想象一下，把智能手机指向你在食品柜后面发现的一种咸零食，然后立刻知道它的成分是否变质了。一种叫做光谱仪的设备可以根据一种独特吸收和发射光的“指纹”来检测危险化学物质。但这些分光仪器长期以来体积庞大、价格昂贵，无法在实验室之外使用。直到现在，威斯康辛-麦迪逊大学的工程师们已经开发出一种光谱仪，这种光谱仪非常小而且简单，它可以在不牺牲精确度的前提下与典型手机的摄像头集成。
博科园：制造该设备的电气工程师团队成员之一朱旺(音译)说：这是一个紧凑的单镜头光谱仪，具有高分辨率和低制造成本。其研究成功发表在《自然通讯》(Nature Communications上。设备还具有一种称为高光谱成像的先进功能，它可以收集图像中每个像素的信息，以便在复杂的背景下识别材料或探测特定物体。例如，高光谱传感可以用来探测岩石表面中有价值矿物的矿层，或在植被高度密集的地区识别特定植物。每一种元素的光谱指纹都包含独特光发射或吸收波长。而光谱仪感知光的能力使研究人员能够做任何事情，从分析未知化合物的组成到揭示遥远恒星的组成。
新的小型和低成本设备可以帮助把普通手机变成先进的分析工具。图片：Zongfu Yu
光谱仪通常依靠棱镜或光栅将物体发出的光分裂成不同波段——每一波段对应不同波长。相机的光电探测器可以捕捉并分析这些波段；例如，钠元素光谱指纹由两个波长分别为589和590纳米的波段组成。人眼看到590纳米波长的光呈橙黄色。较短的波长对应蓝色和紫色，而较长的波长呈现红色。阳光包含了一道完整的彩虹，我们看到它是白色的。为了解决不同颜色混合光之间的差异，光谱仪通常必须相对较大，光的传播和分离需要较长的路径长度。然而，研究小组制造了微型光谱仪，每边只有200微米(大约是圆珠笔尖面积的二十分之一)
足够精密，可以直接放在典型数码相机的传感器上。这种小尺寸是可能的，因为研究人员将设备基于特殊设计的材料，这种材料能迫使入射光在到达传感器之前来回反射几次。这些内部反射延长了光在不增加体积的情况下传播路径，提高了设备的分辨率。这些设备还进行了高光谱成像，从叠加投影快照中分辨出两幅不同的图像(数字5和9)，叠加投影将这两幅图像组合成肉眼无法分辨的东西。现在，研究小组希望提高该设备的光谱分辨率，以及它捕捉到图像的清晰度和清晰度，这些改进可能为进一步增强传感器铺平道路。
