近日，江西师范大学物理与通信电子学院刘正奇教授团队通过将传播表面等离激元（SPP）色散曲线折叠到第一布里渊区，在Γ点实现等离激元quasi-BICs。研究进一步调节结构的固有特性在近红外区域实现高偏振比，适用于线偏振态或圆偏振态的检测。吸收型quasi-BICs超表面与热电材料的集成为设计用于快速响应单色偏振检测的片上器件提供了一种新策略。相关成果以“Monochromatic Polarization-Sensitive Photothermoelectric Detection via Plasmonic Quasi-BICs”为题，于2025年6月24日在国际顶级光学期刊Laser & Photonics Reviews在线发表。江西师范大学硕士研究生李帅为论文第一作者，江西师范大学物理与通信电子学院刘正奇教授以及刘桂强教授为论文通讯作者。江西师范大学硕士研究生吴泽宇对本研究做出重要贡献，其他主要合作者还包括江西师范大学博士研究生叶倩等。江西师范大学刘晓山教授亦对研究提供悉心的指导。其他合作者还包括南京邮电大学谌静教授，扬州大学杜微教授，浙江工业大学唐超军教授。
热电效应驱动的红外探测利用材料温度变化产生极化电荷，在光热转换中具有重要应用价值。极化作为电磁波的本征属性，直接影响成像与通信系统的性能。具有偏振敏感特性的光热探测器能够提供物质与光相互作用的关键信息，为光谱分析开辟新维度。然而传统热电偏振探测器因光谱响应宽、偏振灵敏度低，需外置偏振元件，严重制约器件集成化；现有等离激元超表面虽能实现光谱选择性与片上集成，却在近红外波段受限于材料损耗，难以兼顾高单色性与偏振敏感探测。当前亟需一种紧凑型方案，突破偏振选择性与高谐振品质不可兼得的固有限制，满足高精度光电探测的动态需求。
针对这一挑战，江西师范大学刘正奇教授团队通过引入周期性结构将原本在light line之下的等离激元SPP色散曲线折叠至第一布里渊区并在Γ点（342THz处）实现完美吸收型quasi-BICs。折叠过程如图1及图2所示。
图1：SPP色散曲线折叠至第一布里渊区示意图。
图2：能带折叠后计算本征能带结（a），以及对应端口下的角度分辨吸收光谱（b）。
如图3概念图所示。研究团队展示了光-热-电探测的全物理过程，通过多物理场数值仿真，验证了该设计方案的可行性。图4和图5分别展示对线偏振光以及圆偏振光的差分响应。对不同偏振态的光学响应带来了热响应的差异，进一步借助热释电效应，探测器输出的信号电流差异可以用于检测相应的偏振光。
图3：光-热-电探测的全物理过程示意图。
图4：线偏振检测结果示意图。
图5：圆偏振检测结果示意图。
本研究提出并构建了等离激元quasi-BICs超表面并集成热释电材料，产生对于不同偏振光的差分响应（光学响应，热响应，电流响应等）。研究进一步通过数值验证了这一设计用于偏振光检测的应用潜力，为近红外的强单色性热电检测提供了一种新的实现途径。上述研究得到国家自然科学基金和江西省自然科学基金等资助。
文章链接：
S. Li, Z. Wu, X. Liu, Q. Ye, G. Liu, J. Chen, W. Du, C. Tang, Z. Liu, Monochromatic Polarization‐Sensitive Photothermoelectric Detection via Plasmonic Quasi‐BICs, Laser Photonics Rev 2025, e00477.
https://doi.org/10.1002/lpor.202500477
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