近年来，定向白光光源广泛应用于投影与定向照明领域。以机动车前照明灯为例，通过缩小照明面积可以减少眩光问题，在重点照明时能提升被照明物体的可见度；同时，这类光源作为科学仪器中的核心照明组件，其定向性可显著提升系统的空间分辨率。目前，定向白光光源的产生需要借助各类光学元件（透镜、反射镜、反光罩、光纤等），通过反射、折射的方式将白光光源整形为具有较小立体角的白光光束。然而，光学元件的使用导致定向白光光源体积庞大、能耗增加、成本高昂，这极大限制了其实际应用。因此，如何在不引入光学元件的前提下实现定向白光发射，成为定向白光领域亟待解决的关键问题。但是由于基础理论及实验先例的匮乏，单纯依赖材料来实现定向白光发射极具挑战。
近日我院康振辉教授、董彬教授、王涛教授及其合作者成功实现了无需任何光学元件，完全依赖材料自身性质的定向白光发射。研究人员采用一步激光烧蚀方法，成功制备出表面具有微透镜阵列结构的碳点和二氧化钛薄片组成的复合材料，其尺寸仅为300微米。在1064 纳米单色近红外激光的激发下，该材料能够产生高度方向性白光（立体角仅为 1/60），其在2米处的光斑直径仅为10厘米。该现象源于一种全新的发射机制：在近红外光照射下，碳点中的基态电子通过类轫致辐射、多光子过程及热效应产生白光发射。随后，发出的白光由于在近场受到复合材料表面微透镜阵列结构的调制，从而在远场产生定向白光。利用这种小尺寸的定向白光光源，研究团队实现了其在定向照明和投影方面的应用。相关成果已发表于Nat. Commun.期刊上（2025, 16, 5651）。
论文共同第一作者王大磊为我院2021届博士毕业生（现为浙江农林大学副教授），韩晓霞为我院2023届硕士毕业生（现为澳门科技大学博士生）以及我院2025届硕士毕业生王昊（现已入职苏州瑞玛精密工业股份有限公司）。该成果主要源于他们的学位论文研究工作。该工作得到了仿生界面材料科学全国重点实验室、苏州纳米科技协同创新中心、苏州市表界面智能材料重点实验室、国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等支持。
利用近场限域效应实现无需光学元件，仅依赖材料自身性质的远场定向白光发射：
（a）示意图及（b）实物图
文章网址：
https://www.nature.com/articles/s41467-025-60838-7
文章题目：
Directional white-light emission from sintered carbon dot titanium dioxide structures based on near-field confinement
作者信息：
Dalei Wang#（王大磊）, Xiaoxia Han#（韩晓霞）, Hao Wang#（王昊）, Zenan Li（李泽楠）, Zhaomin Chen（陈赵敏）, Qing Yang（杨青）, Mingcheng Yang（杨明成）, Zexin Zhang（张泽新）, Yizhi Zhu（朱益志）, Jintao Tong（仝锦涛）, Jie Lin（林杰）, Jingsong Huang（黄劲松）, Daping Luo（罗大平）, Tao Wang*（王涛）, Wei Liu*（刘威）, Wenxue Li（李文雪）, Chunxiang Xu（徐春祥）, Bin Dong*（董彬）& Zhenhui Kang*（康振辉）
责任编辑：郭佳