Michael Shuff, Cambridge Universiteti tərəfindən

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilmişdir , Andrew Zinin tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriLaboratoriyada plastik məhsulların iki qırılması (miqyas çubuğu: 1 sm). Kredit: Elmdə irəliləyişlər

Kembric Universiteti və Zhejiang Universitetinin mühəndisləri də daxil olmaqla çoxmillətli tədqiqat qrupu, gündəlik cihazlarda spektral təsvirin əlçatanlığını və funksionallığını kəskin şəkildə genişləndirə bilən miniatürləşdirilmiş spektrometr texnologiyasında bir irəliləyiş inkişaf etdirdi.

“Science Advances ” jurnalında dərc olunan “Stress-mühəndisli ultra genişzolaqlı spektrometr” adlı araşdırma adi şüşədən daha çox proqramlaşdırıla bilən plastik materiallardan tikilmiş yeni, ucuz spektrometr platformasını təsvir edir.

Bu innovativ cihazlar tam görünən və qısa dalğalı infraqırmızı (SWIR) diapazonunda (400-dən 1600 nanometrə qədər) işləyir və bu, real dünya tətbiqləri üçün geniş imkanlar açır.

Ənənəvi olaraq, spektrometrlər – materialları və ya ətraf mühit şəraitini aşkar etmək üçün işığın tərkibini təhlil edən alətlər – həcmli, bahalı və kütləvi istehsalı çətin olmuşdur. Əksəriyyəti də dar spektral zolaqlarla məhdudlaşır və ya daha geniş diapazonu əhatə etmək üçün bir çox ixtisaslaşdırılmış komponentlərə etibar edir.

Yeni yanaşma polimer elmində və hesablama optikasında son nailiyyətlərdən istifadə edən yüngül, genişlənə bilən alternativlə bu problemlərin qarşısını alır.

Optikada plastik inqilab

Komanda ultra kompakt formatlarda yüksək performansa nail olmaq üçün hazırda plastik optik komponentlərə əsaslanan smartfon kameralarının təkamülündən ilhamlanıb . Eyni prinsipi spektrometr dizaynına tətbiq edən tədqiqatçılar dispersiv optik elementləri – işığı onun spektral komponentlərinə ayıran komponentləri hazırlamaq üçün şəffaf forma yaddaşlı epoksilərdən (SMP) istifadə etdilər.

Bu yanaşmanı həqiqətən innovativ edən, plastikin optik xüsusiyyətlərini uyğunlaşdırmaq üçün daxili gərginliyin istifadəsidir. Normalda, plastik obyektlərin istehsalı zamanı yaranan gərginlik nümunələri nəzarətsiz və qeyri-sabitdir. Bununla belə, SMP-lər yüksək temperaturda materiala dəqiq və sabit gərginlik paylamalarını “proqram etmək” üçün mexaniki şəkildə uzana bilər. Bu gərginliklər iki qırılma yaradır – işığın dalğa uzunluğuna görə bölündüyü optik effekt.

Araşdırmanın aparıcı müəllifi Zhejiang Universitetindən Qonqyuan Zhang deyib: “Polimerin daxilindəki daxili gərginliyi formalaşdırmaqla, biz yüksək təkrarlanabilirlik və tənzimlənmə qabiliyyətinə malik spektral davranışı tərtib edə bilirik ki, bu da adi optika ilə əldə etmək olduqca çətin bir şeydir”.

Yaranan filmlər standart CMOS görüntü sensorları tərəfindən oxuna bilən məlumatları kodlaşdıran spektral filtrlər kimi çıxış edir. Hesablama spektral rekonstruksiya alqoritmlərinin köməyi ilə bu planar komponentləri güclü, yığcam spektrometrlərə çevirmək olar.

Laboratoriya dəzgahından istehlakçı texnologiyasına qədər

Bu işin ən böyük nailiyyətlərindən biri, litoqrafiyaya və ya bahalı nanofabrikasiyaya ehtiyac olmadan, gərginliklə işlənmiş bu filmlərin bir addımda hazırlana biləcəyini nümayiş etdirməkdir. Bu, cihazları kütləvi istehsal və cib telefonları, geyilə bilən sağlamlıq monitorları və hətta qida keyfiyyətini yoxlayanlar kimi istehlakçı elektronikasına inteqrasiya üçün ideal hala gətirir.

Zhejiang Universitetinin aparıcı müəllifi professor Zongyin Yang, “Biz göstərdik ki, siz proqramlaşdırıla bilən plastiklərdən adi miniatürləşdirilmiş sistemlərdən daha geniş spektri əhatə etmək üçün istifadə edə bilərsiniz – birbaşa SWIR-ə”. “Bu, kənd təsərrüfatının monitorinqi, mineral kəşfiyyatı və tibbi diaqnostika kimi tətbiqlər üçün həqiqətən vacibdir.”

Spektrometrlər həm də olduqca yığcamdır və komanda onları portativ formada hiperspektral təsvir üçün uyğunluğunu təklif edərək, onları xətti skan edən spektral görüntüləmə sisteminə uğurla inteqrasiya etdi. Filmin uzunluğu boyunca gərginliyi xətti olaraq dəyişdirməklə, komanda bir anda bir səhnəni skan edə, prosesdə zəngin spektral məlumatları toplaya bilən qradiyentli filtrlər yarada bilər.

Gələcək üçün platforma

Bu iş texniki sıçrayışdan daha çoxunu təmsil edir; o, sənaye və istehlak bazarlarını dəyişdirə bilən ultra portativ, genişzolaqlı zondlama cihazlarının yeni sinfinin əsasını qoyur.

Tədqiqatçılar bir neçə ehtimal tətbiqi vurğulayırlar: suda və ya havada çirkləndiricilərin aşkarlanması, dərmanların həqiqiliyinin yoxlanması, qan şəkərinin qeyri-invaziv monitorinqi və hətta real vaxt rejimində təkrar emal edilə bilən materialların çeşidlənməsi.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .

Ölçü, qiymət və spektral diapazon arasında ənənəvi mübadilələri aradan qaldırmaqla platforma yüksək keyfiyyətli spektral məlumatlara çıxışı demokratikləşdirə bilər. O, həmçinin Kembric Mühəndislik Departamentində hesablama fotonikası və dayanıqlı sensor texnologiyaları, kəşfiyyat və funksionallığı daha kiçik, daha əlçatan formatlara köçürmək məqsədi daşıyan sahələr üzrə daha geniş tədqiqat səyləri ilə uyğunlaşır.

Kembric Mühəndislik Departamentindən həmmüəllif, professor Tawfique Hasan deyib: “Bu iş mexaniki dizayn prinsiplərinin fotonik funksionallığı yenidən formalaşdırmaq üçün necə istifadə oluna biləcəyini göstərir”.

“Şəffaf polimerlərə gərginliyi yerləşdirməklə biz nəinki yüngül və miqyaslana bilən, həm də geniş spektral diapazonda uyğunlaşa bilən dispersiv optiklərin yeni sinfini yaratdıq. Statik, litoqrafiya ilə müəyyən edilmiş strukturlara əsaslanan ənənəvi optika ilə bu çeviklik səviyyəsinə nail olmaq çox çətindir.”

Daha çox məlumat: Gongyuan Zhang et al, Stress-mühəndisli ultra genişzolaqlı spektrometrlər, Elm İnkişafı (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adu4225

Jurnal məlumatı: Science Advances 

Kembric Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir