近日，德國德累斯頓工業大學物理和化學團隊開發了一種有機薄膜傳感器，它描述了一種識別光波波長的新方法，并且儀器分辨率小于1納米。作為一種集成元件，薄膜傳感器可以降低對外部大型光譜儀的科研需求，這項新技術已申請專利，相關結果以論文形式發表在期刊《Advanced Materials》上。

圖1 新型有機傳感器，其厚度相當于人類頭發。在薄玻璃上加工，其透射光波長與入射波長有關

    光譜學技術包含一系列實驗手段，這些手段根據特定光學性質（如波長或質量）分解輻射，它被認為是研究和工業領域最重要的分析方法之一。光譜儀可以測定光源的顏色（即波長），并應用于各種傳感器，如醫學、工程、食品工業等等。而商用傳感器通常相對較大，并且非常昂貴。它們主要是基于棱鏡或光柵原理：光線是折射的，而折射波長與材料性質、折射角有關。

    德累斯頓理工大學應用物理研究所（以下簡稱IAP）和德累斯頓應用物理和光子材料綜合中心（以下簡稱IAPP）已經對這種基于有機半導體的傳感器原件研究多年，并伴隨著Senorics和PRUVE等衍生品，這兩種技術已經發展到市場成熟期。現在，IAP和IAPP的研究人員與物理化學研究所合作，開發出一種薄膜傳感器，不僅代表著一種全新方法識別光波波長，而且其具有小尺寸和低成本的特點，比商業化光譜儀更方便。

圖2 激子-自旋混合波長傳感的概念：未知波長激發長壽命和短壽命的激發子，并創建了一個明顯的余輝瞬態

    這種新型傳感器的工作原理如下：未知波長的光激發薄如發絲的發光材料。該薄膜由長發光（磷光）和短發光（熒光）物質組合而成，以上兩種物質以不同方式吸收入射光，而余輝強度可以推斷入射光波長。

    IAP在讀博士研究生Anton Kirch解釋道：“我們利用了發光材料激發態的基本物理學原理，不同波長的光在這樣一個系統中被激發，合適地線性疊加后，有一定概率為長壽命的三重態或短壽命的單重態。我們反轉了相關性，通過光電探測器識別自旋量子數，從而推斷光波長。”

    項目合作者之一，Sebastian Reineke教授說：“這項研究的最大優勢就是我們的合作伙伴。從材料合成和薄膜處理，到有機傳感器的制造，我們與物理化學教授Alexander Eychmuller和光電子學教授Karl Leo一起，完成所有制造和分析步驟。”

    Johannes Benduhn博士是IAP有機傳感器和太陽能電池組組長：“我真的非常感動，一個簡單的光活性薄膜與光探測器結合就可以形成一個超高分辨率設備。”

    基于這一策略，該團隊已實現亞納米量級的光譜分辨率，并成功跟蹤了光源波長的微小變化。除了表征光源，這種新型傳感器還可用于防偽。Anton Kirch說：“例如，這種微小且廉價的傳感器可用于快速準確地檢查鈔票或文件的安全特征，而不結束任何昂貴的實驗室技術，從而確定其真實性。”