偏振与光的强度、波长和相位一起构成了光的基本物理属性，与传统的强度成像相比，偏振信息可显著增强目标识别系统的对比度与分辨率。近年来，基于芯片级的偏振探测器取得了显著进展，但其核心仍受限于四像素阵列或外部偏振器的复杂结构设计，且现有方案普遍面临两大技术瓶颈：其一，依赖表面等离子体或超表面的器件存在光谱响应范围受限问题；其二，基于低维各向异性材料的探测器难以同步解析线偏振角（AoLP）与线偏振度（DoLP）这两个关键偏振参数。如何通过器件架构创新实现宽谱域、高精度偏振态解耦，仍然是一项充满挑战的技术难题。
据麦姆斯咨询报道，近日，由中国科学院合肥研究院固体所纳米材料与器件技术研究部李亮研究员与华中科技大学翟天佑教授合作，在二维材料偏振光学信息处理领域取得了重要进展。研究团队成功构建了基于PdSe₂/MoS₂/PdSe₂范德华异质结的偏振敏感型光电探测器，首次实现了单一器件在宽谱域偏压可切换模式下对AoLP与DoLP的同步探测。这项研究以“Simultaneous AoLP and DoLP Detection in a Bias-Switchable PdSe2/MoS2/PdSe2 Heterojunction for Polarization Discrimination”为题发表在Advanced Materials期刊上。
针对难题，研究团队提出“扭转单极势垒异质结”设计策略：利用二维PdSe₂的各向异性光电特性构建双吸收层，通过中间MoS₂势垒层的能带调控实现载流子输运路径的偏压可编程操控。该器件展现出两大特征：（1）零偏置条件下呈现双极性光电流行为，可直接解析偏振编码的双二进制通信信号；（2）突破传统四像素阵列限制，无需辅助偏振器即可完成AoLP与DoLP的同步测量。
图1a展示了通过机械堆叠制备的具有扭曲单极势垒结构的偏振敏感光电探测器。光电探测器采用PdSe₂组成的分层架构精心构建，这种构型可形成两个异质结：PdSe₂/MoS₂和MoS₂/PdSe₂。
图1 PdSe₂/MoS₂/PdSe₂范德华异质结中光生载流子传输的示意图
随后，研究人员制备了具有固定扭转角的PdSe₂/MoS₂/PdSe₂范德华异质结，以进一步研究偏置可切换偏振探测器的光电性能，相关结果如图2所示。PdSe₂/MoS₂/PdSe₂范德华异质结光电探测器凭借其快速响应时间和双极光响应而脱颖而出，在通信和成像领域的应用前景广阔。
图2 PdSe₂/MoS₂/PdSe₂范德华异质结的光响应机制
研究人员利用偏振光电系统在520 nm、638 nm和1550 nm三个波段测量了PdSe₂/MoS₂/PdSe₂范德华异质结光电探测器的角分辨率光电流，相关结果如图3所示。
图3 PdSe₂/MoS₂/PdSe₂范德华异质结的偏振性能
研究人员探究了PdSe₂/MoS₂/PdSe₂范德华异质结在偏振成像应用方面的性能，相关结果如图4所示。最后，研究人员通过实验证明了该器件在偏振光编码通信中的潜力（如图5）。
图4 偏振成像应用
图5 双极性偏振编码通信
综上所述，这项研究不仅为发展新一代片上集成偏振探测器提供了创新架构，还凸显了其在简化器件设计、提升光学信息处理能力以及推动多维光学信息成像技术发展方面的重要意义。
https://doi.org/10.1002/adma.202500572
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