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    我国学者在钙钛矿晶体消色差波片研究方面取得进展

    日期 2020-11-16   来源:信息科学部   作者:冯帅 孙玲  【 】   【打印】   【关闭

      在国家(jia)自然(ran)科学(xue)基金项(xiang)目(mu)(批准号:61722502、61727808)等资助下,北京(jing)理工大学(xue)钟海政(zheng)教授、张用友副教授与合作(zuo)研(yan)究团队(dui)在宽(kuan)波(bo)长范围工作(zuo)的(de)消色差(cha)波(bo)片(pian)研(yan)究方(fang)面(mian)取得进展。研(yan)究成果以“溶液(ye)制备(bei)无机钙钛矿晶(jing)体的(de)消色差(cha)1/4波(bo)片(pian)特性(Solution-processed inorganic perovskite crystals as achromatic quarter-wave plates)”为题,于2021年10月7日在《自然(ran)·光(guang)子学(xue)》(Nature Photonics)上(shang)发表(biao),论文链接:http://www.nature.com/articles/s41566-021-00865-0。

      双折射是光(guang)学(xue)(xue)晶体的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基本光(guang)学(xue)(xue)特(te)(te)性(xing)之一(yi),利(li)用该特(te)(te)性(xing)可以(yi)调控两束(shu)光(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)相位差,制(zhi)备(bei)具(ju)有不同偏振(zhen)调制(zhi)特(te)(te)性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)1/2波片(pian)(pian)、1/4波片(pian)(pian)(相位延(yan)迟(chi)(chi)器)等(deng)光(guang)学(xue)(xue)元(yuan)件,在(zai)光(guang)通(tong)信、显(xian)示等(deng)领(ling)域(yu)具(ju)有重(zhong)要应用价值。由于材料(liao)折射率(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)色散特(te)(te)性(xing),基于传统光(guang)学(xue)(xue)设计方法(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)波片(pian)(pian)只能(neng)在(zai)特(te)(te)定波长工作,不能(neng)满足光(guang)学(xue)(xue)系统集成化的(de)(de)(de)(de)(de)(de)发(fa)展需(xu)要。如(ru)何(he)制(zhi)备(bei)消色差的(de)(de)(de)(de)(de)(de)波片(pian)(pian)成为光(guang)学(xue)(xue)领(ling)域(yu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)要技术挑战(zhan)之一(yi)。制(zhi)造消色差波片(pian)(pian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)核心是控制(zhi)每(mei)个波长的(de)(de)(de)(de)(de)(de)相位延(yan)迟(chi)(chi),其制(zhi)备(bei)一(yi)般(ban)通(tong)过多个单(dan)轴晶片(pian)(pian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)黏合(he),或精(jing)确设计的(de)(de)(de)(de)(de)(de)超(chao)材料(liao)和超(chao)表面来实现。然而,单(dan)轴晶片(pian)(pian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)黏合(he)和超(chao)材料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)制(zhi)备(bei)都受(shou)到加工极限(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)限(xian)制(zhi),目前尚没有在(zai)可见光(guang)波段实现宽(kuan)光(guang)谱消色差1/4波片(pian)(pian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)简单(dan)技术路(lu)线。

      围绕上述(shu)问题(ti),钟海政(zheng)教授及其(qi)合(he)作(zuo)团(tuan)队研(yan)究(jiu)了(le)(le)具有零(ling)维(wei)钙钛矿结构的(de)(de)(de)Cs₄PbBr₆这一新材料的(de)(de)(de)偏振(zhen)调(diao)(diao)制(zhi)特性(xing)(xing),发现(xian)了(le)(le)内嵌CsPbBr₃纳米晶的(de)(de)(de)Cs₄PbBr₆晶体(ti)的(de)(de)(de)消(xiao)(xiao)色(se)差(cha)(cha)1/4波片特性(xing)(xing),并可(ke)在(zai)532~800 nm波段内实(shi)现(xian)消(xiao)(xiao)色(se)差(cha)(cha)的(de)(de)(de)偏振(zhen)调(diao)(diao)制(zhi)。他(ta)们(men)根据晶体(ti)的(de)(de)(de)双折(zhe)射理论分析了(le)(le)偏振(zhen)调(diao)(diao)制(zhi)的(de)(de)(de)光(guang)学过程,揭示(shi)出消(xiao)(xiao)色(se)差(cha)(cha)偏振(zhen)调(diao)(diao)制(zhi)特性(xing)(xing)的(de)(de)(de)来源,即(ji)内嵌CsPbBr₃纳米晶对Cs₄PbBr₆晶体(ti)的(de)(de)(de)折(zhe)射率具有特殊的(de)(de)(de)微调(diao)(diao)制(zhi)作(zuo)用,抵消(xiao)(xiao)了(le)(le)Cs₄PbBr₆晶体(ti)折(zhe)射率色(se)散(san)的(de)(de)(de)影响,从而实(shi)现(xian)了(le)(le)消(xiao)(xiao)色(se)差(cha)(cha)偏振(zhen)调(diao)(diao)制(zhi)。进一步,他(ta)们(men)通过不(bu)同(tong)温度(du)(du)和激光(guang)强度(du)(du)下(xia)的(de)(de)(de)偏振(zhen)特性(xing)(xing)实(shi)验,证(zheng)实(shi)了(le)(le)上述(shu)结论。

      该研究工作揭示的内嵌CsPbBr3纳米晶对Cs4PbBr6晶体的折射率调制特性,为发展人工晶体光学提供了新的思路。通过晶体内部的微观结构调控,有望突破传统光学材料的局限,发展具有特殊光学特性的新型光学材料,为光学系统的优化设计和集成化提供了新思路。

     

    图1 钙钛矿晶体偏振消色差测试和理论模拟的结果(样品1为无内嵌的Cs4PbBr6晶体,样品2为内嵌CsPbBr3纳米晶的Cs4PbBr6晶体),a. 偏振测试示意图;b. 532 nm激光为光源的偏振调制测试结果;c. 633 nm 激光为光源的偏振调制测试结果




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杨紫
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