主办单位：麦姆斯咨询

协办单位：上海传感信息科技有限公司

一、课程简介

传统的光谱分析仪（简称：光谱仪，英文名称：Spectrometer）是一种用于分离和测量光谱成分的大型科学仪器，而如今的商用消费类光谱仪已缩小至手机摄像头大小，其核心组件包括分光器件、光源、光电探测器等。17世纪，牛顿发现太阳光通过棱镜的折射后可观察到彩色光带——这个色散实验为光谱仪的诞生播下了种子。随后，光谱仪在物理学、天文学和化学的早期研究中发展起来，并在测定化学成分方面展现出强大的能力。利用光谱仪进行光谱分析是人类借助光认知世界的重要方式之一。地球上不同的化学元素及其化合物都有自己独特的光谱特征，光谱因此被视为辨别物质的“指纹”。如果说人眼能看到物质的形状、尺寸、颜色等外表信息，光谱分析则能获取物质的成分信息，帮助我们看清事物的本质。光谱仪应用领域包括食品和药品安全、生化分析、机器视觉、环境监测、照明检测、疾病诊断、军事侦查、宇宙探索，以及在智能手机中正在或即将兴起的拍照/摄像优化（白平衡、光谱成像）、皮肤护理（匹配化妆品）、健康检查、身份验证、食品检测等，关乎我们生活的方方面面。

传统的基于衍射光栅的色散型光谱仪工作原理

trinamiX发布的全球首款面向智能手机的消费级近红外光谱仪

集成微型光谱仪的智能手机可用于判断食物品质并保障饮食健康和安全

根据光学调制及分光原理，光谱仪主要分为：色散型、滤光型、傅里叶变换型（干涉型）。色散型光谱仪的分光器件主要有棱镜、光栅，以及与光波导的结合；滤光型光谱仪的分光器件主要有随时间变化的单个窄带滤光片、随空间变化的窄带滤光片阵列；傅里叶变换型光谱仪的干涉组件主要有迈克尔逊干涉仪、马赫-曾德干涉仪。随着计算技术的发展，在过去的十年中，出现了一种新兴的光谱仪类型——计算重建型，其结合前端光学设计与后端信号处理，利用计算技术近似或重建入射光光谱，在降低成本、减小体积和提高灵活性方面展现出了巨大潜力。在科研和商业领域，计算重建技术都已成为最具发展前景的热点方向，研究人员相继提出了一系列计算重建型光谱仪，涉及量子点光谱仪、超构表面光谱仪、纳米线光谱仪、纳米梁光谱仪、可调范德华异质结光谱仪等。此外，计算重建技术与纳米光电器件的结合也为高速（≥100 kHz）高光谱成像提供了全新思路。

四种类型的光谱仪微型化之路
（来源：DOI: 10.1126/science.abe0722）

传统的台式实验室光谱仪可以提供无与伦比的超精细分辨率和宽光谱范围，但是其结构复杂、体积庞大。近些年，由于光谱分析的应用市场快速增长，便携式及集成式光谱仪对减小尺寸、降低成本及功耗的需求优先于对提高性能的需求，因此光谱仪的微型化引起了广泛关注。当前，微型光谱仪的发展主要依赖于微纳制造的技术进步和数学工具的计算赋能。在微纳制造方面，MEMS技术使得复杂的微型色散器件、滤光器件和傅里叶变换系统的制造成为可能；在数学工具方面，压缩感知和人工智能（例如深度学习）的发展为微型光谱仪的改进注入了新活力。近些年，芯片级光谱仪作为研究热点也受到了大量关注，已有多种有效技术手段实现高性能（宽带宽、高精度、大动态范围）芯片级光谱仪。其中，硅光子技术为计算重建型光谱仪的芯片化提供了一种新思路。硅光子器件具有尺寸小、质量轻、功耗低、与CMOS电路兼容等优点，非常适合用于开发微型化、高集成度的芯片级光谱仪。通过将硅光子器件与计算光谱重建技术相结合，有望实现体积小、高集成、低成本的智能化光谱分析仪器，推动光谱分析技术在更广泛领域的应用和普及。

微型光谱仪发展历程中的重要突破
（来源：DOI: 10.1126/science.abe0722）

NanoLambda开发的低成本Apollo™芯片级光谱仪

光谱成像是光谱分析与成像技术的结合，能够获得涉及空间（x, y）和光谱（λ）信息的三维数据立方体，其空间分辨能力也使光谱数据更加直观。高维光谱信息可以精确区分具有相似颜色的不同材料，与人类视觉相比，具有更高的光谱分辨率和更宽的光谱范围，可以进行更智能的检测。根据可获取的光谱频带数量，光谱成像主要分为三大类：多光谱成像（数个至数十个光谱频带）、高光谱成像（数百个光谱频带）、超光谱成像（≥数千个光谱频带）。在某些应用中，例如地质调查、人脸识别等，空间分布信息可能比高光谱分辨率更重要，如果仅考虑光谱特征信息而忽视空间分布信息的重要作用可能会导致识别和分类精度的降低。为此，利用CMOS图像传感器和芯片级分光器件（如MEMS可调谐F-P腔滤光芯片、光学超构表面）实现高空间分辨率的快速光谱成像正成为一种发展趋势，例如清华大学研究人员将CMOS图像传感器与超构表面相结合，并利用压缩感知算法进行光谱重建，实现了空间分辨率超过15万像素的实时超光谱成像，即在0.5平方厘米芯片上集成了15万个微型光谱仪。光谱成像的应用潜力巨大，随着核心技术日益成熟、制造成本不断下降，有望在智能手机、平板电脑、可穿戴设备、智能家电、无人机、机器人等众多应用中“发扬光大”，为广阔的消费电子领域开辟“精彩视界”。

普通相机 vs. 光谱仪 vs. 光谱成像
（来源：Unispectral）

清华大学开发出全球首款实时超光谱成像芯片，该芯片由超构表面、微透镜和CMOS图像传感器构成。

Spectricity与Lululab合作开发基于手机光谱成像的皮肤分析应用

鉴于广泛的市场应用需求，麦姆斯咨询邀请拥有丰富实践经验的科研学者及企业家，为大家传授光谱仪及光谱成像知识及技术经验。本次课程内容包括：（1）基于MEMS迈克尔逊干涉仪的微型傅里叶变换型光谱仪；（2）MEMS可调谐F-P腔滤光芯片及其光谱成像模组与应用；（3）近红外光谱仪关键技术及产业化；（4）计算重建型光谱仪及光谱相机；（5）基于可编程光子芯片的片上计算重建型光谱仪；（6）基于硅基微纳光栅的微型光谱仪；（7）基于Fabry-Pérot干涉技术的微型光谱仪；（8）基于超构表面的光谱成像及多维成像；（9）识别万物的光谱芯片；（10）增强拉曼传感技术及光谱检测系统；（11）计算高光谱成像技术。

二、培训对象

本课程主要面向光谱仪及光谱成像产业链上下游企业的技术人员和管理人员，以及高校师生，同时也欢迎其他希望了解光谱分析的非技术背景人员参加，如销售和市场人员、投融资机构人员、政府管理人员等。

三、培训时间

2024年12月13日至15日

授课结束后，为学员颁发麦姆斯咨询的结业证书。

四、培训地点

无锡市（具体地点以培训前一周的邮件通知为准）

五、课程内容

课程一：基于MEMS迈克尔逊干涉仪的微型傅里叶变换型光谱仪

老师：北京理工大学 教授 谢会开

傅里叶变换型光谱仪通过测量干涉图并对干涉图进行傅里叶变换来获得物体的光谱信息。由于这种类型的光谱仪不需要分光，充分利用全部波长的全部光强信息，因此其具有光通量大、光谱分辨率高等优点，在弱辐射探测方面优势明显。但由于傅里叶变换型光谱仪的迈克尔逊干涉仪设计中存在动镜——它依靠步进电机和其它精密机械系统驱动，所以其可靠性和便携性受到较大限制，特别是对光谱仪的使用和放置环境有严格要求。为此，研究人员通过引入MEMS技术来解决这类光谱仪的微型化问题，同时通过制造精度取代装配精度来保证动镜的倾斜角度，降低光谱仪的装调成本。本课程介绍利用MEMS微镜来替代动镜的迈克尔逊干涉仪方案，从而实现傅里叶变换型光谱仪的微型化。

课程提纲：
1. 光谱仪种类及其基本原理；
2. 基于迈克尔逊干涉仪的傅里叶变换光谱仪技术概述；
3. 迈克尔逊干涉仪微型化及其对MEMS微镜的指标要求；
4. MEMS微镜分类、结构及驱动原理；
5. 大位移MEMS微镜设计与制造；
6. 基于MEMS迈克尔逊干涉仪的微型傅里叶变换光谱仪设计案例；
7. 微型傅里叶变换光谱仪技术总结与展望。

课程二：MEMS可调谐F-P腔滤光芯片及其光谱成像模组与应用

老师：优尼科（青岛）微电子有限公司 副总经理 丁大海

MEMS可调谐滤光芯片通过调制电压来控制法布里-珀罗（F-P）腔间隙大小，从而分离得到特定波长的光谱信息，可以实现宽光谱覆盖的窄带滤光功能。MEMS滤光芯片调谐速度快，可以达到亚毫秒乃至微秒量级，并且能够实现大规模生产，是一种极具竞争力的光谱仪分光器件选择。优尼科（Unispectral）自主研发的MEMS滤光芯片环境适应性强，拥有完善的闭环回路补偿系统。低成本的红外摄像头借助这种MEMS可调谐滤光芯片可以实现700-950 nm快照式光谱成像功能（经过多次曝光，每一帧捕捉一个特定波长光谱，形成多光谱数据集），适用于人脸支付设备、智能手机、智能家电、智能驾驶等大众消费市场。本课程主要针对消费级光谱成像技术，讲解核心MEMS滤光芯片、光谱成像模组及应用案例。

课程提纲：
1. 消费级光谱成像技术概述；
2. MEMS可调谐F-P腔滤光芯片工作原理、实现方案及技术指标；
3. 基于MEMS可调谐F-P腔滤光芯片的光谱成像模组设计；
4. MEMS可调谐F-P腔滤光芯片及光谱成像模组的标定；
5. 基于MEMS可调谐F-P腔滤光芯片的光谱相机应用及案例展示。

课程三：近红外光谱仪关键技术及产业化

老师：上海巨哥科技股份有限公司 创始人兼董事长 沈憧棐

光谱分析是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度，以此来鉴别物质及确定它的化学组成和相对含量的方法。根据波长区域不同，光谱可分为红外光谱、可见光谱和紫外光谱等。其中，近红外光谱分析是20世纪90年代以来发展最快、最引人注目的物质检测方法。近红外光谱区与有机分子中含氢基团（OH、NH、CH、SH）振动的合频和各级倍频的吸收区一致，因此通过扫描物质的近红外光谱，可得到物质中有机分子含氢基团的特征信息。传统的台式傅里叶光谱仪体积庞大、价格高昂，并且维护成本也高，为了解决这些问题，上海巨哥科技股份有限公司采用MEMS技术实现傅里叶光谱扫描芯片，并实现与之匹配的精密光机系统开发，推出微型（掌上式）傅里叶光谱仪SF2500，检测波段900~2500 nm，有望为各种行业应用带来突破。本课程阐述近红外光谱仪核心技术，以及产业技术路线和小型化方法，并结合光谱仪性能指标及应用案例进行讲解。

课程提纲：
1. 分子能级与近红外光谱；
2. 近红外光谱仪技术路线；
3. 近红外光谱仪小型化技术分析和比较；
4. 光谱仪性能指标评价；
5. 近红外光谱建模算法与行业应用；
6. 红外光谱成像简介。

课程四：计算重建型光谱仪及光谱相机

老师：上海交通大学 教授 蔡伟伟

实验室台式光谱仪利用光栅、棱镜等色散元件将入射光的不同波长成分在空间中展开，并利用光电探测器进行探测，以获得光谱信息。然而，复杂的光路设计使得光谱仪的微型化困难重重。所以，传统的策略是牺牲光谱仪部分性能，利用先进微纳米加工技术将色散元件微型化，将光栅、棱镜替换为光子晶体、超构表面、微型干涉仪等。这些技术可将光谱仪尺寸缩小至毫米量级，但进一步微型化则面临着巨大的挑战。近期，计算重建法被成功应用于光谱仪的微型化，通过预校准并根据测量数据特征，可以实现未知光谱分析，并减轻对器件的要求。基于此方法，上海交通大学蔡伟伟教授联合国内外科研团队开发出高性能超微型（微米量级）光谱仪。计算重建型光谱仪展现了其在高集成度、低成本、高性能方面的巨大潜力，其重要优势之一是利用光谱稀疏性，可以求解更多波段——实现波段数大于探测器个数。因此，从纯器件到器件+算法赋能是光谱仪微型化的发展趋势。

课程提纲：
1. 光谱学基础；
2. 计算重建型光谱仪；
3. 计算重建型光谱相机；
4. 计算重建算法；
5. 超微型光谱仪案例。

课程五：基于可编程光子芯片的片上计算重建型光谱仪

老师：南京航空航天大学 教授 李昂

集成式单次曝光光谱仪具有快速、准确重建未知光谱的优势，适合集成到低功耗的便携式设备中进行实时监测和分析。硅光子技术具有丰富的组件库和众多成功的传感应用，是实现光谱仪的一种有前景的平台。传统的集成式单次曝光光谱仪依赖于在不同波长下工作的窄带滤光组件，光谱成分可以在空间上被分离并独立测量。虽然这一原理简单明了，但是其对制造不确定性的高敏感性、低光谱分辨率、有限带宽和低动态范围严重阻碍了商业产品的开发和量产。最近，采用无序光子介质的计算单次曝光光谱仪（CSSS）已成为应对这些挑战的一种有前景的解决方案。这种光谱仪的核心元件，即无序光子结构（DPS），旨在生成入射光谱的多个随机样本。然后利用先进的算法对采样结果进行后处理，即可通过计算方式重建光谱。本课程从片上集成光谱仪市场需求的出发，剖析各种技术实现路径，重点对基于硅光子平台和无序光子结构的片上计算重建型光谱仪进行讲解：从原理、设计到表征、应用。

课程提纲：
1. 片上集成光谱仪市场需求及实现路径；
2. 片上集成光谱仪的技术途径、性能对比；
3. 片上计算重建型光谱仪原理和现状；
4. 基于可编程光子芯片的片上计算重建型光谱仪原理、设计与表征；
5. 基于可编程光子芯片的片上计算重建型光谱仪总结与展望。

课程六：基于硅基微纳光栅的微型光谱仪

老师：西北工业大学 教授 虞益挺

光栅色散型光谱仪分为反射式和透射式两大类，一般由一个或多个衍射光栅、一段光程以及一个探测器阵列组成。光通过入射狭缝被准直照射在衍射光栅上，衍射光栅将光谱分散到不同的方向，最后凹面镜将分散的光聚焦到探测器阵列上得到光谱分布。这种光谱仪拥有超高分辨率、宽光谱范围和成熟的技术路线。通过缩短光程、简化光路，以及利用以MEMS为代表的微纳制造技术减小元件尺寸等方法都能实现色散型光谱仪的微型化。例如，日本滨松（Hamamatsu）利用MEMS技术实现了全球最小的光栅色散型集成光谱仪——Micro系列产品，其重量仅为5g，并且价格低廉，适用于消费电子市场。本课程主要讲解硅基微纳光栅设计与加工，以及微型光谱仪的实现路径及典型应用。

课程提纲：
1. 衍射光栅（反射/透射光栅）分光原理；
2. 硅基微纳光栅：设计与加工；
3. 基于硅基微纳光栅的微型光谱仪及其应用。

课程七：基于Fabry-Pérot干涉技术的微型光谱仪

老师：西北工业大学 教授 虞益挺

传统的分光器件是限制光谱仪微型化的重要因素。如今，基于半导体制造工艺，各种芯片级分光器件获得飞速发展，MEMS技术赋予分光器件动态可调的能力，使得光谱仪系统设计具有更大的灵活性。基于MEMS技术的法布里-珀罗（Fabry-Pérot）分光器件采用微纳结构调控干涉、衍射和色散等光学参量的原理实现滤波功效，为微型化、低成本和定制化的光谱仪提供了新的解决途径。近三十年来，针对实用化Fabry-Pérot分光器件的研究已取得长足的进展，但在芯片制造、器件性能和系统集成方面仍面临诸多要攻克的难题。同时，研究人员正在利用人工智能（AI）技术实现光谱滤波芯片的硬件优化，从而大幅度提高光谱信号、光谱图像的分析与识别能力。本课程针对Fabry-Pérot分光器件工作原理、制造方法及微型光谱仪应用进行详解。

课程提纲：
1. Fabry-Pérot干涉仪分光原理；
2. Fabry-Pérot全固态分光器件及其制造方法；
3. 基于Fabry-Pérot全固态分光器件的微型光谱仪；
4. Fabry-Pérot动态分光器件及其制造方法；
5. 基于Fabry-Pérot动态分光器件的微型光谱仪；
6. 基于Fabry-Pérot干涉技术的微型光谱仪典型应用。

课程八：基于超构表面的光谱成像及多维成像

老师：南京大学 教授 王漱明

作为一种将光谱信息和空间信息相结合的技术，光谱成像在科学研究和工程应用中受到了广泛的关注。光学材料中普遍存在色散的现象，得益于超构表面（Metasurfaces）对相位的有效调控，利用超构表面可以进行更高效率的分光，这对实现紧凑型光谱仪和光谱成像具有重要的意义。滤波是另外一种达到光谱成像这一目标的思路，通过设计后的超构表面具有频率/波长选择的功能，可以用于轻薄高效的片上集成式光谱滤光器。本课程综述近年来基于超构表面的光谱成像研究进展，与传统的光谱仪相比，基于超构表面的紧凑型光谱仪具有体积小和光路较为简单的优点，在小型器件中具有较大的应用潜力。根据不同的成像机理，基于超构表面的光谱成像可以分为超色散型、窄带滤波型、宽带滤波型，本课程详细介绍每种成像机理的研究进展，并随后总结在实际场景中的应用情况，最后展望超构表面光谱成像及多维成像的发展方向和应用前景。

课程提纲：
1. 基于超色散机理的超构表面光谱成像；
2. 基于窄带滤波机理的超构表面光谱成像：透射型、吸收型、反射型；
3. 基于宽带滤波机理的超构表面光谱成像；
3.1 随机分布的光谱响应曲线；
3.2 光谱重建算法；
4. 基于超构表面的多维成像；
4.1 偏振成像；
4.2 强度操控；
5. 基于超构表面的其它类型成像；
5.1 折超混合成像；
5.2 量子成像；
6. 光谱成像及多维成像的应用现状及展望。

课程九：识别万物的光谱芯片

老师：华东师范大学 特聘教授 王少伟

光谱技术可以针对物质成分的特征信息进行快速、无损/无创的定性甚至定量分析，从而实现“识别万物”的梦想。过去十多年，微型光谱仪的发展与时俱进，四种类型（色散型、滤光型、干涉型、计算重建型）齐发力，主流智能手机厂商的专利申请情况表明：光谱传感及成像技术有望加速在智能手机领域的应用。这也吸引了光电行业及投资方的高度关注，促使初创公司如雨后春笋般涌现。为了满足智能手机、平板电脑、智能眼镜等消费类电子设备对小尺寸、低成本和低功耗的严苛需求，微型光谱仪的片上集成化迫在眉睫。本课程详解微型光谱仪及其核心芯片/器件的工作原理、研究现状及应用案例，最后展望光谱技术的发展趋势。

课程提纲：
1. 常用光谱仪的基本构造和原理；
2. 基于集成微腔的光谱芯片；
3. 基于其它新型分光方式的微型光谱仪；
4. 基于超构表面的偏振分光器件；
5. 基于超构表面的光谱与偏振同时分光器件；
6. 光谱技术应用案例；
7. 光谱技术的未来发展趋势。

课程十：增强拉曼传感技术及光谱检测系统

老师：重庆大学 教授 张洁

拉曼光谱是一种指纹式的、具有分子结构特异性的非弹性散射光谱。当单色光源照射到样本后，入射光和被测物分子发生碰撞会发生拉曼散射和瑞利散射（弹性散射），两种散射的频率差（拉曼频移）与被碰撞分子的振动频率和所处能级有关，因此拉曼频移可以表征分子振动能级和转动能级，可以应用于分子结构研究。此外，拉曼光谱中的峰值强度正比于激发区域内被激发的分子键个数，从而可以得到分子的种类与浓度信息，典型应用包括化学材料研究、药物/毒品分析、环境监测、血糖监测等。表面增强拉曼光谱（SERS）是一种增强样本拉曼散射并提高拉曼光谱灵敏度的方法，其增强机理通常可分为电磁（EM）增强、化学（CE）增强。重庆大学张洁教授近期在增强拉曼传感技术方面取得的进展：（1）利用金属纳米结构的局域表面等离子共振特性实现对拉曼信号的电磁增强；（2）为进一步解决传统片上集成光谱采集系统单元阵列个数多、热调/电调工艺复杂的问题，提出“非等直径微环谐振器阵列作为光谱采集单元”的新思路，实现高分辨率的拉曼光谱重构。本课程从拉曼光谱原理出发，介绍拉曼光谱仪的发展历程及其微型化技术，重点讲解SERS传感技术及片上光谱检测系统。

课程提纲：
1. 拉曼光谱和表面增强拉曼光谱（SERS）原理；
2. 拉曼光谱仪的发展历程及其微型化技术；
3. SERS传感技术；
4. 片上光谱检测系统；
5. SERS技术应用展望。

课程十一：计算高光谱成像技术

老师：浙江大学 研究员 郝翔

计算光谱成像技术在传统色散型光谱成像技术的基础上，通过在光路中引入适当的编码模板（分为三种类型：振幅编码、相位编码、波长编码）完成目标数据立方体的调制和压缩，然后采用压缩感知理论对光电探测器获取的二维混叠图像进行三维图谱信息重构，实现了景物空间信息与光谱信息的快照式成像，弥补了传统光谱成像技术光通量低、逐行扫描成像时间长等缺点，极大地降低了原始数据量，减轻了数据存储和传输压力。鉴于此，计算光谱成像技术成为解决“光谱分辨率、空间分辨率、时间分辨率不可兼得”问题的一种可选方案。此外，传统的CMOS图像传感器只能获取三个光谱（红、绿、蓝）通道，而高光谱成像则可以获得数百个光谱通道，能够为拍摄的场景或物体提供更丰富的颜色（光谱）信息，从而有利于实现高精度的图像分析与识别。本课程详解计算光谱成像技术和应用，以及高光谱成像与人工智能（AI）的结合。

课程提纲：
1. 光谱技术概述；
2. 计算光谱技术原理；
3. 光谱成像技术原理；
4. 基于深度学习/机器学习的高光谱成像技术；
5. 计算高光谱成像技术典型应用。

六、师资介绍

谢会开，博士，北京理工大学集成电路与电子学院教授，国家海外高层次人才，北京理工大学重庆微电子研究院院长、首席科学家，集成声光电微纳系统教育部工程研究中心主任。他在北京理工大学微电子专业获得本科和硕士学位之后，到清华大学微电子学研究所从事科研及教学工作4年，之后赴美留学，并于2002年获得美国卡内基梅隆大学电子与计算博士学位，同年作为助理教授任教于美国佛罗里达大学电气与计算机工程系，并分别于2007年和2011年晋升为副教授/终身教授和正教授。2020年全职回到母校北京理工大学任教。他的主要研究方向包括MEMS/NEMS、光学/声学/惯性MEMS传感器、微纳光学、生物光子学、光学显微内窥影像、微型光谱仪和激光雷达，发表论文350余篇，获得授权美国专利19项、授权中国发明专利50余项。他担任国际期刊IEEE Sensors Letters和Sensors and Actuators A副主编，2018年入选IEEE Fellow和SPIE Fellow。

丁大海，优尼科（青岛）微电子有限公司副总经理。他曾担任意法半导体（STMicroelectronics）智能卡芯片高级应用工程师；摩托罗拉（Motorola）软件架构师、产品总监；海信宽带网络事业部部长；小优智能科技联合创始人、副总经理；海尔超前研发服务机器人项目总监。他拥有20多年消费电子行业产品设计、研发及市场经验，尤其对MEMS微镜、MEMS光谱成像芯片等光学器件的工作原理、工程实现及应用场景有深入研究。此外，他还在新技术、新器件的产业化流程及生态搭建方面拥有丰富的实践经验。目前，他在优尼科微电子负责MEMS可调谐光谱成像芯片及模组的产业化与市场推广工作。

沈憧棐，博士，上海巨哥科技股份有限公司创始人、董事长兼总经理。他毕业于清华大学物理系，获普林斯顿大学电子工程博士，博士期间有关有机半导体表面与界面物理的论文被上千次引用。他曾任职于Agere Systems和Brion Technologies（ASML），从事VCSEL和纳米分辨率CCD等光电器件研发。他在硅谷合伙创业期间以及回国后在浙江清华长三角研究院期间从事MEMS传感技术研发，2008年创办上海巨哥科技股份有限公司，在红外热成像精确测温、中短波红外相机、近红外光谱仪，以及非制冷红外焦平面和光谱分光芯片等方向上取得了众多前瞻性的研发成果和丰富的行业应用案例，获得上海市优秀技术带头人、国家级海外高层次人才、上海市科技进步一等奖等荣誉。

蔡伟伟，博士，上海交通大学机械与动力工程学院教授、博士生导师，德国埃尔朗根纽伦堡大学高等光学研究院客座教授，曾于2016年入选国家海外高层次人才引进计划。他于2007年本科毕业于浙江大学热能工程系、2010年博士毕业于美国克莱姆森大学机械工程系，开发了世界上第一套高光谱吸收层析成像系统并应用于航空发动机出口温度场高速测量；2011-2013年于美国弗吉尼亚理工大学航空系从事博士后研究工作，开发了火焰发射光谱层析成像系统；2013-2015年于英国剑桥大学化工系从事博士后研究工作，开展基于超连续辐射的超快吸收光谱技术，并于2015年入职上海交通大学。他长期从事光谱测量技术及仪器的开发与应用，在光谱测量及仪器方向发表期刊论文百余篇，包括Science论文3篇，目前已成功搭建基于计算成像的微型光谱相机。他曾参与研发带隙渐变纳米线和单异质结等超微型光谱仪，获得多项重要学术奖励和荣誉称号，包括2012年获欧盟玛丽居里奖学金，2013年被评为剑桥大学丘吉尔学院博士后会士，2014年获国际分析仪器奖Masao Horiba Award唯一提名奖，2018年获得德国埃尔朗根高等光学研究院青年科学家奖，2023年获中国工程热物理学会吴仲华优秀青年学者奖。他担任测量领域著名期刊Measurement Science and Technology编委、《工程热物理学报》青年编委及《光学学报》青年编委；同时还担任中国光学学会激光光谱学专委会委员、中国动力工程学会国际合作委员会委员和国际传热传质中心（ICHMT）科学理事会专家委员。

李昂，博士，江苏省特聘教授，南京航空航天大学电子信息工程学院教授、博士生导师。他的研究领域包含硅基光电融合传感和计算芯片。博士毕业于比利时根特大学光学工程系，硕士毕业于德国柏林工业大学，本科毕业于复旦大学微电子系。他主持国家自然科学基金优青、面上和青年项目，国家重点研发计划青年科学家项目，军科委领域基金和重点项目课题，装备发展部快速扶持项目等国家级项目8项。他以第一/通讯作者在Nature Communications、Light: Science Applications、Engineering（中国工程院院刊）、Optica等期刊发表SCI论文20余篇；在Photonics West、CLEO-PR等国内外会议作特邀报告、post-deadline报告20余次；申请/授权中美专利17项，其中6项完成产业转让。他本人获得PhotoniX Prize、ICOCN Young Scientist Award，学术成果获世界光子大会发明展金奖、并入选“硅基光电子三年优秀成果展”。

虞益挺，博士，西北工业大学机电学院教授、博士生导师，兼任西北工业大学宁波研究院智能传感芯片技术研究中心负责人，国家级创新领军人才、国家173重点项目首席科学家、优青、教育部新世纪优秀人才、教育部全国百篇优博论文奖获得者、德国洪堡学者、陕西省优秀青年科技新星。他主持建成浙江省首条8英寸硅基MEMS前道工艺中试线，主持立项浙江省军民融合创新示范基地、浙江省MEMS传感芯片定制加工服务型示范平台及宁波市光学微系统及应用技术重点实验室，担任浙江省高性能MEMS芯片规模制造技术重点实验室副主任，“甬江引才工程”创新团队负责人，中国光学工程学会理事、中国微米纳米技术学会微纳执行器与微系统分会副理事长暨青工委委员、中国机械工程学会极端制造分会委员，国家多部委及多省市项目、科技奖评审专家。他主要从事MEMS光功能芯片及先进视觉感知技术研究，面向遥感遥测、医疗诊断、智慧城市、智能制造、军事国防等应用领域研制高性能、低成本、超紧凑的核心微纳光功能芯片，进而推动相关仪器或装备的微型化、集成化、智能化与低成本化。他先后主持国家自然科学基金优青及面上项目、军科委基础加强重点项目及创新特区项目、装备预研航天科技联合基金、中航产学研专项、航空科学基金等课题10余项。至今，他在NC、IF、AOM、OEA、MINE、AC、Nanoscale、Opt. Express、Opt. Lett.、中国光学、光学精密工程、光学学报等国内外重要学术期刊发表论文130余篇，获授权中国发明专利35项。他合作出版了工信部“十四五”规划教材《微机电系统》（第2版）。

王漱明，博士，南京大学物理学院教授。他主要从事微纳光学（例如超构材料、超构表面）、量子光学和非线性光学等方面的研究，获得国家自然科学基金杰出青年项目资助和第四届江苏青年光学科技奖。他的研究成果两次获得中国光学十大进展（2018年和2020年）。他在Science、Nature Nanotechnology、Nature Communications、Physical Review Letters等学术刊物上发表论文80余篇，总引用次数超过3000次。

王少伟，博士，华东师范大学特聘教授、博导、首席科学家，中国光学工程学会、上海市红外与遥感学会理事。他长期从事光场调控探测技术研究，曾主持国家重点研发专项等项目20余项，撰写Elsevier出版社手册等章节2章；发表Adv. Mater.等SCI论文100余篇，获国家发明专利授权50余项。他曾任Elsevier出版社Microelectronics Engineering期刊副主编及Nature Electronics等审稿人，在SPIE等重要国际会议上20多次作邀请报告或分会主席。他获得国家自然科学二等奖、国家技术发明二等奖、中国专利优秀奖、上海市技术发明一等奖、上海市自然科学一等奖，以及国际先进材料协会奖章、上海市科技系统青年五四奖章、中国科学院卢嘉锡青年人才奖、第六届饶毓泰基础光学奖等多项奖励与荣誉。他率先提出并实现的集成微腔分光新方法，使光谱仪在保持高光谱分辨率前提下体积大幅减小，解决了传统方式光谱分辨率与体积间的矛盾，被美、德、法等多国知名学术机构同行高度评价，认为“Wang等建立了一个新方法”、“在芯片级光谱仪方面取得显著进展”、“是一种有前途的方法”等，并已成功用于我国实践十号卫星微型多光谱荧光相机，实现了从概念提出、器件实现到空间验证的全创新链研究。

张洁，博士，重庆大学光电工程学院教授，博士生导师，主要研究方向为光微纳器件及系统，具体包括表面增强拉曼散射技术、光谱检测技术、片上光谱采集和重构等。她现任光学学会光电技术专业委员会常委、光学工程学会光谱技术及应用专委会委员、光散射学会专业委员会委员、《光散射学报》编委等。她主持国家自然科学基金五项，国防特区科技创新项目、重庆市自然科学重点基金等；重庆市杰出青年基金获得者；获重庆市技术发明奖二等奖（排名第一）；专利转让3项；学术成果发表在Analytic Chemistry、Nanophotonics、Optics Letters、Optics Laser Technology等高水平学术期刊。

郝翔，博士，浙江大学光电科学与工程学院副院长、研究员、博士生导师。2018年10月全职回国，之前曾任霍华德休斯医学研究院（HHMI）、牛津大学神经回路与行为学研究中心（CNCB）访问学者、耶鲁大学医学院助理研究员（Associate Research Scientist）。他主要从事光学成像特别是显微成像、光谱成像和计算成像的研究工作，在Nature Methods、Light: Science Applications等共发表论文100余篇、获授权专利40余项。2019年，他入选国家第十五批重大人才计划（青年项目），担任国家重点研发计划“高精度线光谱共焦传感器研制”项目首席科学家，The Innovation、《光子学报》、《激光与光电子学进展》青年编委，中国光学学会生物医学光子学专业委员会、中国光学工程学会计算成像专业委员会委员。他还获得播光人奖、中国光电博览奖、中国光学十大进展等荣誉。

七、培训费用和报名方式咨询

报名方式：请发送电子邮件至PENGLin@MEMSConsulting.com，邮件题目格式为：报名+光谱仪培训+单位简称+人数。

报名网站：
https://www.memstraining.com/training-67.html

培训赞助：请致电联系彭女士（17368357393），或麦姆斯咨询固话（0510-83481111）。

麦姆斯咨询联系人：彭女士
电话：17368357393
邮箱：PENGLin@MEMSConsulting.com

延伸阅读：《光谱成像市场和趋势-2022版》
《小型、微型和芯片级光谱仪技术及市场-2020版》

主办单位：麦姆斯咨询

协办单位：上海传感信息科技有限公司

一、课程简介

传统的光谱分析仪（简称：光谱仪，英文名称：Spectrometer）是一种用于分离和测量光谱成分的大型科学仪器，而如今的商用消费类光谱仪已缩小至手机摄像头大小，其核心组件包括分光器件、光源、光电探测器等。17世纪，牛顿发现太阳光通过棱镜的折射后可观察到彩色光带——这个色散实验为光谱仪的诞生播下了种子。随后，光谱仪在物理学、天文学和化学的早期研究中发展起来，并在测定化学成分方面展现出强大的能力。利用光谱仪进行光谱分析是人类借助光认知世界的重要方式之一。地球上不同的化学元素及其化合物都有自己独特的光谱特征，光谱因此被视为辨别物质的“指纹”。如果说人眼能看到物质的形状、尺寸、颜色等外表信息，光谱分析则能获取物质的成分信息，帮助我们看清事物的本质。光谱仪应用领域包括食品和药品安全、生化分析、机器视觉、环境监测、照明检测、疾病诊断、军事侦查、宇宙探索，以及在智能手机中正在或即将兴起的拍照/摄像优化（白平衡、光谱成像）、皮肤护理（匹配化妆品）、健康检查、身份验证、食品检测等，关乎我们生活的方方面面。

传统的基于衍射光栅的色散型光谱仪工作原理

trinamiX发布的全球首款面向智能手机的消费级近红外光谱仪

集成微型光谱仪的智能手机可用于判断食物品质并保障饮食健康和安全

根据光学调制及分光原理，光谱仪主要分为：色散型、滤光型、傅里叶变换型（干涉型）。色散型光谱仪的分光器件主要有棱镜、光栅，以及与光波导的结合；滤光型光谱仪的分光器件主要有随时间变化的单个窄带滤光片、随空间变化的窄带滤光片阵列；傅里叶变换型光谱仪的干涉组件主要有迈克尔逊干涉仪、马赫-曾德干涉仪。随着计算技术的发展，在过去的十年中，出现了一种新兴的光谱仪类型——计算重建型，其结合前端光学设计与后端信号处理，利用计算技术近似或重建入射光光谱，在降低成本、减小体积和提高灵活性方面展现出了巨大潜力。在科研和商业领域，计算重建技术都已成为最具发展前景的热点方向，研究人员相继提出了一系列计算重建型光谱仪，涉及量子点光谱仪、超构表面光谱仪、纳米线光谱仪、纳米梁光谱仪、可调范德华异质结光谱仪等。此外，计算重建技术与纳米光电器件的结合也为高速（≥100 kHz）高光谱成像提供了全新思路。

四种类型的光谱仪微型化之路
（来源：DOI: 10.1126/science.abe0722）

传统的台式实验室光谱仪可以提供无与伦比的超精细分辨率和宽光谱范围，但是其结构复杂、体积庞大。近些年，由于光谱分析的应用市场快速增长，便携式及集成式光谱仪对减小尺寸、降低成本及功耗的需求优先于对提高性能的需求，因此光谱仪的微型化引起了广泛关注。当前，微型光谱仪的发展主要依赖于微纳制造的技术进步和数学工具的计算赋能。在微纳制造方面，MEMS技术使得复杂的微型色散器件、滤光器件和傅里叶变换系统的制造成为可能；在数学工具方面，压缩感知和人工智能（例如深度学习）的发展为微型光谱仪的改进注入了新活力。近些年，芯片级光谱仪作为研究热点也受到了大量关注，已有多种有效技术手段实现高性能（宽带宽、高精度、大动态范围）芯片级光谱仪。其中，硅光子技术为计算重建型光谱仪的芯片化提供了一种新思路。硅光子器件具有尺寸小、质量轻、功耗低、与CMOS电路兼容等优点，非常适合用于开发微型化、高集成度的芯片级光谱仪。通过将硅光子器件与计算光谱重建技术相结合，有望实现体积小、高集成、低成本的智能化光谱分析仪器，推动光谱分析技术在更广泛领域的应用和普及。

微型光谱仪发展历程中的重要突破
（来源：DOI: 10.1126/science.abe0722）

NanoLambda开发的低成本Apollo™芯片级光谱仪

光谱成像是光谱分析与成像技术的结合，能够获得涉及空间（x, y）和光谱（λ）信息的三维数据立方体，其空间分辨能力也使光谱数据更加直观。高维光谱信息可以精确区分具有相似颜色的不同材料，与人类视觉相比，具有更高的光谱分辨率和更宽的光谱范围，可以进行更智能的检测。根据可获取的光谱频带数量，光谱成像主要分为三大类：多光谱成像（数个至数十个光谱频带）、高光谱成像（数百个光谱频带）、超光谱成像（≥数千个光谱频带）。在某些应用中，例如地质调查、人脸识别等，空间分布信息可能比高光谱分辨率更重要，如果仅考虑光谱特征信息而忽视空间分布信息的重要作用可能会导致识别和分类精度的降低。为此，利用CMOS图像传感器和芯片级分光器件（如MEMS可调谐F-P腔滤光芯片、光学超构表面）实现高空间分辨率的快速光谱成像正成为一种发展趋势，例如清华大学研究人员将CMOS图像传感器与超构表面相结合，并利用压缩感知算法进行光谱重建，实现了空间分辨率超过15万像素的实时超光谱成像，即在0.5平方厘米芯片上集成了15万个微型光谱仪。光谱成像的应用潜力巨大，随着核心技术日益成熟、制造成本不断下降，有望在智能手机、平板电脑、可穿戴设备、智能家电、无人机、机器人等众多应用中“发扬光大”，为广阔的消费电子领域开辟“精彩视界”。

普通相机 vs. 光谱仪 vs. 光谱成像
（来源：Unispectral）

清华大学开发出全球首款实时超光谱成像芯片，该芯片由超构表面、微透镜和CMOS图像传感器构成。

Spectricity与Lululab合作开发基于手机光谱成像的皮肤分析应用

鉴于广泛的市场应用需求，麦姆斯咨询邀请拥有丰富实践经验的科研学者及企业家，为大家传授光谱仪及光谱成像知识及技术经验。本次课程内容包括：（1）基于MEMS迈克尔逊干涉仪的微型傅里叶变换型光谱仪；（2）MEMS可调谐F-P腔滤光芯片及其光谱成像模组与应用；（3）近红外光谱仪关键技术及产业化；（4）计算重建型光谱仪及光谱相机；（5）基于可编程光子芯片的片上计算重建型光谱仪；（6）基于硅基微纳光栅的微型光谱仪；（7）基于Fabry-Pérot干涉技术的微型光谱仪；（8）基于超构表面的光谱成像及多维成像；（9）识别万物的光谱芯片；（10）增强拉曼传感技术及光谱检测系统；（11）计算高光谱成像技术。

二、培训对象

本课程主要面向光谱仪及光谱成像产业链上下游企业的技术人员和管理人员，以及高校师生，同时也欢迎其他希望了解光谱分析的非技术背景人员参加，如销售和市场人员、投融资机构人员、政府管理人员等。

三、培训时间

2024年12月13日至15日

授课结束后，为学员颁发麦姆斯咨询的结业证书。

四、培训地点

无锡市（具体地点以培训前一周的邮件通知为准）

五、课程内容

课程一：基于MEMS迈克尔逊干涉仪的微型傅里叶变换型光谱仪

老师：北京理工大学 教授 谢会开

傅里叶变换型光谱仪通过测量干涉图并对干涉图进行傅里叶变换来获得物体的光谱信息。由于这种类型的光谱仪不需要分光，充分利用全部波长的全部光强信息，因此其具有光通量大、光谱分辨率高等优点，在弱辐射探测方面优势明显。但由于傅里叶变换型光谱仪的迈克尔逊干涉仪设计中存在动镜——它依靠步进电机和其它精密机械系统驱动，所以其可靠性和便携性受到较大限制，特别是对光谱仪的使用和放置环境有严格要求。为此，研究人员通过引入MEMS技术来解决这类光谱仪的微型化问题，同时通过制造精度取代装配精度来保证动镜的倾斜角度，降低光谱仪的装调成本。本课程介绍利用MEMS微镜来替代动镜的迈克尔逊干涉仪方案，从而实现傅里叶变换型光谱仪的微型化。

课程提纲：
1. 光谱仪种类及其基本原理；
2. 基于迈克尔逊干涉仪的傅里叶变换光谱仪技术概述；
3. 迈克尔逊干涉仪微型化及其对MEMS微镜的指标要求；
4. MEMS微镜分类、结构及驱动原理；
5. 大位移MEMS微镜设计与制造；
6. 基于MEMS迈克尔逊干涉仪的微型傅里叶变换光谱仪设计案例；
7. 微型傅里叶变换光谱仪技术总结与展望。

课程二：MEMS可调谐F-P腔滤光芯片及其光谱成像模组与应用

老师：优尼科（青岛）微电子有限公司 副总经理 丁大海

MEMS可调谐滤光芯片通过调制电压来控制法布里-珀罗（F-P）腔间隙大小，从而分离得到特定波长的光谱信息，可以实现宽光谱覆盖的窄带滤光功能。MEMS滤光芯片调谐速度快，可以达到亚毫秒乃至微秒量级，并且能够实现大规模生产，是一种极具竞争力的光谱仪分光器件选择。优尼科（Unispectral）自主研发的MEMS滤光芯片环境适应性强，拥有完善的闭环回路补偿系统。低成本的红外摄像头借助这种MEMS可调谐滤光芯片可以实现700-950 nm快照式光谱成像功能（经过多次曝光，每一帧捕捉一个特定波长光谱，形成多光谱数据集），适用于人脸支付设备、智能手机、智能家电、智能驾驶等大众消费市场。本课程主要针对消费级光谱成像技术，讲解核心MEMS滤光芯片、光谱成像模组及应用案例。

课程提纲：
1. 消费级光谱成像技术概述；
2. MEMS可调谐F-P腔滤光芯片工作原理、实现方案及技术指标；
3. 基于MEMS可调谐F-P腔滤光芯片的光谱成像模组设计；
4. MEMS可调谐F-P腔滤光芯片及光谱成像模组的标定；
5. 基于MEMS可调谐F-P腔滤光芯片的光谱相机应用及案例展示。

课程三：近红外光谱仪关键技术及产业化

老师：上海巨哥科技股份有限公司 创始人兼董事长 沈憧棐

光谱分析是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度，以此来鉴别物质及确定它的化学组成和相对含量的方法。根据波长区域不同，光谱可分为红外光谱、可见光谱和紫外光谱等。其中，近红外光谱分析是20世纪90年代以来发展最快、最引人注目的物质检测方法。近红外光谱区与有机分子中含氢基团（OH、NH、CH、SH）振动的合频和各级倍频的吸收区一致，因此通过扫描物质的近红外光谱，可得到物质中有机分子含氢基团的特征信息。传统的台式傅里叶光谱仪体积庞大、价格高昂，并且维护成本也高，为了解决这些问题，上海巨哥科技股份有限公司采用MEMS技术实现傅里叶光谱扫描芯片，并实现与之匹配的精密光机系统开发，推出微型（掌上式）傅里叶光谱仪SF2500，检测波段900~2500 nm，有望为各种行业应用带来突破。本课程阐述近红外光谱仪核心技术，以及产业技术路线和小型化方法，并结合光谱仪性能指标及应用案例进行讲解。

课程提纲：
1. 分子能级与近红外光谱；
2. 近红外光谱仪技术路线；
3. 近红外光谱仪小型化技术分析和比较；
4. 光谱仪性能指标评价；
5. 近红外光谱建模算法与行业应用；
6. 红外光谱成像简介。

课程四：计算重建型光谱仪及光谱相机

老师：上海交通大学 教授 蔡伟伟

实验室台式光谱仪利用光栅、棱镜等色散元件将入射光的不同波长成分在空间中展开，并利用光电探测器进行探测，以获得光谱信息。然而，复杂的光路设计使得光谱仪的微型化困难重重。所以，传统的策略是牺牲光谱仪部分性能，利用先进微纳米加工技术将色散元件微型化，将光栅、棱镜替换为光子晶体、超构表面、微型干涉仪等。这些技术可将光谱仪尺寸缩小至毫米量级，但进一步微型化则面临着巨大的挑战。近期，计算重建法被成功应用于光谱仪的微型化，通过预校准并根据测量数据特征，可以实现未知光谱分析，并减轻对器件的要求。基于此方法，上海交通大学蔡伟伟教授联合国内外科研团队开发出高性能超微型（微米量级）光谱仪。计算重建型光谱仪展现了其在高集成度、低成本、高性能方面的巨大潜力，其重要优势之一是利用光谱稀疏性，可以求解更多波段——实现波段数大于探测器个数。因此，从纯器件到器件+算法赋能是光谱仪微型化的发展趋势。

课程提纲：
1. 光谱学基础；
2. 计算重建型光谱仪；
3. 计算重建型光谱相机；
4. 计算重建算法；
5. 超微型光谱仪案例。

课程五：基于可编程光子芯片的片上计算重建型光谱仪

老师：南京航空航天大学 教授 李昂

集成式单次曝光光谱仪具有快速、准确重建未知光谱的优势，适合集成到低功耗的便携式设备中进行实时监测和分析。硅光子技术具有丰富的组件库和众多成功的传感应用，是实现光谱仪的一种有前景的平台。传统的集成式单次曝光光谱仪依赖于在不同波长下工作的窄带滤光组件，光谱成分可以在空间上被分离并独立测量。虽然这一原理简单明了，但是其对制造不确定性的高敏感性、低光谱分辨率、有限带宽和低动态范围严重阻碍了商业产品的开发和量产。最近，采用无序光子介质的计算单次曝光光谱仪（CSSS）已成为应对这些挑战的一种有前景的解决方案。这种光谱仪的核心元件，即无序光子结构（DPS），旨在生成入射光谱的多个随机样本。然后利用先进的算法对采样结果进行后处理，即可通过计算方式重建光谱。本课程从片上集成光谱仪市场需求的出发，剖析各种技术实现路径，重点对基于硅光子平台和无序光子结构的片上计算重建型光谱仪进行讲解：从原理、设计到表征、应用。

课程提纲：
1. 片上集成光谱仪市场需求及实现路径；
2. 片上集成光谱仪的技术途径、性能对比；
3. 片上计算重建型光谱仪原理和现状；
4. 基于可编程光子芯片的片上计算重建型光谱仪原理、设计与表征；
5. 基于可编程光子芯片的片上计算重建型光谱仪总结与展望。

课程六：基于硅基微纳光栅的微型光谱仪

老师：西北工业大学 教授 虞益挺

光栅色散型光谱仪分为反射式和透射式两大类，一般由一个或多个衍射光栅、一段光程以及一个探测器阵列组成。光通过入射狭缝被准直照射在衍射光栅上，衍射光栅将光谱分散到不同的方向，最后凹面镜将分散的光聚焦到探测器阵列上得到光谱分布。这种光谱仪拥有超高分辨率、宽光谱范围和成熟的技术路线。通过缩短光程、简化光路，以及利用以MEMS为代表的微纳制造技术减小元件尺寸等方法都能实现色散型光谱仪的微型化。例如，日本滨松（Hamamatsu）利用MEMS技术实现了全球最小的光栅色散型集成光谱仪——Micro系列产品，其重量仅为5g，并且价格低廉，适用于消费电子市场。本课程主要讲解硅基微纳光栅设计与加工，以及微型光谱仪的实现路径及典型应用。

课程提纲：
1. 衍射光栅（反射/透射光栅）分光原理；
2. 硅基微纳光栅：设计与加工；
3. 基于硅基微纳光栅的微型光谱仪及其应用。

课程七：基于Fabry-Pérot干涉技术的微型光谱仪

老师：西北工业大学 教授 虞益挺

传统的分光器件是限制光谱仪微型化的重要因素。如今，基于半导体制造工艺，各种芯片级分光器件获得飞速发展，MEMS技术赋予分光器件动态可调的能力，使得光谱仪系统设计具有更大的灵活性。基于MEMS技术的法布里-珀罗（Fabry-Pérot）分光器件采用微纳结构调控干涉、衍射和色散等光学参量的原理实现滤波功效，为微型化、低成本和定制化的光谱仪提供了新的解决途径。近三十年来，针对实用化Fabry-Pérot分光器件的研究已取得长足的进展，但在芯片制造、器件性能和系统集成方面仍面临诸多要攻克的难题。同时，研究人员正在利用人工智能（AI）技术实现光谱滤波芯片的硬件优化，从而大幅度提高光谱信号、光谱图像的分析与识别能力。本课程针对Fabry-Pérot分光器件工作原理、制造方法及微型光谱仪应用进行详解。

课程提纲：
1. Fabry-Pérot干涉仪分光原理；
2. Fabry-Pérot全固态分光器件及其制造方法；
3. 基于Fabry-Pérot全固态分光器件的微型光谱仪；
4. Fabry-Pérot动态分光器件及其制造方法；
5. 基于Fabry-Pérot动态分光器件的微型光谱仪；
6. 基于Fabry-Pérot干涉技术的微型光谱仪典型应用。

课程八：基于超构表面的光谱成像及多维成像

老师：南京大学 教授 王漱明

作为一种将光谱信息和空间信息相结合的技术，光谱成像在科学研究和工程应用中受到了广泛的关注。光学材料中普遍存在色散的现象，得益于超构表面（Metasurfaces）对相位的有效调控，利用超构表面可以进行更高效率的分光，这对实现紧凑型光谱仪和光谱成像具有重要的意义。滤波是另外一种达到光谱成像这一目标的思路，通过设计后的超构表面具有频率/波长选择的功能，可以用于轻薄高效的片上集成式光谱滤光器。本课程综述近年来基于超构表面的光谱成像研究进展，与传统的光谱仪相比，基于超构表面的紧凑型光谱仪具有体积小和光路较为简单的优点，在小型器件中具有较大的应用潜力。根据不同的成像机理，基于超构表面的光谱成像可以分为超色散型、窄带滤波型、宽带滤波型，本课程详细介绍每种成像机理的研究进展，并随后总结在实际场景中的应用情况，最后展望超构表面光谱成像及多维成像的发展方向和应用前景。

课程提纲：
1. 基于超色散机理的超构表面光谱成像；
2. 基于窄带滤波机理的超构表面光谱成像：透射型、吸收型、反射型；
3. 基于宽带滤波机理的超构表面光谱成像；
3.1 随机分布的光谱响应曲线；
3.2 光谱重建算法；
4. 基于超构表面的多维成像；
4.1 偏振成像；
4.2 强度操控；
5. 基于超构表面的其它类型成像；
5.1 折超混合成像；
5.2 量子成像；
6. 光谱成像及多维成像的应用现状及展望。

课程九：识别万物的光谱芯片

老师：华东师范大学 特聘教授 王少伟

光谱技术可以针对物质成分的特征信息进行快速、无损/无创的定性甚至定量分析，从而实现“识别万物”的梦想。过去十多年，微型光谱仪的发展与时俱进，四种类型（色散型、滤光型、干涉型、计算重建型）齐发力，主流智能手机厂商的专利申请情况表明：光谱传感及成像技术有望加速在智能手机领域的应用。这也吸引了光电行业及投资方的高度关注，促使初创公司如雨后春笋般涌现。为了满足智能手机、平板电脑、智能眼镜等消费类电子设备对小尺寸、低成本和低功耗的严苛需求，微型光谱仪的片上集成化迫在眉睫。本课程详解微型光谱仪及其核心芯片/器件的工作原理、研究现状及应用案例，最后展望光谱技术的发展趋势。

课程提纲：
1. 常用光谱仪的基本构造和原理；
2. 基于集成微腔的光谱芯片；
3. 基于其它新型分光方式的微型光谱仪；
4. 基于超构表面的偏振分光器件；
5. 基于超构表面的光谱与偏振同时分光器件；
6. 光谱技术应用案例；
7. 光谱技术的未来发展趋势。

课程十：增强拉曼传感技术及光谱检测系统

老师：重庆大学 教授 张洁

拉曼光谱是一种指纹式的、具有分子结构特异性的非弹性散射光谱。当单色光源照射到样本后，入射光和被测物分子发生碰撞会发生拉曼散射和瑞利散射（弹性散射），两种散射的频率差（拉曼频移）与被碰撞分子的振动频率和所处能级有关，因此拉曼频移可以表征分子振动能级和转动能级，可以应用于分子结构研究。此外，拉曼光谱中的峰值强度正比于激发区域内被激发的分子键个数，从而可以得到分子的种类与浓度信息，典型应用包括化学材料研究、药物/毒品分析、环境监测、血糖监测等。表面增强拉曼光谱（SERS）是一种增强样本拉曼散射并提高拉曼光谱灵敏度的方法，其增强机理通常可分为电磁（EM）增强、化学（CE）增强。重庆大学张洁教授近期在增强拉曼传感技术方面取得的进展：（1）利用金属纳米结构的局域表面等离子共振特性实现对拉曼信号的电磁增强；（2）为进一步解决传统片上集成光谱采集系统单元阵列个数多、热调/电调工艺复杂的问题，提出“非等直径微环谐振器阵列作为光谱采集单元”的新思路，实现高分辨率的拉曼光谱重构。本课程从拉曼光谱原理出发，介绍拉曼光谱仪的发展历程及其微型化技术，重点讲解SERS传感技术及片上光谱检测系统。

课程提纲：
1. 拉曼光谱和表面增强拉曼光谱（SERS）原理；
2. 拉曼光谱仪的发展历程及其微型化技术；
3. SERS传感技术；
4. 片上光谱检测系统；
5. SERS技术应用展望。

课程十一：计算高光谱成像技术

老师：浙江大学 研究员 郝翔

计算光谱成像技术在传统色散型光谱成像技术的基础上，通过在光路中引入适当的编码模板（分为三种类型：振幅编码、相位编码、波长编码）完成目标数据立方体的调制和压缩，然后采用压缩感知理论对光电探测器获取的二维混叠图像进行三维图谱信息重构，实现了景物空间信息与光谱信息的快照式成像，弥补了传统光谱成像技术光通量低、逐行扫描成像时间长等缺点，极大地降低了原始数据量，减轻了数据存储和传输压力。鉴于此，计算光谱成像技术成为解决“光谱分辨率、空间分辨率、时间分辨率不可兼得”问题的一种可选方案。此外，传统的CMOS图像传感器只能获取三个光谱（红、绿、蓝）通道，而高光谱成像则可以获得数百个光谱通道，能够为拍摄的场景或物体提供更丰富的颜色（光谱）信息，从而有利于实现高精度的图像分析与识别。本课程详解计算光谱成像技术和应用，以及高光谱成像与人工智能（AI）的结合。

课程提纲：
1. 光谱技术概述；
2. 计算光谱技术原理；
3. 光谱成像技术原理；
4. 基于深度学习/机器学习的高光谱成像技术；
5. 计算高光谱成像技术典型应用。

六、师资介绍

谢会开，博士，北京理工大学集成电路与电子学院教授，国家海外高层次人才，北京理工大学重庆微电子研究院院长、首席科学家，集成声光电微纳系统教育部工程研究中心主任。他在北京理工大学微电子专业获得本科和硕士学位之后，到清华大学微电子学研究所从事科研及教学工作4年，之后赴美留学，并于2002年获得美国卡内基梅隆大学电子与计算博士学位，同年作为助理教授任教于美国佛罗里达大学电气与计算机工程系，并分别于2007年和2011年晋升为副教授/终身教授和正教授。2020年全职回到母校北京理工大学任教。他的主要研究方向包括MEMS/NEMS、光学/声学/惯性MEMS传感器、微纳光学、生物光子学、光学显微内窥影像、微型光谱仪和激光雷达，发表论文350余篇，获得授权美国专利19项、授权中国发明专利50余项。他担任国际期刊IEEE Sensors Letters和Sensors and Actuators A副主编，2018年入选IEEE Fellow和SPIE Fellow。

丁大海，优尼科（青岛）微电子有限公司副总经理。他曾担任意法半导体（STMicroelectronics）智能卡芯片高级应用工程师；摩托罗拉（Motorola）软件架构师、产品总监；海信宽带网络事业部部长；小优智能科技联合创始人、副总经理；海尔超前研发服务机器人项目总监。他拥有20多年消费电子行业产品设计、研发及市场经验，尤其对MEMS微镜、MEMS光谱成像芯片等光学器件的工作原理、工程实现及应用场景有深入研究。此外，他还在新技术、新器件的产业化流程及生态搭建方面拥有丰富的实践经验。目前，他在优尼科微电子负责MEMS可调谐光谱成像芯片及模组的产业化与市场推广工作。

沈憧棐，博士，上海巨哥科技股份有限公司创始人、董事长兼总经理。他毕业于清华大学物理系，获普林斯顿大学电子工程博士，博士期间有关有机半导体表面与界面物理的论文被上千次引用。他曾任职于Agere Systems和Brion Technologies（ASML），从事VCSEL和纳米分辨率CCD等光电器件研发。他在硅谷合伙创业期间以及回国后在浙江清华长三角研究院期间从事MEMS传感技术研发，2008年创办上海巨哥科技股份有限公司，在红外热成像精确测温、中短波红外相机、近红外光谱仪，以及非制冷红外焦平面和光谱分光芯片等方向上取得了众多前瞻性的研发成果和丰富的行业应用案例，获得上海市优秀技术带头人、国家级海外高层次人才、上海市科技进步一等奖等荣誉。

蔡伟伟，博士，上海交通大学机械与动力工程学院教授、博士生导师，德国埃尔朗根纽伦堡大学高等光学研究院客座教授，曾于2016年入选国家海外高层次人才引进计划。他于2007年本科毕业于浙江大学热能工程系、2010年博士毕业于美国克莱姆森大学机械工程系，开发了世界上第一套高光谱吸收层析成像系统并应用于航空发动机出口温度场高速测量；2011-2013年于美国弗吉尼亚理工大学航空系从事博士后研究工作，开发了火焰发射光谱层析成像系统；2013-2015年于英国剑桥大学化工系从事博士后研究工作，开展基于超连续辐射的超快吸收光谱技术，并于2015年入职上海交通大学。他长期从事光谱测量技术及仪器的开发与应用，在光谱测量及仪器方向发表期刊论文百余篇，包括Science论文3篇，目前已成功搭建基于计算成像的微型光谱相机。他曾参与研发带隙渐变纳米线和单异质结等超微型光谱仪，获得多项重要学术奖励和荣誉称号，包括2012年获欧盟玛丽居里奖学金，2013年被评为剑桥大学丘吉尔学院博士后会士，2014年获国际分析仪器奖Masao Horiba Award唯一提名奖，2018年获得德国埃尔朗根高等光学研究院青年科学家奖，2023年获中国工程热物理学会吴仲华优秀青年学者奖。他担任测量领域著名期刊Measurement Science and Technology编委、《工程热物理学报》青年编委及《光学学报》青年编委；同时还担任中国光学学会激光光谱学专委会委员、中国动力工程学会国际合作委员会委员和国际传热传质中心（ICHMT）科学理事会专家委员。

李昂，博士，江苏省特聘教授，南京航空航天大学电子信息工程学院教授、博士生导师。他的研究领域包含硅基光电融合传感和计算芯片。博士毕业于比利时根特大学光学工程系，硕士毕业于德国柏林工业大学，本科毕业于复旦大学微电子系。他主持国家自然科学基金优青、面上和青年项目，国家重点研发计划青年科学家项目，军科委领域基金和重点项目课题，装备发展部快速扶持项目等国家级项目8项。他以第一/通讯作者在Nature Communications、Light: Science Applications、Engineering（中国工程院院刊）、Optica等期刊发表SCI论文20余篇；在Photonics West、CLEO-PR等国内外会议作特邀报告、post-deadline报告20余次；申请/授权中美专利17项，其中6项完成产业转让。他本人获得PhotoniX Prize、ICOCN Young Scientist Award，学术成果获世界光子大会发明展金奖、并入选“硅基光电子三年优秀成果展”。

虞益挺，博士，西北工业大学机电学院教授、博士生导师，兼任西北工业大学宁波研究院智能传感芯片技术研究中心负责人，国家级创新领军人才、国家173重点项目首席科学家、优青、教育部新世纪优秀人才、教育部全国百篇优博论文奖获得者、德国洪堡学者、陕西省优秀青年科技新星。他主持建成浙江省首条8英寸硅基MEMS前道工艺中试线，主持立项浙江省军民融合创新示范基地、浙江省MEMS传感芯片定制加工服务型示范平台及宁波市光学微系统及应用技术重点实验室，担任浙江省高性能MEMS芯片规模制造技术重点实验室副主任，“甬江引才工程”创新团队负责人，中国光学工程学会理事、中国微米纳米技术学会微纳执行器与微系统分会副理事长暨青工委委员、中国机械工程学会极端制造分会委员，国家多部委及多省市项目、科技奖评审专家。他主要从事MEMS光功能芯片及先进视觉感知技术研究，面向遥感遥测、医疗诊断、智慧城市、智能制造、军事国防等应用领域研制高性能、低成本、超紧凑的核心微纳光功能芯片，进而推动相关仪器或装备的微型化、集成化、智能化与低成本化。他先后主持国家自然科学基金优青及面上项目、军科委基础加强重点项目及创新特区项目、装备预研航天科技联合基金、中航产学研专项、航空科学基金等课题10余项。至今，他在NC、IF、AOM、OEA、MINE、AC、Nanoscale、Opt. Express、Opt. Lett.、中国光学、光学精密工程、光学学报等国内外重要学术期刊发表论文130余篇，获授权中国发明专利35项。他合作出版了工信部“十四五”规划教材《微机电系统》（第2版）。

王漱明，博士，南京大学物理学院教授。他主要从事微纳光学（例如超构材料、超构表面）、量子光学和非线性光学等方面的研究，获得国家自然科学基金杰出青年项目资助和第四届江苏青年光学科技奖。他的研究成果两次获得中国光学十大进展（2018年和2020年）。他在Science、Nature Nanotechnology、Nature Communications、Physical Review Letters等学术刊物上发表论文80余篇，总引用次数超过3000次。

王少伟，博士，华东师范大学特聘教授、博导、首席科学家，中国光学工程学会、上海市红外与遥感学会理事。他长期从事光场调控探测技术研究，曾主持国家重点研发专项等项目20余项，撰写Elsevier出版社手册等章节2章；发表Adv. Mater.等SCI论文100余篇，获国家发明专利授权50余项。他曾任Elsevier出版社Microelectronics Engineering期刊副主编及Nature Electronics等审稿人，在SPIE等重要国际会议上20多次作邀请报告或分会主席。他获得国家自然科学二等奖、国家技术发明二等奖、中国专利优秀奖、上海市技术发明一等奖、上海市自然科学一等奖，以及国际先进材料协会奖章、上海市科技系统青年五四奖章、中国科学院卢嘉锡青年人才奖、第六届饶毓泰基础光学奖等多项奖励与荣誉。他率先提出并实现的集成微腔分光新方法，使光谱仪在保持高光谱分辨率前提下体积大幅减小，解决了传统方式光谱分辨率与体积间的矛盾，被美、德、法等多国知名学术机构同行高度评价，认为“Wang等建立了一个新方法”、“在芯片级光谱仪方面取得显著进展”、“是一种有前途的方法”等，并已成功用于我国实践十号卫星微型多光谱荧光相机，实现了从概念提出、器件实现到空间验证的全创新链研究。

张洁，博士，重庆大学光电工程学院教授，博士生导师，主要研究方向为光微纳器件及系统，具体包括表面增强拉曼散射技术、光谱检测技术、片上光谱采集和重构等。她现任光学学会光电技术专业委员会常委、光学工程学会光谱技术及应用专委会委员、光散射学会专业委员会委员、《光散射学报》编委等。她主持国家自然科学基金五项，国防特区科技创新项目、重庆市自然科学重点基金等；重庆市杰出青年基金获得者；获重庆市技术发明奖二等奖（排名第一）；专利转让3项；学术成果发表在Analytic Chemistry、Nanophotonics、Optics Letters、Optics Laser Technology等高水平学术期刊。

郝翔，博士，浙江大学光电科学与工程学院副院长、研究员、博士生导师。2018年10月全职回国，之前曾任霍华德休斯医学研究院（HHMI）、牛津大学神经回路与行为学研究中心（CNCB）访问学者、耶鲁大学医学院助理研究员（Associate Research Scientist）。他主要从事光学成像特别是显微成像、光谱成像和计算成像的研究工作，在Nature Methods、Light: Science Applications等共发表论文100余篇、获授权专利40余项。2019年，他入选国家第十五批重大人才计划（青年项目），担任国家重点研发计划“高精度线光谱共焦传感器研制”项目首席科学家，The Innovation、《光子学报》、《激光与光电子学进展》青年编委，中国光学学会生物医学光子学专业委员会、中国光学工程学会计算成像专业委员会委员。他还获得播光人奖、中国光电博览奖、中国光学十大进展等荣誉。

七、培训费用和报名方式咨询

报名方式：请发送电子邮件至PENGLin@MEMSConsulting.com，邮件题目格式为：报名+光谱仪培训+单位简称+人数。

报名网站：
https://www.memstraining.com/training-67.html

培训赞助：请致电联系彭女士（17368357393），或麦姆斯咨询固话（0510-83481111）。

麦姆斯咨询联系人：彭女士
电话：17368357393
邮箱：PENGLin@MEMSConsulting.com

延伸阅读：《光谱成像市场和趋势-2022版》
《小型、微型和芯片级光谱仪技术及市场-2020版》