可捕获广谱光线的新型光电探测器

杜克大学（Duke University）的研究人员已经展示了这种新型的光电探测器，通过使用由特制电磁材料制成的片上光谱滤波器，它可以跨越前所未有的光频率范围。将具有不同频率响应的多个光电探测器组合在一块芯片上，可以使重量轻、价格便宜的多光谱相机应用于癌症手术、食品安全检测和精准农业等领域。

典型的相机只捕捉可见光，这是可用光谱的一小部分。例如，其他相机可能专门用于红外或紫外波段，但很少有相机能从光谱上的不同点捕获光线。而且传统的相机会存在很多弊端，如复杂而不可靠的制造工艺、缓慢的功能速度、可能使其难以运输的体积，以及高达数十万美元的成本。

上图所示为一种新型多光谱成像探测器的示意图。根据它们的大小和间距，纳米立方体位于一层薄薄的金膜上，捕获特定频率的光，从而可以加热下面的材料，产生电子信号。

近日发表在《自然材料Nature Materials》杂志的在线研究中，杜克大学的研究人员展示了一种新型的广谱光电探测器，这种探测器可以在一个芯片上实现，它可以在几万亿分之一秒的时间内捕捉到多光谱图像，只需几十美元就可以生产出来。这项技术的基础是一种叫做等离子体学的物理学，即利用纳米尺度的物理现象来捕捉某些频率的光。

 “被捕获的光导致温度急剧上升，这使得我们可以使用这些凉爽但几乎被遗忘的材料，称为热释电，” Maiken Mikkelsen说，他是杜克大学电子和计算机工程的副教授，“但现在我们已经将它们解封，并将它们与最先进的技术结合起来，我们已经能够制造出这些速度惊人的探测器，也能感知入射光的频率。”

Mikkelsen认为，商业化的光电探测器以前就用这种类型的热释电材料制成，但一直都有两大缺点。它们无法聚焦于特定的电磁频率，而产生足够电信号所需的厚层热电材料导致它们以非常慢的速度运行。

论文的第一作者Jon Stewar说：“但是我们的等离子体探测器可以转换成任何频率，捕捉到的能量太多，以至于产生相当多的热量。这种效率意味着我们只需要一层薄薄的材料，这大大加快了这一过程。”

此前，无论是否使用热释电材料，任何一种带片上滤波器的热成像相机的探测时间记录为337微秒。基于等离子技术的方法仅在700皮秒内就触发了一个信号，速度大约是50万倍。但由于这些探测时间受到用来测量它们的实验仪器的限制，新的光电探测器在未来可能工作得更快。