登录
 机构网站
  1. 首页
  2. 情报产品
  3. 快讯详情

《探索 | 片上偏振探测系统助力光通信与仿生视觉》

  • 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：2025-04-09

  • 在数字化浪潮席卷全球的当下，光通信和人工视觉技术正以前所未有的速度发展，推动着从通信到医疗、从安全监控到自动驾驶等众多领域的变革。然而，传统偏振光检测技术存在的固有缺陷——体积庞大、制造复杂以及成本高昂——已成为制约相关领域技术迭代的核心瓶颈。

    近日，中国科学院长春光机所特种发光科学与技术全国重点实验室黎大兵研究员、李绍娟研究员团队提出一种突破材料各向异性限制的全新策略，成功开发了一种基于全二维材料的片上偏振敏探测系统，在红外波段实现了超过60的各向异性光电流比，达到实用化应用需求，并展示了其在光通信与仿生视觉等领域的广阔应用前景，为长期以来高集成度、高性能、多功能光电系统的研发需求提供了一条极具潜力的技术路径。

    相关成果以标题为“Versatile on-chip polarization-sensitive detection system for

    optical communication and artificial vision”发表于Light:

    Science & Applications。

    图1：a.传统的偏振探测技术；b.现有的二维材料基偏振光探测器的概述及其局限性；c.偏振探测系统的示意图及应用展示

    图2：基于偏振探测系统的红外偏振通信、偏振成像与识别的概念验证应用

  • 原文来源：https://www.nature.com/articles/s41377-025-01744-x
166浏览量
原文链接
相关报告

  • 《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。
    38浏览量
    原文链接

  • 《探索 | 片上激光雷达系统技术突破的重要研究》
    • 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：2022-03-16
    • 三维传感器能像人眼一样感知周围环境并从中获取三维信息。激光雷达(LiDAR)作为一种新型技术，利用激光物理特性，可实现对目标物体进行长距离高精度的实时测量，近年来被广泛应用于自动驾驶、虚拟现实(VR)、无人机、地图测绘、消费电子产品等领域。激光雷达三维传感器的集成化和小型化是其未来的发展趋势。如何研制与开发出高度小型集成化的激光雷达系统，同时兼顾作为三维传感器的优异效果，始终是一个重大挑战，特别是如何在片上实现大视场、高分辨率的激光雷达目前还鲜有方案分析与报导。 近日，清华大学深圳国际研究生院、清华-伯克利深圳学院付红岩副教授受《自然》（Nature）邀请，针对片上激光雷达成像系统发表了重要分析与评述。该文章总结、讨论了目前用于片上激光雷达系统的关键技术，包括课题组近期提出的高速色散扫描方案，并特别针对片上集成的焦平面开关阵列技术，结合未来消费电子、智能城市对于激光雷达系统性能的重要需求，全方面分析讨论了系统的性能与表现，并提出了该技术领域的未来发展方向。 该文章主要对比分析了目前两种用于片上激光雷达的集成波束调控器件，光学相控阵和焦平面开关阵列。文章分析了光学相控阵列的工作机理，并指出了导致其难以大规模密集集成在单颗芯片上的原因。相比之下，焦平面开关阵列使用一个类似相机的光学系统，将目标物所在视场内的每个角度映射到成像透镜后焦平面的每像素上。基于焦平面开关阵列无需单独控制每个像素的相位，而是使用开关来控制每个像素的开合这一特性，文章提出该方案可在单个芯片上实现集成大阵列天线的可能性。文章进一步评论了美国加州伯克利大学Ming C. Wu课题组发表于同期《自然》（Nature）的基于MEMS的大规模焦平面开关阵列激光雷达系统的工作，对其进行了总结和评价。文章积极肯定了128*128像素的天线阵列安装在一个只有指尖大小的芯片上这一重大成果，同时强调了该激光雷达系统的70°×70°的大视场角和16,384的高成像像素的优异性能。除此之外，文章提出受益于MEMS硅光开关控制天线的快速响应时间与微小尺寸，该系统可具有0.6°的双向寻址分辨率、0.05°的光束发散角和亚兆赫兹的操作速度的随机寻址光束转向等出众性能。系统结合了调频连续波测距方法，可以实现距离分辨率为1.7cm的3D成像。文章还结合实际应用场景提出了焦平面开关阵列集成激光雷达系统横向分辨率不足的问题，并给出了通过缩小光学开关尺寸来提升性能的解决方案。最后，文章评价焦平面开关阵列可以在互补金属氧化物半导体(CMOS)代工厂大规模生产，具有很大潜力，尤其在百万像素三维激光雷达和光通信等应用前景广阔。
    699浏览量
    原文链接