表面等离激元增强型光电探测器研究进展

苏宛然， 冯 琳， 石林林， 张 叶， 王文艳， 李国辉， 冀 婷， 郝玉英， 崔艳霞

(太原理工大学 物理与光电工程学院， 山西 太原 030024)

1 引 言

作为最重要的光电器件之一，光电探测器在过去的几十年中引起了人们极大的研究兴趣。它可以吸收光子并将其转化为电信号，是目标探测、光视觉、红外遥感等广泛使用的核心元件[1]。但是，传统的平直型光电探测器仅能激发简单的腔共振模式，对线光的捕获能力较弱，一定程度上限制了光电探测器响应率等性能指标的进一步提高。表面等离激元共振理论的出现为这一问题的解决提供了有效途径。

1902年，罗切斯特大学Wood团队首次在金属光栅实验中观察到了异常衍射现象——在反射光谱中观察到一系列明暗条纹，这种异常现象被称为Wood异常[2]。1941年，芝加哥大学Fano团队经过研究发现Wood异常与金属和介质交界面处的电磁波共振有关[3]。1957年，田纳西大学Ritchie团队研究了电子在金属薄膜中传播的能量损失，并首次提出了表面等离激元概念[4]。在过去二十年里，表面等离激元共振现象激起了研究人员的热切关注。表面等离激元模式是由金属表面振荡电荷与入射光电磁场相互作用形成的电磁波。表面等离激元模式可以在多种金属纳米结构上得到激发，例如，金属纳米颗粒[5-7]、金属光栅[8-10]和金属棱镜[11-13]等，该共振具有亚波长约束、局域场增强和突破衍射极限等优良特性。

通过将表面等离激元模式与光电探测器有机地结合在一起，半导体层的光吸收可以被增强，这是表面等离激元模式在探测器方面的主要应用之一。……