【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】12月21日來自美國弗吉尼亞州漢普頓的消息稱，一種用于行星探索的緊湊型光譜儀器已經(jīng)開發(fā)出來。該系統(tǒng)被稱為定位超小微型拉曼(SUCR)儀，能夠以10微米的分辨率在幾厘米(2-20厘米)范圍內(nèi)檢測和鑒定礦物質(zhì)、有機物和生物材料。該主動遙感系統(tǒng)由一個532納米激光器和一個微型光譜儀構(gòu)成。
圖由NASA蘭利研究中心的M. Nurul Abedin提供。
SUCR儀器結(jié)構(gòu)緊湊，比其他微型拉曼儀器快得多，采用之前在夏威夷大學(xué)開發(fā)的直接耦合拉曼系統(tǒng)設(shè)計，可在日光下對距離儀器100米遠(yuǎn)的樣品進(jìn)行遠(yuǎn)程化學(xué)檢測(Spectrochim Acta A 2005)。夏威夷大學(xué)的緊湊型儀器將所有光學(xué)元件直接連接到光譜儀上，與光纖耦合拉曼系統(tǒng)相比，由于信號損失較少，系統(tǒng)的性能得到了顯著的提高。
為了研發(fā)SUCR儀器，NASA Langley研究中心和夏威夷大學(xué)的研究人員修改了之前開發(fā)系統(tǒng)的采集光學(xué)系統(tǒng)，以獲取距離該儀器更近的樣品的光譜。研究人員還通過使用長16.5厘米，寬11.4厘米，高12.7厘米的微型光譜儀，減少了系統(tǒng)的占地面積。
美國宇航局蘭利研究中心和夏威夷大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種新的微型拉曼光譜儀器可以搜尋其他行星上的生命。圖為來自O(shè)ld Dominion大學(xué)的學(xué)生Derek Davis研究該儀器時的照片。由NASA蘭利研究中心的M. Nurul Abedin提供。
美國宇航局研究人員M. Nurul Abedin表示：“我們必須確保儀器非常小巧輕便，以便它能夠搭載一個小型、節(jié)省燃料的太空船，實現(xiàn)九個月的火星旅程或六年的歐洲之旅。該儀器還必須可以和搭載在流動站或著陸器上的其他儀器配合使用，并且不受其他行星上惡劣輻射條件的影響。”
在室內(nèi)光照條件下，研究人員使用SUCR分析了可能與其他行星(包括硫磺、萘、混合樣品、大理石、水、方解石礦物質(zhì)和氨基酸)的生命有關(guān)的礦物質(zhì)和有機化合物。
研究人員采用將緊湊型脈沖激光通過焦距為100 毫米的柱面透鏡的方式，成功測量了距離儀器10 厘米的樣品的拉曼光譜，分析面積為17.3微米x 5毫米。 采用60毫米焦距的柱面透鏡，在距離6厘米的樣品處實現(xiàn)了10-微米的分辨率。
Abedin說：“我們現(xiàn)在正在試圖通過掃描來擴大分析區(qū)域。由于系統(tǒng)具有較高的速度，我們認(rèn)為能夠在一分鐘內(nèi)創(chuàng)建5 x 5 mm區(qū)域的拉曼光譜圖。若采用傳統(tǒng)的微型拉曼系統(tǒng)做這件事則需要幾天的時間。”
研究小組報道說，相較于以前的微型拉曼光譜儀器新儀器進(jìn)行了一些改進(jìn)，需要在分析和測量之前收集樣品，以便在黑暗中進(jìn)行。傳統(tǒng)的微拉曼儀器也容易受到天然礦物質(zhì)熒光的干擾。
Abedin說：“現(xiàn)有系統(tǒng)的局限性在于從火星飛行任務(wù)中獲得的樣本數(shù)量和信息量會顯著降低。我們精心設(shè)計了我們系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)，以便在日光條件下進(jìn)行快速分析，并生成高強度的拉曼信號，從而不像傳統(tǒng)系統(tǒng)那樣容易受到干擾。”
Abedin表示，SUCR系統(tǒng)未來可用于生物醫(yī)學(xué)、食品分析以及其他無需將樣品送至實驗室即可從快速化學(xué)分析中受益的應(yīng)用。
下一步，研究人員計劃在模擬火星和其他行星上發(fā)現(xiàn)的環(huán)境中測試SUCR儀器。然后他們將開始驗證過程，以證明該設(shè)備可以在目前發(fā)現(xiàn)的太空條件下準(zhǔn)確運行。
該研究發(fā)表在Applied Optics，OSA出版物，光學(xué)學(xué)會出版( doi：10.1364 / AO.57.000062)。
(原文標(biāo)題：用于輔助尋找地外生命的光譜儀器)
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