台湾超微光学超高分辨率泛用型光谱仪之介绍与应用

OtO台湾超微光学已于2023年推出超高分辨率泛用型光谱仪-天玑Phekda（PD）系列产品，此机型采用创新的T-R-T（穿透-反射-穿透）光路设计，分辨率高达0.1nm，可满足窄波段范围下超高分辨率量测的需求。创新T-R-T光路设计拥有波段范围高定制化的弹性，400~1000nm、900~1700nm的范围内皆可依客户个别需求制作。PD天玑超高分辨率系列光谱仪，目前已应用在OCT光学同调断层扫瞄、LIBS雷射诱导击穿光谱、VCSEL激光雷达检测、Thin-film 膜厚检测与Raman拉曼检测等应用，为高分辨率量测客户的最佳解决方案。

OCT领域
OCT的应用范围不仅限于眼科、心脏血管内科、皮肤科、肝胆肠胃科等医疗用途，还正积极为在再生医学等生物领域、镀膜厚度和雷射焊接监控等工业领域的应用开展研究开发及产品化，可见其市场正在蓬勃发展中，市场中以全球眼科用OCT的市场规模为最大，一份来自英国市场调查公司IMARC的报告指出OCT市场在2021年为14亿1,000万美金，预计2022年到2027年以13.40%的年复合成长率扩大，2027年将达到31亿6,000万美元。

目前应用在OCT的产品讲求超高分辨率，但相对应的就是成本过于高昂。此次OtO台湾超微光学推出的PD天玑系列产品，藉由穿透型准直镜与聚焦镜搭配反射型光栅的T-R-T光学架构，搭配0.2ms或0.4ms曝光时间的高速CMOS传感器，同时可满足客户的5kHz或2.5kHz高速量测与对分辨率的要求（0.1nm），又可大幅降低使用成本。

LIBS与VCSEL应用

在元素分析相关技术中，雷射诱导击穿光谱（Laser-induced Breakdown Spectroscopy），简称LIBS，是近年越来越受到瞩目的检测方法。LIBS原理为利用雷射脉冲的方式，使材料表面吸收雷射能量，让表面温度升高形成等离子体，等离子体包含了激发的离子和原子物质等，而激发态的离子会在发光之后回到基态，藉由收集到的原子发光光谱波长与强度等特徵信息，完成样品的元素定性定量分析。理论上，LIBS可检测所有元素（H~U），所以LIBS可应用在矿物元素成份分析、珠宝监定、煤矿分析……等领域上。

垂直共振腔面射型雷射（Vertical Cavity Surface Emitting Laser；VCSEL），属于红外线雷射技术的一种，拥有共振腔设计、光发散角度小、光电转换效率高、数据传输速度快等优点。因此VCSEL产品应用范围极广，各领域开发需求日渐蓬勃，例如IR线上离安全监视照（850nm）、红外线油墨验钞设备（850nm）、皮肤深层医疗雷射（850nm）、3D传感识别技术（940 nm）、AR/VR增实境及虚拟实境（940 nm）、VCSEL晶圆检测设备（850 & 940 nm）、短距离数据传输（850nm）、中距离数据传输（1310nm） 、长距离数据传输（1550nm）等。

VCSEL 除了在光通讯及智能手机的传感光源应用之外，汽车自动驾驶系统的关键传感元件－光学雷达（又称激光雷达、LiDAR），则是下一个带动 VCSEL 发展的重大应用。LiDAR 全文为「Light Detection and Ranging」，是利用雷射感知探测距离的方法，藉由发射雷射脉冲并收集前方物体反射回来信号的时间差，来进行距离的推算，达到测量距离的目的。

而车用激光雷达系统利用同时发射并处理多点雷射脉冲的数据，就能构筑成一个具有深度信息的 3D 环境模型，再透过识别道路标志、汽摩托车、行人等静态及动态物体的位置动作，达到自主感知的目的，帮助车辆检测路径中的障碍物，进而实现避障、煞停、路径规划等自动驾驶的应用。

针对LIBS与VCSEL激光雷达检测的应用，PD天玑系列产品为了达成高分辨率，使用T-R-T（穿透-反射-穿透）光学设计，穿透型准直镜与聚焦镜的光学像差大幅度优于既有的反射型，且PD天玑光栅架构采用反射型光栅，成本优于穿透型光栅。藉由选择不同规格的光栅以及改变光线的入射角度，客户可在400-1000nm、900-1700nm范围内定制超高分辨率（0.1nm、0.2nm)光谱仪。

拉曼检测

拉曼光谱（Raman Spectra）属于振动（Vibration）光谱的一种，检测方法为使用固定波长的雷射光源（Laser）激发样品。当激发光与样品分子作用时，光产生散射（scattering）情形，如果光子与分子碰撞后发生了能量交换，形成非弹性碰撞，从而改变了光的频率，这个变化就称之为拉曼散射（Raman scattering）。拉曼检测可以用来了解分子键结与结构，还可以进一步了解分子处于什麽环境及化合物状态等。实际应用有锂电池充放电过程、石墨结构的变化、爆裂物检测或是宝石监定中的异物分析等。市场调查机构MarketsandMarkets的一份调查报告*2指出，拉曼检测市场从2022年的23亿美元预计将成长至2027年的41亿美元，年复合成长率为12.4%。

PD天玑在拉曼检测的应用上，可针对455/532/633/785nm等雷射激发波长定制高分辨率（0.1nm）光谱仪，也正在开发可见光与近红外范围的制冷系统，可做波长范围400~1000nm、900~2200nm内，可将因温度变化产生的光谱仪之电子杂讯变异影响降到最低，从而提高检测分析的准确率，PD天玑制冷版本（MG天权）预计将在2024Q1可以正式发布。

除了以上领域之外，PD天玑系列蕴含着更多应用的可能性，我们诚挚的邀请各领域的专家先进一同来探究光谱量测的技术，让OtO台湾超微光学协助您开发各种应用，共同拓展应用市场。