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Nature Communications volume 13、記事番号: 4560 (2022) この記事を引用

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3 オルトメトリック

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オンチップ偏光計は、次世代の超小型光学および光電子システムにとって非常に望ましいものです。 天然/人工材料の異方性吸収に依存する偏光感受性光検出器は、フィルターレス構成のため、オンチップ偏光計の有望な候補として浮上しています。 ただし、これらの光検出器は直線偏光または円偏光の検出にのみ適用でき、フルストークス検出には適用できません。 ここでは、フルストークス検出用のオンチップキラルプラズモニックメタマテリアル媒介中赤外光検出器で構成される 3 ポート偏光計を提案し、実証します。 キラルメタマテリアルの空間分布を操作することにより、光熱電効果を通じて、偏光分解吸収を 3 つのポートの対応する偏光分解光電圧に変換できます。 開発した偏光計をイメージングデモンストレーションに活用し、偏光再構成の信頼できる能力を示します。 私たちの研究は、中赤外域でバンドギャップに依存しない動作範囲を備えた偏光分解光検出器を開発するための代替戦略を提供します。

電界振動を特徴付ける偏光状態 (SoP) は、光通信、リモート センシング、ナビゲーションなどの光学関連アプリケーションに不可欠です 1、2、3。 中赤外 (中 IR) 偏光検出器は、化学分析、生物医学診断、顔認識に広く応用されているため、特に魅力的です 4,5,6。 数十年にわたり、従来の偏光検出アプローチには、時間分割、振幅分割、開口分割、および焦点面分割が含まれており、これらには通常、リニアリターダ、偏光子、半波長板の組み合わせが必要です。 、および 4 分の 1 波長板 7、8。 しかし、自由空間偏光子を使用したこのような大型で複雑な光学システムには、速度の制限、精度の制限、偏光状態の検出が不完全であるなどの固有の欠点があります9。 低次元ナノフォトニクス技術の最近の進歩により、次世代偏光計を開発するための魅力的なアプローチが明らかになりました 10,11。 次世代の小型偏光計の潜在的な候補として、オンチップ偏光感受性光検出器は、高いレベルの小型化および超高密度集積などの利点により、最近広く研究されている。

現在まで、SoP を検出する主なアプローチの 1 つは、天然物質の構造異方性またはキラリティーに基づいています。 一般に、直線偏光検出用の光検出器は、一次元ナノワイヤまたは二次元ファンデルワールス材料の異方性吸収に依存します12、13、14。一方、円偏光検出用の光検出器は、有機半導体およびハイブリッドにおける光のキラル吸収に基づいています。ペロブスカイト 15、16、トポロジカル絶縁体または半金属におけるスピン光ガルバニック効果 17、18、19、20、金属 - 半導体界面での逆スピンホール効果 21、22、および伝導電子のスピン依存再結合 23、24。 しかし、これらの偏光感受性光検出器の応用は、バンドギャップ依存のスペクトル応答、化学的不安定性、小さな異方性やキラリティーに伴う偏光感度の低さなどの固有の制限によって妨げられています。 さらに、これらの偏光に敏感な光検出器のほとんどは、光の直線偏光または円偏光の検出にのみ機能し、フルストークス検出には適用できません。 人工構造は強い異方性とキラリティーを達成でき、設計の柔軟性が高く、フィルターレス構成を備えているため、人工構造によって可能になるこのような機能的な光検出器は、偏光検出のためのコンパクトな偏光測定や、潜在的に超高ピクセル密度の偏光イメージングを実現できます。 活物質と統合された人工構造を使用することは、SoP 検出のためのもう 1 つの主要なアプローチです。 このアプローチにより、散乱、吸収、導波モードで動作する偏光感応型光検出器が実現しました25。 一例として、偏光選択性の場を強化したプラズモンメタマテリアルは、偏光感受性の光電流を生成するために半導体と統合されている 26,27。 しかし、以前の検出器のほとんどは光伝導効果または光起電力効果に依存しており、プラズモンメタマテリアルの共鳴波長と半導体のバンドギャップの間の一致が必要です7、28。 したがって、活性材料のバンドギャップによる動作波長の制限なしに、強い異方性とキラリティーを電気的読み出しに伝達する効率的な方法が強く望まれています。