中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所（以下簡(jiǎn)稱沈陽自動(dòng)化所）太赫茲團(tuán)隊(duì)近日在紅外探測(cè)領(lǐng)域取得了關(guān)鍵技術(shù)突破，實(shí)現(xiàn)了基于硒鎵鋇晶體的3-8微米中紅外高靈敏探測(cè)，對(duì)納秒脈沖的探測(cè)靈敏度指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平，且實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的國產(chǎn)化。相關(guān)成果發(fā)表于《光學(xué)》。

硒鎵鋇晶體

當(dāng)前，中紅外探測(cè)主要采用熱探測(cè)和光電探測(cè)兩種直接探測(cè)手段，現(xiàn)有性能已難以滿足科學(xué)家對(duì)微量物質(zhì)精準(zhǔn)檢測(cè)的需求，探測(cè)靈敏度已成為中紅外系統(tǒng)的瓶頸問題。為此，太赫茲團(tuán)隊(duì)提出基于激光頻率變換技術(shù)的解決方案，設(shè)計(jì)并搭建了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。其工作原理是將弱中紅外信號(hào)高效率地轉(zhuǎn)換為近紅外信號(hào)，該近紅外光攜帶了中紅外光的信息且易于探測(cè)，通過這種間接探測(cè)的方式大幅提高中紅外信號(hào)的探測(cè)靈敏度。

科研人員在實(shí)驗(yàn)室開展測(cè)試

經(jīng)過深入分析研究多種晶體的光學(xué)特性，太赫茲團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)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(cè)系統(tǒng)的一部分，在掌握其光學(xué)特性的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)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(hào)環(huán)境下的強(qiáng)背景噪聲抑制等問題，實(shí)現(xiàn)了收發(fā)一體的中紅外系統(tǒng)。”太赫茲團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、沈陽自動(dòng)化所研究員祁峰說。

團(tuán)隊(duì)通過對(duì)納秒級(jí)脈沖的實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，該系統(tǒng)目前可達(dá)到的探測(cè)靈敏度優(yōu)于碲鎘汞探測(cè)器100倍，實(shí)現(xiàn)了飛焦級(jí)納秒脈沖的有效探測(cè)；系統(tǒng)的動(dòng)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(gè)倍頻程。上述兩指標(biāo)均優(yōu)于傳統(tǒng)的直接探測(cè)系統(tǒng)。

太赫茲團(tuán)隊(duì)來自中國科學(xué)院光電信息處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室主任、沈陽自動(dòng)化所所長(zhǎng)史澤林表示，“實(shí)驗(yàn)室始終面向?qū)嶋H需求開展光電探測(cè)研究，探索新機(jī)理和新方法，該研究就比較典型。如果靈敏度取得數(shù)量級(jí)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。”

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