电子科技大学广东电子信息工程研究院汕尾分院（以下简称“我院”）承担了2024年广东省自然科学基金面上项目(高灵敏宽谱红外上转换成像技术研究)。我院引进的高层次人才王军教授作为项目负责人，带领团队成员参与研发。

项目负责人：王军；团队成员：李广新、陆道健

 该项目针对军民领域对室温高性能红外探测成像技术的迫切需求，开展高灵敏宽谱红外上转换成像技术研究。通过利用上转换新机理并引入新型狄拉克材料进行组合，设计制备新型低能耗无芯片驱动的上转换红外成像器件，实现在生物检测领域的肿瘤检测、脑损伤检测等应用。

目前，项目已完成高增益机制的探测上转换器件研究并引入激基复合物发光设计，深入研究了器件性能与结构参数间相互作用规律;开展了新型三明治结构上转换器件设计优化。

接下来，我院将继续坚持以“基础研究+应用研究+成果转化”为抓手，以创新平台与团队建设为依托，以质量提升为核心，不断提升科研创新与产业服务能力，为汕尾经济社会发展贡献力量。

成果介绍

机器视觉在新兴领域快速发展，对其在复杂动态环境中的感知能力提出更高要求。传统CCD和 CMOS传感器光谱响应固定，难以适应环境变化，限制了有效视觉特征的提取，影响成像质量与信息精度。为此，亟需开发具备多模态可调光谱响应的新型传感器，以提升感知准确性与环境适应性。近年来，可见光-近红外双波段传感因其在环境感知和智能视觉中的应用潜力受到关注，研究多采用垂直堆叠结构实现光谱选择性。有机光电探测器因柔性优势被广泛应用，光伏与光电导模式的调控亦成为研究热点。然而，现有研究多聚焦于单模式双波段探测，忽视了多机制、多模式光谱响应的探索。相比无光谱选择性的器件，多模态光谱探测在提取环境细节方面具有显著优势，未来具备广阔应用前景。

鉴于此，电子科技大学王军教授课题组基于具有特殊势垒效应的背靠背有机光电二极管，设计了一种新型多模式光谱自适应光电探测器。该器件可独立感知可见分光与窄带近红外双波段光谱，并在单个器件中实现可见光/近红外宽带探测以及环境适应的光谱放大。受传统背靠背双波段有机光电探测器的启发，我们进一步系统分析了由电压或光强引起的势垒开关效应，揭示其与多模式光谱响应之间的内在关联。该研究不仅拓展了在双端器件中可调谐双极性行为的应用，还为提升复杂动态环境下机器视觉系统的识别精度提供了创新性解决方案。    

图1. 多模式光谱自适应光电探测器的设计与概念。a) 背靠背有机光电二极管结构。b) 特征负离子三维图像重建。c) P3ht、IT-4F、Y6和PM6有机材料的化学结构。d) 多层薄膜结构的TOF-SIMS深度剖面。e) P3ht、PM6:IT-4F和PM6:Y6薄膜的光谱吸收特性。f) 背靠背设备的电光可调谐势垒的多模式光谱自适应探测概念图。g) 电压相关的多模式可见光/近红外光谱自适应。h) 设备在多样化复杂化的自动驾驶场景中的应用示意图。   

图2 多模式光谱探测原理。a) 背靠背光电二极管在黑暗条件以及650和850 nm光照下的I-V曲线。b) 650和850 nm以及同步照明下的多模式I-T特性，展示出五种光谱自适应模式（包括仅可见、仅近红外、宽带、可见放大和近红外放大模式）。c) 不同偏置电压下双带模式及宽带模式下的EQE波谱响应变化对比。d) 反向偏压下650和850 nm光生电子的FNT和DT拟合情况。e, f, g) 与光谱适应模式响应密切相关的不同反向偏压下的频带载流子图解。

图3 光响应表征和时间响应分析。a) 不同偏置电压下650和850 nm的光响应度变化情况。b) 不同模式下650和850 nm光电流与光强的线性函数关系。c) 100 s循环照明下650和850 nm的I-T响应稳定性。d) 双波段模式下650和850 nm的光响应速度。e) 不同偏置电压下的3dB频率响应对比情况。f) 快速偏置模式切换的I-T曲线。

图4 可见光/近红外多模式光谱适应成像。a) 可见光/近红外双光束成像系统示意图。b) 多模态（VIS、NIR、Broadband、VIS++和NIR++）光谱适应成像展示。

文献链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202504273