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《近红外圆偏振光检测》

  • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
  • 编译者： husisi
  • 发布时间：2021-02-03

  • 得益于手性识别过程，手性分子在生命体系和药物研发等领域都具有重要意义。相对来说，手性分子在电子器件等领域的应用较少。这主要是因为通常中心手性的引入对整个半导体分子的电子跃迁等影响较小，而反过来具有轴手性的螺烯分子一般又不具备好的半导体性质。因此，基于手性有机分子制备的半导体器件，必须在分子水平上进行合理的设计。
    近年来，圆偏振光 (Circular Polarized Light, CPL) 因在有机发光二极管、3D显示、信息存储与处理、自旋信息通信、生物检测及探针等领域具有巨大应用前景而得到广泛关注。对CPL的灵敏检测是实现这些应用的基础，而目前CPL的检测主要是基于偏振片，因此发展基于OFET器件进行CPL检测具有重要意义。
    最近，厦门大学化学化工学院张慧君、林建斌副教授与首尔大学的Oh Joon Hak教授合作，报道了基于苝酰亚胺（PDI）双螺烯活性层的OFET器件可实现近红外区CPL的有效检测（图1）。

    图1. 基于PDI双螺烯活性层的OFET器件实现近红外区CPL检测
    为了同时实现高效CPL响应与好的半导体性能，受王朝晖教授课题组早期工作（Chem. Eur. J., 2014, 20, 5209-5213.）启发，以及基于张慧君和林建斌副教授前期在PDI衍生化方面的系列工作（Org. Lett., 2016, 18, 5908-5911; Org. Lett., 2017, 19, 5438-5441; Org. Lett., 2018, 20 , 6117-6120. Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 15273-15277. J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 3712-3717. Chem. Sci., 2020, 11, 1503-1509.），他们通过骨架整合的策略设计并基于铑催化碳-氢功能化反应高效合成手性PDI双-[7]杂螺旋烯（3a）：3a内侧的平面PDI骨架有利于载流子的高效传输，而外侧的螺烯结构则有利于对圆偏振光的高效响应，从而统一了CPL响应和半导体性能这两个表面矛盾。此外，π体系的延伸及特殊的Donor-Accepter骨架使基于该分子制备的光电器件表现出近红外吸收与双极性电荷传输的特性。以该分子为活性层制备的半导体在光照条件下具有高的光响应性，以及较高的外部量子效率（89％）。同时器件的重复性、稳定性等方面也表现优异。多种特性使该手性有机半导体分子首次实现了在近红外光谱范围的高性能CPL检测。

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  • 《前沿 | 高效线偏振LED光源，助力机器视觉偏振检测》
    • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者：胡思思
    • 发布时间：2025-10-15
    • 在机器视觉检测领域，经常会遇到检测对象物体表面发出杂乱的眩光（如抛光金属表面、塑料、晶片等），严重影响成像质量，降低机器视觉检测特征的对比度。偏振光可消除反光干扰、增强特征对比度等，在工业检测、透明物体识别及自动驾驶等领域具有重要应用价值。例如在?工业缺陷检测领域，通过偏振滤光消除铝塑膜反光，实现药片包装检测；也可通过偏振成像用于识别锂电池表面划痕、分析晶圆的应力分布等。偏振光还可提高在?恶劣环境的感知功能，例如在自动驾驶雨天识别方面，偏振光可穿透挡风玻璃水膜反光，提高障碍物检测距离；在水下机器人视觉方面，通过滤除水面眩光，可有效提高浑浊水体目标识别准确率。 图 偏振光在材料应力分析、水下成像、自动驾驶雨天识别感知等领域应用（图片源于网络） 偏振光获取 氮化镓（GaN）基LED光源在固态照明、显示技术和光通信领域应用广泛，但传统c面蓝宝石衬底上的GaN基LED发射非偏振光，限制了其在机器视觉、AR/VR显示和医疗成像等需高线性偏振光的场景中的应用。传统获取线偏振LED光一般是在前端叠加偏振片或者偏振薄膜，增大器件体积的同时至少损失50%的能量。采用非极性衬底、光子晶体等方法获取偏振LED存在制备复杂、偏振消光比（ER）低或光提取效率不足等问题。因此，开发一种能够高效产生线性偏振光且易于制备的技术方案，具有重要的科学研究价值和广阔的应用前景。 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所徐科研究员团队王淼博士基于非对称双层超表面协同设计，通过偏振选择-回收-转换机理协同机制，实现了高效率、高偏振度GaN基LED，并成功将该偏振LED应用于Micro-LED电极故障分析。 偏振LED器件设计与工作原理 本工作展示了一种基于双面非对称金属纳米光栅超表面的高效偏振GaN-LED，如图（1a）所示。顶部采用双金属纳米光栅（BMNG）结构（周期150 nm，Al/PMMA复合），通过法布里-珀罗（F-P）效应增强TM偏振光透射（>85%）和高消光比（ER>38 dB）；底部采用非对称金属纳米光栅（AMNG）结构（周期250 nm，Al材质），通过相位差π设计，实现半波片功能，将反射的TE偏振光转换为TM偏振光。该设计巧妙地通过“偏振选择-回收-转换协同”的机制，突破了传统偏振LED的光效率损失瓶颈，同时利用纳米压印技术降低了制备复杂度。 其核心优势包括： 1.高性能：兼具高偏振消光比（平均消光比21.62 dB）和显著提升的光提取效率，通过回收TE光，突破传统偏振LED≥50%的光损失瓶颈，且性能在±60°范围内保持稳定； 2.工艺简单：全部光栅结构均通过NIL技术制备，利于未来规模化生产，且具有普适性，适用于蓝光/红光LED及多参数光场调控； 3.应用验证与技术突破：偏振光源结合偏振成像在针对Micro-LED的故障分析（图4）中显著提升电极缺陷检测对比度，识别金属微裂纹与应力集中区域。 图（1a）双面非对称金属纳米光栅超表面的高效偏振GaN-LED截面图，（1b）偏振选择-回收-转换协同作用机理示意图；（2a）采用纳米压印制备的上表面偏振光栅结构SEM图，（2b）下表面蓝宝石光栅超表面结构SEM图；（3a）偏振检测原理图，（3b）电致发光光谱，（3c）不同结构出光效率对比结果，（3d）不同结构消光比对比结果 图（4a）Micro-LED芯片在非偏光照射下成像结果，（4b）芯片在偏振光照射下成像结果，（4c）芯片失效后电极在偏振光照射下的成像结果 研究人员表示，基于非对称双表面超表面协同设计，实现了高效率、高偏振度GaN 基LED，为Micro-LED故障分析、光通信和光子计算提供了新思路。未来可进一步优化量子阱层吸收损耗，探索多波段集成与动态偏振调控，推动偏振光源在智能显示与精密检测中的落地应用。
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  • 《半导体所在二维GeSe的偏振光学特性研究中获进展》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：姜山
    • 发布时间：2017-11-24
    • 光在传波过程中振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，偏振是光作为电磁波的重要特征之一。偏振光探测在线性偏光镜（LPL）、偏振遥感以及医疗诊断治疗等方面已展现出广泛的应用前景。目前，对可见波段的偏振检测研究已比较普及，而对其它特殊波段的偏振探测有待进一步探索。近日，中国科学院半导体研究所超晶格室研究员李京波、魏钟鸣，与天津大学教授胡文平合作，围绕二维GeSe材料在短波近红外波段（700-1100 nm）的偏振光探测取得新进展。 　　GeSe是一种典型的二元IV-VI硫族化合物，研究显示，GeSe是以高度各向异性的层状正交晶系方式结晶（空间群Pcmn- ，比黑磷的空间群Bmab- 对称性低）。此外，GeSe的带隙范围为1.1-1.2eV，使其适用的二向色性波段分布在1100nm波段以内（可见/短波近红外波段）。在靠近带边处，高态密度直接导致高吸收系数。鉴于上述特性，GeSe在面内各向异性等方面的独特性质有待研究，来实现其在可见/短波近红外波段光偏振探测方面的应用。 　　在此背景下，该研究团队利用GeSe材料高蒸气压的特点，采用真空气相沉积法，获得了高质量的GeSe层状单晶。通过XRD以及TEM表征，证实获得的二维GeSe纳米片具有很高的结晶度。同时，通过拉曼光谱、光吸收谱和光探测器件研究，系统分析了GeSe在晶格振动以及光学方面的各向异性（如图）。由于GeSe的几个典型的拉曼振动模的强度随着入射光和散射光的偏振方向以及样品的夹角而变化，拉曼光谱检测为GeSe晶向的确定提供了快速简便的方法。在光学方面，GeSe的各向异性体现在偏振度可分辨的光吸收谱和光电流谱等方面，在532nm激光波长下二向色性比为1.09，在638nm下为1.44，在808nm下为2.16，与吸收谱测试结果基本符合（对应的各向异性吸收比分别是1.09，1.26，3.02），这两种测试方法系统地确定了GeSe最佳的各向异性的光响应在808nm波长附近。结合理论计算的佐证，系统探测显示8-16nm厚度的GeSe有助于实现最优质的光探测结果。该研究成果显示出，二维GeSe在线偏振探测领域有潜在的应用价值。 　　相关研究成果近期发表在Journal of the American Chemical Society上。研究工作得到中国科学院和国家自然科学基金委员会的资助。
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