在國家自然科學基金項目（批準號：61722502、61727808）等資助下，北京理工大學鐘海政教授、張用友副教授與合作研究團隊在寬波長范圍工作的消色差波片研究方面取得進展。研究成果以“溶液制備無機鈣鈦礦晶體的消色差1/4波片特性（Solution-processed inorganic perovskite crystals as achromatic quarter-wave plates）”為題，于2021年10月7日在《自然·光子學》（Nature Photonics）上發表，論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41566-021-00865-0。
雙折射是光學晶體的基本光學特性之一，利用該特性可以調控兩束光的相位差，制備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、顯示等領域具有重要應用價值。由于材料折射率的色散特性，基于傳統光學設計方法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需要。如何制備消色差的波片成為光學領域的重要技術挑戰之一。制造消色差波片的核心是控制每個波長的相位延遲，其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。
圍繞上述問題，鐘海政教授及其合作團隊研究了具有零維鈣鈦礦結構的Cs?PbBr?這一新材料的偏振調制特性，發現了內嵌CsPbBr?納米晶的Cs?PbBr?晶體的消色差1/4波片特性，并可在532~800 nm波段內實現消色差的偏振調制。他們根據晶體的雙折射理論分析了偏振調制的光學過程，揭示出消色差偏振調制特性的來源，即內嵌CsPbBr?納米晶對Cs?PbBr?晶體的折射率具有特殊的微調制作用，抵消了Cs?PbBr?晶體折射率色散的影響，從而實現了消色差偏振調制。進一步，他們通過不同溫度和激光強度下的偏振特性實驗，證實了上述結論。
該研究工作揭示的內嵌CsPbBr3納米晶對Cs4PbBr6晶體的折射率調制特性，為發展人工晶體光學提供了新的思路。通過晶體內部的微觀結構調控，有望突破傳統光學材料的局限，發展具有特殊光學特性的新型光學材料，為光學系統的優化設計和集成化提供了新思路。
圖1 鈣鈦礦晶體偏振消色差測試和理論模擬的結果（樣品1為無內嵌的Cs4PbBr6晶體，樣品2為內嵌CsPbBr3納米晶的Cs4PbBr6晶體），a. 偏振測試示意圖；b. 532 nm激光為光源的偏振調制測試結果；c. 633 nm 激光為光源的偏振調制測試結果
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