Різнокольорове джерело світла дає поштовх компресійній спектроскопії

Масив твердотільного електронного пристрою, який виробляє світло з модулем у часі на регульованій довжині хвилі, був представлений дослідниками в США. Можливе використання пристрою включає компресійну спектроскопію, яку набагато легше виконувати поза лабораторією, ніж звичайну спектроскопію.

Традиційно такі пристрої, як оптичні спектрометри, використовують одне широкосмугове джерело світла для освітлення зразка перед використанням дифракційних ґраток або інших оптичних пристроїв для вимірювання випромінюваного або поглиненого світла як функції його довжини хвилі. Масштабування цього до мікромасштабу можливо за допомогою таких методів, як колоїдні квантові точкові фільтри, але для цього потрібне відповідне широкосмугове джерело світла. Крім того, це пасивні детектори, що означає, що вони створюють сигнал, який важко відокремити від навколишнього освітлення.

Альтернативним підходом, який позбавляє потреби в спектрально-чутливому вимірюванні, є зміна довжини хвилі освітлюючого світла.

Вівіан Ван Університету Каліфорнії в Берклі пояснює принцип: «Скажімо, у вас є яблуко або щось таке, що на ваше око здається певного кольору: як ви це кількісно охарактеризуєте? Ви можете посвітити на об’єкт джерелом із дуже широким діапазоном довжин хвиль, а потім за допомогою спектрометра виміряти довжину хвилі, що виходить, або ви можете посвітити різними кольорами світла на об’єкт, а потім просто виміряти загальну кількість світла, відбитого назад на об’єкт. один точковий детектор для кожного з цих кольорів».

Виявлення блокування

Однією з переваг останнього підходу є те, що довжину хвилі та/або інтенсивність падаючого випромінювання можна модулювати на контрольованій частоті, тому сигнал у виявленому світлі легко відокремити від шуму. «Якщо у вас є щось, що має власну імпульсацію, ви можете виявити випромінювання світла за допомогою так званого виявлення блокування», — пояснює Ван.

Виготовлення кількох світлодіодів на одному чіпі може бути складним або навіть неможливим, що обмежить кількість різних довжин хвиль, які можна включити. Однак у 2020 році Ван і колеги з Каліфорнійського університету в Берклі на чолі з Алі Джаві зробив дивовижне відкриття.

«Ми бавилися з двовимірними напівпровідниковими матеріалами і виявили, що коли ми поміщаємо їх поверх конденсаторів на кремнієвих пластинах, вони випромінюють світло за рахунок електричного збудження», — каже Ван. «Ми виявили, що ми також можемо отримати електричне випромінювання від інших матеріалів за допомогою імпульсних конденсаторів... Причина, по якій це працює, дуже складна і описана в деяких наших попередніх статтях».

Тепер команда зробила цю інновацію важливим кроком до справжнього інженерного застосування. Вони встановили сітку з провідних мереж вуглецевих нанотрубок, кожна з яких має власний джерело струму, поверх шару діоксиду кремнію, який, у свою чергу, був покладений на шар легованого кремнію. На ці мережі вуглецевих нанотрубок вони нанесли 49 різних електролюмінесцентних матеріалів, починаючи від квантових точок селеніду кадмію і закінчуючи активними матеріалами в органічних світлодіодах. Коли вони підключили мікросхему до джерела змінного струму, вони могли виробляти різнокольорове світло з регульованою довжиною хвилі, тому що зарядка будь-якого окремого конденсатора призвела б до загоряння випромінювача зверху.

Компресійний комп'ютерний алгоритм

«Якщо ми хочемо створити різні комбінації світла, ми можемо ввімкнути різні комбінації пристроїв одночасно», — каже Ван. Потім дослідники використовують комп’ютерний алгоритм стиснення, щоб оцінити повний спектр відбиття на основі інформації, наданої відбиттям кожного імпульсу.

На додаток до спектроскопії, дослідники кажуть, що пристрій має потенційне застосування в інших областях, таких як мікроскопія. Зараз команда працює над тим, щоб зробити свій масив комерційно рентабельним.

Спектрометр візуалізації зменшується

«Ми продемонстрували кілька цікавих можливостей для цієї структури пристрою, як-от створення нових прикладів спектральних вимірювань, але зараз ми намагаємося покращити продуктивність цих пристроїв, як-от яскравість, ефективність і стабільність», — говорить Ван.

Масив описано в статті в Наука розвивається.

«Це дуже цікавий і потенційно дуже важливий документ», — каже Цзунфу Ю університету Вісконсин-Медісон; «Вони вирішують деякі проблеми традиційного методу [спектрального зондування], коли як регульоване джерело світла потрібен громіздкий прилад. Ю та його колега вперше запропонували ідею датчика стиснення ще в 2014 році: «Це викликало величезний інтерес у промисловості, але ми не мали уявлення про те, як реалізувати джерело світла на той час», — каже він; «Пізніше ми трохи попрацювали з фіксованим джерелом світла за допомогою фільтрів, але до того, як я прочитав цю статтю вчора, я не мав уявлення, як люди можуть реалізувати регульоване джерело світла з таким різноманітним спектральним діапазоном».

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• Карбування майбутнього з Адріенн Ешлі. Доступ тут.
• Купуйте та продавайте акції компаній, які вийшли на IPO, за допомогою PREIPO®. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/multicoloured-light-source-gives-compressive-spectroscopy-a-boost/