[发明专利]一种1550nm上转换偏振光电探测及可视化成像装置的制备方法

说明书

本发明属于一种偏振敏感的近红外窄带光电探测技术领域，具体涉及一种1550nm上转换偏振光电探测及可视化成像装置的制备方法，可用于对1550nm的偏振激光进行检测。该装置是基于MAPbI₃/有序‑Au@Ag NRs/NaYF₄：(10‑50)％Er³⁺复合结构的PDs。相比于随机排列的MAPbI₃/无序‑Au@Ag NRs/NaYF₄:(10‑50)％Er³⁺复合结构的PDs，定向结构能够对1550nm的极化光产生DOP为0.63的光电流响应，器件的比探测率D*～1.69×10¹⁰Jones，响应度R～0.32A/W。在装置于偏振激发光中间放置模板后，该装置可应用于对偏振激发光的成像中。

技术领域

本发明属于一种偏振敏感的近红外窄带光电探测技术领域，具体涉及一种1550nm上转换偏振光电探测及可视化成像装置的制备方法。

背景技术

近红外(NIR)光电探测器(PDs)是医疗、通信、军事等各种光电系统中最基本、最重要的组成部分。偏振敏感的窄带PDs能够感知光的偏振状态，并能够在窄带光谱中实现波长选择探测，这在天文学、物体识别、偏振成像和遥感等众多专业应用中引起了极大的兴趣。通常情况下，偏振敏感的窄带PDs需要集成多个滤波器和偏振器来装备商用NIR宽带光电探测器，如Si、InGaAs、InSb、HgCdTe等来实现[ACS Nano 2020,14,16634-16642,Nat.Commun.2021,12(1),6476,ACS Appl.Mater.Interfaces2020,12(13),15414-15421]。这种方法面临着设备系统复杂、成本高、成像分辨率低等缺点。下一代探测系统的关键特征要求小型化、集成化和灵活性。为此，人们一直致力于寻找极化或窄带敏感材料来构建探测器，如二维材料或钙钛矿。

稀土掺杂上转换纳米颗粒(UCNPs)因其4f电子构型，而具有NIR窄带吸收特性，这使得他们具有NIR光子转换的能力，如将808nm，980nm，和1550nm的光子通过anti-Stokes过程转换成可见光子。目前，已经实现了基于UCNPs的NIR窄带PDs(半峰宽约30-50nm)，比探测率D*＝～10^8-10Jones。例如，Liu等人报道了一种基于MAPbI₃和UCNPs的柔性NIR PDs，在980nm激光照射下，器件的光响应率及探测率分别为0.27AW^-1和7.6×10¹¹Jones[ACSApplied MaterialsInterfaces,9(22),19176-19183.]；Ko等人设计了MLA/Au NPs(150nm)-Au纳米星(15nm)/UCNPs级联放大结构用于1550nm的NIR检测，得到了9.8A/W，8.22×10¹²Jones的窄带NIR PDs[Advanced materials 34(5),e2106225.]。因此，UCNPs被认为是制备窄带NIR PDs适合的光活性材料。然而，到目前为止基于UCNPs的偏振敏感的NIR窄带PDs尚未被报道，尤其是用于1550nm波段的，这对光通信、军事和工业成像至关重要。与量子尺寸效应和光场的介电约束导致的半导体材料偏振各向异性的大小或形态依赖不同，具有各向异性结构的UCNPs的光偏振特性几乎不受几何因素的影响，但也离不开晶体/配位结构的对称性。只有少数论文在单个NaYF₄：Ln³⁺亚微米/微米棒中观测到的UC极化各向异性，如Liu等人在单个UC纳米棒中发现了极化敏感特性[Nano Lett.2020,20(6),4204-4210]。由于UCNPs的偏振对几何因子不敏感，且难以在大规模UCNPs中实现优良的对准，因此，基于UCNPs实现可调UC光偏振检测和成像仍然是一个重大挑战。同时，UCNPs相对较低的UC发射效率和较高的泵浦阈值也限制了其检测性能。

发明内容