光谱分析检测技术和光谱分析仪器经历了近百年的发展，在现代科学实验室、生物研究、医学及医药研究、工农业生产、国防、天文观测等领域得到了极其广泛的应用。随着现代科学技术的飞速发展，传统的光谱仪已经不能满足当前很多工业现场监测的需要，许多研究、应用领域对光谱仪提出了便携、快速、操作简单、可再集成等更高要求。
近年来，微电子技术和微加工技术发展迅速，光栅的制造技术日趋成熟。在微系统的控制和IC集成工艺与现代光学传感技术相融合的基础上，利用X射线、电子束、离子束、光刻等精密机械加工技术和封装技术，可以将传统的光电仪器微小化和集成化。
1992[LX1] 年，海洋光学的创建者Mike
Morris发明了世界上第一台微型光纤光谱仪(如图1)，从那时起微型光谱仪由于其体积小巧，操作简单，即插即用等特点逐渐应用于现场检测，安全控制和研究等领域。光谱仪的微型化拓展了光谱仪器的应用范围，是目前光谱仪器发展的一个重要方向。
本文主要从以下四个方面来阐述微型光纤光谱仪的发展，以及它在工业、科研等领域的应用。
微型光纤光谱技术在工业环境中的应用
微型光纤光谱仪在工业领域的应用目前比较成型的有LED分光、激光光谱分析、烟气和大气监测、拉曼、LIBS等多个方面。
在颜色测量方面，微型光谱仪器体积小巧、操作灵活在实际生产中有着重要的应用。如：LED品质分选、颜色测量、激光测量、氧气传感和薄膜厚度测量等。
在LED这一节能的产业链中，很多环节都有看到微型光谱仪的应用，它可以用来进行白光LED荧光粉的品质检测，LED分光机的颜色测量，现代农业中LED灯的辐射和颜色测量等。下图2是以海洋光学USB系列光纤光谱仪为核心部件的LED分光机。微型光纤光谱仪采用固定式光栅进行分光，这就使得它可以实时原位进行颜色测量。以光纤光谱仪为基础的LED分光机可以达到10k/h的检测和分选速度。光谱卡的光谱数据传输到工业电脑上，快速处理这些光谱数据信息，分析主波长与峰值的数据，CIE颜色与辐射度。根据这些结果，分类设备将每个LED分到合适的PIN中收集。
微型光纤光谱仪的一个主要用途就是测量颜色，这不仅包括可以进行辐射测量(太阳光谱，LED分选)，也包括一些反射或透射的颜色测量。通过将测量光谱转化为CIE规定的颜色空间Lab值表示，结合光纤光谱仪测量系统的浸入式透射探头、反射式探头或积分球采样等附件，可方便地对溶液、酒类产品、纺织品和纸张等系列产品生产过程的颜色质量进行检测和控制。
随着激光在工业领域的广泛应用，激光器波长的准确、快速测量显得尤为重要。采用微型光纤光谱仪可对其进行精确，快速的实时监测，另外其直接获取的数据信息比通常使用的波长和扫描F-P腔的方法完整，即利用微型光纤光谱仪可同时得出激光的绝对波长和激光光谱的形状等多种数据信息。
此外，在光学行业中可利用微型光谱仪测量光学器件透射率以及镀膜厚度;在食品行业中，拉曼光谱在糖类、蛋白质、脂肪、维生素和色素等生产的在线快速检测和质量控制方面发挥着重要的作用。
微型光纤光谱技术在科学研究领域中的应用
通过配置不同的光源、样品池等配件，微型光纤光谱仪可以被应用在反射光谱、透射光谱、颜色测量、吸光度测量、拉曼检测、LIBS检测、荧光测量和浓度测量等多种检测技术和方法上。这些检测技术被广泛地应用于生命科学、环境监测、材料分析等研究领域中。从生物活体到大洋洋底，从火星探测到Mir空间站，从佛罗里达的柑桔林到南美的雨林，微型光谱仪的应用无处不在。
美国国家航空和宇宙航行局在飞行器上安装了微型光谱仪通过测量海水中叶绿素对光的反射，收集全球变暖的数据，寻求解决措施。微型光谱仪与毛细管流取样系统结合研制的微全分析系统(µTAS)等水质监测设备，可以用来分析水体中的营养盐、重金属和有毒有机污染物的含量，满足环境科学研究的需求。
微型光纤光谱技术在日常生活中的应用
微型光纤光谱仪以其结构小巧、高性价比和实时测量等优点使得它可以走到人们的日常生活中。比如医学诊断、宝石成份检测、毒气报警、智能农业等。
有研究者在可见微型光谱仪的基础上成功研制了黄疸病诊断仪，这种仪器不需要抽取血液，它使用一束白光照到患者头皮上，然后探测反射光的颜色，进而判断人体内的血红素是否正常，以此诊断被检查者是否患有黄疸病，避免了由于抽血带来的疼痛和感染。
微型光谱仪也可以用于宝石鉴定领域，人们可以利用微型光纤光谱仪来评定钻石的等级。颜色是判断钻石成色的决定因素之一，天然钻石和人造钻石可以用波长范围在400～750nm的光检测出来。在天然Ia类钻石的吸收谱中可以发现415nm和478nm的特征波长，而人造钻石在该波长处则没有吸收峰。在人造钻石中可以探测到592nm和741nm的波长。而且天然钻石和人造钻石的吸收峰幅值相差近10倍。通过分析这些光谱信息，可以进行宝石鉴定。当然其他宝石也可以用这种方法检测，如红宝石、紫翠玉等。
另有研究者将光纤光谱仪和吸收光谱技术相结合，研发出一种毒气报警器装置，灵敏度可达1/106，这种仪器既可作为毒气探测器用在生化武器战争中，也可以作为煤气泄漏报警器在家庭中使用。智能农业应用方面，有研究者利用荧光光谱，检测庄稼中的叶绿素含量，从而确定最佳的收割时间。
微型光纤光谱技术在特殊环境中的应用
和传统光谱仪相比，微型光纤光谱仪在结构上有很大的不同，光栅和CCD的引入，没有了转动部件，其可靠性、稳定性显著增强，它可以在恶劣的环境下工作，也可以在无人区作业，因此被应用于宇宙空间站、火星探测器和海洋研究等领域。
美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National
Laboratory)的科学家利用微型光谱仪开发了一个名为“ChemCam”的LIBS远距离分析仪(如图3)，该仪器可以用来对火星表面的尘埃或矿石进行LIBS检测，可快速鉴别被研究样品的矿物类型，分析矿物质成分与构成，测定化学元素(包括可能对人体有害的痕量金属)的丰度，并可以拍摄目标的特写图片，显示样品的地质特征。
另有研究者利用微型光谱仪研发出分光光度元素原位分析系统，该系统可在无人值守的情况下在海洋浮标上连续工作数月，实时采集数据通过卫星将数据传输至陆上实验室进行分析。
结语
微型光纤光谱仪采用了模块化设计，具有结构紧凑、体积小、重量轻等优点，有着特殊而广阔的应用前景，它的问世推动了工业生产、生命科学、环境监测、宇宙探索等众多领域的发展。相信随着高性能分光器件以及更加优化的光学结构的出现，随着光谱技术、MOEMS等技术的进一步发展，微型光谱仪会更加广泛地应用于更多科研和检测领域。
