突破偏振LED能量损耗瓶颈：基于扭曲光栅超表面的高效集成光源

《Advanced Optical Materials》：Breaking 50% Energy Loss Barrier in Polarized LEDs via Twisted Grating Metasurface Integration

来自研究团队通过集成扭曲光栅超表面（TGM），开发出新型GaN基偏振发光二极管（LED），成功突破传统偏振光源超过50%的能量损耗限制。实验显示该器件使TM偏振光的光致发光（PL）和电致发光（EL）强度分别提升1.24和1.34倍，偏振消光比（PER）最高达4.78dB，为先进光子技术提供了可集成的高效偏振光源解决方案。

　　

研究团队通过将扭曲光栅超表面（Twisted Grating Metasurface, TGM）与氮化镓（GaN）基发光二极管（LED）集成，成功突破了偏振光源中超过50%的能量损耗屏障。该光学偏振器在465纳米波长处使TM偏振光的透射率提升至无图案GaN LED的1.22倍，偏振消光比（Polarization Extinction Ratio, PER）达到7.5分贝（dB）。其核心机制源于TGM强烈的非对称偏振旋转效应：能将部分TE模转化为TM模，同时保持TM模的高透射率并最小化向TE通道的转换。

实验验证显示，集成TGM的LED器件在光致发光（Photoluminescence, PL）和电致发光（Electroluminescence, EL）测试中，TM偏振光强度分别提升至1.24倍和1.34倍，超出模拟预测——这得益于珀塞尔效应（Purcell effect）的额外增强作用。该器件最终实现PL模式4.78dB和EL模式3.75dB的PER值，显著优于传统偏振LED方案。这项突破为新一代显示与通信技术提供了高效率、可集成偏振光源的创新路径。