Broadband optical absorption copper surface fabricated by femtosecond laser for sensitivity enhancement of thermoelectric photodetector

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作者
Kaiwen Ding,Cong Wang,Yulong Ding,Peilin Cao,Shaohui Li,Xiaofeng Zhang,Linpeng Liu,Ji’an Duan
出处
期刊:Optics and Laser Technology [Elsevier]
卷期号:168: 109942-109942 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.optlastec.2023.109942
摘要

The limited sensitivity and inherent long response time restrict the widespread applicability of thermally-based photodetectors. Herein, a copper surface endowed with optical absorption enhancement by femtosecond laser fabrication is introduced, to improve the sensitivity and power prediction speed of thermoelectric photodetectors. Cross-scale microstructures including periodic micro-taper array and randomly dispersed particles are obtained on the surface, and their formation mechanism is elucidated. The surface exhibits an average reflectivity of 8% over the wavelength range of 200–2500 nm. This broadband absorption is mainly due to the local light field enhancement by the unevenly oxidized and size-dispersed particles, while the periodic micro-taper array further enhances the absorption by geometric light trapping effect. When integrated into a thermoelectric device, a comprehensive parameter analysis including sensitivity (45.053 mV/W), response time (5.47 s), precision of time-dependent prediction (2 s to obtain R2⩾0.999), and precision of measuring at different points (3.97%) is performed. Our study offers a practical approach to produce cross-scale light absorption microstructure, paving the way for its promising advances in photothermal-based optoelectronic applications.
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