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目前，美國宇航局(NASA)和麻省理工學院(MIT)正在展開相關合作研究，計劃將在立方星CubeSat上首次啟用這套系統(tǒng)。
小型化
光譜儀作為探測設備，幾乎搭載在所有的航天器上來完成空間任務。NASA希望采用量子點技術來改變現(xiàn)有光譜儀的構建以及集成方式，同時實現(xiàn)成本的大幅降低。
此項目由NASA戈達德太空飛行中心Mahmooda Sultana以及麻省理工學院化學教授Moungi Bawendi領導的研究小組共同合作，由支持高風險技術研發(fā)的美國航天局創(chuàng)新中心基金資助。
Bawendi教授的研究團隊從20世紀90年代初便率先開始了量子點技術的研究，并開發(fā)了光伏、生物以及微流體方面的應用。同時，量子點技術也開始對消費電子產業(yè)產生重大影響，許多電視機廠商正著手采用新技術以提高LCD的顯示質量。
Sultana教授表示，該方法能夠實現(xiàn)天基及其他類型光譜儀的小型化和革命性的發(fā)展，尤其是那些應用于無人飛行器和小型衛(wèi)星上的光譜儀。在給NASA的一份報告中，她表示“量子點技術確實可以簡化儀器的集成。”
最初，它可以以吸收光譜的形式工作，代替光學部件的傳統(tǒng)結合方式。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，然后探測產生光譜，而量子點本身就可以實現(xiàn)對光的有效濾波。
量子點對光的吸收或發(fā)射取決于它們的直徑大小——尺寸越小，量子點吸收的光的波長也將越小——因此原理上，不同尺寸的量子點陣列可以實現(xiàn)相似光學裝置的作用。雖然集成光學以及光電子器件的發(fā)展使得傳統(tǒng)光譜儀已實現(xiàn)小型化，但它們仍然過大。
Sultana解釋說：“采用光柵或棱鏡等傳統(tǒng)光譜儀，光譜分辨率的增加會讓分光儀器的光路相應變長，儀器的體積通常會較大。但在量子點光譜儀中，由于量子點可以根據尺寸和形狀的不同像濾波片一樣來吸收不同波長的光，儀器可以變得超緊湊。換句話說，量子點可以取代傳統(tǒng)光譜儀中的光柵、棱鏡以及干涉濾光片等光學元件的使用。”
可調諧波長濾波器
理論上，量子點光譜儀可以基于無限數量的不同尺寸的量子點來實現(xiàn)高分辨率。
Sultana表示：“這樣就可以產生一個持續(xù)可調的、獨立的一組吸收濾波器，其中每個像素都是由特定尺寸、形狀或成分的量子點組成。我們可以精確控制每個量子點的吸收，或者定制儀器，用高光譜分辨率來觀察不同波段。”
目前，Sultana正在開發(fā)論證一個對可見光敏感的20×20量子點陣列，用于對太陽光和極光進行成像。原理上，該技術可以擴展到更廣的波長范圍，從紫外光到中紅外光，實現(xiàn)在地球科學、太陽物理學和行星科學等許多空間領域的潛在應用。
NASA報告稱，Sultana教授正在為立方體衛(wèi)星應用開發(fā)一個概念儀器，同時麻省理工學院的博士生JasonYoo正在研究一項技術，合成不同前體化學品來創(chuàng)建量子點，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直接打印到探測器像素上。”
雖然該技術目前還處于開發(fā)的早期階段，NASA研究人員也補充表示他們將努力盡快提高技術水平。Sultana表示，將會有幾個太空科學任務從這項技術中受益。
