Mikroskopijny spektrometr optyczny działa w zakresie widzialnym ze zdolnością rozdzielczą poniżej 5 nm.

20 lipca 2024 feature

Ten artykuł został zrecenzowany zgodnie z procesem redakcyjnym i zasadami Science X. Redaktorzy zwrócili uwagę na następujące cechy, zachowując jednocześnie wiarygodność treści:

• sprawdzone pod względem faktów
• publikacja z recenzją rówieśników
• zaufane źródło
• skorygowane

przez Ingrid Fadelli , Tech Xplore

Spektrometry optyczne to wszechstronne instrumenty, które mogą emitować światło i mierzyć jego właściwości w określonych zakresach widma elektromagnetycznego. Te instrumenty mogą mieć różne zastosowania, na przykład pomagając w diagnozowaniu chorób, analizie układów biologicznych i charakteryzacji materiałów.

W tradycyjnych konstrukcjach spektrometrów często używa się zaawansowanych elementów optycznych i skomplikowanych mechanizmów. W rezultacie są one często duże i drogie, co znacznie ogranicza ich zastosowanie poza specjalistycznymi placówkami, takimi jak szpitale, laboratoria i instytuty badawcze,

W ostatnich latach niektórzy inżynierowie elektronicy starają się opracować bardziej kompaktowe i przystępne cenowo spektrometry optyczne, które można by łatwiej wdrożyć na dużą skalę. Te urządzenia zwykle są opracowywane zgodnie z takim samym zasadą, na jakiej działają tradycyjne większe spektrometry, lub poprzez użycie szerokopasmowych detektorów fotowoltaicznych, w połączeniu z algorytmami obliczeniowymi.

Badacze z Chińskiego Uniwersytetu w Hongkongu i innych instytutów w Chinach niedawno zaprojektowali i wyprodukowali nowy mikrorozmiarowy, przenośny i niedrogi spektrometr optyczny. Ten alternatywny spektrometr, przedstawiony w artykule opublikowanym w czasopiśmie Nature Electronics, opiera się na fotodetektorze organicznym o obniżonej charakterystyce widmowej.

'Zminiaturyzowane spektrometry optyczne mogą znaleźć zastosowanie w przenośnych i noszonych aplikacjach,' napisali Xie He, Yuanzhe Li i ich koledzy w swoim artykule. 'Takie urządzenia zwykle oparte są na szeregach fotodetektorów, które mają różne widmowe charakterystyki lub wykorzystują złożone zminiaturyzowane optyczne systemy dyfrakcyjne. Jednak te podejścia często prowadzą do dużych systemów o wymiarach w centymetrach. Prezentujemy mikrorozmiarowy spektrometr optyczny oparty na fotodetektorze organiczno-spacerowym typu fotomultiplikacja z obniżoną charakterystyką widmową.'

Nowy spektrometr optyczny opracowany przez tych badaczy opiera się na nowo wprowadzonej metodzie manipulowania zależnym od długości fali miejscem generacji nośników ładunku w fotodiodach. Ta technika opiera się na użyciu trójwarstwowego kontaktu składającego się z transparentnego tylnego kontaktu, spacji optycznej i odbłyśnika tylnego.

Zespół połączył ten kontakt z diodą Schottky'ego i organicznym ternarnym heterozłączem masowym, aby stworzyć fotodetektor organiczny typu fotomultiplikacja (PM-OPD). Rejestracje zebrane przez ten fotodetektor były następnie analizowane za pomocą algorytmu rekonstrukcji.

'Przyjęte podejście umożliwia obliczeniową rekonstrukcję widma padającego światła z prądów fotozbiorczych zmierzonych pod zbiorem różnych napięć bias,' napisali He, Li i ich koledzy. 'Urządzenie, które ma powierzchnię 0.0004 cm2, jest zdolne do pracy w szerokim zakresie na całej widzialnej długości fali z rozdzielczością poniżej 5 nm.'

Badacze ocenili swój zminiaturyzowany spektrometr optyczny w serii testów i stwierdzili, że osiągnął on bardzo dobre wyniki, działając w całym zakresie widzialnym (~400–760 nm) z rozdzielczością poniżej 5 nm. Aby dodatkowo zademonstrować potencjał swojego projektu, użyli go do skonstruowania macierzowego sensora spektroskopowego 8 x 8 do obrazowania hiperspektralnego (czyli techniki, która może wykrywać unikalne sygnatury widmowe określonych obiektów, przetwarzając informacje w całym spektrum elektromagnetycznym).

W przyszłości, nowe podejście wprowadzone w tym artykule może zainspirować rozwój innych podobnych mikrozminiaturyzowanych i bardziej dostępnych szerszemu gronu odbiorców spektrometrów optycznych. Te urządzenia mogłyby z kolei być używane do tworzenia nowych zaawansowanych technologii, które mogłyby zrewolucjonizować badania i praktyki medyczne.

Więcej informacji: 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