鮑捷:量子點能給光柵光譜儀帶來什麼期望?

北極星環境監測網訊:7月2日出版的英國《自然》雜誌上的論文《量子點光譜儀》（AColloidalQuantumDotSpectrometer），報導了一種基於膠體量子點納米材料製作的微型光譜儀，這種光譜儀將比手機照相機鏡頭的圖像傳感器還要微型。這種可能取代傳統光柵的量子點器件究竟有多神奇，它的性能如何，是否有可能改變現有傳統光柵光譜儀的結構？近日分析測試百科網採訪了該論文的第一作者清華大學電子工程系博士生導師鮑捷，他為我們詳細介紹了膠體量子點光譜儀的原理、性能和應用前景。

清華大學電子工程系博士生導師鮑捷

1、從量子點到量子點光譜

這和鮑捷的個人背景關係很大，鮑捷本科時跟隨李亞棟院士進行納米材料及納米技術的研究，博士研究課題是用飛秒超快雷射研究分子動力學的過程，這些研究都是比較基礎的，所以博士後期間鮑捷希望能從事應用方面的研究。「我博士後期間所在的課題組是國際上最早做量子點的組之一，課題組研究人員近年來致力於量子點在不同方向上的應用研究，如太陽能電池、顯示器、光檢測器及生物標記領域的應用。」鮑捷說。

鮑捷最初是做量子點在太陽能電池、光檢測器領域的應用工作。但他發現，調節量子點大小可以很方便地調節其顏色，這種不同於其他材料的突出特性在這些應用中並沒有得到充分利用。另一方面，鮑捷對紫外線誘發皮膚癌方面的研究很感興趣，「紫外是一個波長的區域，同樣強度的短波長和長波長的紫外光對皮膚造成傷害的差別非常大，但是通常人們對紫外的檢測並沒有將其區分開來。不同大小的量子點，對光有不同的響應，利用這一特點，以不同量子點製作檢測器並同時使用就可以辨別紫外光的組分。」鮑捷說。

鮑捷認為，既然量子點在紫外區域可以有這樣的響應，那麼在全波長範圍內也可以有這樣的響應，我們可以做幾個波長，也可以做更多的波長，這樣的話根據這個原理就可以做成一個光譜儀。

「利用量子點來做光譜儀把之前的很多想法進行了結合，並且能充分利用量子點的可調節性，這將是一項很有意義的工作。而且，經過調查發現這一方向之前還沒有被嘗試過。」鮑捷說，所以鮑捷便將量子點納米技術和光譜方法進行結合，開始了量子點光譜儀的研究。這項工作在麻省理工學院（MIT）啟動並進行了實驗工作，後期的深入研究分析以及發展等方面的工作在清華大學完成。

2、工作原理決定其優越的性能

光譜儀器的發展經歷了漫長的時間，最初牛頓發現一束白光透過稜鏡可以被分成由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫色組成的光帶，這是最早人們認識到光譜的存在。後來，人們發現光柵也可以把光分開，而且它對光的解析能力比稜鏡強大許多，發展到今天，幾乎所有的光譜儀均是基於光柵的光譜儀。光柵易損、體積大、加工複雜、成本高，而且要達到好的分光效果所需的光程也較長，這些因素都使得基於光柵的光譜儀體積巨大，成本昂貴。另外，光柵的許多重要的性能之間存在相互矛盾的關係，如體積、光譜解析度、光譜範圍等，提高一個方面通常會意味著犧牲另外一方面。

與光柵不同，量子點本身對光具有吸收性能，不同大小的量子點可以吸收不同波長的光，在光譜儀中用量子點來代替光柵，可以實現多波長測量同時進行；將不同種類的量子點集中在一張薄膜上做成的光譜儀，可以實現對多組份同時進行測量，提高光利用率。由於在很寬的光譜範圍內可以得到多種量子點，所以量子點光譜儀的解析度和光譜範圍理論上可以同時提高，不會相互矛盾。

光柵與量子點工作原理對比圖

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