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目前，美國宇航局(NASA)和麻省理工學院(MIT)正在展開相關合作研究，計劃將在立方星CubeSat上首次啟用這套系統(tǒng)。
小型化
光譜儀作為探測設備，幾乎搭載在所有的航天器上來完成空間任務。NASA希望采用量子點技術來改變現(xiàn)有光譜儀的構建以及集成方式，同時實現(xiàn)成本的大幅降低。
此項目由NASA戈達德太空飛行中心Mahmooda Sultana以及麻省理工學院化學教授Moungi Bawendi領導的研究小組共同合作，由支持高風險技術研發(fā)的美國航天局創(chuàng)新中心基金資助。
Bawendi教授的研究團隊從20世紀90年代初便率先開始了量子點技術的研究，并開發(fā)了光伏、生物以及微流體方面的應用。同時，量子點技術也開始對消費電子產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生重大影響，許多電視機廠商正著手采用新技術以提高LCD的顯示質量。
Sultana教授表示，該方法能夠實現(xiàn)天基及其他類型光譜儀的小型化和革命性的發(fā)展，尤其是那些應用于無人飛行器和小型衛(wèi)星上的光譜儀。在給NASA的一份報告中，她表示“量子點技術確實可以簡化儀器的集成。”
最初，它可以以吸收光譜的形式工作，代替光學部件的傳統(tǒng)結合方式。傳統(tǒng)的光譜儀利用光柵、棱鏡或干涉濾光片將光分成不同的波長，然后探測產(chǎn)生光譜，而量子點本身就可以實現(xiàn)對光的有效濾波。
量子點對光的吸收或發(fā)射取決于它們的直徑大小——尺寸越小，量子點吸收的光的波長也將越小——因此原理上，不同尺寸的量子點陣列可以實現(xiàn)相似光學裝置的作用。雖然集成光學以及光電子器件的發(fā)展使得傳統(tǒng)光譜儀已實現(xiàn)小型化，但它們仍然過大。
Sultana解釋說：“采用光柵或棱鏡等傳統(tǒng)光譜儀，光譜分辨率的增加會讓分光儀器的光路相應變長，儀器的體積通常會較大。但在量子點光譜儀中，由于量子點可以根據(jù)尺寸和形狀的不同像濾波片一樣來吸收不同波長的光，儀器可以變得超緊湊。換句話說，量子點可以取代傳統(tǒng)光譜儀中的光柵、棱鏡以及干涉濾光片等光學元件的使用。”
可調諧波長濾波器
理論上，量子點光譜儀可以基于無限數(shù)量的不同尺寸的量子點來實現(xiàn)高分辨率。
Sultana表示：“這樣就可以產(chǎn)生一個持續(xù)可調的、獨立的一組吸收濾波器，其中每個像素都是由特定尺寸、形狀或成分的量子點組成。我們可以精確控制每個量子點的吸收，或者定制儀器，用高光譜分辨率來觀察不同波段。”
目前，Sultana正在開發(fā)論證一個對可見光敏感的20×20量子點陣列，用于對太陽光和極光進行成像。原理上，該技術可以擴展到更廣的波長范圍，從紫外光到中紅外光，實現(xiàn)在地球科學、太陽物理學和行星科學等許多空間領域的潛在應用。
NASA報告稱，Sultana教授正在為立方體衛(wèi)星應用開發(fā)一個概念儀器，同時麻省理工學院的博士生JasonYoo正在研究一項技術，合成不同前體化學品來創(chuàng)建量子點，并將它們打印到合適的承印物上。Sultana表示：“我們希望最終能將量子點直接打印到探測器像素上。”
雖然該技術目前還處于開發(fā)的早期階段，NASA研究人員也補充表示他們將努力盡快提高技術水平。Sultana表示，將會有幾個太空科學任務從這項技術中受益。
