可發(fā)射更多顏色光的分子傳感器

 我們?nèi)祟愅ㄟ^光的明暗與顏色來(lái)觀察與認(rèn)知自然世界。光通常指的是我們?nèi)祟愌劬梢砸姷降牡目梢姽?，其物理屬性是電磁波，我們通常所說的視覺就是對(duì)于可見光的認(rèn)知與感覺。可是可見光只是很寬廣的電磁波譜上的某一段頻譜，一般為波長(zhǎng)介于400至700納米之間的電磁波，也就是波長(zhǎng)比紫外線更長(zhǎng)、比紅外線更短的電磁波。如果能夠觀察出更多的、更廣泛的顏色的光，我們就可以更好地觀察與認(rèn)知世界。

比如，激光(Laser，Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的縮寫)，是“通過受激輻射產(chǎn)生的光放大”。指通過刺激原子導(dǎo)致電子躍遷釋放輻射能量而產(chǎn)生的具有同調(diào)性的增強(qiáng)光子束。從而發(fā)散度極小、亮度(功率)很高、單色性好、相干性好等。因此，寬帶激光媒體(wideband lasing media)的發(fā)展對(duì)成像、傳感和顯示技術(shù)有著深遠(yuǎn)的影響。

剛剛，物理學(xué)家創(chuàng)造了一種分子著色劑，該分子著色劑可以發(fā)射比目前可用的任何其他分子更廣泛的顏色的光。這種材料可能具有從傳感器到生物成像和光學(xué)顯示器的許多應(yīng)用。例如在生物成像中，顏色的變化可以用來(lái)表示特定的生化條件或?qū)崟r(shí)變化?？茖W(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)了一種單個(gè)發(fā)色團(tuán)，以便在整個(gè)可見光譜及更遠(yuǎn)范圍內(nèi)具有寬色域熒光和激光發(fā)射特性。這種出色的色彩調(diào)節(jié)展示了具有精確色彩管理的化學(xué)控制范式，適用于發(fā)光應(yīng)用。如下圖所示，新型分子著色劑可根據(jù)其化學(xué)環(huán)境發(fā)出多種不同顏色的光。要實(shí)現(xiàn)這種更為廣泛的色彩控制，就需要一種分子藍(lán)圖，該藍(lán)圖可在多種液體和固體中產(chǎn)生高量子效率和高溶解度，同時(shí)具有雜環(huán)結(jié)構(gòu)，對(duì)孤對(duì)電子具有良好的空間位置。

考慮到這些要求，研究人員設(shè)計(jì)了一種激光發(fā)色團(tuán)，該發(fā)色團(tuán)包圍了一個(gè)激光色彩空間，該色彩空間是sRGB基準(zhǔn)的兩倍。sRGB色彩空間，又稱標(biāo)準(zhǔn)紅綠藍(lán)色彩空間，是用于顯示器、打印機(jī)以及因特網(wǎng)的一種標(biāo)準(zhǔn)色彩空間。sRGB最初設(shè)計(jì)的目的是作為生成在因特網(wǎng)以及萬(wàn)維網(wǎng)上瀏覽的圖像的通用色彩空間。

通過將發(fā)色團(tuán)結(jié)合到聚合物膜中，該創(chuàng)紀(jì)錄的顏色調(diào)節(jié)程度原則上可以適合于固態(tài)。通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)基礎(chǔ)分子結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)增益介質(zhì)中觀察到的最大激光波長(zhǎng)范圍，進(jìn)而為通向高效發(fā)光體和具有接近完美色度的激光器建立了一條可能的途徑。這種分子稱為P4VB，具有多種用途，可以根據(jù)其化學(xué)環(huán)境輕松調(diào)整為可見光譜中的藍(lán)色、綠色或紅色。在這項(xiàng)研究中，研究人員指出，它可以為包括全息投影儀、車輛前燈甚至IMAX電影屏幕在內(nèi)的應(yīng)用提供更寬的調(diào)色板。

我們?cè)S多人都知道，電影屏幕IMAX(全稱：Image MAXimum)，意指最大影像，為一種能夠放映比傳統(tǒng)底片更大和更高分辨率的電影放映系統(tǒng)。IMAX系統(tǒng)中有一種適合在傾斜的天文館圓頂播放的IMAX系統(tǒng)，稱為全天域立體電影。這項(xiàng)研究的研究人員梅爾德魯姆說：“它具有很高的效率，很容易超過激射閾值，這意味著超亮發(fā)射能力是可能的。” “這意味著在傳感和成像領(lǐng)域的新應(yīng)用具有很高的潛力。”他解釋說：“重要的是要注意，我們所談?wù)摰氖枪獾陌l(fā)射，它不同于在日常生活中看到的許多基于反射的顏色。”“當(dāng)然，控制顏色變化還存在困難，照片漂白在許多情況下是一個(gè)問題。但是，我們對(duì)這項(xiàng)有前途的技術(shù)感到興奮。”