新的波长检测器可以改善数据通信

时间：2021-05-23 19:52:15 来源：

描绘了三种不同颜色的激光会聚在可以确定光波长的简单三层固态设备的金顶表面上。强光会产生“热”电子，这些电子具有足够的能量，可以穿过薄的绝缘体（灰色）进入下面的导电电极（红色）。足以阻止热电子电流的反向电压电平表示光的波长。创建这种结构的SLAC和斯坦福大学的科学家正确地解码了来自三种不同激光器的调制信号。王富明的图片

在一项新的研究中，SLAC和斯坦福大学的科学家详细介绍了一种新的三层固态器件，该器件可以直接识别入射到其上的光的波长。

SLAC和斯坦福大学的研究人员已经创建了一种新设备，它比一粒米还小，可以简化光学数据通信。它可以直接识别入射到其上的光的波长，并且应缩小到下一代计算机芯片上的多通道光学数据接收器所需的甚至更小的尺寸。

该设备来自两年前由斯坦福大学材料与能源科学研究所，SLAC /斯坦福大学联合研究所的研究员尼古拉斯·梅洛什（Nicholas Melosh）和研究生王复明进行的太阳能实验。当他们发现不同波长的光产生具有相应能量和电信号的电子时，他们正在测试分层的薄膜芯片如何从太阳的光和热中产生电子。

这一发现使他们开发了一种新版本的芯片，该芯片只有三个纳米级的层：两个金属电极（金和钛）夹在二氧化钛的绝缘层之间。Wang和Melosh在4月16日的《自然通讯》上报告了他们的研究结果。

“其他波长检测器要么取决于功率，要么必须与参考测量一起使用，要么使用棱镜或光栅来散射光，要么使用波长选择滤光片，这两种检测器在芯片上都会很麻烦，” Melosh说。“这是一个新现象。”

新设备对所有可见光以及部分红外光谱敏感。它最适合单色光，该单色光具有单个不同的波长，但也能够正确解码来自同时照射到设备上的三个不同颜色激光的三个重叠信号。

Melosh说，设计的关键部分是使顶部电极的厚度与光生“热”电子穿过该材料的距离相匹配，对于金，该距离为50纳米（十亿分之一米）。因此，大部分的热电子到达夹层的二氧化钛层，由于它们的高能量，它们可以通过。激光的波长是通过施加足以阻止热电子电流的反向电压来识别的。该电压仅取决于光的波长。光线的强度不会影响测量。

Melosh说，下一步是将非常小的像素（约100纳米见方）制成可以同时检测许多波长的阵列，并对材料进行调谐，以使它们在更宽的范围内以更高的灵敏度更有效地传输电子。波长，尤其是接近1,500纳米的商业电信波长。

出版物：Wang Fuming和Nicholas A. Melosh，“通过在金属-绝缘体-金属设备中热载流子收集来确定与功率无关的波长”，《自然通讯》第4期，文章编号：1711; doi：10.1038 / ncomms2728

图像：王福明

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