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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爲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,北京理工大学材料学院钟海政教授、兼职教授Greg Scholes教授(普林斯顿大学教授)、物理学院的张用友副教授、光电学院的王涌天教授共同合作,发现了內嵌CsPbBr3納米晶的Cs4PbBr6晶体的消色差1/4波片特性,在532-800 nm宽波段内实现了消色差的偏振调制。论文的第一作者是北京理工大学材料学院2021届毕业生陈小梅博士,光电学院2018届毕业生路文高博士(中国光学工程学会优博论文获得者)、材料学院2019届毕业生汤加伦博士是论文的共同作者。

內嵌CsPbBr3納米晶對Cs4PbBr6晶体的折射率调制特性,为发展人工晶体光学提供了新的思路。通过晶体内部的微观结构调控,可突破传统光学材料的限制,发展具有特殊光学特性的新型光学材料,为光学系统的优化设计和集成化提供了新思路。相关成果以“Solution-Processed Inorganic Perovskite Crystals as Achromatic Quarter-wave Plates”为题发表在Nature Photonics,见https://www.nature.com/articles/s41566-021-00865-0。该项研究获得了国家自然科学基金的支持(61722502, 61727808, 12074037, 51761165021),校先进材料实验中心和微纳量子光子实验中心分别提供了材料制备和光学测试的平台支撑。



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