光谱仪“变形记”——记浙江大学信息与电子工程学院研究员杨宗银

许明阳

杨宗银在剑桥国王学院教堂楼顶

2018年的8月，对浙江大学信息与电子工程学院研究员杨宗银来说，注定是值得纪念的一段时间。在这段时间，他基于带隙渐变材料成功开发出了世界上最小的光谱仪和高光谱成像仪，解决了小尺寸与高性能兼具的世界难题，其成果以他为第一作者在世界权威学术期刊Science上发表了论文两篇。Science的审稿人评价：“这个工作是集合了目前世界上最先进的材料合成工艺，配上最高超的器件制作水准和实验技巧，再加上巧妙的算法得到的惊艳之作。”同时，2019年7月，因其在带隙渐变材料光电器件领域的突出贡献，剑桥大学国王学院授予杨宗银研究员职位，他也成为了该学院历史上第一位华人研究员。

在外界人看来，杨宗银风光无限，然而为了这份成果，他坚持了整整8年。

吹尽狂沙始到今

事情要从2011年杨宗银在浙江大学攻读光电专业的硕士学位时说起。由于从小喜欢拆电器、研究小的发明，杨宗银的动手钻研能力一直非常出色，在硕士时期他便和师兄一起在世界上首次报道了生长带隙渐变纳米线的方法，该方法解决了传统半导体光电材料中无法覆盖整个光谱范围的难题，成为突破该技术瓶颈的关键方向。随后，他突发奇想，是否可以用这种带隙渐变纳米线做光谱仪？

要知道，随着科技水平的提高，传统的光谱仪由于体积庞大已经无法满足日益发展的光谱检测技术的需求，然而，减小光谱仪的分光元件或探测器尺寸将导致光谱分辨率、灵敏度及动态范围显著下降，因此光谱仪的微型化是目前科技界面临的重大技术挑战。由此可见，杨宗银的这个想法自提出时起，就注定了要成为一项领先于世界半导体光电子技术的前沿研究，而杨宗银也不得不面对充满坎坷困难的研究之路。

尽管已经做好了心理准备，但后来经受的挫折依旧超出了杨宗银的想象。在硕士及后来漂洋过海前往剑桥大学读博期间，他经历了上百次实验的失败，面对未知的结果和毕业的压力，他曾一度陷入迷茫。有一次，他以为实验出现了转机，满怀希冀地重新尝试，但结果发现依旧低估了研究的难度。直到2018年8月的某个周六晚上，他在实验室里终于检测到了信号，那一刻他激动地意识到，自己终于成功了！

杨宗银最终研发出的微型光谱仪尺寸仅几十微米，不需要孤立的分光和探测元件，是目前市面上最小光谱仪的千分之一。“由于极小的尺寸，该光谱仪可应用于单细胞高光谱成像、光谱监测和筛选。”杨宗银略带激动地说道。

不仅如此，该微型光谱仪技术还有一个巨大优势，就是极低的成本及与其他系统的可集成性。要知道，目前市面上最便宜的光谱仪价格近万元人民币，而该器件可以低至50元人民币以内，毫无疑问，这将会极大地促进光谱技术的普及应用。

同时，该微型光谱仪还与广泛使用的手机摄像系统具有良好的兼容性，可设计成紧凑式光谱仪模块使手机具备光谱探测能力。据此，杨宗银基于华为P9手机开发出了高光谱成像模块，该模块较高的光谱分辨率（5nm）和空间分辨率，对生活中的食物、药品以及皮肤等进行高光谱测量，从而帮助消费者判断食品药品安全及身体健康程度。“而且该模块还可内嵌到手持设备、无人机及可穿戴设备中，使得光谱检测技术走进大众日常生活中。”杨宗银侃侃而谈道。

杨宗银说，在未来几年，他将会全力推进微型光谱仪的产业化，“光电技术终究还是要落实到百姓的实际应用中才更有意义”。历经8年坎坷与挫折的杨宗银微笑着谈起他今后的研究规划。而这，将会是他新的征程。