圖1.在平行和交叉偏振拉曼配置下測(cè)量ReS2 Ag-like模式的峰值強(qiáng)度與偏振角度的關(guān)系。

近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所空天激光技術(shù)與系統(tǒng)部王俊研究員團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)合作在二維材料偏振光電探測(cè)器研究方面取得進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“High Performance Balanced Linear Polarization Photodetector Based on 2D ReS2”為題發(fā)表于Laser & Photonics Reviews，并被選為當(dāng)期卷首插圖文章。

偏振敏感光探測(cè)對(duì)于圖像傳感、環(huán)境監(jiān)測(cè)、光譜學(xué)、通信和量子信息處理等應(yīng)用非常重要。傳統(tǒng)的二維材料線偏振光電探測(cè)器的研究主要集中在尋找不同的各向異性材料、材料之間的組合、引入等離子體結(jié)構(gòu)以及對(duì)二維材料進(jìn)行圖案化以提高其性能。然而，這些方法對(duì)偏振靈敏度的提高有限。

因此，研究人員提出了一種平衡的光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)，它不需要額外的工藝，只依賴于材料本身的各向異性，從而大大提高了偏振靈敏度。二元ReS2是一種低對(duì)稱性過(guò)渡金屬硫化物，具有直接帶隙和較強(qiáng)的面內(nèi)各向異性，在空氣中也非常穩(wěn)定。通過(guò)制備ReS2光電探測(cè)器，對(duì)其光學(xué)和電學(xué)特性分別進(jìn)行研究。圖1和圖2表示測(cè)量的偏振拉曼峰強(qiáng)度和光電流響應(yīng)極坐標(biāo)圖?？梢钥闯鯮eS2具有很強(qiáng)的面內(nèi)光學(xué)和電學(xué)各向異性。根據(jù)ReS2的各向異性擬合，該光電探測(cè)器在650 nm處的線性二向色性比為2.79。

圖1.在平行和交叉偏振拉曼配置下測(cè)量ReS2 Ag-like模式的峰值強(qiáng)度與偏振角度的關(guān)系。

圖2的結(jié)果還表明ReS2晶體b軸平行于最大光電流的方向。基于此研究人員提出了如圖3所示的平衡光電探測(cè)系統(tǒng)。平衡光電探測(cè)系統(tǒng)由兩個(gè)ReS2光電探測(cè)器組成，其中兩個(gè)光電探測(cè)器ReS2的b軸相互垂直。由于材料b軸平行于最大光電流的方向，兩個(gè)b軸相互垂直的光電探測(cè)器輸出光電流曲線趨勢(shì)相反，通過(guò)平衡探測(cè)技術(shù)可以得到零點(diǎn)。在零點(diǎn)處由于光電流趨向于零，因此理論上線偏振消光比趨于無(wú)窮大。該研究為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)高性能二維材料偏振光電探測(cè)器提供了基礎(chǔ)。

圖2. (a) 在不同柵極電壓下測(cè)量的光電流響應(yīng)極坐標(biāo)圖。實(shí)線表示對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的擬合結(jié)果。晶體軸b軸(紅色菱形的一側(cè))平行于最大電流的方向。(b) 在?40 V柵極電壓下，小偏振角步進(jìn)測(cè)量光電流響應(yīng)。(c),(d) 提取了不同柵極電壓下的偏置角和二向色性比。

圖3. (a)平衡偏振光電探測(cè)器原理圖。(b)光電探測(cè)器的角度依賴光電流。(c)歸一化電流差的角度依賴性。(d)暗態(tài)時(shí)光電探測(cè)器的噪聲功率譜。(e)平衡差分模式下的噪聲等效光偏振差。

審核編輯 黃宇