近日，深圳技術大學工程物理學院教授李佳團隊與合作者在光學領域國際期刊《ACS光子學》發表研究成果。該成果創新性地將表面等離激元超構表面與有機光電二極管相互集成，利用超構表面對不同光場偏振態的電磁響應特性，以及有機異質結光電二極管優異的光電轉化性能，突破了傳統光電探測器只能探測光場強度的限制，在芯片尺度上實現全集成、高精度、超薄、超輕量、低成本、柔性的光場偏振態探測器。
柔性偏振光電探測器實物圖。研究團隊供圖
光電探測器能將光信號轉換成電信號，傳統的光電探測器依賴半導體光電效應，可以感知收集到的光子數量，從而獲取光場的強度信息。除強度以外，光場還攜帶著包括偏振、相位和波長等多個維度的豐富信息。這些信息可以提供更多關于物體與光相互作用的重要信息。例如，光的偏振態可以用于分析物體的應力、應變、形貌等屬性，在生物醫學成像、無人駕駛、精確導航等領域具有巨大的應用潛力。
然而，傳統探測器若想實現對光場多維信息的感知，需要借助額外的光學元件和機械裝置，這導致系統體積較大、結構復雜、操作繁瑣等問題。如何在芯片尺度上實現全集成的光場多維信息探測器成為近年來的研究熱點。
表面等離激元（SPP）是光波與金屬表面自由電子集體振蕩耦合形成的電磁模式，其獨特性質使其成為調控光與物質相互作用的理想媒介。SPP的激發依賴入射光的偏振態，TM偏振光能激發SPP共振并顯著增強光吸收，而TE偏振光則使SPP激發效率極低，這一特性為高精度偏振分辨提供了物理基礎。
李佳團隊利用一維金屬光柵作為SPP激發平臺，并將其作為電極直接集成于有機異質結光電二極管中，通過“超構-有機界面協同設計”，成功在近紅外波段實現SPP共振與有機異質結的協同匹配。
實驗表明，在SPP激發下，有機光電探測器TM偏振光響應較TE偏振光提升近13倍，線性偏振比高達0.8（理論極限為1），達到國際領先水平。
此外，研究團隊還驗證了SPP共振對光響應的調控機制，并進一步開發了柔性偏振探測器。測試發現，該器件在彎曲條件下仍保持優異的偏振響應能力，為可穿戴設備、曲面偏振成像、曲面導航等應用奠定基礎。未來，該技術可拓展至相位、波長等多參數同步探測，在自動駕駛激光雷達、醫學偏振成像、柔性電子等領域極具應用潛力。
相關論文信息：https://doi.org/10.1021/acsphotonics.5c00279
本文鏈接：研究人員開發出偏振光探測器芯片http://m.sq15.cn/show-11-24577-0.html
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