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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 2021-11-16   来源:信息科学部   作者:冯帅 孙玲  【 】   【打印】   【关闭

      在国家自然科学腾博会官网 诚信为本项目(批准号:61722502、61727808)等资助下,北京理工大学钟海政教授、张用友副教授与合作研究团队在宽波长范围工作的消色差波片研究方面取得进展。研究成果以“溶液制备无机钙钛矿晶体的消色差1/4波片特性(Solution-processed inorganic perovskite crystals as achromatic quarter-wave plates)”为题,于2021年10月7日在《自然·光子学》(Nature Photonics)上发表,论文链接:https://www.nature.com/articles/s41566-021-00865-0。

      双折射是光学晶体的基本光学特性之一,利用该特性可以调控两束光的相位差,制备具有不同偏振调制特性的1/2波片、1/4波片(相位延迟器)等光学元件,在光通信、显示等领域具有重要应用价值。由于材料折射率的色散特性,基于传统光学设计方法的波片只能在特定波长工作,不能满足光学系统集成化的发展需要。如何制备消色差的波片成为光学领域的重要技术挑战之一。制造消色差波片的核心是控制每个波长的相位延迟,其制备一般通过多个单轴晶片的黏合,或精确设计的超材料和超表面来实现。然而,单轴晶片的黏合和超材料的制备都受到加工极限的限制,目前尚没有在可见光波段实现宽光谱消色差1/4波片的简单技术路线。

      围绕上述问题,钟海政教授及其合作团队研究了具有零维钙钛矿结构的Cs₄PbBr₆这一新材料的偏振调制特性,发现了内嵌CsPbBr₃纳米晶的Cs₄PbBr₆晶体的消色差1/4波片特性,并可在532~800 nm波段内实现消色差的偏振调制。他们根据晶体的双折射理论分析了偏振调制的光学过程,揭示出消色差偏振调制特性的来源,即内嵌CsPbBr₃纳米晶对Cs₄PbBr₆晶体的折射率具有特殊的微调制作用,抵消了Cs₄PbBr₆晶体折射率色散的影响,从而实现了消色差偏振调制。进一步,他们通过不同温度和激光强度下的偏振特性实验,证实了上述结论。

      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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