浙大微纳电子学院科研团队ACS Nano发文——近红外光偏振探测仪：超构表面助力仪器小型化和片上化

提起光的偏振，可能不少人都会觉得有点陌生，但它却与我们的生活息息相关。

光的偏振态表征了光在垂直于传播方向的平面上的电场振荡。监测光的偏振将在天文学、遥感、量子光学、医学和生物学等领域发挥着重要作用。比如，观看3D电影所佩戴的眼镜就是利用光的偏振的原理来实现立体影像。

图片来源：电影《头号玩家》

目前，大部分的商用偏振探测仪通常体积庞大，然而对于民用的电子仪器而言，小型化、便捷化、高集成度、柔性化的需求反而比对其探测性能的需求更为迫切。此外光芯片技术的发展也迫切需要小型化和片上集成的光电或全光功能器件单元。因此小型化和片上集成的光偏振探测仪是目前的一大研究热点。

在浙江大学微纳电子学院俞滨教授带领和指导下，以小型化和高集成度为主要目标，南京大学电子科学与工程学院王肖沐教授、王军转副教授同浙江大学微纳电子学院徐杨教授合作报道了一个基于手性等离激元超构表面与石墨烯-硅光电探测器集成的红外偏振探测仪。

这一探测仪由四个像素组成，每一个像素都由石墨烯/手性等离激元纳米结构/硅组成。研究团队利用等离激元纳米结构的几何手性和排布取向的区别使得其对光的圆偏振信息和线偏振信息分别实现提取。通过对四个像素的光电流的提取，可以得到光的强度和偏振信息（图1）。

图1.四像素无光学部件的片上偏振探测仪

科研人员用这一探测器尝试了不同偏振态入射光的偏振测定（图2），可以看到，该器件展示出了偏振测定功能。值得一提的是，这里不需要像传统的偏振探测仪一样使用复杂的光学分光系统，光的偏振分辨和探测都在光电探测器上实现。也就是说这一四像素的光电探测器同时实现了光的两个自由度的提取（强度和偏振）。这种可集成、小型化的实验方案为探索大型仪器装备的芯片化、便携化提供了新的启发思路。

图2.偏振探测仪的偏振探测结果

近日，该成果以“Monolithic Full-Stokes Near-Infrared Polarimetry with Chiral Plasmonic Metasurface Integrated Graphene–Silicon Photodetector”为题发表在知名期刊ACS Nano上。浙江大学微纳电子学院博士生李泠霏同学为论文第一作者。南京大学电子科学与工程学院王肖沐教授、王军转副教授和浙江大学微纳电子学院徐杨教授为该论文的共同通讯作者。该项目还得到了浙江大学微纳电子学院俞滨教授、德州农工大学Shoufeng Lan教授和斯坦福大学Mark L.Brongersma教授等的支持。该项研究得到浙江大学杭州国际科创中心攻坚项目计划、人工微结构科学与技术协同创新中心和浙江大学微纳加工中心、硅材料国家重点实验室和现代光学仪器国家重点实验的支持和帮助。得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研专项资金、浙江省属基本科研业务费专项资金、浙江省自然科学基金等项目的资助。

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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c00724

本文编辑：陈小兵 罗浩强

责任编辑：吴瑶瑶

审核：王恩禹

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