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近日，北京理工大学工业和信息化部低维量子结构与器件重点实验室研究团队研制成功微型高光谱仪。

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传统的光谱仪一般由探测器（CCD或CMOS）和分光/滤光元件组成，分光/滤光元件的器件性能直接影响光谱分辨率和光谱范围。 现阶段研究较多的光谱元件主要有光子晶体阵列、等离子体阵列、光栅阵列、纳米线、量子点滤光片阵列等。 量子点光谱仪采用基于宽带滤光片的多光谱复用原理，具有光能利用率高和实时成像等优点。 通过改变量子点的组成和大小，可以精确调控其吸收光谱，从而获得透射光谱连续可调的量子点滤光片。 量子点滤光片阵列仅需喷墨打印即可获得，可降低生产成本，是获得低成本、高分辨率微型超光谱仪的有效途径。

据报道（Bao & Bawendi. Nature, 523, 2015.），量子点光谱仪采用Cd基量子点作为光谱滤光片光纤光谱仪的原理，可以实现3.2 nm的光谱分辨率和3.2 nm的光谱分辨率。可见范围 (390–690 nm)。 测试。 但光谱分辨率仍无法与人类视觉相媲美，光谱分辨率仍有差距，光谱响应范围有待扩展。 量子点光谱仪的光谱分辨率受限于量子点的光谱变化和算法的鲁棒性，而光谱响应范围主要由量子点的带隙决定。 此外，Cd基量子点滤光片必须通过非原位制备方法获得。 繁琐的步骤导致重复性差，Cd基量子点固有的固有荧光也会干扰光谱分析。 因此，寻找易于制备的不发光量子点成为推动量子点光谱仪进步的重要课题。

钙钛矿量子点具有优异的光电性能且易于制备，在显示、成像等诸多领域展现出应用潜力。 特别是基于原位制备技术的钙钛矿量子点光学薄膜已经​​在液晶显示器中开始商业化应用。 然而，钙钛矿量子点在量子点光谱仪中的应用仍需突破现有Pb体系的局限性。 开发不发光且带隙连续可调的新型钙钛矿量子点材料体系具有重要意义。

本研究中，研究团队采用无铅钙钛矿（MA）3Bi2X9和Cs2SnX6（MA=CH3NH3；X=Cl、Br、I）材料，通过原位制备策略，获得了不发光的无铅钙钛矿量子点薄膜。 如图1所示，该量子点薄膜的透过率高达92%，同一个公式重复6次得到的量子点薄膜的透射光谱误差在1nm以内。 通过原位制备策略获得的无铅钙钛矿量子点薄膜具有透光率高、重复性好等优点。

图 1 钙钛矿量子点薄膜的照片和透射光谱。 (a, b) (MA)3Bi2X9/PAN 和 Cs2SnX6/PAN 的一些量子点薄膜的照片和透射光谱。 (c) (MA)3Bi2Br9/PAN 和 (MA)3Bi2I9/PAN 的透射光谱分别重复六次。 PAN：聚合物基质聚丙烯腈。

将上述无铅钙钛矿量子点薄膜制备成19×19滤光片阵列，与CCD集成，得到量子点光谱仪。 研究人员结合基于压缩感知的高维解耦算法，测试了光谱仪的光谱重构效果和光谱分辨率。 如图2(d)所示光纤光谱仪的原理，本工作获得的钙钛矿量子点光谱仪可以重建250-1000 nm范围内的光谱，平均分辨率达到1.6 nm，在光谱范围和光谱分辨率。 人类的眼睛。

图2 基于钙钛矿量子点滤光片的高光谱仪。 (a) 量子点高光谱仪结构示意图； (b) 19×19量子点滤光片阵列照片，包含361种量子点滤光片，阵列尺寸为7×7 cm； (c) 标准 X-Rite 色卡重建结果的光谱仪。 GD代表标准谱，RE代表重构谱，右下图为重构误差； (d) 光谱仪校准后的光谱分辨率与人眼视觉曲线的对比。 光谱测试范围为250-1000 nm。

该研究成果以“Broadband perovskite quantum dot spectrometer beyond human visual resolution”为题于4月29日发表在Light: Science & Application上。

该论文的通讯作者为北京理工大学钟海正教授和卞立恒副研究员，第一作者为研究生朱晓修。 该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费专项资金资助。

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