成熟的微型光譜儀

Ocean Optics 如何幫助徹底改變商業光譜學

Ocean Optics 作為小型或者說緊湊型光譜學先驅的故事裡，靈感和即興各佔一半，在推出「世界上第一台小型光譜儀」後到達了頂點，以及預示了一種新的思考和應用光譜學的方式直到今日。

Ocean Optics 的短暫歷史

在1980末，來自佛羅里達的數個有創業精神的科學家開創了Ocean Optics，獲得了美國能源部小型新創企業的資金贊助，致力於開發使用在海洋學中的光纖酸鹼感測器。

在計劃期間，Ocean Optics 團隊發現pH儀器必要的光譜成分並不容易取得。團隊需要一個足夠小且靈活的光譜儀來適應水下機構，但是他們驚訝地發現沒有人能夠滿足他們的要求。所以，就像所有的天才發明家一樣，他們自己打造一台。

在1992年，這款光譜儀成為了第一台由Ocean Optics發售的商業產品，能讓客戶將光譜儀帶出實驗室來取樣。這新發現的量測靈活性讓Ocean Optics聲名大噪，與各大行業與研究領域的客戶建立持續的關係。共同的目標?找到新的使用光譜儀的方式來解決問題。自那之後，Ocean Optics光譜技術不斷進化、我們的產品範圍逐步擴大，而客戶們持續用曾經使用光譜學是不切實際想法的應用帶給我們驚喜。

 

小型光譜儀的發展

早期小型光譜儀得益於環境的偶然組合：小型CCD陣列偵測器在大眾市場的成長極巨的降低系統花費，讓設計者能夠將儀器變得比傳統光譜儀更小、更輕便；電腦技術的發展讓光譜儀能夠處理高速、高解析度的光譜資料；以及光纖的發展讓帶著光譜儀到樣品處更加輕鬆。

今日的小型光譜儀比之前更強、更能適應，使用多種類型偵測器，可以集成進客戶的控制儀器中當作其中的元件或是組件或是做成一站式方案來應付特別的應用挑戰。此外，連續幾代所有類型的緊湊型光譜儀變得更快、更準確、以及更相容於資料傳輸通訊協議包含乙太網路、RS-232以及Wi-Fi。這幾乎消除了在早期小型光譜儀會有的性能權衡，並使他們能夠擴增到工業客戶或是其他大用量使用者。

隨著光譜儀硬體的進步，從收集到的資料中找出意義的分析處理工具也隨之進步。對於處理大量或複雜資料集的顧客來說，包含演算法開發、化學計量、以及機器學習的性能更強的軟體程式以及工具提供了另一種層面的洞悉力。

小型光譜學以及工業

自Ocean Optics開啟小型光譜儀的市場後的幾十年中，技術發展讓科學、研究和工業部門受益，並推動光譜儀發展更加進步。但也許在這進步中感覺到最大的影響的會是工業客戶，他們從最早使用小型光譜儀的人所開拓的道路中受益，現在正在收穫回報。

這三個工業界是我們觀察到來自Ocean Optics或其他供應商的小型光譜儀是如何讓他們變得不一樣:

醫學診斷與生命科學

在生物醫學應用中，小型光譜儀通常用來當作護理點和實驗室診斷儀器中的部件，作為應用範圍從生物流體控制到分子診斷的完全實現儀器的一部份來完善客戶技術。

實際上，涉及到護理點診斷的客戶是第一批利用小型光譜儀的固有優勢的工業客戶，特別是他們在即時、非侵入性、和原位檢測方面的實用性。考慮像是血氣分析和病原體檢測這樣的應用，特殊技術幫助使用者從他們的量測中快速獲得準確、有意義的數據來提高生產力、降低風險和改善結果。

半導體加工

加工半導體是個複雜的工作，準確監控製造過程對於成功量產至關重要。做為一個被認證的分析技術，小型光譜學因為它的多功能性、簡單性和易觸及性而被半導體產業接受。緊湊光譜系統每天都用在不同的半導體檢查、測試和製造過程中，即時、原位分析對於確保可信賴的品質很有幫助。

半導體產業很早就看到Ocean Optics及其競爭者的光譜儀的潛力，促使供應商開發出在其嚴苛的生產環境中更堅固、流程就緒的系統。其中一個案子，Ocean Optics快速重新設計現有的高解析度光譜儀來滿足客戶對波長熱穩定性閥值，這意味者客戶可以在執行他們的流程時有著更少的干擾以及更可以信任的結果，因此節省了時間跟金錢。

 

藥品分析

對於製藥產業，小型光譜儀的優勢也引起了類似的共鳴：藉由將儀器整合進像是材料分析或是清潔驗證的過程中，帶來快速、即時的原位量測。

光學感測技術對於製藥產業也很熟悉，長期依賴高靈敏的拉曼分析以及好用的近紅外光譜學來當作監控和分析的工具，用在複雜的製藥原料以及配方上。讓這些工具更緊湊，以及在組合中加入紫外-可見光光譜，提供另一組可提高產量、提升產品品質並降低汙染風險的選擇。

藉由小型光譜儀，製藥加工中的線上監控可以更輕易的併入從原材料到成品的過程中。可以在整個流程中的關鍵步驟進行光譜量測，以便在性能超出指定參數時快速干預。更嚴格的控制加工可以降低浪費以及提高產品品質的一致性。

 

分析領域的成熟

使用者曾經將這些小型光譜儀視為「玩具」或是小東西來擺弄，如今他們認同這些光譜儀已經成為了極為精密的分析儀器。舉例來說，後期的採用者以及最近幾代的使用者只是希望小型光譜儀的性能在大部分的應用中跟標準光譜儀一樣。

在Ocean Optics出現後的幾年裡，小型光譜儀的最早發起者鼓勵供應商設計儀器改進和新的應用。每次挑戰產生了一些潛力可以用在未來世代的產品中，隨著像是光學塗層和元件領域的進步幫助提升光譜儀系統的性能而不需顯著增加成本。如今，在很大程度上得益於改進的感測器、光電設計和通訊界面，小型光譜儀可以用在各種地方，從醫院的病人床邊到工廠的生產線。

接下來會發生什麼事？今日的主要市場推動的進步將產生很大的影響。如今、製造商尋找資金提供給光譜技術來了解更多關於他們的加工過程，找到方案讓他們製造出更好的產品、提高品質和開發更精簡或更可靠的加工過程。這可能會激發諸如高性能成像感測器、計算向智慧型手機大小的電子封裝的持續遷移以及光譜學與人工智慧和虛擬實境等工具的配對等發展。

正如在Ocean Optics幫助下發起的小型光譜儀革命使得以前傳統光譜儀無法實現的應用得以實現，今天的光譜感測突破也將對我們未來如何感知以及控制我們世界的方式產生更大的影響。

 

文章來源: https://www.oceanoptics.com/wp-content/uploads/2024/05/Miniature-Spectrometers-Come-of-Age.pdf