Chalcogenide metasurface enabled multispectral display and sensor arrays

硫族化物超表面支持多光谱显示和传感器阵列

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2019-03952
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.4万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2021-01-01 至 2022-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The introduction of optical-fibre networks in the 1980's along with the ongoing merger of optics and electronics has led to light becoming a major information carrier and manufacturing tool in 21st century society. One cannot imagine modern life without telecommunication networks, real-time sensing and modern display technologies. Therefore, dynamic control and detection of light at the nanoscale across ultraviolet, visible and infrared frequencies (UV-Vis-IR), without doubt the most socio-economically important wavelength band, is essential to a range of industries critical to Canada's security/prosperity. This is for two main reasons; i. Critical to sensing/spectroscopy, a large number of characteristic molecular absorption fingerprints originating from the intrinsic vibrational modes of chemical bonds are observed across this spectral range. ii. Telecommunication network architectures and display technologies also operate across this spectral band and require low size, weight and power devices with engineered properties that allow high spatial and temporal control and detection of light. However, there is no single display, detector or sensor that can provide accurate, spatially resolved measurements across this entire range. Therefore, the exploration and design of a singular material/device platform for compact, power-efficient, reconfigurable and adaptive photonic applications requiring ultra-fast control and detection of light across the entire UV-Vis-IR frequency range is a grand challenge in nanophotonics today. The solution is found in the exploration of reconfigurable and photoconductive chalcogenide semiconductors (alloys of sulfur, selenium or tellurium) offering wide transmission windows that depending on chemical composition can span Vis-to-IR frequencies. They offer high refractive index, low loss properties across IR frequencies and low index/plasmonic properties across UV-Vis wavelengths making them the perfect material candidate for realising `active' nanophotonic devices across this spectral band. Using these properties, the proposed research program aims to realise large area pixel arrays for electro- and all-optical spatial light modulators (displays) as well as biochemical sensors and photodetectors capable of operation across the entire UV-Vis-IR frequency range. Subwavelength nanostructuring (metasurfaces) will be deployed within each pixel to selectively enhance and tailor color, intensity, phase, polarization and beam steering properties at multiple application-dependent wavelength bands (multispectral). The multidisciplinary nature of the program will enable the training of highly qualified persons on a range of tools and techniques, by utilising the world-class nanofabrication, characterization and computing facilities at the University of Alberta. Throughout, mass-manufacturable patterning, growth and packaging techniques will be used to ensure ease of transition of the research from lab to industry.
20世纪80年代光纤网络的引入,沿着光学和电子学的不断融合,使光成为21世纪社会的主要信息载体和制造工具。世纪社会。人们无法想象没有电信网络、实时传感和现代显示技术的现代生活。因此,在纳米级的紫外、可见和红外频率(UV-Vis-IR)上对光进行动态控制和检测,无疑是最具社会经济重要性的波长带,对加拿大的安全/繁荣至关重要。这主要有两个原因:一。传感/光谱学的关键,大量的特征分子吸收指纹起源于化学键的固有振动模式,在这个光谱范围内观察到。二.电信网络架构和显示技术也在该光谱带上操作,并且需要具有允许对光的高度空间和时间控制和检测的工程特性的小尺寸、重量和功率设备。然而,没有单一的显示器、检测器或传感器可以在整个范围内提供精确的空间分辨测量。因此,探索和设计用于紧凑、节能、可重构和自适应光子应用的单一材料/器件平台,这些应用需要在整个UV-Vis-IR频率范围内对光进行超快速控制和检测,这是当今纳米光子学面临的巨大挑战。解决方案是在探索可重构和光导硫族化物半导体(硫,硒或碲的合金)中找到的,这些半导体提供宽的透射窗口,根据化学成分可以跨越可见光到红外频率。它们提供高折射率,在整个IR频率和低折射率/在UV-Vis波长的等离子体特性的低损耗特性,使它们成为在该光谱带实现“有源”纳米光子器件的完美材料候选者。利用这些特性,拟议的研究计划旨在实现大面积像素阵列,用于电和全光空间光调制器(显示器)以及能够在整个UV-Vis-IR频率范围内工作的生化传感器和光电探测器。亚波长纳米结构(超颖表面)将部署在每个像素内,以选择性地增强和定制多个应用相关波长带(多光谱)的颜色,强度,相位,偏振和光束转向特性。该计划的多学科性质将使高素质的人员在一系列的工具和技术的培训,通过利用世界一流的纳米纤维,表征和计算设施在阿尔伯塔大学。在整个过程中,大规模制造的图案,生长和包装技术将用于确保研究从实验室到工业的过渡。

项目成果

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    RGPIN-2019-03952
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    2022
  • 资助金额:
    $ 2.4万
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Growth and integration of phase change metal-chalcogenide semiconductors into optical fiber and waveguide integrated nanophotonic metamaterial modulators
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    561145-2020
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  • 资助金额:
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Chalcogenide metasurface enabled multispectral display and sensor arrays
硫族化物超表面支持多光谱显示和传感器阵列
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    RGPIN-2019-03952
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    2022
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知道了