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通過復眼仿生的MOEMS拉曼探頭了解簡智MOEMS 陣列光斑檢測技術(shù)
【新一代小型拉曼必配技術(shù)】
近年來，拉曼光譜快檢技術(shù)在食品安全、生物醫(yī)藥、分子結(jié)構(gòu)研究、化工過程、生物化學、考古及文物鑒定、法學樣品分析等各行各業(yè)得到廣泛應用，被稱為“分子指紋”的拉曼光譜技術(shù)因其無損、便捷、速度快、穩(wěn)定性高的優(yōu)良特性，在光學快檢領(lǐng)域受到大力推崇。
但是實際使用過拉曼光譜檢測方法的都知道，由于采用聚焦測量的方式，在對有些目標物檢測時，必須很小心。由物像共軛關(guān)系可以知道，只有在光譜儀接收狹縫的像點發(fā)出的所有光信號才能被光譜儀所接收。因此當激發(fā)激光的聚焦點正好處于這個位置的時候，拉曼信號才有高的收集效率。為了獲得更高的分辨力，色散光譜儀的狹縫，通常只有幾十個微米，所以在進行拉曼檢測的時候我們需要對激光進行聚焦。對于一些應用這是非常方便的，比如需要對天然寶石中的胞體進行研究。但在很多時候，高聚焦也帶來了其它的問題。
比如：深色物質(zhì)，由于深色物質(zhì)會吸收大部分激光功率，因此容易引起樣品的灼燒。在測量文物字畫時有損害樣品的可能，而測量爆炸物品時，甚至有直接引爆的危險。如下圖
此外，由于拉曼的聚焦特性，因此實際上只能進行“點測量”，對于一些非均勻樣品的分析，高聚焦很可能導致對檢測譜圖代表性的質(zhì)疑。如果被測物為非均勻混合物，很可能測量的那個點上，并沒有目標物。比如測一個注膠的翡翠手鐲，但測量點上沒有膠，可能就會被誤認為A貨翡翠。測量多組分混合的固體違禁品時，可能測量點上只有食用輔材而不包含違禁品。 如下圖
針對這種情況，出現(xiàn)了一些針對性技術(shù)：
首先是ORS移動光斑技術(shù)，這種技術(shù)通過降低單個位置激光照射時間來避免引燃物體。但由于微機械傳動結(jié)構(gòu)很難保證光斑運動軌跡在某個平面范圍上均勻分布，因此實際效果只是光斑在某個小范圍內(nèi)呈線性“抖動”，并且由于單點功率密度并沒有下降，因此很多情況下仍舊會灼燒甚至引爆物品，而且對設備光機結(jié)構(gòu)要求非常高，導致可靠性下降。
第二種是TRS透射技術(shù)。該技術(shù)對樣品要求很高，需要是薄片狀樣品，而且受數(shù)值孔徑的限制，這種方式的光學效率不高，測量范圍更小。
第三種是采用非聚焦方式的“大光斑”技術(shù)，由于不在物鏡聚焦點上測量，使得照射光斑擴大，但由于違背了前面所說的聚焦測量的原則，因此導致收光效率大幅損失，即使在周圍加上反射腔做彌補，也至少損失一個數(shù)量級以上的光學效率。
并且，以上三種技術(shù)都只能將光斑范圍擴大到毫米級，在實際應用中仍然太小了。而且后兩種技術(shù)還會大幅的損失光學收集效率，導致信號惡化，無法有效分辨樣品。
如何才能獲得一個較大面積的拉曼特征并且實現(xiàn)激光功率的均勻分布，而又不以犧牲光學效率為代價呢？復眼昆蟲眼部分解成無數(shù)的復眼，每個小的眼睛均可獨立成像，通過復眼結(jié)構(gòu)昆蟲獲得了更高的視野和反應速度。從昆蟲的復眼，我們獲得了很好的啟示。通過對復眼的仿生，科學家發(fā)明了“蠅眼相機”，具有160度的視野，能夠同時聚焦物體的不同深度。
如果像復眼一樣，有無數(shù)個小透鏡同時對激發(fā)光聚焦，我們就可以在透鏡的焦平面將激發(fā)光平均分配為很多份。每個小的透鏡都是一套獨立的光學系統(tǒng)，光譜儀狹縫和樣品激發(fā)位置構(gòu)成物象共軛關(guān)系。由于小透鏡位置不同，我們可以把檢測點覆蓋在一個很寬的范圍同時檢測，解決了拉曼檢測實際上只能進行“點測量”的問題。
這就是簡智儀器通過研究推出的MOEMS 陣列光斑檢測技術(shù)，不止解決了拉曼光譜高聚焦容易引起樣品的灼燒的問題，同時實現(xiàn)了拉曼檢測技術(shù)從“點測量”到“面測量”的突破。簡智儀器依托自身元器件級的研發(fā)設計能力，突破重重設計和工藝難點，將傳統(tǒng)拉曼中使用的單一透鏡，優(yōu)化為陣列微透鏡，然后再做對應的光路系統(tǒng)的優(yōu)化，研發(fā)出來的復眼仿生的MOEMS拉曼探頭，實現(xiàn)將檢測范圍擴大為厘米量級！而光點能量降低1-2個數(shù)量級，并且在檢測范圍內(nèi)，均勻分布上百個聚焦光斑點；并且每個光斑點，保持了高數(shù)值孔徑，在不顯著降低接收效率的前提下，又均勻地分攤了激光照射功率，可以對樣品進行大面積檢測。
特別是在測量危險樣品時，由于單點功率低于5mw，因此，安全。*杜絕拉曼光譜灼燒損壞樣品，或者引燃引爆危險品的可能性！并且在均勻分攤激光功率的同時，保持超高拉曼接受效率，不會因為測量深色物體而導致信號惡化無法正確分辨。
MOEMS 陣列光斑檢測技術(shù)可以解決目前對于違禁品等混合樣品在拉曼檢測中出現(xiàn)的代表性問題，避免了對高吸收率物質(zhì)（如ABS材料等）進行拉曼光譜檢測時出現(xiàn)的燒蝕損毀現(xiàn)象，解決了易燃目標目前無法用拉曼技術(shù)直接檢測的問題，同時創(chuàng)新性地實現(xiàn)了低能量密度下的大面積拉曼檢測，是對傳統(tǒng)拉曼檢測技術(shù)的革新性變化。簡智儀器有信心，MOEMS將成為下一代便攜式拉曼光譜的常態(tài)性必配技術(shù)。安全的保證，將大幅擴大拉曼光譜技術(shù)的適用范圍。
簡智儀器在現(xiàn)場快檢技術(shù)發(fā)展高峰論壇暨2019簡智新品發(fā)布會上發(fā)布該項新科技，為拉曼快檢底層技術(shù)革新拉開了序幕。2019年簡智儀器即將推出的Easy-Raman EV系列新款手持式拉曼光譜產(chǎn)品也將搭載MOEMS陣列光斑檢測技術(shù)，敬請期待。