGTES轻83%。这种以迈克尔孙干涉仪为基础的傅里叶光谱技术广泛用于红外光谱法，其优点是分辨率高、杂散光影响小且有利于弱光检测，但色散系统结构复杂，需要复杂的傅里叶变换技术，随着计算机技术的发展这个问题可望得到较好地解决。

文章摘自：鞠挥，吴一辉（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130022），微型光谱仪的发展现状

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