由电压门控超表面光阴极和场辅助电子倍增效应实现的宽带红外到可见光探测器

《ACS Photonics》：Broadband Infrared-To-Visible Detector Enabled by a Voltage-Gated Metasurface Photocathode with Field-Assisted Electron Multiplication

提出基于表面等离子体共振的多波长光电转换平台，通过电压调谐阴极偏置实现波长选择性转换，总效率达11.7%（9.7μm）、8.2%（2.2μm）、4.7%（655nm），输出集中于545nm，适用于红外夜视、生物医学成像和多光谱传感。

　　

本文克服了传统光检测系统的光谱限制（这些系统通常在较窄的带宽内工作），提出了一种光电平台，该平台实现了高效的多波长光子-电子-光子光谱转换，总能量转换效率分别约为11.7%（9.7 μm）、8.2%（2.2 μm）和4.7%（655 nm），所有输入信号最终转化为中心波长约为545 nm的清晰光信号。该设备采用精密设计的超表面光阴极，利用表面等离子体共振（SPR）在低功率光激发下诱导电子局域化积累。关键在于，通过电压控制光阴极的偏压，系统可以建立不同的光谱选择性窗口，从而通过简单的电调谐实现波长的选择性最优转换。这种方法通过调整V_MN偏压（超过约281 V）可以在纯光激发和场发射模式之间灵活切换。在全真空封装的原型中，发现在亚毫瓦红外光照下，光电流相对于暗电流（<10 nA）增强了两个数量级以上，测量条件为：V_MN：0–400 V，V_MCP：1600 V，V_FM：5900 V。总体而言，这种架构构建了一个多功能、可调节电压的光谱转换平台，超越了传统的单带增强方法，为紧凑型红外夜视、先进的生物医学成像和低成本的多光谱传感技术开辟了新的途径。