中国科学技术大学孙海定教授团队，联合武汉大学刘胜院士团队，最近搞出个“小玩意儿”，像芯片一样小的紫外光谱仪。

以前咱们听光谱仪，总觉得是实验室里的“大家伙”，现在这东西直接缩到方寸之间，还能保持实验室级的分析能力，说实话这突破还挺让人意外的。

先说说传统光谱仪的麻烦。

日常能接触到的“简化版”，比如交警查酒驾的呼气式酒精检测仪、地铁查液体的设备，大多用近红外光谱技术，就算这样还得有手掌大小。

更别说实验室里正经用的紫外光谱仪了，体积差不多有个小行李箱大，还得接电源、连电脑，只能固定在一个地方用。

这种“笨重”的特性，让光谱分析技术一直没法走进更多场景，比如户外巡检、个人日常检测这些，以前想都不敢想。

本来以为光谱仪要一直“大块头”下去，没想到这俩团队直接把它做成了芯片级。

单个像素只有300μm×300μm，后来他们又做了10×10的阵列，整个面积才1平方厘米。

最关键的是，这小东西的光谱分辨率和响应速度，跟传统紫外光谱仪比一点不落下风。

我查了下国际上同类产品，比如美国某品牌的微型紫外光谱仪，最小型号也有10cm×5cm×3cm，咱们这个直接小了近100倍，还不用机械扫描部件，稳定性也更好。

如此看来，体积缩小不是简单“缩水”，而是真真正正的技术突破。

材料和算法“双buff”，让小设备有大能力

这微型光谱仪能这么厉害，核心靠两样东西：特殊的二极管结构和算法。

咱别整那些绕口的专业词，简单说就是“硬件够特，软件够强”。

硬件上，它用的是氮化镓基的垂直级联n-p-n光电二极管。

这种二极管是两个不对称的p-n二极管叠在一起的，上面是常规的GaN基二极管，下面是梯度AlGaN二极管。

氮化镓这材料本身就很牛，属于第三代半导体，禁带宽度大、耐高温还抗辐射，现在全球GaN半导体市场规模不小，光电子领域用得特别多，这为设备稳定性打下了基础。

最有意思的是下面那个梯度AlGaN二极管。

常规的GaN或AlGaN二极管，只能接收单一波长的窄波段紫外光，就像只能看一种颜色似的。

但这团队给AlGaN层做了“手脚”，让铝的成分渐变，这样材料的禁带宽度也跟着变，就能接收从250nm（深紫外）到365nm（近紫外）的光了。

以前传统光谱仪要覆盖这么多波段，得换不同的滤光片，一次检测下来得十几二十秒，现在这技术不用换零件，一次就能搞定，效率提了不少。

除了硬件，算法也很关键。

他们用深度神经网络（DNN）做光谱重建，先采集设备在不同偏压下的光响应数据训练模型，再用模型“翻译”未知光的光谱。

对比以前的主成分分析算法，DNN的误差更小，就算光强低的时候，检测精度也能保持得不错。

很显然，硬件负责“接收信号”，算法负责“解读信号”，两者结合才能让这小芯片有实验室级的分析能力。

对了，这设备还有三种工作模式，全靠加不同电压切换。

负电压时，下面的二极管工作，能测宽波段；正电压时，上面的二极管工作，测长波长；零电压时，只测短波长。

切换速度还特别快，比传统机械扫描快好多，以后用来做动态检测，比如无人机飞着实时采集数据，完全没问题。

这小芯片能解决不少实际问题

光有技术还不够，得能用上才行。

这团队专门做了测试，拿橄榄油、花生油、动物油、牛奶四种有机物液滴来检测，结果跟商用光谱仪对得上，还能清晰看到这些液滴的空间分布和透射特性。

更方便的是，不用像传统检测那样预处理样品，不用稀释也不用过滤，十几二十秒就能出结果。

这对食品厂来说太实用了。

以前流水线质检，测个油的纯度得把样品拿到实验室，等半天出结果，现在要是把这微型光谱仪装在流水线上，实时检测，有问题马上就能发现，能省不少时间和成本。

除了工业场景，它在户外也能大显身手。

以前环境监测，比如测水质，得人扛着好几公斤的设备去现场采样，再带回实验室分析，一次最多覆盖10平方公里。

现在把这微型光谱仪装在无人机上，一次续航能覆盖50平方公里，数据还能实时传回来，效率直接翻了好几倍。

农业上也能用，无人机飞着检测作物叶片的紫外光谱，能early发现病虫害，比如真菌感染会改变叶片的光谱吸收特性，这样就能精准打农药，不用盲目喷洒了。

最让人期待的还是日常生活场景。

这芯片能集成到手机壳或者可穿戴设备里，以后买水果，拿手机一照就能测农药残留；买珠宝，能鉴别材质真假；甚至还能测饮用水纯净度、呼出气体的成分，比如通过丙酮含量判断糖尿病风险。

现在市面上的便携式农药残留检测仪，又大又贵，得两千多块，以后集成到手机壳里，成本能控制在500以内，普通人都能用得上。

毫无疑问，这微型紫外光谱仪不是简单把设备做小了，而是打破了光谱分析技术的“场景限制”。

以前这技术是实验室的“专属工具”，现在能走进工厂、田间，甚至普通人的口袋里。

以后随着集成度再提升，功耗再降低，说不定还能用到医疗、航天这些更专业的领域，真正实现“无处不光谱”的时代。

科技发展有时候就是这样，把复杂的技术变简单、变实用，才是真的帮到大家。