瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）科學(xué)家開發(fā)出一種新型成像技術(shù)，能以前所未有的靈敏度觀測(cè)材料隨時(shí)間變化釋放偏振光的全過程。光不僅有明暗、顏色之分，其光波還能旋轉(zhuǎn)扭曲，這種現(xiàn)象稱為偏振。3D電影眼鏡正是利用光的偏振讓雙眼看到不同圖像從而產(chǎn)生立體感。

偏振是量子計(jì)算機(jī)、安全通信和全息顯示等未來科技的核心。許多材料釋放的光會(huì)將其偏振信息編碼，就像用光波方向傳遞信息。其中手性材料產(chǎn)生的圓偏振發(fā)光（CPL）是一種特殊光發(fā)射現(xiàn)象——光波在傳播過程中會(huì)向左或向右螺旋前進(jìn)。

克服傳統(tǒng)技術(shù)的局限性

為突破傳統(tǒng)技術(shù)限制，解鎖新應(yīng)用，研究人員需精確觀測(cè)偏振如何隨時(shí)間演變。但現(xiàn)有方法必須在速度、靈敏度或?qū)?span onclick="sendmsg('pw_ajax.php','action=relatetag&tagname=光譜',this.id)" style="cursor:pointer;border-bottom: 1px solid #FA891B;" id="rlt_5">光譜范圍之間取舍。傳統(tǒng)CPL技術(shù)往往速度慢、范圍窄或難以捕捉微弱信號(hào)，尤其對(duì)具有瞬時(shí)或微弱偏振效應(yīng)的先進(jìn)材料研究受限。這些缺陷阻礙了人們對(duì)手性材料光交互機(jī)制的完整理解。

EPFL能源材料實(shí)驗(yàn)室的Sascha Feldmann教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)出高靈敏度、寬光譜、時(shí)間分辨光譜技術(shù)，可捕獲完整的偏振態(tài)集合（即斯托克斯矢量）。新技術(shù)覆蓋400-900納米寬光譜窗口，時(shí)間分辨率橫跨納秒至毫秒量級(jí)，本底噪聲僅為材料發(fā)射偏振光強(qiáng)度的萬分之一。該技術(shù)同時(shí)捕捉線性和圓偏振信號(hào)，能識(shí)別并校正其他方法易混淆的偏振偽影。相關(guān)成果發(fā)表于《自然》雜志。

圖片:搜狗截圖20250703095927.png

關(guān)鍵設(shè)置組件、功能和原理概述。

尖端儀器

該團(tuán)隊(duì)用現(xiàn)成組件構(gòu)建了這套尖端設(shè)備，光學(xué)架構(gòu)完全公開，并共享"非明顯誤差源"清單以推動(dòng)該領(lǐng)域發(fā)展。研究人員通過電子門控相機(jī)與精密偏振光學(xué)系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄斯托克斯矢量，追蹤各類分子（含強(qiáng)弱偏振發(fā)光特性）的光發(fā)射變化。完整偏振指紋記錄能力使新裝置能發(fā)現(xiàn)其他方法遺漏的細(xì)節(jié)。

新技術(shù)成功捕獲了材料中前所未有的偏振變化細(xì)節(jié)：既復(fù)現(xiàn)了經(jīng)典分子的基準(zhǔn)結(jié)果，又揭示了有機(jī)發(fā)光體及復(fù)雜系統(tǒng)中快慢發(fā)射過程交織的未知?jiǎng)恿�學(xué)現(xiàn)象，還暴露了傳統(tǒng)測(cè)量中常被誤判為真實(shí)信號(hào)的偏振偽影。

憑借高靈敏度、寬光譜覆蓋和納秒級(jí)時(shí)間分辨率，該技術(shù)為激發(fā)態(tài)偏振動(dòng)力學(xué)和對(duì)稱性破缺研究開辟了新窗口。科學(xué)家現(xiàn)可實(shí)時(shí)觀測(cè)這些過程，加速手性發(fā)光體、量子材料和先進(jìn)光電器件的研發(fā)。團(tuán)隊(duì)已公開設(shè)計(jì)藍(lán)圖和自動(dòng)化算法，助力全球科研攻關(guān)。

相關(guān)鏈接：https://dx.doi.org/10.1038/s41586-025-09197-3