北航团队单片集成超灵敏圆偏振探测器 引领偏振检测仪器小型化革命

偏振检测仪器的小型化、高精度升级需求，正成为光子学与仪器设备领域的核心攻关方向。近日，杭州北航国际创新研究院（学院）自旋芯片与技术全国重点实验室联合深圳大学纳米光子学研究中心，在国际顶级光子学期刊发表重磅研究成果。

团队创新性采用单片集成技术，成功研发出超灵敏圆偏振光探测器，一举攻克传统偏振检测装置体积庞大、灵敏度不足、结构复杂等行业痛点，为偏振检测仪器的集成化、便携化发展提供了核心技术支撑，有望推动量子光学检测、光学加密设备、生物传感仪器等多个领域的装备升级。

在仪器设备领域，圆偏振光探测器是生物医学成像仪、高速光学通信设备、量子信息处理装置等高端装备的核心组件，尤其是能同步检测左旋、右旋及线性偏振光的全斯托克斯偏振探测器，更是当前行业研发的重点方向。但长期以来，传统半导体探测器存在先天短板——自身不具备偏振区分能力，必须搭配四分之一波片、偏振片等分立光学元件才能工作。这种“探测器+外部光学元件”的组合模式，不仅会造成入射信号衰减，直接降低检测灵敏度，还会导致整机体积偏大、制造成本居高不下、调试维护复杂等问题，严重制约了偏振检测仪器向小型化、便携化、低成本化转型。因此，实现偏振功能器件与探测器的片上集成，成为突破行业技术瓶颈的关键路径。

行业痛点：传统偏振检测装置制约装备小型化转型

在仪器设备领域，圆偏振光探测器是生物医学成像仪、高速光学通信设备、量子信息处理装置等高端装备的核心组件，尤其是能同步检测左旋、右旋及线性偏振光的全斯托克斯偏振探测器，更是当前行业研发的重点方向。

但长期以来，传统半导体探测器存在先天短板——自身不具备偏振区分能力，必须搭配四分之一波片、偏振片等分立光学元件才能工作。这种“探测器+外部光学元件”的组合模式，不仅会造成入射信号衰减，直接降低检测灵敏度，还会导致整机体积偏大、制造成本居高不下、调试维护复杂等问题，严重制约了偏振检测仪器向小型化、便携化、低成本化转型。因此，实现偏振功能器件与探测器的片上集成，成为突破行业技术瓶颈的关键路径。

针对二维材料二碲化钼（MoTe₂）虽具备可调谐能带结构、强光-物质相互作用等优异光电特性，但晶体结构各向同性导致偏振辨别能力缺失的问题，团队针对性设计了双沟道器件结构。两个检测沟道宽度均精准控制为10μm，间距设定为100μm，与液晶双焦点透镜的焦点距离完全匹配，实现了“偏振分光-光电探测”的高效协同，从结构上保障了集成器件的检测性能。

从仪器核心性能指标来看，该集成探测器展现出卓越的应用潜力：整体偏振各向异性因子高达0.49，在1064 nm光照条件下，单通道响应度达到120 A/W，探测率达4.35×10¹¹ Jones，响应时间约120ms，各项核心指标均处于行业领先水平。尤为值得关注的是，其gIph值（偏振检测关键参数）达到0.49，较传统基于手性材料的圆偏振探测器件高出一个数量级，且经稳定性测试验证，可在长时间工作状态下保持性能稳定，综合性能优于当前已报道的同类器件。更关键的是，该器件采用功能模块解耦设计，无需搭配复杂分立光学元件，大幅简化了偏振检测仪器的整机结构，为后续装备的小型化集成提供了核心优势。

核心创新：单片集成体系实现偏振检测一体化

本次研究的核心创新点，在于构建了“液晶双焦点透镜（LCBL）+二维材料二碲化钼（MoTe₂）双沟道光电探测器”的单片集成体系，从结构设计上实现了偏振检测功能的一体化。

从材料与元件选型来看，液晶兼具晶体的光电各向异性与液体的流动性，基于其制成的偏振透镜理论衍射效率可达100%，是理想的微型偏振功能元件；团队通过几何相位全息技术优化设计的双焦点液晶透镜，成功实现对左旋、右旋圆偏振光的空间分离聚焦，在1064 nm入射光波长下，分光比高达94%，为精准偏振检测奠定了基础。

结构适配：双沟道设计保障“分光-探测”高效协同

针对二维材料二碲化钼（MoTe₂）虽具备可调谐能带结构、强光-物质相互作用等优异光电特性，但晶体结构各向同性导致偏振辨别能力缺失的问题，团队针对性设计了双沟道器件结构。

两个检测沟道宽度均精准控制为10μm，间距设定为100μm，与液晶双焦点透镜的焦点距离完全匹配，实现了“偏振分光-光电探测”的高效协同，从结构上保障了集成器件的检测性能。

综上，北航团队联合深圳大学团队研发的单片集成超灵敏圆偏振探测器，通过“液晶双焦点透镜+双沟道MoTe₂探测器”的创新架构，成功攻克了传统偏振检测装置的诸多痛点。其在核心性能指标上的领先优势、无需分立光学元件的紧凑设计，以及优异的稳定性，不仅为偏振检测仪器的小型化、集成化发展提供了核心技术方案，更将有力推动量子光学检测、生物传感、光学加密等领域高端装备的升级迭代，加速相关产业的技术革新与产业化进程。