產(chǎn)品中心 應(yīng)用方案 技術(shù)文摘質(zhì)量保證產(chǎn)品選型 下載中心業(yè)內(nèi)動(dòng)態(tài) 選型幫助 品牌介紹 產(chǎn)品一覽 聯(lián)系我們
- 強(qiáng)耦合的量子力學(xué)原理造就了更好的光學(xué)傳感器
- 來(lái)源：作者：Gabriele Meseg-Rutzen，科隆大學(xué) 發(fā)表于 2024/12/16
來(lái)自科隆大學(xué)、哈塞爾特大學(xué)（比利時(shí)）和圣安德魯斯大學(xué)（蘇格蘭）的研究團(tuán)隊(duì)成功地將強(qiáng)光-物質(zhì)耦合的量子力學(xué)原理用于一種光學(xué)技術(shù)，克服了光學(xué)系統(tǒng)中長(zhǎng)期存在的角度依賴性問題。
發(fā)表在《自然通訊》上的研究“通過超強(qiáng)光-物質(zhì)耦合打破薄膜光學(xué)的角度色散限制”提出了超穩(wěn)定的薄膜極化激元濾波器，為光子學(xué)、傳感器技術(shù)、光學(xué)成像和顯示技術(shù)開辟了新的途徑。
科隆大學(xué)的這項(xiàng)研究由數(shù)學(xué)與自然科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生物化學(xué)系洪堡納米和生物光子學(xué)中心主任 Malte Gather 教授領(lǐng)導(dǎo)。
濾光片對(duì)于許多應(yīng)用都是必不可少的。但是，當(dāng)光線從不同角度照射到它們時(shí)，它們的性能會(huì)大大降低——透射光的顏色會(huì)根據(jù)視角而變化。這種性能下降是由于基本物理原理造成的，可能會(huì)對(duì)光學(xué)傳感器的精度產(chǎn)生嚴(yán)重影響。
該國(guó)際團(tuán)隊(duì)開發(fā)的解決方案利用了量子力學(xué)的一個(gè)原理：當(dāng)光粒子與有機(jī)材料的能量態(tài)強(qiáng)烈耦合時(shí)，會(huì)產(chǎn)生所謂的極化激元。
傳統(tǒng)的薄膜過濾器由許多交替的透明層組成，通常由金屬氧化物制成。光被這些單獨(dú)的層部分反射或透射。然后，它們的厚度通過光波的相長(zhǎng)干涉和相消干涉決定透射光的顏色，可與肥皂泡的閃爍顏色相媲美。
濾波器的透射和反射特性可以通過許多此類薄層的受控相互作用來(lái)精確調(diào)整。然而，這種物理原理使濾光片從根本上容易受到所謂的角度色散的影響，即當(dāng)濾光片傾斜時(shí)，光譜特性向較短波長(zhǎng)（藍(lán)移）轉(zhuǎn)變。
在他們的新方法中，科學(xué)家們將強(qiáng)吸收性有機(jī)染料集成到濾光片中，這導(dǎo)致干涉光與染料的強(qiáng)烈耦合。
“通常，您希望避免在光譜濾光片中產(chǎn)生任何形式的吸收，以免影響其光學(xué)質(zhì)量。然而，我們專門利用有機(jī)材料中的強(qiáng)光吸收來(lái)產(chǎn)生具有出色傳輸特性的角度穩(wěn)定的極化激元模式，“該研究的第一作者、科隆大學(xué)的 Andreas Mischok 博士說(shuō)。
該團(tuán)隊(duì)能夠開發(fā)出具有出色角度穩(wěn)定性的濾光片，即使在超過 15° 的極端視角下，光譜偏移也小于 80 nm。復(fù)雜的多層設(shè)計(jì)還顯示出高達(dá) 98% 的峰值透射率，該值相當(dāng)于目前可用的最佳傳統(tǒng)濾光片。
在與哈塞爾特大學(xué) Koen Vandewal 教授博士小組的合作研究項(xiàng)目中，科學(xué)家們將極化激元濾光片集成到有機(jī)光電二極管中，以創(chuàng)建窄帶光電探測(cè)器，為高光譜成像的進(jìn)步鋪平了道路，例如用于材料表征和緊湊型光學(xué)傳感器。
該研究表明了將該技術(shù)應(yīng)用于聚合物、鈣鈦礦、量子點(diǎn)和其他材料的可能性，從而將新的濾光片原理轉(zhuǎn)移到更寬的波長(zhǎng)范圍。極化激元濾光片的可能應(yīng)用領(lǐng)域包括微光學(xué)、顯示器、傳感器技術(shù)和生物光子學(xué)。
在所有這些領(lǐng)域，新濾光片的角度獨(dú)立性可以大大簡(jiǎn)化光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并擴(kuò)展其功能。領(lǐng)導(dǎo)科隆大學(xué)這項(xiàng)研究的 Malte Gather 教授說(shuō)：“這是我們?cè)O(shè)計(jì)濾光片方式的顛覆性變化。通過使用一種全新的方法解決角度色散問題，我們正在為光學(xué)系統(tǒng)開辟全新的可能性。
研究團(tuán)隊(duì)將極化激元濾光片視為具有巨大科學(xué)和經(jīng)濟(jì)潛力的下一代光學(xué)元件的基石。除了將濾光片集成到 LiDAR（光探測(cè)和測(cè)距）和熒光顯微鏡等傳感器中外，未來(lái)的工作將集中在顯示技術(shù)中的應(yīng)用。
更多信息：Andreas Mischok 等人，通過超強(qiáng)光-物質(zhì)耦合打破薄膜光學(xué)的角度色散限制，Nature Communications （2024）。
DOI： 10.1038/s41467-024-54623-1期刊信息： Nature Communications
由科隆大學(xué)提供
- 如果本文收錄的圖片文字侵犯了您的權(quán)益，請(qǐng)及時(shí)與我們聯(lián)系，我們將在24內(nèi)核實(shí)刪除，謝謝！
