基于TiO2超表面的全斯托克斯光探测器

《Advanced Materials Technologies》：Full-Stokes Photodetector Based on TiO2 Metasurface

基于二氧化钛超表面的全斯托克斯光电探测器通过集成四像素结构与纳米线栅和手性超表面，实现了780nm波长下任意极化态的高精度检测（平均误差13.8%-19.4%），圆偏振度达18%，为CMOS兼容可见光至近红外系统提供新方案。

　　

摘要

偏振检测在目标识别、遥感和生物医学等多种应用领域中发挥着关键作用。全斯托克斯（Full-Stokes）检测是对光偏振状态最全面的表征方法。虽然基于金属超表面的全斯托克斯光电探测器已被广泛研究，但其性能受到金属材料固有吸收损耗的限制。二氧化钛（TiO₂）因其高折射率和低吸收损耗的优异组合而成为一种有前景的超表面材料。本研究介绍了一种基于TiO₂超表面的高性能全斯托克斯光电探测器。通过使用结合TiO₂纳米线光栅和手性超表面的四像素集成结构，成功测量了任意输入偏振状态下的偏振依赖性传输特性。实验结果显示，在780纳米波长下实现了全斯托克斯检测，圆二色性（CD）约为18%。重建的全斯托克斯参数与理论值吻合良好，适用于各种线偏振、椭圆偏振和圆偏振状态，S₁、S₂和S₃的平均测量误差分别为13.8%、19.4%和17.9%。该设计为可见光至近红外波长范围内的紧凑型、与互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容的系统提供了集成全斯托克斯检测的可行方案。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。