[发明专利]一种量子阱红外圆偏振探测器

说明书

本发明公开了一种量子阱红外圆偏振探测器，其结构包括金属反射镜、量子阱红外光电转换激活层、大周期金属光栅、小周期亚波长金属光栅、二维金属超表面，其中大周期金属光栅、小周期亚波长金属光栅和二维金属超表面嵌埋在对工作波段透明的介质层中。本发明利用二维金属超表面和小周期亚波长金属光栅形成选择转换腔，可选择透射特定类型圆偏振光并将其转换为相应的线偏振光；大周期金属光栅与金属反射镜形成等离激元微腔，将经过选择转换腔的光子电矢量方向由x方向转换为z方向，使其能够被量子阱子带跃迁吸收实现光电转换。同时微腔有效增强量子阱红外光电转换激活区的电场强度，进一步增强对光子的吸收，从而实现探测器对圆偏振光的选择和探测。

技术领域

本发明涉及一种红外圆偏振探测器，具体涉及一种量子阱红外圆偏振探测器。

背景技术

当自然光与物质相互作用后，会在折射光、反射光、散射光以及热辐射中引入与物质特性(如粗糙度、材料、含水度等)相关的偏振态。因此，偏振成像不仅能够有效识别传统强度成像无法或难以分辨的低对比度目标，还能够凸显出目标物体的轮廓特征，在地面及空间遥感、矿物勘探、指纹识别、医学诊断、烟雾气候环境下的导航、伪装识别、海面和水下目标的探测与识别等方面有着传统技术不具备的优势，是一种新的信息分析手段。

光的偏振状态可分为线偏振态和圆偏振态。目前，对于圆偏振特性测量最常见的方法是采用在探测器前加线偏振片和四分之一波片，通过旋转偏振片或四分之一波片来实现的。但该方法需要通过机械旋转，单次测量只能获取单一偏振态的信息。而且由分立系统组成，体积大且稳定性差，同时受材料的限制，很难找到合适的工作在中、长波红外的四分之一波片。为了实现实时和动态目标的观测，人们提出将不同方向的线偏振和圆偏振元件与探测器阵列集成形成全Stokes矢量偏振探测器，相较于传统分立偏振探测技术，系统更紧凑、稳定性和可靠性更高，被认为是偏振探测的高级形式。因此，像元级单片集成偏振光探测器是偏振成像器件发展的必由之路。

在可见波段，目前大多采用胆甾相液晶与相位延迟片和CCD阵列集成来实现像元级的偏振探测。而在液晶分子不适用的红外波段，大多数报道还是集中在集成线偏振探测器上，关于集成圆偏振探测器，目前仅有Li等人基于手性等离激元微腔结构实现了1.2-1.5μm近红外波段的热电子发射型圆偏振探测器，见Li W,Coppens Z J,Besteiro L V,etc.Circularly polarized light detection with hot electrons in chiralplasmonic metamaterials,Nature Communications,6,8379,2015，中长波红外波段目前尚未见到相关报道。

量子阱探测器相较常见的碲镉汞探测器具有材料均匀性好，可以通过组分调节实现多色和更长波段(相较碲镉汞探测器)的优点，而且，量子阱器件的工作机理是基于量子阱子带间跃迁，受到量子跃迁定则的限制，仅有电场垂直于量子阱平面的入射光才能被量子阱吸收从而产生电子跃迁，因此具有天然的电子态线偏振选择效应。而目前已有的量子阱探测器，均只能实现对线偏振的识别，对圆偏振光则不具有分辨能力，如中科院上海技术物理研究所李志锋等人提出的等离激元微腔耦合结构的高线性偏振度量子阱红外探测器(发明专利申请号：201410021014.1)。

发明内容

本发明的目的在于提出一种量子阱圆偏振探测器，解决传统探测器无法分辨不同红外圆偏振光的问题。这种量子阱圆偏振探测器的实现将为中长波红外、甚至太赫兹波段的圆偏探测的提供重要的器件物理和技术基础。

本发明的量子阱圆偏振探测器，如图1所示，其结构由下到上依次为：金属反射镜1、量子阱红外光电转换激活层2、大周期金属光栅3、小周期亚波长金属光栅4、二维金属超表面5，其中大周期金属光栅3、小周期亚波长金属光栅4和二维金属超表面5嵌埋在对工作波段透明的介质层6内。