西电新闻网讯（通讯员 刘于金 计钟）近日，beoplay体育提现广州研究院先进医学影像实验室（光电集成与医学装备实验室）陈雪利教授团队在双模式单像素光电探测器的研究领域取得了新进展，研究成果以“Mode-switching single-pixel imaging via a high-performance perovskite-Si dual-mode photodetector”为题，发表于光学领域中国科学院一区Top期刊《Photonics Research》(IF: 6.6)。该文章被编辑编辑选为Editors’ Pick。beoplay体育提现为第一单位，南方科技大学为第二单位。beoplay体育提现刘于金博士和南方科技大学林东旭博士为论文共同第一作者，beoplay体育提现陈雪利教授和计钟副研究员为论文的共同通讯作者。

可见光（VIS）和近红外（NIR）双模成像技术可以捕获丰富的视觉信息，帮助人类更好地理解世界并与世界互动。这项技术超越了人类视觉，在机器视觉、生物医学成像、环境监测、军事国防等领域具有广泛的潜在应用，引起了研究人员的广泛关注。但是单一相机很难兼顾可见光和近红外光同时成像，实际应用中不得不使用多个相机从不同角度拍摄同一物体，导致系统体积庞大，而且不同相机的像素数和拍摄角度不同，从而存在图像配准问题，给图像融合、图像分析带来困难。现有技术中，VIS和NIR光电探测器(PD)的并排配置是提升系统集成度的有效策略，但它可能导致图像传感器中的像素尺寸过大，并且难以解决光学串扰问题。将有机材料、二维材料和钙钛矿（PVK）等新兴材料两两堆叠成垂直架构双模态探测器具有结构紧凑的特点。研究者们设计了许多VIS-NIR双模态垂直堆叠光电探测器，并展示了其在双色成像中的潜力。通过增加有机或PVK活性层的厚度，诱导光载流子空间受限分布，成功设计了具有可切换VIS-NIR响应的单组分PD。然而，较厚的有源层需要高偏置电压。因此，研究人员通过垂直堆叠带隙不同的材料，如PVK/有机、PVK/PVK、MoS2/Ge、PVK/Si，开发了具有低压驱动的VIS-NIR光电探测器。但这些器件仍无法取代与滤波器耦合的Si光电二极管。此外，这些多结光电探测器结构复杂，需要双偏置极性操作，给制造工艺和电路设计带来了挑战。因此，开发结构简单、操作简单的VIS-NIR模式可切换光电探测器，并实现双模态功能成像，仍是一个亟待解决的课题。

为了克服这些限制，文章提出了一种结构简单的PVK-Au/Si/Ag双模光电探测器(PVK-Si PD)，该器件能够在零偏置下支持两种工作模式：在顶部照明模式下，器件展现出对VIS-NIR宽带光的响应；而在底部照明模式下，器件则表现出对NIR的窄带响应。这种设计使得该器件只需翻转即可在两种模式间切换，大大简化了操作过程。文章还开发了基于PVK-Si PD的双模态单像素成像系统，该系统不仅能够有效地区分VIS和NIR信息，还能在低采样率下显著减少振铃伪影，提高了近红外信号的感知速度。通过这种技术，研究人员实现了对材料的识别和智能感知，为智能感知领域提供了新的视角。同时这项工作展示了新型双模单像素成像技术在提升成像速度和质量方面的巨大潜力。

PVK-Si PD的设计和双模态成像能力

VIS/NIR双模态成像结果

论文信息：

Liu Y, Lin D, Xing J, et al. Mode-switching single-pixel imaging via a high-performance perovskite-Si dual-mode photodetector[J]. Photonics Research, 2024, 12(12): 2873-2880.

论文链接：

https://doi.org/10.1364/PRJ.530675 DOI：10.1364/PRJ.530675