北理工在鈣鈦礦晶體的消色差1/4波片特性研究方面取得突破進(jìn)展
雙折射是光學(xué)晶體的基本光學(xué)特性之一。當(dāng)一束光透過(guò)雙折射晶體，會(huì)分解成尋常光（o光）和非常光（e光）。改變晶體厚度，可以調(diào)控兩束光的相位差，制備出具有不同偏振調(diào)制特性的1/2波片、1/4波片（相位延遲器）等光學(xué)元件，在光通信、顯示和偏振光學(xué)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。由于折射率的色散特性，基于傳統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)方案的波片只能在特定波長(zhǎng)工作，不能滿足光學(xué)系統(tǒng)集成化的發(fā)展。如何制備消色差的波片成為光學(xué)領(lǐng)域重要的技術(shù)挑戰(zhàn)之一。制造消色差波片的核心是控制每個(gè)波長(zhǎng)的相位延遲。消色差1/4波片的制備一般通過(guò)多個(gè)單軸晶片的黏合，或精確設(shè)計(jì)的超材料和超表面來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，單軸晶片的黏合和超材料的制備都受到加工極限的限制，目前尚沒有在可見光波段實(shí)現(xiàn)寬光譜消色差1/4波片的簡(jiǎn)單技術(shù)路線。
近日，北京理工大學(xué)材料學(xué)院鐘海政教授、兼職教授Greg Scholes教授（普林斯頓大學(xué)教授）、物理學(xué)院的張用友副教授、光電學(xué)院的王涌天教授共同合作，發(fā)現(xiàn)了內(nèi)嵌CsPbBr3納米晶的Cs4PbBr6晶體的消色差1/4波片特性，在532-800 nm寬波段內(nèi)實(shí)現(xiàn)了消色差的偏振調(diào)制。論文的第一作者是北京理工大學(xué)材料學(xué)院2021屆畢業(yè)生陳小梅博士，光電學(xué)院2018屆畢業(yè)生路文高博士（中國(guó)光學(xué)工程學(xué)會(huì)優(yōu)博論文獲得者）、材料學(xué)院2019屆畢業(yè)生湯加倫博士是論文的共同作者。
內(nèi)嵌CsPbBr3納米晶對(duì)Cs4PbBr6晶體的折射率調(diào)制特性，為發(fā)展人工晶體光學(xué)提供了新的思路。通過(guò)晶體內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控，可突破傳統(tǒng)光學(xué)材料的限制，發(fā)展具有特殊光學(xué)特性的新型光學(xué)材料，為光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和集成化提供了新思路。相關(guān)成果以“Solution-Processed Inorganic Perovskite Crystals as Achromatic Quarter-wave Plates”為題發(fā)表在Nature Photonics，見https://www.nature.com/articles/s41566-021-00865-0。該項(xiàng)研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金的支持（61722502, 61727808, 12074037, 51761165021），校先進(jìn)材料實(shí)驗(yàn)中心和微納量子光子實(shí)驗(yàn)中心分別提供了材料制備和光學(xué)測(cè)試的平臺(tái)支撐。
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