光譜儀“變形記”
——記浙江大學信息與電子工程學院研究員楊宗銀

許明陽

楊宗銀在劍橋國王學院教堂樓頂

2018年的8月，對浙江大學信息與電子工程學院研究員楊宗銀來說，注定是值得紀念的一段時間。在這段時間，他基于帶隙漸變材料成功開發出了世界上最小的光譜儀和高光譜成像儀，解決了小尺寸與高性能兼具的世界難題，其成果以他為第一作者在世界權威學術期刊Science上發表了論文兩篇。Science的審稿人評價：“這個工作是集合了目前世界上最先進的材料合成工藝，配上最高超的器件制作水準和實驗技巧，再加上巧妙的算法得到的驚艷之作。”同時，2019年7月，因其在帶隙漸變材料光電器件領域的突出貢獻，劍橋大學國王學院授予楊宗銀研究員職位，他也成為了該學院歷史上第一位華人研究員。

在外界人看來，楊宗銀風光無限，然而為了這份成果，他堅持了整整8年。

吹盡狂沙始到今

事情要從2011年楊宗銀在浙江大學攻讀光電專業的碩士學位時說起。由于從小喜歡拆電器、研究小的發明，楊宗銀的動手鉆研能力一直非常出色，在碩士時期他便和師兄一起在世界上首次報道了生長帶隙漸變納米線的方法，該方法解決了傳統半導體光電材料中無法覆蓋整個光譜范圍的難題，成為突破該技術瓶頸的關鍵方向。隨后，他突發奇想，是否可以用這種帶隙漸變納米線做光譜儀？

要知道，隨著科技水平的提高，傳統的光譜儀由于體積龐大已經無法滿足日益發展的光譜檢測技術的需求，然而，減小光譜儀的分光元件或探測器尺寸將導致光譜分辨率、靈敏度及動態范圍顯著下降，因此光譜儀的微型化是目前科技界面臨的重大技術挑戰。由此可見，楊宗銀的這個想法自提出時起，就注定了要成為一項領先于世界半導體光電子技術的前沿研究，而楊宗銀也不得不面對充滿坎坷困難的研究之路。

盡管已經做好了心理準備，但后來經受的挫折依舊超出了楊宗銀的想象。在碩士及后來漂洋過海前往劍橋大學讀博期間，他經歷了上百次實驗的失敗，面對未知的結果和畢業的壓力，他曾一度陷入迷茫。有一次，他以為實驗出現了轉機，滿懷希冀地重新嘗試，但結果發現依舊低估了研究的難度。直到2018年8月的某個周六晚上，他在實驗室里終于檢測到了信號，那一刻他激動地意識到，自己終于成功了！

楊宗銀最終研發出的微型光譜儀尺寸僅幾十微米，不需要孤立的分光和探測元件，是目前市面上最小光譜儀的千分之一。“由于極小的尺寸，該光譜儀可應用于單細胞高光譜成像、光譜監測和篩選。”楊宗銀略帶激動地說道。

不僅如此，該微型光譜儀技術還有一個巨大優勢，就是極低的成本及與其他系統的可集成性。要知道，目前市面上最便宜的光譜儀價格近萬元人民幣，而該器件可以低至50元人民幣以內，毫無疑問，這將會極大地促進光譜技術的普及應用。

同時，該微型光譜儀還與廣泛使用的手機攝像系統具有良好的兼容性，可設計成緊湊式光譜儀模塊使手機具備光譜探測能力。據此，楊宗銀基于華為P9手機開發出了高光譜成像模塊，該模塊較高的光譜分辨率（5nm）和空間分辨率，對生活中的食物、藥品以及皮膚等進行高光譜測量，從而幫助消費者判斷食品藥品安全及身體健康程度。“而且該模塊還可內嵌到手持設備、無人機及可穿戴設備中，使得光譜檢測技術走進大眾日常生活中。”楊宗銀侃侃而談道。

楊宗銀說，在未來幾年，他將會全力推進微型光譜儀的產業化，“光電技術終究還是要落實到百姓的實際應用中才更有意義”。歷經8年坎坷與挫折的楊宗銀微笑著談起他今后的研究規劃。而這，將會是他新的征程。