一種基于二次諧波效應(yīng)增強(qiáng)的外爾半金屬非線性光電探測(cè)器

本發(fā)明涉及光電探測(cè)，具體涉及一種基于二次諧波效應(yīng)增強(qiáng)的外爾半金屬非線性光電探測(cè)器。

背景技術(shù)：

1、自石墨烯光電探測(cè)器成功制備以來，將半金屬材料用于高速、寬光譜光電探測(cè)器的可行性逐漸得到了確認(rèn)。其中外爾半金屬具有寬波段光吸收的能力和較大的吸收系數(shù)，同時(shí)在室溫下具有與石墨烯相當(dāng)?shù)妮d流子遷移率和少的熱致載流子等優(yōu)點(diǎn)，使外爾半金屬在室溫寬波段光電探測(cè)領(lǐng)域頗具優(yōu)勢(shì)。然而在兼顧響應(yīng)波段寬和響應(yīng)速度快的前提下，半金屬探測(cè)器在中遠(yuǎn)紅外響應(yīng)度低的技術(shù)瓶頸一直沒有得到解決，因此為便于外爾半金屬光電探測(cè)器更好地適用于各種應(yīng)用場(chǎng)景，有效提高外爾半金屬光電探測(cè)器的響應(yīng)度是十分有必要的。

2、相關(guān)研究表明，過渡金屬磷族化合物的外爾半金屬在室溫下的二階非線性極化率比傳統(tǒng)非線性晶體如znte高一個(gè)量級(jí)。這是因?yàn)榈谝活愅鉅柊虢饘賹儆?mm點(diǎn)群，不具有中心反演對(duì)稱性，其非線性光學(xué)響應(yīng)與外爾點(diǎn)處發(fā)散的貝里曲率相關(guān)，是絕大多數(shù)新奇非線性光學(xué)響應(yīng)的來源。同時(shí)根據(jù)晶體物理學(xué)，二階非線性光學(xué)效應(yīng)只能在非中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)的體系中存在，因此選用外爾半金屬的非中心對(duì)稱晶面作為光敏面(例如112面)，利用不同波長(zhǎng)下的角度相位匹配技術(shù)及二次諧波效應(yīng)，提高了光電探測(cè)器的響應(yīng)度。本發(fā)明制作的光電探測(cè)器在室溫寬波段光電探測(cè)領(lǐng)域頗具優(yōu)勢(shì)，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無需像基于石墨烯材料的光電探測(cè)器需要襯底，制作成本低，制得的光電器件具有良好重復(fù)性和穩(wěn)定性；同時(shí)能在外爾半金屬晶體中同時(shí)參與光-光相互作用和光電轉(zhuǎn)換，極大簡(jiǎn)化光電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并有望解決外爾半金屬光電探測(cè)器在紅外光區(qū)域響應(yīng)度低的難題，從而在光通信、光信息處理和光電子學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有外爾半金屬光電探測(cè)器在紅外光區(qū)域響應(yīng)度相對(duì)較低的問題，本發(fā)明提供一種基于二次諧波效應(yīng)增強(qiáng)的外爾半金屬非線性光電探測(cè)器。

2、采用外爾半金屬的非中心對(duì)稱晶面取代傳統(tǒng)的001晶面作為光敏面；利用相位匹配技術(shù)產(chǎn)生二次諧波，基于探測(cè)波長(zhǎng)，調(diào)整入射角度。所述光電探測(cè)器的外爾半金屬非中心對(duì)稱晶面上有光刻的叉指電極，外爾半金屬要與電極歐姆接觸，外接的電壓源、電流表需要與外爾半金屬連接成回路。

3、本發(fā)明的有益效果是：

4、基于外爾半金屬具有極高的二階非線性系數(shù)，利用相位匹配技術(shù)產(chǎn)生二次諧波(shg)，基于探測(cè)波長(zhǎng)，調(diào)整入射角度，直接將shg中的光-光相互作用直接轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，增大了光電轉(zhuǎn)換效率，進(jìn)而提高的響應(yīng)度可達(dá)30％-50％，同時(shí)具有更大的探測(cè)率，而且在外爾半金屬晶體中同時(shí)參與光-光相互作用和光電轉(zhuǎn)換，所以極大簡(jiǎn)化了光電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。外爾半金屬為零帶隙材料，探測(cè)光譜范圍廣，可實(shí)現(xiàn)不外加偏壓，在室溫和低溫均可工作，所以本發(fā)明制作的光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無需像基于石墨烯材料的光電探測(cè)器需要襯底，操作方便，制作成本低，制得的光電器件具有良好重復(fù)性和穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種基于二次諧波效應(yīng)增強(qiáng)的外爾半金屬非線性光電探測(cè)器，其特征在于：采用外爾半金屬的非中心對(duì)稱晶面(如112面)取代傳統(tǒng)的001晶面作為光敏面；基于二次諧波效應(yīng)，利用相位匹配技術(shù)，直接將shg中的光-光相互作用直接轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，提高了光電探測(cè)器的響應(yīng)度。所述光電探測(cè)器的外爾半金屬的非中心對(duì)稱晶面上有光刻的叉指電極，外爾半金屬要與電極歐姆接觸，外接的電壓源、電流表需要與外爾半金屬連接成回路。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二次諧波效應(yīng)增強(qiáng)的外爾半金屬非線性光電探測(cè)器，其特征在于，所述光電探測(cè)器是外爾半金屬的非中心對(duì)稱晶面作為光敏面。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二次諧波效應(yīng)增強(qiáng)的外爾半金屬非線性光電探測(cè)器，其特征在于，利用相位匹配技術(shù)產(chǎn)生二次諧波，基于探測(cè)波長(zhǎng)，調(diào)整入射角度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電探測(cè)器，其特征在于，所述外爾半金屬塊狀晶體包括但不限于nbas、taas、tap、nbp。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電探測(cè)器，其特征在于，所述叉指電極的材質(zhì)包括但不限于金、銀、銅、鉑或鎳。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電探測(cè)器，其特征在于，所述叉指電極的尺寸選用但不限于50μm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電探測(cè)器，其特征在于，所述外爾半金屬的非中心對(duì)稱晶面與所述電極形成歐姆接觸的兩個(gè)接觸面是平行的。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電探測(cè)器，其特征在于，所述電壓源施加的電壓值選用但不限于0v～10v。

9.根據(jù)權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述的光電探測(cè)器在光電探測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，其特征在于，所適用的溫度為室溫及低溫。

10.根據(jù)權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述的光電探測(cè)器在光電探測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，其特征在于，所適用的波段為紫外、可見、近紅外、中遠(yuǎn)紅外和太赫茲波段。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于光電探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種基于二次諧波效應(yīng)增強(qiáng)的外爾半金屬非線性光電探測(cè)器；即采用二階非線性系數(shù)(2000?4000pm/V)高的外爾半金屬塊狀晶體(TaAs、NbAs、TaP、NbP等)作為光敏介質(zhì)，利用相位匹配技術(shù)產(chǎn)生二次諧波(SHG)，基于探測(cè)波長(zhǎng)，調(diào)整入射角度，直接將SHG中的光?光相互作用直接轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。在外爾半金屬晶體中同時(shí)參與光?光相互作用和光電轉(zhuǎn)換，極大簡(jiǎn)化光電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并有望解決外爾半金屬光電探測(cè)器在紅外光區(qū)域響應(yīng)度低的難題，從而推動(dòng)其在光電領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：馬世會(huì),李新,邱海龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/31