المحمولة عالية الطيف الضوئيفي إطار فرضية التصغير ( الوزن عادة أقل من 5 كجم ) ، وانخفاض استهلاك الطاقة ( استمرار الرحلة أكثر من 4 ساعات ) ، الجهاز يحتاج إلى تحقيق مستوى النانومتر القرار الطيفية ( التقليدية 2-10nm ، أعلى يمكن أن تصل إلى 1 نانومتر ) ، والتي يمكن استخدامها في مجال تحديد المعادن ، واختبار جودة المنتجات الزراعية ، وتحليل الملوثات البيئية ، الخ . التحدي الرئيسي هو تحقيق التوازن بين دقة النظام البصري و حساسية الكشف عن إشارة في حجم محدود ، من خلال تصميم التعاونية " optimizational هيكل البصرية عالية الحساسية للكشف عن دقة معالجة الإشارات " ، من خلال كسر التناقض بين قابلية القرار ، وضمان أن البيانات الطيفية يمكن أن تميز الفرق الصغيرة المجاورة نانومتر الطول الموجي .

　　النظام البصري الأمثل : الدعم الأساسي نانومتر القرار

من خلال دقة التصميم البصري ، وتحسين دقة الطول الموجي الانفصال والتركيز ، ووضع الأساس نانومتر القرار :

اختيار العناصر البصرية عالية التشتت : ارتفاع القرار مقضب ( على سبيل المثال ، المجسم مقضب مقعرة ، مع كثافة أكثر من 1200 خط / مم ) أو بريزم مقضب عالية الكثافة الخطي مقضب ( hdlg ) يمكن فصل الإشارات الطيفية التي هي أقل من 2 نانومتر في الطول الموجي الفاصل الزمني ( على سبيل المثال ، 500-1000nm الطول الموجي ، مع معدل التشتت من 1200 خط / مم مقضب 0.5nm / مم ) . جزء من المعدات التي تعتمد على نظام الكهروميكانيكية الدقيقة ( ممس ) الصغيرة مرآة مقضب ، الطول الموجي المسح يتحقق من خلال تناوب المرآة الدقيقة ، القرار يمكن أن تصل إلى 1-2nm ، وسمك العنصر هو فقط 0.5-1mm . . . . . . .

المسار البصري و الفتحة الأمثل : اعتماد " قصيرة الطول البؤري + فتحة نسبية كبيرة " تصميم ( الطول البؤري هو أقل من 100 ملم ، فتحة نسبية 1 : 2.8 ) ، في حين أن الحد من حجم النظام البصري ، وزيادة كمية الضوء ( 30 ٪ أعلى من فتحة نسبية صغيرة النظام ) ، وضمان أن لا يزال يمكن التقاط إشارة الطيف الضوئي نانومتر في ضوء انخفاض البيئة . العدسة تعتمد على تصميم متعدد الوني ( على سبيل المثال ، 3-4 خاصة تشتت العدسات ) لتصحيح فرق اللون من أطوال موجية مختلفة ( فرق اللون السيطرة ≤ 1 نانومتر ) ، وتجنب انخفاض القرار بسبب الطول الموجي الانحراف . ضيقة النطاق مرشح ( عرض النطاق الترددي أقل من أو يساوي 5 نانومتر ) بالإضافة إلى ذلك يتم تركيبها في القناة البصرية ، ضوء شارد ( ضوء شارد قمع نسبة أكثر من أو يساوي 10 ⁵ : 1 ) هو تصفية ، وبالتالي الحد من التدخل غير الهدف إشارة الطول الموجي .

　　حساسية عالية للكشف عن ومعالجة الإشارات : دقة التقاط النانو الاختلافات

من خلال اختيار كاشف إشارة خوارزمية التحسين ، البصرية فصل نانو النطاق إشارة الطيف هو تحويلها إلى بيانات دقيقة :

اختيار كاشف بكسل مطابقة : اختيار عالية الدقة مجموعة أو مجموعة خطية CMOS / اتفاقية مكافحة التصحر كاشف ( حجم بكسل ≤ 5 μ م ، عدد بكسل ≥ 1024 × 1024 ) ، أصغر بكسل ، وارتفاع القرار المكانية نانومتر الطول الموجي إشارة بعد التشتت ( على سبيل المثال ، 5 μ م بكسل يمكن أن تتطابق مع 0.5 نانومتر / مم مقضب ، لتحقيق 1 نانومتر القرار الطيفية ) ؛ بعض المعدات تعتمد على نوع الخلفية الكاشف ( كفاءة الكم أكثر من 80 ٪ ) ، وتحسين استجابة إشارة تحت ضوء ضعيف ( 20 ٪ - 30 ٪ أعلى من السابق نوع ) ، وتجنب فقدان نانومتر الطول الموجي إشارة بسبب ضعف الإشارة . كاشف يدمج وحدة التبريد الحرارية ( درجة حرارة التبريد - 20 ~ 40 ℃ ) ، ويقلل من الظلام الحالي ( الظلام الحالي ≤ 0.1na / سم ² ) ، ويقلل من الضوضاء على مستوى النانومتر إشارة التدخل .

إشارة التضخيم و تقليل تشويش الخوارزمية : ضعف الإشارات الكهربائية ( كثافة إشارة المقابلة نانومتر الطول الموجي هو عادة أقل من 10 μ الخامس ) من كاشف يتم تضخيمها من قبل مكبر للصوت الضوضاء المنخفضة ( الضوضاء الجهد هو أقل من 1 فولت / √هرتز ) لتجنب إشارة التوهين . " ارتباط مزدوج أخذ العينات " تقنية تستخدم للقضاء على وضع ثابت الضوضاء ( نسبة الضوضاء قمع ≥ 100 : 1 ) ؛ على مستوى البرامج ، كلمة الضوضاء ( الأب ≥ 50 ديسيبل ) يمكن تصفيتها من قبل خوارزمية تصفية التكيفية ( مثل تقليل تشويش المويجات العتبة ) . من خلال إدخال خوارزمية المعايرة الطيفية ، الطول الموجي معايرة دورية ( مرة واحدة كل 3 أشهر ) مع معيار مصدر الضوء ( مثل الزئبق الأرجون مصباح ، دقة مميزة الطول الموجي ± 0.1nm ) ، الطول الموجي لتحديد المواقع الخطأ هو أقل من أو يساوي 0.5nm ، واستقرار نانومتر القرار مكفول .

　　المكونات الأساسية التكامل : تحقيق التوازن بين قابلية والأداء

من خلال تصميم وحدات وخفيفة الوزن ، مع تحقيق القرار على مستوى النانو ، وضمان أن الجهاز هو محمول :

وحدات التكامل : النظام البصري ، كاشف ، وحدة معالجة الإشارات ، وحدة السلطة مصممة على التوالي في وحدات مستقلة ( حجم كل وحدة أقل من أو يساوي 200 سم مكعب ) ، من خلال واجهة عالية الدقة ( مثل المواقع دبوس + خيط اتصال ) الجمعية ، بين وحدات الكابلات باستخدام كابلات مسطحة مرنة ( سمك أقل من أو يساوي 0.2mm ) ، والحد من احتلال الفضاء . بعض المعدات تعتمد على حزمة متكاملة ( على سبيل المثال ، النظام البصري ، كاشف متكاملة في نفس غلاف معدني ، سمك الغلاف هو أقل من أو يساوي 3 ملم ) ، حجم جزء من نوع صغير 40 ٪ ، الوزن يمكن السيطرة عليها في غضون 3 كجم .

انخفاض استهلاك الطاقة تبديد الحرارة تصميم : انخفاض استهلاك الطاقة عنصر ( على سبيل المثال ، ممس مقضب الطاقة أقل من 100 ميغاواط ، كاشف الطاقة أقل من 500 ميغاواط ) ، مجموع استهلاك الطاقة التحكم في 5-10w ( دعم بطارية ليثيوم ، 4-6 ساعات ) ؛ سبائك الألومنيوم المواد ( الموصلية الحرارية ≥ 200W / ( م · ك ) المستخدمة في المعدات شل ، زعنفة إشعاع الحرارة ( منطقة ≥ 100cm ² ) مصممة ، والحرارة المتولدة من كاشف التبريد و تشغيل الدائرة يمكن استخلاصها بسرعة ( درجة حرارة التشغيل ≤ 45 ℃ ) ، و تشوه العناصر البصرية ( تشوه السيطرة ≤ 0.1 ميكرون ) الناجمة عن تغير درجة الحرارة يمكن تجنبها ، والتي يمكن أن تؤثر على مستوى النانومتر القرار .

من خلال التصميم أعلاه ، جهاز محمول فوق يمكن تحقيق 2-10nm القرار الطيفية في حين تلبية قابلية بعض النماذج يمكن أن تصل إلى 1 نانومتر ، والتي لا يمكن إلا أن تتكيف مع الكشف عن الحركة في الميدان ، في الموقع ، الخ ، ولكن أيضا يمكن أن تميز بدقة نانومتر الطول الموجي الفرق ( مثل التمييز بين ذروة امتصاص الكلوروفيل أ في 680nm و 685nm ) ، وتوفير الدعم التقني السريع ، عالية الدقة التحليل الطيفي .