[發明專利]一種1550nm上轉換偏振光電探測及可視化成像裝置的制備方法

在審

• 申請號: 202210702441.0
• 申請日: 2022-06-21
• 公開（公告）號: CN115117255A
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 季亞楠;徐文;方國強;尚景雨;林翔;吳艷杰;劉森;吳金磊;董斌
• 申請（專利權）人: 大連民族大學
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/42;H01L51/46;G01J1/42
• 代理公司: 遼寧鴻文知識產權代理有限公司 21102
• 代理人: 許明章;王海波

本發明屬于一種偏振敏感的近紅外窄帶光電探測技術領域，具體涉及一種1550nm上轉換偏振光電探測及可視化成像裝置的制備方法，可用于對1550nm的偏振激光進行檢測。該裝置是基于MAPbI₃/有序?Au@Ag NRs/NaYF₄：(10?50)％Er³⁺復合結構的PDs。相比于隨機排列的MAPbI₃/無序?Au@Ag NRs/NaYF₄:(10?50)％Er³⁺復合結構的PDs，定向結構能夠對1550nm的極化光產生DOP為0.63的光電流響應，器件的比探測率D*～1.69×10¹⁰Jones，響應度R～0.32A/W。在裝置于偏振激發光中間放置模板后，該裝置可應用于對偏振激發光的成像中。

技術領域

本發明屬于一種偏振敏感的近紅外窄帶光電探測技術領域，具體涉及一種1550nm上轉換偏振光電探測及可視化成像裝置的制備方法。

背景技術

近紅外(NIR)光電探測器(PDs)是醫療、通信、軍事等各種光電系統中最基本、最重要的組成部分。偏振敏感的窄帶PDs能夠感知光的偏振狀態，并能夠在窄帶光譜中實現波長選擇探測，這在天文學、物體識別、偏振成像和遙感等眾多專業應用中引起了極大的興趣。通常情況下，偏振敏感的窄帶PDs需要集成多個濾波器和偏振器來裝備商用NIR寬帶光電探測器，如Si、InGaAs、InSb、HgCdTe等來實現[ACS Nano 2020,14,16634-16642,Nat.Commun.2021,12(1),6476,ACS Appl.Mater.Interfaces2020,12(13),15414-15421]。這種方法面臨著設備系統復雜、成本高、成像分辨率低等缺點。下一代探測系統的關鍵特征要求小型化、集成化和靈活性。為此，人們一直致力于尋找極化或窄帶敏感材料來構建探測器，如二維材料或鈣鈦礦。

稀土摻雜上轉換納米顆粒(UCNPs)因其4f電子構型，而具有NIR窄帶吸收特性，這使得他們具有NIR光子轉換的能力，如將808nm，980nm，和1550nm的光子通過anti-Stokes過程轉換成可見光子。目前，已經實現了基于UCNPs的NIR窄帶PDs(半峰寬約30-50nm)，比探測率D*＝～10^8-10Jones。例如，Liu等人報道了一種基于MAPbI₃和UCNPs的柔性NIR PDs，在980nm激光照射下，器件的光響應率及探測率分別為0.27AW^-1和7.6×10¹¹Jones[ACSApplied MaterialsInterfaces,9(22),19176-19183.]；Ko等人設計了MLA/Au NPs(150nm)-Au納米星(15nm)/UCNPs級聯放大結構用于1550nm的NIR檢測，得到了9.8A/W，8.22×10¹²Jones的窄帶NIR PDs[Advanced materials 34(5),e2106225.]。因此，UCNPs被認為是制備窄帶NIR PDs適合的光活性材料。然而，到目前為止基于UCNPs的偏振敏感的NIR窄帶PDs尚未被報道，尤其是用于1550nm波段的，這對光通信、軍事和工業成像至關重要。與量子尺寸效應和光場的介電約束導致的半導體材料偏振各向異性的大小或形態依賴不同，具有各向異性結構的UCNPs的光偏振特性幾乎不受幾何因素的影響，但也離不開晶體/配位結構的對稱性。只有少數論文在單個NaYF₄：Ln³⁺亞微米/微米棒中觀測到的UC極化各向異性，如Liu等人在單個UC納米棒中發現了極化敏感特性[Nano Lett.2020,20(6),4204-4210]。由于UCNPs的偏振對幾何因子不敏感，且難以在大規模UCNPs中實現優良的對準，因此，基于UCNPs實現可調UC光偏振檢測和成像仍然是一個重大挑戰。同時，UCNPs相對較低的UC發射效率和較高的泵浦閾值也限制了其檢測性能。

發明內容