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目前，美國(guó)宇航局(NASA)和麻省理工學(xué)院(MIT)正在展開(kāi)相關(guān)合作研究，計(jì)劃將在立方星CubeSat上首次啟用這套系統(tǒng)。
小型化
光譜儀作為探測(cè)設(shè)備，幾乎搭載在所有的航天器上來(lái)完成空間任務(wù)。NASA希望采用量子點(diǎn)技術(shù)來(lái)改變現(xiàn)有光譜儀的構(gòu)建以及集成方式，同時(shí)實(shí)現(xiàn)成本的大幅降低。
此項(xiàng)目由NASA戈達(dá)德太空飛行中心Mahmooda Sultana以及麻省理工學(xué)院化學(xué)教授Moungi Bawendi領(lǐng)導(dǎo)的研究小組共同合作，由支持高風(fēng)險(xiǎn)技術(shù)研發(fā)的美國(guó)航天局創(chuàng)新中心基金資助。
Bawendi教授的研究團(tuán)隊(duì)從20世紀(jì)90年代初便率先開(kāi)始了量子點(diǎn)技術(shù)的研究，并開(kāi)發(fā)了光伏、生物以及微流體方面的應(yīng)用。同時(shí)，量子點(diǎn)技術(shù)也開(kāi)始對(duì)消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生重大影響，許多電視機(jī)廠商正著手采用新技術(shù)以提高LCD的顯示質(zhì)量。
Sultana教授表示，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)天基及其他類型光譜儀的小型化和革命性的發(fā)展，尤其是那些應(yīng)用于無(wú)人飛行器和小型衛(wèi)星上的光譜儀。在給NASA的一份報(bào)告中，她表示“量子點(diǎn)技術(shù)確實(shí)可以簡(jiǎn)化儀器的集成。”
最初，它可以以吸收光譜的形式工作，代替光學(xué)部件的傳統(tǒng)結(jié)合方式。傳統(tǒng)的光譜儀利用光柵、棱鏡或干涉濾光片將光分成不同的波長(zhǎng)，然后探測(cè)產(chǎn)生光譜，而量子點(diǎn)本身就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光的有效濾波。
量子點(diǎn)對(duì)光的吸收或發(fā)射取決于它們的直徑大小——尺寸越小，量子點(diǎn)吸收的光的波長(zhǎng)也將越小——因此原理上，不同尺寸的量子點(diǎn)陣列可以實(shí)現(xiàn)相似光學(xué)裝置的作用。雖然集成光學(xué)以及光電子器件的發(fā)展使得傳統(tǒng)光譜儀已實(shí)現(xiàn)小型化，但它們?nèi)匀贿^(guò)大。
Sultana解釋說(shuō)：“采用光柵或棱鏡等傳統(tǒng)光譜儀，光譜分辨率的增加會(huì)讓分光儀器的光路相應(yīng)變長(zhǎng)，儀器的體積通常會(huì)較大。但在量子點(diǎn)光譜儀中，由于量子點(diǎn)可以根據(jù)尺寸和形狀的不同像濾波片一樣來(lái)吸收不同波長(zhǎng)的光，儀器可以變得超緊湊。換句話說(shuō)，量子點(diǎn)可以取代傳統(tǒng)光譜儀中的光柵、棱鏡以及干涉濾光片等光學(xué)元件的使用。”
可調(diào)諧波長(zhǎng)濾波器
理論上，量子點(diǎn)光譜儀可以基于無(wú)限數(shù)量的不同尺寸的量子點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)高分辨率。
Sultana表示：“這樣就可以產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)可調(diào)的、獨(dú)立的一組吸收濾波器，其中每個(gè)像素都是由特定尺寸、形狀或成分的量子點(diǎn)組成。我們可以精確控制每個(gè)量子點(diǎn)的吸收，或者定制儀器，用高光譜分辨率來(lái)觀察不同波段。”
目前，Sultana正在開(kāi)發(fā)論證一個(gè)對(duì)可見(jiàn)光敏感的20×20量子點(diǎn)陣列，用于對(duì)太陽(yáng)光和極光進(jìn)行成像。原理上，該技術(shù)可以擴(kuò)展到更廣的波長(zhǎng)范圍，從紫外光到中紅外光，實(shí)現(xiàn)在地球科學(xué)、太陽(yáng)物理學(xué)和行星科學(xué)等許多空間領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。
NASA報(bào)告稱，Sultana教授正在為立方體衛(wèi)星應(yīng)用開(kāi)發(fā)一個(gè)概念儀器，同時(shí)麻省理工學(xué)院的博士生JasonYoo正在研究一項(xiàng)技術(shù)，合成不同前體化學(xué)品來(lái)創(chuàng)建量子點(diǎn)，并將它們打印到合適的承印物上。Sultana表示：“我們希望最終能將量子點(diǎn)直接打印到探測(cè)器像素上。”
雖然該技術(shù)目前還處于開(kāi)發(fā)的早期階段，NASA研究人員也補(bǔ)充表示他們將努力盡快提高技術(shù)水平。Sultana表示，將會(huì)有幾個(gè)太空科學(xué)任務(wù)從這項(xiàng)技術(shù)中受益。
