基于激光頻率變換技術(shù)的中紅外探測系統

1月25日，中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所發(fā)布消息稱(chēng)，太赫茲團隊在紅外探測領(lǐng)域取得了關(guān)鍵技術(shù)突破，實(shí)現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達到國際先進(jìn)水平，且實(shí)現了系統的國產(chǎn)化。該技術(shù)將為我國在生物、醫療、化工等領(lǐng)域開(kāi)展前沿科學(xué)研究提供強有力的探測工具，相關(guān)成果于1月20日刊發(fā)于最新一期國際光學(xué)權威期刊《光學(xué)》（Optica）。

相對于傳統的可見(jiàn)光近紅外波段，中紅外光與分子之間的共振現象可大幅度提高光譜測量的信噪比，進(jìn)而實(shí)現對物質(zhì)成分的有效識別。中紅外探測技術(shù)對于推動(dòng)生命科學(xué)、物性分析等科學(xué)探索，以及環(huán)保、化工行業(yè)、醫學(xué)診斷等實(shí)際應用具有重要意義。當前的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，現有性能已難以滿(mǎn)足科學(xué)家們對微量物質(zhì)的精準檢測的需求，探測靈敏度已成為中紅外系統的瓶頸問(wèn)題。

團隊負責人、沈陽(yáng)自動(dòng)化所祁峰研究員介紹稱(chēng)，“針對當前中紅外探測的瓶頸問(wèn)題，我們提出了基于激光頻率變換技術(shù)的解決方案，設計并搭建了實(shí)驗系統。其工作原理是將弱中紅外信號高效率地轉換為近紅外信號，該近紅外光攜帶了中紅外光的信息且易于探測，通過(guò)這種間接探測的方式大幅度提高中紅外信號的探測靈敏度?！?/p>

經(jīng)過(guò)深入分析研究多種晶體的光學(xué)特性，科研團隊將目標鎖定在硒鎵鋇晶體，該晶體由中科院理化所姚吉勇團隊研制?！拔変^晶體通常是作為波源使用，我們大膽嘗試，將它作為探測系統的一部分，在掌握其光學(xué)特性的基礎上設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(wèn)題，實(shí)現了收發(fā)一體的中紅外系統?！逼罘褰榻B稱(chēng)。

硒鎵鋇晶體

通過(guò)對納秒級脈沖的實(shí)驗測試表明，該系統目前可達到的探測靈敏度優(yōu)于碲鎘汞探測器100倍，實(shí)現了飛焦級納秒脈沖的有效探測；系統的動(dòng)態(tài)范圍超過(guò)110 分貝，在寬頻范圍內的均勻響應可達到1.4個(gè)倍頻程，上述兩指標均優(yōu)于傳統的直接探測系統。

科研人員在實(shí)驗室開(kāi)展測試

沈陽(yáng)自動(dòng)化所所長(cháng)、中科院光電信息處理重點(diǎn)實(shí)驗室主任史澤林說(shuō)：“實(shí)驗室始終面向實(shí)際需求開(kāi)展光電探測研究，也就是需求牽引、問(wèn)題導向。通過(guò)探測新機理、新方法，在一些難度很大的問(wèn)題上能夠有所突破，這就是我們實(shí)驗室科研人員的追求。比如說(shuō)，這個(gè)高靈敏度紅外探測就比較典型，如果靈敏度取得數量級的提升，就可能會(huì )給生物、醫療、化工等領(lǐng)域帶來(lái)新的科學(xué)手段，讓原來(lái)辦不到的事情變得可能?！?/p>