Micro-sized optische spectrometer werkt over het zichtbare spectrum met sub-5-nm resolutie.

20 juli 2024 functie

Dit artikel is beoordeeld volgens het redactionele proces en de richtlijnen van Science X. Redacteuren hebben de volgende eigenschappen belicht terwijl ze ervoor zorgen dat de inhoud geloofwaardig is:

• feitelijk gecontroleerd
• gepeer-reviewde publicatie
• vertrouwde bron
• gecorrigeerd

door Ingrid Fadelli , Tech Xplore

Optische spectrometers zijn veelzijdige instrumenten die licht kunnen produceren en de eigenschappen ervan kunnen meten over specifieke delen van het elektromagnetisch spectrum. Deze instrumenten kunnen verschillende mogelijke toepassingen hebben; bijvoorbeeld bij het helpen bij het stellen van diagnoses van medische aandoeningen, de analyse van biologische systemen en de karakterisering van materialen.

Conventionele spectrometer-ontwerpen integreren vaak geavanceerde optische componenten en complexe onderliggende mechanismen. Als gevolg hiervan zijn ze vaak omvangrijk en duur, waardoor hun gebruik buiten gespecialiseerde faciliteiten zoals ziekenhuizen, laboratoria en onderzoeksinstituten aanzienlijk wordt beperkt,

De afgelopen jaren hebben sommige elektronicatechnici dan ook geprobeerd om meer compacte en betaalbare optische spectrometers te ontwikkelen die eenvoudiger grootschalig kunnen worden ingezet. Deze apparaten worden meestal ontwikkeld volgens hetzelfde principe als bij de werking van de conventionele grotere spectrometers of via het gebruik van gerangschikte breedbandfotodetectoren, in combinatie met computationele algoritmes.

Onderzoekers aan de Chinese University of Hong Kong en andere instituten in China hebben onlangs een nieuwe microformaat, draagbare en kosteneffectieve optische spectrometer ontworpen en vervaardigd. Deze alternatieve spectrometer, gepresenteerd in een paper gepubliceerd in Nature Electronics, is gebaseerd op een organische fotodetector met een instelbare biasafhankelijke spectraal respons.

'Geminimaliseerde optische spectrometers kunnen van nut zijn bij draagbare en draagbare toepassingen,' schreven Xie He, Yuanzhe Li en hun collega's in hun paper. 'Dergelijke apparaten zijn meestal gebaseerd op arrays van fotodetectoren die verschillende spectrale reacties bieden of complexe geminiaturiseerde dispersieve optica gebruiken. Deze benaderingen resulteren echter vaak in grote centimetergrote systemen. Wij rapporteren hier over een microformaat optische spectrometer die is gebaseerd op een optische-afstandsgeïntegreerde fotovermenigvuldigingstype organische fotodetector met een bias-tunbare spectrale respons.'

De nieuwe optische spectrometer ontwikkeld door deze onderzoekers is gebaseerd op een nieuw geïntroduceerde methode om de golfafhankelijke locatie van fotodragergeneratie in fotodiodes te manipuleren. Deze techniek maakt gebruik van een driedimensionaal contact bestaande uit een transparant achtercontact, een optische afstandhouder en een achterreflectorscherm.

Het team combineerde dit contact met een Schottky-diode en een organische ternaire bulk-heterojunctie, om een fotovermenigvuldigingstype organische fotodetector (PM-OPD) te creëren. De gegevens die zijn verzameld door deze fotodetector werden vervolgens geanalyseerd door een reconstructiealgoritme.

'De benadering maakt de computationele reconstructie mogelijk van een invallende lichtspectrum uit fotostromen die zijn gemeten onder een reeks verschillende bias-spanningen,' schreven He, Li en hun collega's. 'Het apparaat, met een oppervlakte van 0.0004 cm2, is in staat tot breedband werking over het gehele zichtbare golflengtegebied met een sub-5-nm resolutie.'

De onderzoekers hebben hun geminiaturiseerde optische spectrometer geëvalueerd in een reeks tests en ontdekt dat deze opmerkelijke resultaten behaalde, met een werking over het gehele zichtbare spectrumgebied (~400-760 nm) met een sub-5-nm resolutie. Om de potentie van hun ontwerp verder te demonstreren, gebruikten ze het om een 8 x 8 spectroscopische sensorarray te vervaardigen voor hyperspectrale beeldvorming (een techniek die de unieke spectrale handtekeningen van specifieke objecten kan detecteren door informatie over het elektromagnetisch spectrum te verwerken).

In de toekomst zou de nieuwe benadering die in dit artikel is geïntroduceerd kunnen inspireren tot de ontwikkeling van andere soortgelijke geminiaturiseerde en betaalbare optische spectrometers. Deze apparaten zouden op hun beurt kunnen worden gebruikt om nieuwe geavanceerde technologieën te creëren die het onderzoek en medische praktijken verder kunnen ontwikkelen.

Meer informatie: Xie He et al, A microsized optical spectrometer based on an organic photodetector with an electrically tunable spectral response, Nature Electronics (2024). DOI: 10.1038/s41928-024-01199-9

© 2024 Science X Network