分光光度计是一种广泛应用于基础研究，生物传感，食品安全，药物检测，环境监测的光学仪器。 例如，利用光谱技术，可以将各种分子与病毒等进行对比，这对于早期肿瘤的诊断与治疗非常重要。在成象过程中，利用分光光度计来测量光谱，这是一个很重要的参量。当前，随着科技的进步，商业光谱仪器虽然在尺寸上有了很大的改进，但是整体尺寸依然很大。主要是因为分光计的核心部件（如衍射光栅、棱镜等）相对较大，加之分光计与其它部件的集成，使得分光计的总体体积较大，且价格高昂，至今未能突破。
目前，国际上已有不少团队在努力开发仪器小型化技术，但是由于仪器体积小，难以实现仪器小型化。
最近，由英国赫瑞瓦特大学和华北电力大*联学**合研制的一种新型的超构表面分光计，在具备常规分光计性能的同时，还可以制作出具有多聚焦特性的超构表面分光计，从而实现对不同波段的分光控制。本 仪 器在 300微米 的可见光范围内，在 180 nm宽 的光 谱 范围 内 ， 测量准确 度可达纳米级。
该超构表面具有超平面和超薄的特性，其尺寸可以缩小到数百微米，是目前国际上最小的尺寸。本项目的研究将为芯片上光谱测量、信息安全、信息处理等提供新思路。
评论家们给这项研究下了很高的评价，他们将超级镜头的内在分散与多焦距的特点相结合，使得在焦距上的光强信息可以显示出波长的信息。将不同波长的光源集中到指定的焦斑上，根据焦斑上的光强变化，得到入射光的光谱信息。最近，与之相关的研究成果被发表在《紧凑型多焦点超透镜光谱仪》（IF20.257)，并被 Nature (Light: Science&应用）。
用镜头聚光实现 波长信息 的 完美融合
但在连续聚焦线上，各点的线极化方向各不相同，若采用常规光学元件，不但体积庞大，成本高昂，且因设备繁多，其精度难以满足应用需求。他们用一种极其简单的方法，第一次制作出了三维的偏振态，并且成功地控制了波长上的信息。
陈献忠自2011年起从事超表面和超透镜方面的工作，在国际上有较高的知名度。在进行实验前，他脑海中一直萦绕着一个问题，如何才能将光波的信息与镜头的聚光联系起来？于是，他和自己的团队，开始了新一轮的研究。
这项研究始于2019年.当时，哈尔滨理工大学李立教授团队的博士生王若星以访问学者的身份来到了赫瑞瓦特大学。本课题的研究思路是陈献忠与王若星两人提出的，王若星则负责设计、计算及其他相关工作；安萨里公司主要负责试样的处理和试样的检验。在此，我们提出了一种有别于常规光谱仪器的新方法。透镜是最基础的光学元件，申请者所在课题组将其应 用于 超 构表面，并 将其应用于 光谱 测量 ， 拓展了在 相关领域 的 研究思路。陈献忠表示，“这种分光计的尺寸极小，便于将其整合到装置中，使得我们能够在极小的空间里实现系统的、强大的功能。”其中的核心问题是：在同一种材料中，如何实现对不同波段（颜色）的分离？
事实上，为了解决这个问题，他们走了太多的“弯路”，也做了太多的努力，但都没有成功。在一次偶然的机会中，他们发现以前的团队进行的纳米电波研究可能有助于解决这一难题。在此基础上，他们提出了在超薄表面上实现波长分离的方法。
超表面 分 光 计 的 费用可 望降 低至数 十元
就拿目前市面上的海洋光学分光计来说，它的售价在数千英镑左右，也就是数万元的人民币。那么，采用这种新的技术，将对仪器的造价产生什么样的影响？
陈献忠说：“我们现在的奈米制程，大约在三五千元左右，若采 用工业化 的方法，可 望 把这个 成本降 到数 十元 左右 。等到将来大规模量产的时候，因为它与当前的纳米技术相匹配，所以成本还会进一步降低。”据了解，该小组已经和英国的 ST微电子公司等公司进行了有关的工业化合作。
当前，超构表面光谱技术的样本尺寸可达300*300μ m，分辨率可达纳米级。接下来，研究小组打算把这种装置扩大到毫米量级，从而进一步提高分光计的准确度，扩大分光计的测量范围。
另外，利用电子束法合成的金属纳米结构，其在可见光区的效率仅为8%。将来，若能将分光计推向市场，则可使用介电材料取代金属奈米，以提高分光计之效率。
陈献忠说：“我们也打算把光谱资料的范围扩大到更广的范围。将分光计与光线的极化信息结合起来。在此基础上，进一步实现多波段偏振结构，并拓展到涡旋光束。而当信息的数量达到一个临界点时，我们就能获得更多的自由，以及更多的载体。”
在这项新的研究中，该小组发现了一种能区分出不同色彩的光线的方法。这样，就有可能把多种色彩的信息整合到一个极化结构中。
比如，在图像中，可以包括红光，绿光，蓝光等更多的信息。同时，本项目还将开展量子光学、光镊等多个领域的研究。
以 兴趣 为 驱动 力 ， 10多年来一直致力于 超表面 的研究
对于陈献忠来说，搞科学研究，纯粹是因为自己的爱好。曾于中国科学院光电子研究所攻读博士学位，后赴英国伯明翰大学从事博士后研究，现正从事该领域的研究。2007年，他参与了一项欧洲三年计划，主要研究生物传感器芯片的制作。2010年，他进入了张霜教授的团队，从事“超常介质”方面的工作。
特异介质往往要求具有3D结构，而3D结构很难在可见光区实现。基于2 D结构的特异表面，可以很好地解决制造难题。2011年，由张霜教授带领，开始了对特异介质的研究。
2012年，他和合作者在 Nature Communications上以一篇文章首次提出了利用超构表面来实现双极透镜的方案。利用在玻璃表面制备出的金纳米棒，可以通过改变光源的圆极化性质（左右）来实现对被测对象的放大和缩小。
陈献忠在其博士后期间也与合作者开发出一种以天然方解石为原料的特异材料，可在毫米尺度上对三维目标进行“隐身”。这项研究被《美国物理世界》杂志列为2010年度十项重大进展。
2013年，他在赫瑞瓦特大学执教，组建了一个研究小组。本团队主要从事超透镜、全息片等超薄（纳米）光学元件的研究，在成像、显示、偏振成像、三维偏振结构生成、涡旋光束调控、生物医学传感、量子纠缠、微粒俘获等方面具有重要的应用价值。“一般的全息术对于偏振的敏感性并不高，但是我们制作出来的全息术却很有意思。陈献忠和他的团队正在研究一种偏振成像技术，其中有许多重要的信息，比如人类的眼睛，比如探测器，都不会被这种技术所影响。他举了个例子：“在研究肿瘤时，肿瘤细胞与正常细胞的极化反应有不同的特点。我们可以通过探测偏振信号，来判断癌症的具体位置。”
在影像学上，他和他的研究小组将重点放在利用边缘影像来提高辨识的有效性。常规的检测方法需要进行能耗计算，而且需要耗费大量的能量，而且检测速度很慢。“相比于人工智能和 GPS，人类在看到物体时，需要更多的细节来判断物体，而机器人只需要看到物体的轮廓。”
陈献忠坦承，他的团队能取得这样的成就，与多个学科间的相互交流是分不开的，当他有技术上的问题时，也会与其它领域的同行探讨。“研究的过程中，有太多的未知因素，研究人员往往只会专注于自己的研究方向，而研究人员之间的交流，则会激发出更多的灵感，让他们的眼界变得开阔起来。”
评论家们对这项研究给予了高度评价。他们将超构表面的多焦距特性与分散特性相结合，使得焦距上的光强信息能够显示出波长信息。通过将不同波长的光源聚焦到指定的焦斑上，并根据焦斑上的光强变化，可以得到入射光的光谱信息。这项研究成果最近发表在《紧凑型多焦点超透镜光谱仪》（IF20.257）上，并被《Nature (Light: Science&应用)》杂志报道。