近日，山东理工大学物理与光电工程学院教师张永晖博士与中国科学院东莞材料科学与技术研究所梅增霞研究员团队合作，在国际权威期刊《Laser & Photonics Reviews》（物理与天体物理1区，IF=9.7）上发表最新研究成果。研究团队基于低对称性β-Ga₂O₃材料，首次系统揭示了其内在巨大偏振二向色性的物理机制，成功实现了无滤光片、高保真的深紫外偏振探测，并创新性地应用于偏振复用自由空间光通信和斯托克斯矢量提取。
图1文章标题及作者信息
传统深紫外偏振探测高度依赖亚波长金属光栅等外部光学元件，存在制备难度大、效率低、偏振串扰严重等固有瓶颈。针对这一问题，研究团队从晶体对称性和电子跃迁选择定则出发，结合群论分析与第一性原理计算，系统阐明了β-Ga₂O₃中价带分裂、宇称守恒和偏振选择跃迁的内在规律。研究表明，在245–258 nm波长窗口内，仅E//c偏振光可激发vb1能带至导带的跃迁，而E//b偏振光几乎不产生光响应，从而实现本征的、无串扰的偏振选择性探测。基于这一机制，研究团队制备了(100)晶面取向的β-Ga₂O₃单晶偏振探测器。实验结果显示，该器件在265 nm波长处偏振比超过547，偏振串扰比低至0.18%，暗电流仅为0.4 pA，响应度高达73 A/W，响应时间约20 ms。这些指标显著优于目前报道的大多数深紫外偏振探测材料。
在应用层面，研究团队成功将该探测器用于深紫外偏振复用自由空间光通信演示。通过编码0°、45°、90°及无光四种状态，实现了“SD”和“UT”信息的无误码解码，展示了在不增加物理信道条件下提升通信容量和安全性的能力。进一步地，团队模拟了分焦平面偏振探测架构，利用单个器件成功恢复了入射光的斯托克斯参数（S₀、S₁、S₂），并计算出偏振度和偏振角，在265–270 nm波段实现了接近100%的偏振度测量精度。
图3偏振复用自由空间光通信和斯托克斯矢量提取的应用展示
该研究为深紫外波段无滤光片、高保真偏振探测提供了全新的材料物理实现路径，也为下一代集成化、高性能偏振光通信与成像系统奠定了理论与实验基础。
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.71464
