等离子体技术促进多光谱光电探测器的响应速度

近日,据从杜克大学官网得到消息,该校研究人员设计了频率可调的陷光等离子体激元,以加速热释电传感器的响应速度,从而有效地创建了一种重量轻、灵敏度高的多光谱光电探测器。

  近日,据从杜克大学官网得到消息,该校研究人员设计了频率可调的陷光等离子体激元,以加速热释电传感器的响应速度,从而有效地创建了一种重量轻、灵敏度高的多光谱光电探测器。

  研究人员指出,商用光电探测器以前已经采用热释电材料进行了设计,但是它们无法集中在特定的电磁频率上,而产生足够电信号所需的厚层热释电材料导致它们以非常慢的速度工作。因此,通过将它们与最先进的等离激元技术相结合,研究人员已经能够制造出速度惊人的探测器,该检测器还可以感应入射光的频率。

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多光谱光电探测器由三层构成。在金薄层上的银纳米立方体的大小和间距决定了它们吸收的频率,从而使其发热。然后,氮化铝薄层将热量转换为电信号,该电信号被底部的一层硅半导体层吸收并承载。图片由杜克大学乔恩·斯图尔特(Jon Stewart)提供。

  等离子体探测器由纳米尺寸的银立方体组成,银立方体与金基底层的距离决定了频率,通过纳米颗粒的分布调谐吸收的光的数量。通过精确地调整纳米颗粒的大小和间距,研究人员可以使系统对他们想要的任何电磁频率做出响应,从660nm到2000nm。

  更重要的是,等离子体层吸收了大量的能量,产生的热量足以被作为热电材料的氮化铝薄层快速探测到。根据研究人员的说法,以前在任何一种带片上滤波器的热像仪(无论是否使用热电材料)的探测时间记录都是337微秒。基于等离子技术的新方法仅在700ps内就发出了信号,速度大约快了500,000倍。

  在《自然》杂志上发表的一篇题为“带片上光谱滤光片的超快热释电光电探测”的论文中,研究人员预计可以实现6ps的上升时间,部分时间与半导体光电二极管的上升时间相同。

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高光谱相机传感器的不同像素被调整到特定的光频率,以检测农作物田地的各种需求。

  利用这项技术,作者展示了四种适合750到1900纳米波长的光探测器。为波长特定的高光谱相机创建大面积、廉价的千兆赫兹热释电探测器,只需要将一个由微小的、单独的探测器组成的网格,每个探测器都调谐到不同的光频率,形成一个更大的“超级混合体”。

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