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光学物理学

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由量子点制成的光谱仪紧凑且成本低廉

颜色编码:量子点沉积在数码相机上

第一款由量子点制成的光谱仪已经被 杰宝 清华大学和 蒙吉·巴文迪 美国麻省理工学院。根据其发明者,该仪器可以商业化地制造成与移动电话相机一样小,便宜和简单。这样的紧凑型光谱仪可以找到广泛的应用范围,从收集有关太空任务的科学数据到集成在家用电器中的传感器。

光谱法测量光强度与波长的关系,并用于研究发光和吸收光的物质的各种特性。这使其成为一种不可估量的分析技术,被广泛应用于科学技术领域。大多数光谱技术涉及根据波长分散光。例如,可以使用棱镜将光弯曲成其组成波长(颜色),然后可以使用位置敏感的光检测器获取光谱。 Bao和Bawendi采取了另一种方法,使用量子点创建带通滤波器阵列,使光在到达位置敏感检测器之前通过。

可调谐人工原子

量子点是仅几纳米的半导体小块。它们有时被称为人造原子,因为它们像原子一样吸收并发射特定波长的光。但是,与原子不同,可以通过简单地调整量子点的大小来调整波长。

Bao在研究将其用于太阳能电池和光探测器的同时,提出了在光谱仪中使用量子点材料的想法。“我意识到这种材料具有非常独特的特性,是其他任何材料都无法比拟的,”他说,指的是调节光学响应的​​简单方法。考虑到这一点,他开始研究在新型光谱仪中使用大量量子点。通过监视点吸收的光,可以确定入射光光谱中各种波长的相对强度。

鲍和巴文迪’s设备是195的数组 不同类型的量子点具有吸收光谱特性,可覆盖300波长范围 纳米量子点以胶体形式分散在溶液中。然后,将这些混合物用于涂覆数码相机的光检测阵列的各个像素。 Bao说,由于它与现有的摄像头技术兼容,因此可以以相对较低的成本进行批量生产。

Wavelength 多路复用

新光谱仪使用波长“multiplexing”这项技术是由电信行业首先开发的,它允许沿着同一根光纤传输几个不同的信号。复用技术已经用于光谱学,但是鲍说,以前的设计不适用于制造小型,低成本和高性能的设备。“利用这些胶体量子点材料,您可以做到这一点,” he says.

“这是人们第一次在光谱仪中使用量子点,” adds Bao. “In fact, it’这是第一次在同一个设备中使用多种不同的量子点材料。”

超越刻板印象

Bao认为,该设备可能是光谱学实际应用中一场革命的开始。他将其比喻为随着摄影技术从繁琐的刻板印刷过程演变而出现的大量摄影应用程序–巨大的相机和长曝光时间–到今天的微型数码相机。

“如果您想起过去的相机,它们的使用非常有限–但是现在相机不仅用于手机,还用于内窥镜,或者添加到药丸中以进行图像消化,” says Bao. “当拍照过程很复杂时,很难想象这些应用程序。”

研究人员现在正在研究如何在传感器中使用量子点光谱仪,并且还在寻找优化设备架构的方法。

研究的全部细节报告在 性质.

版权©2020年由IOP 出版 Ltd和个人贡献者