基于超表面吸收器集成声子晶体振荡器的室温中红外探测
光学
2025-07-10 v2 应用物理
摘要
中红外（MIR）探测器在化学传感、光谱学、通信、生物医学诊断和太空探索等领域有广泛应用。与半导体MIR光电二极管和测辐射热计相比，基于机械谐振器的MIR探测器在室温下具有更高的灵敏度和更低的噪声，尤其适用于更长波长的红外探测。在这里，我们展示了基于氮化锂表面声波声子晶体（PnC）谐振器与波长和偏振选择性超表面吸收器阵列集成的无冷却室温MIR探测器。探测基于MIR吸收引起的局部温度变化导致的谐振频率偏移。PnC谐振器配置为振荡模式，实现主动读出和低频噪声。与基于悬膜机械谐振器的探测器相比，我们的非悬浮式、全支撑PnC谐振器具有更低的噪声、更快的热响应以及更强的制造和实际应用鲁棒性。我们的1 GHz振荡器基MIR探测器在50微秒积分时间下显示出5.24×10⁻¹⁰ Hz⁻¹/²的相对频率偏差，在输入6微米MIR光以1.8 kHz调制时，导致入射噪声等效功率为197 pW/√Hz，并具有107的大入射MIR功率动态范围。我们的器件架构兼容可扩展制造工艺，并且可以通过定制超表面吸收器的吸收波长轻松扩展到更宽的光谱范围。
引用
@article{arxiv.2503.12259,
title = {Room-temperature mid-infrared detection using metasurface-absorber-integrated phononic crystal oscillator},
author = {Zichen Xi and Zengyu Cen and Dongyao Wang and Joseph G. Thomas and Bernadeta R. Srijanto and Ivan I. Kravchenko and Jiawei Zuo and Honghu Liu and Jun Ji and Yizheng Zhu and Yu Yao and Linbo Shao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.12259},
year = {2025}
}