Wielokolorowe źródło światła wzmacnia spektroskopię kompresyjną

Naukowcy z USA zaprezentowali tablicę półprzewodnikowych urządzeń elektronicznych, która wytwarza modulowane w czasie światło o regulowanych długościach fal. Możliwe zastosowania urządzenia obejmują spektroskopię kompresyjną, którą znacznie łatwiej wykonać poza laboratorium niż spektroskopię konwencjonalną.

Tradycyjnie urządzenia takie jak spektrometry optyczne wykorzystują pojedyncze, szerokopasmowe źródło światła do oświetlania próbki przed użyciem siatek dyfrakcyjnych lub innych urządzeń optycznych do pomiaru emitowanego lub pochłanianego światła w funkcji jego długości fali. Skalowanie tego do mikroskali jest możliwe przy użyciu technik takich jak koloidalne filtry kropek kwantowych, ale wymagają one odpowiednio szerokopasmowego źródła światła. Ponadto są to detektory pasywne, co oznacza, że ​​wytwarzają sygnał, który może być trudny do oddzielenia od światła otoczenia.

Alternatywnym podejściem, które eliminuje potrzebę pomiaru czułego widmowo, jest zmiana długości fali oświetlającego światła.

Vivian Wang z University of California w Berkeley wyjaśnia tę zasadę: „Powiedzmy, że masz jabłko lub coś, co wygląda na określony kolor dla twoich oczu: jak scharakteryzujesz to ilościowo? Możesz oświetlić obiekt źródłem zawierającym bardzo szeroki zakres długości fal, a następnie zmierzyć powracające długości fal za pomocą spektrometru lub możesz oświetlić obiekt różnymi kolorami światła, a następnie po prostu zmierzyć całkowite światło odbite z powrotem na jednopunktowy detektor dla każdego z tych kolorów”.

Wykrywanie blokady

Jedną z zalet tego drugiego podejścia jest to, że długość fali i/lub intensywność padającego promieniowania może być modulowana z kontrolowaną częstotliwością, dzięki czemu sygnał w wykrytym świetle jest łatwy do oddzielenia od szumu. „Kiedy masz coś, co jest wewnętrznie pulsujące, możesz wykryć emisję światła za pomocą czegoś, co nazywa się wykrywaniem blokady”, wyjaśnia Wang.

Wytwarzanie wielu diod LED na tym samym chipie może być trudne lub nawet niemożliwe, co ograniczyłoby liczbę różnych długości fal, które można uwzględnić. Jednak w 2020 roku koledzy Wang i UC Berkeley prowadzili Ali Javey’a dokonał zaskakującego odkrycia.

„Bawiliśmy się dwuwymiarowymi materiałami półprzewodnikowymi i odkryliśmy, że kiedy umieścimy je na kondensatorach na płytkach krzemowych, emitują one światło w wyniku wzbudzenia elektrycznego” – mówi Wang. „Odkryliśmy, że możemy również uzyskać napędzaną elektrycznie emisję z innych materiałów za pomocą kondensatorów sterowanych impulsowo… Powód, dla którego to działa, jest naprawdę skomplikowany i został opisany w niektórych z naszych poprzednich artykułów”.

Teraz zespół uczynił tę innowację ważnym krokiem w kierunku rzeczywistej aplikacji inżynierskiej. Zamontowali siatkę przewodzących sieci nanorurek węglowych, z których każda ma własny prąd wejściowy, na warstwie dwutlenku krzemu, który z kolei został położony na warstwie domieszkowanego krzemu. Na tych sieciach nanorurek węglowych umieścili 49 różnych materiałów elektroluminescencyjnych, od kropek kwantowych selenku kadmu po aktywne materiały w organicznych diodach LED. Po podłączeniu chipa do zasilacza prądu przemiennego mogli wytwarzać wielokolorowe światło o regulowanych długościach fal, ponieważ ładowanie dowolnego pojedynczego kondensatora spowodowałoby zapalenie się emitera na górze.

Kompresyjny algorytm komputerowy

„Jeśli chcemy stworzyć różne kombinacje światła, możemy jednocześnie włączyć różne kombinacje urządzeń” — mówi Wang. Następnie naukowcy używają kompresującego algorytmu komputerowego do oszacowania pełnego widma odbicia na podstawie informacji dostarczonych przez odbicia każdego impulsu.

Oprócz spektroskopii naukowcy twierdzą, że urządzenie ma potencjalne zastosowania w innych dziedzinach, takich jak mikroskopia. Zespół pracuje teraz nad tym, aby ich macierz była opłacalna komercyjnie.

Spektrometr obrazowy wyszczupla

„Zademonstrowaliśmy kilka interesujących możliwości konstrukcji tego urządzenia, takich jak tworzenie nowych przykładów pomiarów widmowych, ale obecnie staramy się poprawić wydajność tych urządzeń – na przykład jasność, wydajność i stabilność” — mówi Wang.

Tablica jest opisana w artykule w Postępy nauki.

„To bardzo interesujący dokument i potencjalnie bardzo ważny” — mówi Zongfu Yu z Uniwersytetu Wisconsin-Madison; „Rozwiązują niektóre problemy związane z tradycyjną metodą [detekcji widmowej], w której jako dostrajalne źródło światła potrzebny jest nieporęczny instrument. Yu i jego kolega po raz pierwszy zaproponowali pomysł wykrywania kompresji w 2014 roku: „Wywołało to ogromne zainteresowanie przemysłu, ale nie mieliśmy wówczas pojęcia, jak zrealizować źródło światła” – mówi; „Później pracowaliśmy ze stałym źródłem światła za pomocą filtrów, ale zanim wczoraj przeczytałem ten artykuł, nie miałem pojęcia, jak ludzie mogą zrealizować regulowane źródło światła o tak zróżnicowanym zakresie widmowym”.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoAiStream. Analiza danych Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• Wybijanie przyszłości w Adryenn Ashley. Dostęp tutaj.
• Kupuj i sprzedawaj akcje spółek PRE-IPO z PREIPO®. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/multicoloured-light-source-gives-compressive-spectroscopy-a-boost/