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为此，杨宗寅进行了一系列研究，包括发明了世界上最小的光谱仪和超宽波长可调谐纳米激光器，并提出了两种带隙带隙半导体发光材料的新合成方法。

发明世界上最小的光谱仪，实现小体积和高性能的世界性突破

在全光谱检测方面，杨宗印首次提出了光谱与检测一体化的光谱仪小型化技术方案，率先将计算光谱技术与半导体纳米材料相结合，研制出世界上最小的光谱仪。

光谱仪装置的尺寸仅为几十微米，仅为传统光谱仪的1/1000 [1] 。 它解决了在微米尺度上实现大光谱范围色散的科学问题，突破了传统光谱仪无法兼顾小尺寸和高性能的挑战。

据杨宗银回忆，这个研究的想法是2011年萌生的，目前还在酝酿之中。 他说，最初他想通过半导体材料的光谱吸收特性直接读出波长信息，但后来证明这种方法不可行。 2017年，他开始尝试利用计算光谱原理提取光谱信息。

2019年，相关论文正式发表在Science上，证明该方案可以让光谱仪的体积“极小”。 此外，光谱学和机器视觉领域的重要教科书在最新版中也收录了该技术。

《科学》杂志评论员评价该研究：“这项研究是结合了世界上最先进的材料合成技术，加上最高的设备制造水平和实验技能，以及巧妙的算法的杰作。”

英国皇家化学会专栏作家 Derek Lowe 教授在 Science 子刊上撰文，对这项工作给予了高度评价：“这项工作展示了一条全新的技术路线，将极大地降低体积和成本小型光谱仪”。

图丨（a）微型光谱仪器件照片及显微照片，核心传感器部分尺寸仅为几十微米，封装成芯片后长宽均小于1厘米； (b) 纳米线光谱仪工作原理示意图； (c) 微型光谱仪综述论文 封面首次将光谱仪小型化技术分为四类：色散型、窄带滤波器型、傅立叶变换型和计算光谱（来源：Science）

此外，杨宗寅还在《科学》杂志上写了一篇关于微型光谱仪的综述论文。 本文规范了显微光谱学领域的术语，通俗易懂地总结了该领域的发展，为该领域未来的研究者指明了方向[2]。

杨宗印说，“Science review的文章数量很少，一般只接受在该领域非常有影响力的研究人员的投稿。我们的文章发表后，引起了学术界和工业界的广泛关注。”

此外，杨宗印还在半导体材料合成领域取得重要成果。 他首次提出用移动源移动衬底的方法生长带隙梯度半导体发光材料的方法，是该领域的“奠基性工作”[3]。

图丨（ae）通过截断带隙梯度纳米线获得不同波长激光的原理示意图； (f) 引入移动色散点实现激光波长连续可调的示意图（来源：Nano Letters）

在全光谱光源方面，率先采用渐变半导体材料作为激光器的可变增益材料，发明了超宽波长可调谐纳米激光器[4]。 杨宗印说，“可调谐纳米激光器的纳米波长可调范围可达数百纳米，甚至数千纳米。”

优点是可调谐范围很广光纤光谱仪 报价，激光器可以覆盖所有波长。 而且激光的原理很巧妙，在不同的位置使用了不同的材料，相当于通过堆叠材料无限延长激光波长。

据了解，“可调”的背后是创新材料的加持。 传统的均匀材料具有较窄的发光范围。 本研究采用梯度材料，每种材料的覆盖范围不同，因此可以扩展到很广的范围。

该激光器可作为微型光谱探测设备中的光谱照明光源，在光通信、军事和环境监测等领域也具有潜在的应用价值。

完成微型光谱仪技术迭代，推动产业化发展

杨宗印在前期理论和实验验证的基础上进行了多次技术迭代，并于2019年开始探索产业化，2020年初研发出兼容CMOS的微型光谱仪方案。 经过一年的迭代，他实现了2020年底可以在手机上演示的原型，速率可以稳定到2纳米。

“这款样机的性能比市面上同类光谱仪要好很多，多次测量的稳定性和一致性都非常好，但离我们自己的要求还有一些距离，这个性能对于大多数光谱应用来说还不够。”因此，我们还在迭代中。” 杨宗寅说道。

此外，他还对接了行业上下游企业，完成了光谱仪手机模组的生产和测试。 他认为，如果未来这项技术能够大规模应用，光谱分辨率达到1nm将是非常理想的。 此外，在灵敏度和稳定性方面仍有优化空间。

图丨微型光谱仪的技术迭代与产业化（a）从Science论文中报道的第一代纳米线光谱仪到薄膜光谱仪，实现了光谱分辨率和灵敏度的重大飞跃，兼容手机的相机包电路已经完成； (b) 在手机上测试，实现线扫光谱成像（来源：杨宗印）

微型光谱仪的技术壁垒较高，目前市场上还没有成熟的产品。 按照传统的技术路线，小尺寸和高性能无法结合，需要通过频谱计算来解决。

杨宗印说，“但对于光谱的计算，很难同时满足高光谱分辨率和测量可靠性，需要非常巧妙的光谱编码设计，这也是我们迭代的重点。”

此外，计算谱的重建速度也是一个技术壁垒，需要在算法上进行大量创新才能解决。 据介绍，目前的算法可以达到0.1秒的速度，可以满足光谱仪单点测量的要求，但对于成像光谱来说还不够。

此外，手机传感器目前处于“瓶颈”发展状态，微型光谱仪是长期的“黄金轨道”，但短期内还有很多技术和应用问题尚未解决. “技术一直在进步，我相信这几年，随着越来越多的人才进入这个行业，光谱分辨率和稳定性的问题会得到很好的解决。” 杨宗寅说道。

此外，也很难找到合适的、“刚需”的应用。 对此，杨宗寅表示，很多看起来“酷”的应用，并不是生活中刚需，真正需要的是与健康息息相关的应用。

“当微型光谱仪上市后，各种应用会在实验中逐渐被发现。另外，器件的性能指标与应用挂钩，微型光谱仪性能进一步提升后，将开辟更多新的应用领域。” 。 。“他说。

上百次失败的经验，成为最好的科研思路源泉

杨宗印的科研道路是从浙江大学机械工程系、浙江大学光电系、剑桥大学电子工程系开始的。 在剑桥大学完成博士后研究后光纤光谱仪 报价，他选择在母校浙江大学任教。 这段旅程充满了无数挑战，包括数百次失败。 但他坚信一定能做出结果。

第一个挑战是“全有或全无”。 杨宗寅在攻读博士期间，前三年虽然做了大量工作，但没有发表任何论文。 “作为一个不善言辞的人，我并不经常向我的导师和学校解释我在做什么。直到毕业，我的导师才发现我以前做的很多细致的工作。”

第二个挑战是纳米材料的精确掺杂控制。 为此，杨宗寅花了很长时间做相关实验。 “虽然中间的很多尝试看似没有效果，但回想起来那些经历都是一笔财富。现在很多好的科研思路都是从那些失败中偶然发现的，其中也包括未来重点研究的方向，解决它可以具有巨大的科学和应用价值。” 杨宗寅说道。