[发明专利]一种量子阱红外圆偏振探测器

摘要

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。

主权项

1.一种量子阱红外圆偏振探测器，其特征在于：所述的探测器结构为：在金属反射镜(1)上依次有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)中；大周期金属光栅(3)与小周期亚波长金属光栅(4)之间间距为s1，数值不大于探测入射光在对工作波段透明的介质层(6)中的等效波长；小周期亚波长金属光栅(4)与二维金属超表面(5)之间间距为s₂，形成圆偏振光的选择转换腔，根据法布里‑珀罗共振条件，s₂的数值与探测入射光波长成正比；所述的金属反射镜(1)是一层厚度为h₁的完整的金属反射层，其厚度h₁不小于以微米为单位的探测波长的平方根的0.0096倍，其材质包括但不限于高导电性的金或者银或者铝或者铜或其合金；所述的量子阱红外光电转换激活层(2)为单层或者多层半导体量子阱光电转换功能材料，其成分包括但不限于GaAs/AlGaAs或InGaAs/InAlAs/InP或InGaAs/GaAs，其厚度h2不大于探测入射光在该层的等效波长的二分之；所述的大周期金属光栅(3)是指周期为p₁，栅条宽度为w₁，高度为h₃的一维周期排列的金属光栅，其材质包括但不限于高导电率的金或者银或者铝或者铜或其合金，栅条宽度w₁的数值为探测波长的十分之一到十分之十，周期p₁的数值为探测波长的十分之一到十分之三十，厚度h₃不小于以微米为单位的探测波长的平方根的0.0096倍；所述的小周期亚波长金属光栅(4)是指周期为p₂，栅条宽度为w₂，高度为h₄的一维周期排列的金属光栅，材质包括但不限于高导电率的金或者银或者铝或者铜或其合金；小周期亚波长金属光栅(4)的周期p₂不大于探测入射光在所嵌埋对工作波段透明的介质层(6)中的等效波长，栅条宽度w₂与周期p₂之比在0.2‑0.8之间，厚度h₄不小于以微米为单位的探测波长的平方根的0.0096倍；所述的二维金属超表面(5)是指具有圆偏转化特性的超材料，以周期为p₃的二维S形阵列为例，其材质包括但不限于高导电率的金或者银或者铝或者铜或其合金；各单元由三段长为ls线条和两个内径为hs的半圆弧组成S形，线条和半圆弧的宽均为ws，高度均为h₅；各单元S形相较x轴方向旋转角度为θ；二维S形阵列(5)的周期p₃的数值是大周期金属光栅(3)周期p₁的1/n，n为整数，且二维S形阵列(5)的周期p₃的数值为探测入射光在对工作波段透明的介质层(6)中等效波长的三分之一到二分之一；二维S形阵列(5)中各单元相较x轴旋转一定角度，优选的θ＝45°，ls与hs不大于周期p₃的十六分之三，线条宽度ws不大于hs的二分之一，高度h₅不小于以微米为单位的探测波长的平方根的0.0096倍。