Flerfärgad ljuskälla ger kompressionsspektroskopi ett uppsving

En array av elektroniska enheter i solid state som producerar tidsmodulerat ljus vid inställbara våglängder har avslöjats av forskare i USA. Möjliga användningsområden för enheten inkluderar kompressionsspektroskopi, som är mycket lättare att utföra utanför laboratoriet än konventionell spektroskopi.

Traditionellt använder enheter som optiska spektrometrar en enda bredbandsljuskälla för att belysa ett prov innan du använder diffraktionsgitter eller andra optiska enheter för att mäta det ljus som emitteras eller absorberas som en funktion av dess våglängd. Att skala ner detta till mikroskalan är möjligt med tekniker som kolloidala kvantprickfilter, men dessa kräver en lämplig bredbandsljuskälla. Dessa är också passiva detektorer, vilket innebär att de producerar en signal som kan vara svår att separera från omgivande ljus.

Ett alternativt tillvägagångssätt, som undanröjer behovet av en spektralt känslig mätning, är att variera våglängden på det upplysande ljuset.

Vivian Wang från University of California, Berkeley, förklarar principen: "Låt oss säga att du har ett äpple eller något som ser ut med en viss färg för dina ögon: hur karakteriserar du det kvantitativt? Du kan lysa en källa som innehåller ett mycket brett spektrum av våglängder på objektet och sedan mäta våglängderna som kommer tillbaka ut med en spektrometer, eller så kan du lysa olika färger av ljus på objektet och sedan bara mäta det totala ljuset som reflekteras tillbaka ut på en enpunktsdetektor för var och en av dessa färger."

Inlåsningsdetektering

En fördel med det senare tillvägagångssättet är att våglängden och/eller intensiteten av den infallande strålningen kan moduleras med en kontrollerad frekvens, så att signalen i det detekterade ljuset är lätt att separera från brus. "När du har något som är i sig pulsat, kan du detektera ljusemissionen med något som kallas inlåsningsdetektering", förklarar Wang.

Att tillverka flera lysdioder på samma chip kan vara svårt eller till och med omöjligt, vilket skulle begränsa antalet olika våglängder som kan inkluderas. Under 2020 ledde dock Wang och UC Berkeley kollegor av Ali Javey hade gjort en överraskande upptäckt.

"Vi hade lekt med tvådimensionella halvledande material och vi upptäckte att när vi satte dem ovanpå kondensatorer på kiselskivor, avger de ljus genom den elektriska exciteringen", säger Wang. "Vi fann att vi också kan få elektriskt driven emission från andra material med hjälp av pulsdrivna kondensatorer... Anledningen till att detta fungerar är verkligen komplicerat och beskrivs i några av våra tidigare artiklar."

Nu har teamet tagit denna innovation ett viktigt steg mot en verklig ingenjörsapplikation. De monterade ett nät av ledande kolnanorörsnätverk, vart och ett med sin egen strömingång, ovanpå ett lager av kiseldioxid, som i sin tur lades på ett lager av dopat kisel. På dessa kolnanorörnätverk avsatte de 49 olika elektroluminescerande material, allt från kadmiumselenidkvantprickar till de aktiva materialen i organiska lysdioder. När de kopplade chippet till en växelströmskälla kunde de producera flerfärgat ljus med inställbara våglängder, eftersom laddning av vilken enskild kondensator som helst skulle få sändaren på toppen att lysa.

Komprimerande datoralgoritm

"Om vi ​​vill skapa olika kombinationer av ljus kan vi slå på olika kombinationer av enheter samtidigt", säger Wang. Forskarna använder sedan en komprimerande datoralgoritm för att uppskatta hela reflektionsspektrumet baserat på informationen som ges av reflektionerna från varje puls.

Förutom spektroskopi säger forskarna att enheten har potentiella tillämpningar inom andra områden som mikroskopi. Teamet arbetar nu för att göra deras array kommersiellt gångbar.

Imaging spektrometer slank ner

"Vi har visat några intressanta möjligheter för den här enhetsstrukturen, som att göra nya exempel på spektralmätning, men just nu försöker vi förbättra prestandan hos dessa enheter – som ljusstyrkan, effektiviteten och stabiliteten", säger Wang.

Arrayen beskrivs i ett papper i Vetenskap Förskott.

"Det här är ett mycket intressant dokument och potentiellt mycket viktigt," säger Zongfu Yu från University of Wisconsin-Madison; "De löser några av problemen med den traditionella metoden [av spektral avkänning] där ett skrymmande instrument behövs som en avstämbar ljuskälla. Yu och en kollega föreslog ursprungligen idén för kompressionsavkänning redan 2014: "Det genererade ett enormt intresse från industrin, men vi hade ingen aning om hur vi skulle förverkliga ljuskällan vid den tiden", säger han; "Senare arbetade vi en del med en fast ljuskälla med filter, men innan jag läste den här artikeln igår hade jag ingen aning om hur folk kunde realisera en inställbar ljuskälla med så varierande spektralområde."

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Minting the Future med Adryenn Ashley. Tillgång här.
• Köp och sälj aktier i PRE-IPO-företag med PREIPO®. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/multicoloured-light-source-gives-compressive-spectroscopy-a-boost/