无需滤光的高灵敏圆偏振光探测

作为日本科学技术振兴机构基本研究项目PRESTO的一部分，桐荫横滨大学的特聘讲师Ayumi Ishii发明了一种光电二极管。这种二极管使用了一种由含有机手性分子的铅基钙钛矿化合物制备的晶体薄膜，无需滤光片即可探测圆偏振光。

图1 左：偏振成像；右：传统偏振成像传感器（Ayumi Ishii供图）

检测光线的“偏振”（即光场的震荡），能够可视化物体表面的损伤、异物和扭曲形变；检测“圆偏振光”（即光场的旋转），可以确定物体的应力强度和分布。用于相机和传感器中的传统光电二极管，无法直接检测光场的偏振，只能在器件前增加各种滤光片，以分离偏振光，而滤光则将造成灵敏度和分辨率损失。其中又属圆偏振光的探测最为困难。因此，开发一种无需滤光的圆偏振光传感器一直是人们的梦想。

在此项研究中，Ishii博士制备了一种由铅基钙钛矿化合物和手性有机分子组成的有机-无机杂化手性结晶膜，这种手性结晶膜不能像人的左右手那样镜像重合。研究表明，这种杂化膜中含有螺旋一维链结构，根据螺旋方向不同，可对左旋或右旋圆偏振光进行选择性吸收。由这种一维手性晶体薄膜制备的光电二极管，在不添加滤光片的情况下成功检测出了圆偏振光的偏振方向，且左右旋圆偏振光探测的灵敏度比现有无滤光片圆偏振光探测技术的灵敏度记录高至少25倍。

这种无需滤光的直接圆偏振光探测技术，将使光电探测器灵敏度更高、体积更小。未来有望成为一种全新的传感技术，获取以前无法探测的物体表面信息、压力信息。