科学家研制出可以发射更多颜色光的分子传感器

（文章来源：量子认知）

我们每天都在与光打交道，光通常指的是我们人类眼睛可以见到的的可见光，其物理属性是电磁波，我们通常所说的视觉就是对于可见光的认知与感觉。可是可见光只是很宽广的电磁波谱上的某一段频谱，一般为波长介于400至700纳米之间的电磁波，也就是波长比紫外线更长、比红外线更短的电磁波。

而有些非可见光也可被称为光，如紫外光、红外光、x光等。光既是一种高频的电磁波，又是一种由称为光子的基本粒子组成的粒子流。因此光同时具有粒子性与波动性，即光具有“波粒二象性”。我们人类通过光的明暗与颜色来观察与认知自然世界。如果能够观察出更多的、更广泛的颜色的光，我们就可以更好地观察与认知世界。

比如，激光（Laser，Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的缩写），是“通过受激辐射产生的光放大”。指通过刺激原子导致电子跃迁释放辐射能量而产生的具有同调性的增强光子束。从而发散度极小、亮度（功率）很高、单色性好、相干性好等。因此，宽带激光媒体（wideband lasing media）的发展对成像、传感和显示技术有着深远的影响。

刚刚，物理学家创造了一种分子着色剂，该分子着色剂可以发射比目前可用的任何其他分子更广泛的颜色的光。这种材料可能具有从传感器到生物成像和光学显示器的许多应用。例如在生物成像中，颜色的变化可以用来表示特定的生化条件或实时变化。

科学家们设计了一种单个发色团，以便在整个可见光谱及更远范围内具有宽色域荧光和激光发射特性。这种出色的色彩调节展示了具有精确色彩管理的化学控制范式，适用于发光应用。如下图所示，新型分子着色剂可根据其化学环境发出多种不同颜色的光。要实现这种更为广泛的色彩控制，就需要一种分子蓝图，该蓝图可在多种液体和固体中产生高量子效率和高溶解度，同时具有杂环结构，对孤对电子具有良好的空间位置。

考虑到这些要求，研究人员设计了一种激光发色团，该发色团包围了一个激光色彩空间，该色彩空间是sRGB基准的两倍。sRGB色彩空间，又称标准红绿蓝色彩空间，是用于显示器、打印机以及因特网的一种标准色彩空间。sRGB最初设计的目的是作为生成在因特网以及万维网上浏览的图像的通用色彩空间。

通过将发色团结合到聚合物膜中，该创纪录的颜色调节程度原则上可以适合于固态。通过适当地设计基础分子结构，可以实现传统增益介质中观察到的最大激光波长范围，进而为通向高效发光体和具有接近完美色度的激光器建立了一条可能的途径。

这种分子称为P4VB，具有多种用途，可以根据其化学环境轻松调整为可见光谱中的蓝色、绿色或红色。在这项研究中，研究人员指出，它可以为包括全息投影仪、车辆前灯甚至IMAX电影屏幕在内的应用提供更宽的调色板。我们许多人都知道，电影屏幕IMAX，意指最大影像，为一种能够放映比传统底片更大和更高分辨率的电影放映系统。IMAX系统中有一种适合在倾斜的天文馆圆顶播放的IMAX系统，称为全天域立体电影。

这项研究的研究人员梅尔德鲁姆说：“它具有很高的效率，很容易超过激射阈值，这意味着超亮发射能力是可能的。” “这意味着在传感和成像领域的新应用具有很高的潜力。”

重要的是要注意，我们所谈论的是光的发射，它不同于在日常生活中看到的许多基于反射的颜色。”“当然，控制颜色变化还存在困难，照片漂白在许多情况下是一个问题。但是，我们对这项有前途的技术感到兴奋。”该材料是加拿大阿尔伯塔大学（University of Alberta）与德国慕尼黑工业大学合作开发的。这项研究“从单个有机发色团发出宽色域激光”已发表在《自然》杂志《光：科学与应用》上。
（责任编辑：fqj）