1 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理与国家重点实验室，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
红外探测在生物医疗、智慧城市、宇宙探索等前沿领域中有着重要的作用。近年来，以二维材料为代表的新型纳尺度半导体并以此形成的具有颠覆性意义的光电探测技术在探测灵敏度、极低暗电流、高工作温度等指标超越了传统薄膜器件的理论极限，是新一代红外光电探测技术有力竞争者之一。文中以局域场调控实现室温高性能光电探测为出发点，介绍了铁电局域场、层间内建电场、面内内建电场调控二维材料光电探测机理与器件实现方法；进一步，针对二维材料其尺寸效应引起的光利用率低或量子效率低的问题，提出了单边异质结和表面等离子激元增强结构的光电性能增强方法；最后列举了二维半导体材料在红外探测器领域的应用探索，展现了新型二维半导体红外探测器的应用潜力与前景，为新一代红外探测器技术提供了新方法和新思路。
二维材料 红外探测器 局域场 SWaP3 two-dimensional materials infrared photodetector local electric field SWaP3 红外与激光工程
2021, 50(1): 20211017
1 兴义民族师范学院 物理与工程技术学院，贵州 兴义 562400
2 河池学院 物理与机电工程学院，广西 宜州 546300
3 广西大学 物理科学与工程技术学院，广西 南宁 530004
为研究与设计新型光波导和光学传感器，通过参数匹配，并利用平面波展开的传输矩阵理论及布洛赫定理，研究左右手材料光子晶体的能带结构、表面波局域电场分布等，结果表明：零平均折射率左右材料光子晶体能带中存在的半封闭状和封闭状禁带结构，且通带中的能级曲线由高频向低频方向振荡衰减并简并。添加表面覆盖层介质后，部分半封闭状及封闭状禁带中出现正向波和反向波分立能级，分立能级随覆盖层厚度增大向波矢减小方向移动，半封闭状禁带中的分立能级在覆盖层厚度达到一定数值时出现分裂现象。禁带中正向表面波局域电场极大值均处于覆盖层与光子晶体表面交界处附近，并随覆盖层厚度增大或远离交界处而衰减，封闭状禁带对应的局域电场极大值对覆盖层厚度的响应灵敏度弱于半封闭状禁带。禁带中的反向表面波局域电场及其极大值均处于光子晶体内部，而且随覆盖层厚度增大而增强，封闭状禁带对反向表面波的局域限制作用、表面波与入射光的耦合作用、局域电场对覆盖层厚度的响应灵敏度等强于半封闭状禁带。
光子晶体 零平均折射率 表面波 局域电场 传输矩阵 photonic crystal zero mean refractive index surface wave local electric field transmission matrix 红外与激光工程
2020, 49(9): 20200052
1 河池学院 物理与机电工程学院，宜州 546300
2 广西大学 物理科学与工程技术学院，南宁 530004
利用传输矩阵法研究复介质对光量子阱光传输特性的激活效应机制，结果表明复介质可有效激活光量子阱的光透射率和内部局域电场。无论组成光量子阱的介质是实介质还是复介质，光量子阱内部均存在局域电场，且局域电场均会产生频率量子化并在透射谱中出现分立的窄透射峰。在介质A中掺入激活性杂质的复介电常数虚部k为正时，光量子阱内部局域电场和分立窄透射峰的透射率均出现衰减现象，且随着k值增大内部局域电场单调衰减越来越明显，但光量子阱不同波长位置的局域电场对k值的响应灵敏度不同，其中光量子阱中心波长处对应的电场对k值响应最灵敏；当复介电常数的虚部k为负值时，光量子阱内部局域电场和分立窄透射峰的透射率均出现增益放大现象，随着负虚部|k|值增大，内部局域电场先增大至极大值随后衰减，但光量子阱不同波长位置的局域电场增益放大的极大值及其对应的|k|值大小不同，其中光量子阱短波方向局域电场对|k|值响应最灵敏，长波方向局域电场对|k|值响应灵敏度最低。研究复介质对光量子阱光传输特性的调制机制，对新型光学滤波器、光学放大器和光学全反射镜的理论研究与实际设计，以及光量子阱光传输特性的内在机制研究等，均具有积极的指导意义。
复介质光量子阱 激活 局域电场 透射谱 光学器件 complex-medium optical quantum well activation local electric field transmission spectrum optical device
