中國科學(xué)院沈陽自動化研究所(以下簡稱沈陽自動化所)太赫茲團隊近日在紅外探測領(lǐng)域取得了關(guān)鍵技術(shù)突破，實現(xiàn)了基于硒鎵鋇晶體的3~8微米中紅外高靈敏探測，對納秒脈沖的探測靈敏度指標(biāo)達(dá)到國際先進水平，且實現(xiàn)系統(tǒng)的國產(chǎn)化。相關(guān)成果發(fā)表于《光學(xué)》。
當(dāng)前，中紅外探測主要采用熱探測和光電探測兩種直接探測手段，現(xiàn)有性能已難以滿足科學(xué)家對微量物質(zhì)精準(zhǔn)檢測的需求，探測靈敏度已成為中紅外系統(tǒng)的瓶頸問題。為此，太赫茲團隊提出基于激光頻率變換技術(shù)的解決方案，設(shè)計并搭建了實驗系統(tǒng)。其工作原理是將弱中紅外信號高效率地轉(zhuǎn)換為近紅外信號，該近紅外光攜帶了中紅外光的信息且易于探測，通過這種間接探測的方式大幅提高中紅外信號的探測靈敏度。
經(jīng)過深入分析研究多種晶體的光學(xué)特性，太赫茲團隊將目標(biāo)鎖定在硒鎵鋇晶體。該晶體由論文作者之一、中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所研究員姚吉勇帶領(lǐng)團隊研制。“硒鎵鋇晶體通常是作為波源使用，我們大膽嘗試，將它作為探測系統(tǒng)的一部分，在掌握其光學(xué)特性的基礎(chǔ)上設(shè)計了高性能光參量振蕩器，優(yōu)化了相位匹配條件，解決了弱信號環(huán)境下的強背景噪聲抑制等問題，實現(xiàn)了收發(fā)一體的中紅外系統(tǒng)。”太赫茲團隊負(fù)責(zé)人、沈陽自動化所研究員祁峰說。
團隊通過對納秒級脈沖的實驗測試表明，該系統(tǒng)目前可達(dá)到的探測靈敏度優(yōu)于碲鎘汞探測器100倍，實現(xiàn)了飛焦級納秒脈沖的有效探測;系統(tǒng)的動態(tài)范圍超過110 分貝，在寬頻范圍內(nèi)的均勻響應(yīng)可達(dá)到1.4個倍頻程。上述兩指標(biāo)均優(yōu)于傳統(tǒng)的直接探測系統(tǒng)。
太赫茲團隊來自中國科學(xué)院光電信息處理重點實驗室。該實驗室主任、沈陽自動化所所長史澤林表示，“實驗室始終面向?qū)嶋H需求開展光電探測研究，探索新機理和新方法，該研究就比較典型。如果靈敏度取得數(shù)量級的提升，可能給生物、醫(yī)療和化工等領(lǐng)域帶來新的科學(xué)研究手段，讓原來辦不到的事情變得可能。”(記者 沈春蕾)
關(guān)鍵詞： 中紅外高靈敏探測關(guān)鍵技術(shù) 硒鎵鋇晶體 納秒脈沖 探測靈敏度指標(biāo)
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