西安電子科技大學(xué)光電工程學(xué)院紅外物理與工程團(tuán)隊利用光化學(xué)重塑技術(shù)，對金納米棒及薄膜光譜透過率進(jìn)行原位調(diào)節(jié)，設(shè)計出一種微型低成本便攜式重建型光譜儀。相關(guān)科研成果題為“Miniature Spectrometer Based on Gold Nanorod-Polyvinylpyrrolidone Film”近日在線發(fā)表于國際期刊《Acs光子學(xué)》。該研究首次提出了基于金納米棒-聚乙烯吡咯烷酮薄膜的重建型光譜儀，在滿足光譜儀微型化發(fā)展需求的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了簡化的器件加工工藝、降低了制造成本，對微型光譜儀的普及具有重要意義。
光譜被稱為物質(zhì)的“指紋”。通過對物質(zhì)的透射、反射、吸收或發(fā)光光譜的分析，便可得知物質(zhì)的光學(xué)特征、溫度、元素成分等信息。
近年來，光譜儀的微型化發(fā)展十分迅速，相關(guān)研究成果使光譜分析得以應(yīng)用于現(xiàn)場檢測、芯片實(shí)驗(yàn)室等領(lǐng)域。光譜儀是獲取光譜信息的重要工具，相比于實(shí)驗(yàn)室中笨重且昂貴的傳統(tǒng)臺式光譜儀，微型化、便攜化的光譜儀可適用于更多場景。其中重建型光譜儀作為一種新型的光譜儀微型化策略受到廣泛關(guān)注，這類光譜儀不使用復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及較長的光學(xué)路徑，因此可以實(shí)現(xiàn)超緊湊的系統(tǒng)設(shè)計。但是，重建型光譜儀所使用的色散、濾光器件通常需要較為復(fù)雜和昂貴的微納制造工藝流程，這在一定程度上限制了重建型光譜儀的研究和廣泛應(yīng)用。
金是一種貴金屬材料，物理化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定。而金納米顆粒根據(jù)尺寸和形狀，可以表現(xiàn)出獨(dú)特的光學(xué)特性，其光譜吸收特征可以隨著金納米棒長度和直徑比例的變化而改變。在成像傳感器表面的聚合物薄膜內(nèi)，嵌著一種被稱為金納米棒的棒狀金納米顆粒。該團(tuán)隊引入光化學(xué)重塑技術(shù)，利用金納米棒的光熱效應(yīng)和再成型化學(xué)反應(yīng)，在原位改變金納米棒的長徑比，從而達(dá)到改變薄膜的光譜透射率的目的。
“針對金屬納米顆粒的光熱與光化學(xué)重塑現(xiàn)象已被廣泛研究。我們發(fā)現(xiàn)該效應(yīng)可應(yīng)用于重建型光譜儀濾光器件的加工。”西安電子科技大學(xué)光電工程學(xué)院博士研究生葉云龍說，“我們將光化學(xué)重塑技術(shù)應(yīng)用于金納米棒—聚乙烯吡咯烷酮薄膜，獲得了具有豐富光譜透射特征的濾光器件?！?/span>
“目前，重建型光譜儀使用的色散元件或?yàn)V波器，大多采用復(fù)雜且昂貴的微納加工制造工藝。相比之下，利用光化學(xué)重塑金納米棒聚合物薄膜的技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)濾光結(jié)構(gòu)的低成本快速制造和靈活設(shè)計，而且這種技術(shù)并不限于金納米棒這種材料?！眻F(tuán)隊指導(dǎo)教師王昱程說。
據(jù)介紹，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了重建型光譜儀設(shè)計思路的可行性，所加工的樣機(jī)可對600納米至700納米范圍內(nèi)的光譜具有較好的窄帶和寬帶光譜重建效果。
