可調(diào)光譜像素矩陣，助力光學(xué)器件多功能化
簡(jiǎn)介 }i{A4f `
近日，來(lái)自浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院的何賽靈研究團(tuán)隊(duì)在微納光子學(xué)領(lǐng)域有了新進(jìn)展�；诙趸C相變材料，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一種可調(diào)光譜像素矩陣，為可調(diào)控光學(xué)器件和可編程光學(xué)器件的多功能化和實(shí)用化提供了可行方案。相比于過(guò)去可調(diào)器件的單一優(yōu)點(diǎn)，該成果在多個(gè)方面（超快、超耐用、可編程）優(yōu)勢(shì)顯著，有望應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、病理檢查等場(chǎng)景，例如在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，高光譜探測(cè)及成像芯片可應(yīng)用于內(nèi)窺鏡及微小型的床邊/POCT即時(shí)檢驗(yàn)。 |'-%d^ Z
這項(xiàng)研究成果于2024年8月12日發(fā)表在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊Nature Nanotechnology 上，論文題目為Durable and programmable ultrafast nanophotonic matrix of spectral pixels。浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院何賽靈教授是本文通訊作者，博士后郭庭彪及博士生張智為本論文第一作者；此外，博士生林子艦、碩士生田佳涵、金毅副教授、Julian Evans副教授，臺(tái)州恩澤醫(yī)療中心徐穎鶴教授也在其中作出了重要貢獻(xiàn)。該研究主要受國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、浙江省尖兵領(lǐng)雁計(jì)劃、寧波市科技計(jì)劃項(xiàng)目、上海張江科學(xué)城專項(xiàng)發(fā)展基金、國(guó)家自然科學(xué)基金、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)等項(xiàng)目的資助。 $*;`$5.x ^
研究背景 Ej8g/{
近年來(lái)，得益于各種微納加工技術(shù)的不斷進(jìn)步和平面光學(xué)的興起，光子器件正變得越來(lái)越小型化和集成化。超透鏡、超表面偏振器件以及超表面光譜儀等創(chuàng)新產(chǎn)品備受矚目，它們以其卓越的性能和小巧的體積，為光學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)了革命性的變化。然而，大多數(shù)光子器件一旦制造完成，其功能便固定且單一，難以適應(yīng)多變的應(yīng)用需求。為了解決這一問(wèn)題，研究者們提出了可調(diào)光學(xué)器件的概念，旨在通過(guò)調(diào)節(jié)器件特性以適應(yīng)不同的使用場(chǎng)景，從而大幅提升光學(xué)器件的功能性和實(shí)用性。實(shí)現(xiàn)可調(diào)性的方法和技術(shù)材料多種多樣，各有千秋。液晶材料以其在顯示器領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而著稱，能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)連續(xù)的相位和強(qiáng)度調(diào)制，但面臨調(diào)制速率較慢和與偏振相關(guān)的局限性�；陔姽庑�(yīng)和載流子注入的器件則以其超高工作帶寬脫穎而出，盡管它們的調(diào)制深度有待提高。電化學(xué)方法和相變材料則以其較大的強(qiáng)度調(diào)制能力吸引了研究者的目光，但它們?cè)谒俣群蛪勖矫娴谋憩F(xiàn)仍是一個(gè)挑戰(zhàn)。另一方面，微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）以其出色的調(diào)制深度和開關(guān)速率在多個(gè)領(lǐng)域中取得了顯著成就，盡管其復(fù)雜的制作工藝和較大的占地面積仍是需要克服的難題。在這場(chǎng)光學(xué)器件的技術(shù)革命中，如何平衡各種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇最適合的方案以滿足特定應(yīng)用的需求，是研究者們面臨的挑戰(zhàn)。 Cxeam"-HTt
研究?jī)?nèi)容 ;5DDV6
基于此，何賽靈研究團(tuán)隊(duì)提出了一種單像素可調(diào)控的光譜矩陣，同時(shí)滿足高速、長(zhǎng)壽命和多像素可編程性等要求。該像素單元基于二氧化釩相變材料，單個(gè)像素采用微加熱器驅(qū)動(dòng)相變，可以實(shí)現(xiàn)逐點(diǎn)像素控制。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，團(tuán)隊(duì)在提高調(diào)制速度、增加調(diào)制深度、延長(zhǎng)器件壽命等方面取得了新的突破，并展示了結(jié)構(gòu)色顯示及計(jì)算光譜探測(cè)兩種新型應(yīng)用（圖1）。 dXfLN<nD>U
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