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展


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雙折射是光學晶體的基本光學特性之一。當一束光透過雙折射晶體,會分解成尋常光(o光)和非常光(e光)。改變晶體厚度,可以調控兩束光的相位差,制備出具有不同偏振調制特性的1/2波片、1/4波片(相位延遲器)等光學元件,在光通信、顯示和偏振光學等領域具有重要應用價值。由于折射率的色散特性,基于傳統光學設計方案的波片只能在特定波長工作,不能滿足光學系統集成化的發展。如何制備消色差的波片成為光學領域重要的技術挑戰之一。制造消色差波片的核心是控制每個波長的相位延遲。消色差1/4波片的制備一般通過多個單軸晶片的黏合,或精確設計的超材料和超表面來實現。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現寬光譜消色差1/4波片的簡單技術路線。

近日,北京理工大學材料學院鐘海政教授、兼職教授Greg Scholes教授(普林斯頓大學教授)、物理學院的張用友副教授、光電學院的王涌天教授共同合作,發現了內嵌CsPbBr3納米晶的Cs4PbBr6晶體的消色差1/4波片特性,在532-800 nm寬波段內實現了消色差的偏振調制。論文的第一作者是北京理工大學材料學院2021屆畢業生陳小梅博士,光電學院2018屆畢業生路文高博士(中國光學工程學會優博論文獲得者)、材料學院2019屆畢業生湯加倫博士是論文的共同作者。

內嵌CsPbBr3納米晶對Cs4PbBr6晶體的折射率調制特性,為發展人工晶體光學提供了新的思路。通過晶體內部的微觀結構調控,可突破傳統光學材料的限制,發展具有特殊光學特性的新型光學材料,為光學系統的優化設計和集成化提供了新思路。相關成果以“Solution-Processed Inorganic Perovskite Crystals as Achromatic Quarter-wave Plates”為題發表在Nature Photonics,見https://www.nature.com/articles/s41566-021-00865-0。該項研究獲得了國家自然科學基金的支持(61722502, 61727808, 12074037, 51761165021),校先進材料實驗中心和微納量子光子實驗中心分別提供了材料制備和光學測試的平臺支撐。



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