[发明专利]一种超表面谐振增强窄带光电探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超表面谐振增强窄带光电探测器及其制备方法，属于微纳光学和窄带光电探测器领域。本发明通过调整介质超表面反射镜的横向参数，能够在不改变其余的参数条件下调整探测器的响应波长，同时集成多个波长的窄带探测单元，每一种窄带探测单元只对特定波长电磁波有较高的响应度，对其他波长的入射光响应度较低，从而实现窄带多色探测。本发明的窄带光探测器具有较好的角度稳定性，当入射角度小于20°，窄带光电探测器对TM偏振态的峰值响应波长不发生改变；超表面反射镜的几何参数满足米氏谐振条件，使其对入射角度变化引入的光程相位变化有补偿效应，从而使谐振增强窄带探测器对TE偏振态的峰值响应波长的角度敏感性较小。

技术领域

本发明属于微纳光学和窄带光电探测器领域，更具体地，涉及一种超表面谐振增强窄带光电探测器及其制备方法。

背景技术

窄带光电探测器有广泛的应用领域,如气体探测,特殊爆炸物质识别和光谱分析等。

光电探测薄膜如胶体量子点薄膜、有机光电薄膜，二维光电材料等,具有响应度高,制备简单等优点。增加光电探测薄膜厚度能增加响应度，同时会增加暗电流,在不增加薄膜厚度的前提下增加光电探测薄膜上的外量子效率有重要意义。

光学谐振腔能使得谐振电磁波被局域在谐振腔内,将光电探测薄膜放在光学谐振腔内，谐振电磁波在谐振腔内来回反射最终被光电探测薄膜吸收，谐振腔能增加有限厚度光电探测薄膜吸收,进而提高探测器的响应度。同时谐振腔具有波长选择能力,能选择性增强特定波长上光电探测薄膜的吸收,实现窄带探测，将光电探测薄膜放置在光学谐振腔能同时增强响应度和实现窄带探测，这类探测器称为谐振增强光电探测器。

现有谐振增强光电探测器的反射镜是一般为多层膜DBR反射镜，DBR反射镜在宽波段范围内有较高的反射率，适合作为光学谐振腔的反射镜；但是DBR反射镜的制备工艺复杂，而且不具备调控谐振波长的能力，基于DBR反射镜的谐振增强光电探测器对入射角度敏感。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种超表面谐振增强窄带光电探测器及其制备方法，其目的在于解决DBR反射镜的制备工艺复杂，不具备调控谐振波长的能力，且基于DBR反射镜的谐振增强光电探测器对入射角度敏感的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种超表面谐振增强窄带光电探测器，包括：光学窗口片、介质超表面反射镜、介质谐振腔腔体、光电探测薄膜、读出电极和金属反射镜；

所述光学窗口片、介质谐振腔腔体、金属反射镜从上至下依次分布；所述介质超表面反射镜、光电探测薄膜从上至下依次嵌入在介质谐振腔腔体内；所述读出电极分布在光电探测薄膜两侧；

所述介质超表面反射镜、介质谐振腔腔体和金属反射镜组成光学谐振腔；所述介质超表面反射镜为介质光学天线阵列，其几何参数满足米氏谐振条件；

所述光学窗口片，用于透射入射电磁波，使入射电磁波进入光学谐振腔内；

所述介质超表面反射镜与金属反射镜，共同用于将入射电磁波中谐振波长的电磁波局域在光学谐振腔内来回反射；其中，谐振波长由介质超表面反射镜的横向几何参数确定；

光电探测薄膜，用于将入射电磁波转换为电信号；

读出电极，用于将光电探测薄膜产生的电信号转引出到外部电路上。

进一步地，介质超表面反射镜的折射率是光学窗口片折射率的2-3倍。

进一步地，介质超表面反射镜为无损耗介质材料。

进一步地，介质超表面反射镜的反射率在80％-90％之间，反射带宽为谐振波长的0.25倍。

进一步地，介质超表面反射镜的反射率能使光学谐振腔满足临界匹配条件。