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天基量子点光谱仪 能做得有多迷你?

导读: “这是该技术领域的新发现,” Sultana说。她所指的是,她认为能够让天基光谱仪小型化和革命化的技术,尤其是那些应用于无人飞行器和小型卫星上的光谱仪。“它确实可以简化仪器的集成。”

Mahmooda Sultana,是NASA哥达德太空飞行中心(位于马里兰州格林贝尔特)的工程师,他正在与麻省理工学院的化学教授Moungi Bawendi合作,开发一个基于新兴量子点技术(Bawendi团队开发)的成像光谱仪原型机。

美国宇航局的技术专家与一项新的纳米技术的发明者进行了合作研究,该技术能够转变太空科学家建造光谱仪的方式。光谱仪是所有科学领域用来测量光(天体发出的,包括地球的)的特性的最重要装置。

美国宇航局的中心创新基金为这项具有开创性的、高风险技术提供了资金支持。

量子点是上世界80年代早期发现的一种半导体纳米晶体。肉眼不可见,根据它们的尺寸、性质和化学成分,量子点可以吸收不同波长的光。该技术有望应用于依赖光分析的领域,包括智能手机摄像头,医疗设备和环境测试设备。

“这是该技术领域的新发现,” Sultana说。她所指的是,她认为能够让天基光谱仪小型化和革命化的技术,尤其是那些应用于无人飞行器和小型卫星上的光谱仪。“它确实可以简化仪器的集成。”

天基量子点光谱仪 能做得有多迷你?

吸收光谱仪,顾名思义,根据它们吸收的光的频率或波长可以测量光的吸收,因为它们能够与样本相互作用,如大气气体。

穿透样本或与样本相互作用之后,光线到达光谱仪。传统的光谱仪利用光栅、棱镜或干涉滤光片将光分解成其组成成分的波长(它们的探测器像素),然后探测产生光谱。光谱吸收的越强,特定化学物质存在的就越多。

由于设备小型化,天基光谱仪越来越小型化,但是它们的尺寸仍然较大。Sultana说:“高光谱分辨率对于利用光栅和棱镜的设备来说需要长的光路。这就导致的设备体积大。而量子点就像过滤器一样,根据它们的尺寸和形状吸收不同波长,我们可以建造一个体积小的设备。换句话说,你可以不用光学零件,如光栅、棱镜、干涉滤光片。”

同样重要的是,该技术能够让仪器开发人员产生几乎无限数量的不同量子点。当它们的尺寸减小时,量子点吸收的光的波长也将减少。“这样就可以产生一个持续可调的,独立的一组吸收滤波器,其中每个像素都是由特定尺寸、形状或成分的量子点组成。我们可以精确控制每个量子点的吸收。我们就能够定制仪器,用高光谱分辨率来观察不同波段。”

有了NASA的技术支持,通过热真空和振动试验,Sultana正在开发论证一个对可见光(太阳和极光成像必需的)敏感的20-by-20量子点阵列。该技术可以扩展到更广的波长范围,从紫外光到中红外光,这些光线在地球科学、太阳物理学和行星科学等许多空间应用中都可以找到,她说。

通过协作,Sultana正在为立方体卫星应用开发一个概念仪器,麻省理工学院的博士生Jason Yoo正在研究一项技术,合成不同易制毒化学品来创建量子点,然后将它们打印到合适的承印物上。“最后,我们想要将量子点直接打印到探测器像素上,”她说。

“这是一项非常新颖的技术,” Sultana补充道,不过她也承认现在还处于开发的早期阶段。“但是,我们正在努力,快速地提高技术水平。将会有几个太空科学任务从这项技术中受益。”

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