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半导体所在柔性集成偏振敏感放大系统方面取得新进展

2021-11-22

光的偏振态携带着大量无法通过光强、波长、频率和相位来获得的有效信息。利用偏振光敏感光电探测器实现对偏振光的有效检测,可以增强被检测物体的信息,显著提高目标对比度。目前,偏振敏感光电探测器广泛应用于工业、国家安全、生物诊断和天文学等多个领域,具有重要的应用价值和研究意义。然而,传统的偏振光检测系统结构复杂,需要前置偏振片光阵列外加滤波器、放大电路以及复杂的解码算法来输出数字信息。这使得偏振系统体积庞大,限制了其小型化应用的需求。近年来,低维半导体材料的兴起为高性能光探测开辟了另一条道路,采用具有面内各向异性结构的低维半导体材料在没有偏振片的情况下也能有效的探测偏振光。然而,令人遗憾的是目前基于低维半导体的偏振光探测器仍存在一些限制因素,如在环境条件下的不稳定性、光学响应范围窄、各向异性光电流比不足等,这些不利因素直接导致目前无法有效的实现数字输出。

有鉴于此,中科院半导体所半导体超晶格国家重点实验室沈国震研究员课题组设计了一种简单而通用的柔性偏振敏感放大系统(PSAS)来提高低维半导体材料的各向异性光电流比。研究人员将C8-BTBT/ PS型有机场效应晶体管(OFET)集成到偏敏Bi2Se2S纳米线光电探测器中,构建了偏振敏感放大系统,实现了偏振灵敏度几个数量级的提升。特别是在532 nm光照射下,该系统能将器件的各向异性光电流比从1.24增加到375。作为概念验证,研究人员将系统与相应电路连接,展示了偏振光信息的传输,并使用综合检测系统实现了偏振光信息的数字输出和信息伪装。该成果以“Integrated polarization-sensitive amplification system for digital information transmission”为题发表在Nature Communications (2021,12, 6476)上。

 

1. 柔性集成偏振敏感放大系统与传统偏振系统的比较



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