近日，我院吴丹副教授团队与合作单位在O波段偏振敏感型近红外光电探测器领域取得新进展。相关研究结果以“Energy-flux-weighted absorption designed metallic gratings enable polarization-sensitive perovskite photodiodes at the O-band wavelength”为题发表在国际知名学术期刊Advanced Optical Materials上。吴丹副教授为本文第一作者及通讯作者，我院2023级光源与照明专业本科生陈昕妍为共同第一作者，深圳技术大学为论文第一完成单位和通讯作者单位。
偏振敏感光电探测器在光通信、生物医学成像和遥感等领域具有重要价值，可从光的偏振态中提取折射率各向异性和表面形貌等信息。O波段（1260–1360 nm）是现代光纤通信的重要光谱窗口，在短距光互连、大容量相干传输等场景中具有重要应用价值。金属卤化物钙钛矿因具有高吸收系数、可调带隙和长载流子寿命等优点而成为光电探测领域的热门材料。然而现有钙钛矿偏振探测策略多依赖于晶体生长调控，但存在机制复杂、组成与相纯度难以精确控制等问题。同时，传统金属光栅偏振探测器多基于表面等离激元近场增强，而等离激元近场穿透深度有限，在多层P-I-N型光电二极管中难以有效作用于内部的钙钛矿有源层，且通常器件的暗电流较高。
针对上述挑战，研究团队提出能流密度加权吸收（EFWA）逆向算法设计的亚波长金属光栅（SWMGs），实现了O波段波长下具有高偏振灵敏度的钙钛矿二极管型光电探测器。该设计利用薄金属银平面层的隧穿透光与顶部金属银光栅层的衍射耦合有效局域光场，并在偏振光入射下最大化钙钛矿有源层内的光吸收，从而实现对正交偏振态的明显区分。优化结构在1310 nm处实现了16.14%的横电（TE）偏振吸收，与平面结构相比增强了6.86倍。
图1（a）器件三维结构及工作原理示意图（b）平面器件与SWMGs钙钛矿光电二极管有源层对应TE和TM偏振下吸收光谱、1310 nm光场分布
依据理论设计结果，最终制备的光电探测器件（ITO/ZnMgO/钙钛矿/TFB/Ag/Ag光栅）在1310 nm处表现出2.31的偏振各向异性比，该波长是目前钙钛矿偏振敏感光电探测器报道的最长工作波长。器件的响应度为2.14×10−2mA W−1，探测率为1.02×107Jones，光响应时间为3.42 ms（上升）和5.59 ms（下降）。与已报道的钙钛矿偏振敏感光电探测器多依赖材料本征各向异性的复杂调控不同，该工作通过光子光栅工程实现偏振响应，将探测波长进一步拓展至O波段，并保持可靠的偏振各向异性比。该研究为短波红外波段钙钛矿光电二极管的偏振探测性能提升提供了新的设计思路。
本研究得到广东省基础研究重大项目（No. 2025B0303000002）、国家自然科学基金（No. 62475171、12304468）、广东省基础与应用基础研究基金（No. 2025A1515011655）、广东省特支计划青年拔尖人才（No. 2024TQ08X142）和深圳市科技计划（JCYJ20250604144959048）等项目的资助。
全文链接：https://doi.org/10.1002/adom.71742
