攻克拉曼光谱检测技术难题的中量大学生团队

近日，中国计量大学(以下简称中量大学)“量子智能探索”学生创新团队成功开发了“量子纠缠智能拉曼光谱仪”，并与相关企业达成了生产、学习、研究的战略合作。该设备不仅突破了传统光学时频共享的理论极限，还成功解决了环境监测复杂的多场景兼容性问题。据公司相关负责人介绍，该仪器完成了拉曼光谱仪的跨代飞跃。

作为一种重要的光谱分析仪器，拉曼光谱仪被广泛使用。其原理是激光光源作用于样品产生拉曼散射光，形成图谱，进而分析化学成分和微观结构。拉曼光谱检测技术的重要参数是时间分辨率和频率分辨率。由于光学时间的限制，传统的拉曼光谱仪在信号采集上有一个“天花板”。就像用手机拍一辆飞驰的跑车，要么是烧焦了，要么是像素低了。高时间分辨率和高频分辨率是“不能既有蛋糕又吃”的。

三年前，中国计量大学荣誉学院量新学院学生林翔、章博乐、陆洲等人在课堂上心血来潮。“既然量子纠缠可以突破经典光学极限，为什么不用它来改造拉曼光谱仪呢?”因此，他们在实验室建造了一个简单粗糙的光路模型，挡板外壳使用了方便面的大纸箱。没想到，在迭代了47版方案后，这种被同学们戏称为“纸箱试验”的尝试终于有了转机。

团队创新利用量子纠缠光技术，捕捉负责记录时间和事件的信号光子和闲频光子信息，通过纠缠光子增强拉曼透射。他们还在BBO晶体上涂覆了二维邈烯材料，取代了传统的非线性晶体，成功解决了纠缠光源产生率低、不稳定的问题。最终成功实现了时间和频率的高分辨率，使频率分辨率达到每厘米0.1波，时间分辨率突破20飞秒，检测精度提高了100倍。

据悉，传统光谱分析主要依靠专家经验或软件分析，误判率高，检测时间根据样品的复杂程度从几秒钟到几个小时不等。基于百万矿物和生物分子光谱数据库，“量子智能探索”团队成员开发了边云双引擎光谱智能分析AI算法和计量可追溯算法，开发了自适应动态学习系统，将数据分析处理速度缩短至1秒以内，大大增强了检验结果的稳定性。

测试过程中，设备从各种影响的包裹中快速锁定少量药物残留，准确率高达98%，比传统方法提高了22.5%。

目前，大约90%的高档拉曼光谱仪来自进口。“希望学生的成绩能促进国内替代，降低检验门槛。”团队指导老师程芳透露，项目团队的大学生已获得10项国家发明专利和3项软件作权，并发表了6篇SCI/EI顶刊论文，单篇论文最高影响因素为21.1。

团队表示，未来将继续优化技术，促进设备量产化，与更多行业合作，深化材料分析、化学检测、医药检测、环境监测、海关安检、公安刑侦等领域的应用探索。