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虎年新干貨:高速紅外光電探測器為什么這么火?

更新日期:2022-02-17      點(diǎn)擊次數(shù):1908

近年來,許多工業(yè)、軍事和科學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?/span>遠(yuǎn)紅外Mid/Far-IR波長的光電探測非常感興趣。導(dǎo)致地球暖化的大氣痕量溫室氣體分子在中紅外波長表現(xiàn)出強(qiáng)烈而*的特征吸收譜線,通常也稱為分子指紋區(qū)域",使其成為氣體傳感的理想?yún)^(qū)域[1]。

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中紅外波段常被稱為分子指紋區(qū)域"

自由空間光通信FSO在現(xiàn)代及未來光通信系統(tǒng)中意義非凡,特別是對于構(gòu)建局域網(wǎng)和建筑物間的通信鏈路。光信號地球大氣層內(nèi)傳輸,大氣中水汽的吸收和霧霾的瑞利散射降低且更長的波長具備更好的衍射能力,使中遠(yuǎn)紅外波長區(qū)域?qū)ψ杂煽臻g光通信和激光雷達(dá)LiDAR的應(yīng)用更具有吸引力[2-3]。

紅外頻率梳MIR Frequency Comb)最近的發(fā)展,為頻率梳光譜學(xué)帶來了新的機(jī)遇,它提供了寬光譜范圍、精確的分辨率和快速的采集時(shí)間。在中波紅外長波紅外范圍內(nèi),頻率梳對于精確定義分子超精細(xì)結(jié)構(gòu)非常有價(jià)值。該技術(shù)的發(fā)展依賴于對射頻重復(fù)頻率光脈沖探測,因此需要覆蓋相應(yīng)頻段的高速紅外光電探測器[4]

此外,在地空遙感領(lǐng)域,中紅外激光外差光譜儀是一種基于相干探測原理的光譜測量技術(shù),其利用單色激光與太陽光信號混頻可得到高分辨率的分子指紋"光譜信息。由于外差混頻的原理,是將與激光頻率接近的中遠(yuǎn)紅外信號轉(zhuǎn)移至射頻RF范圍進(jìn)行處理,因此,這些高速中紅外光譜應(yīng)用,既需要能夠響應(yīng)中紅外光子的材料,也迫切需要帶寬足夠高,足夠靈敏的射頻運(yùn)算放大電路[5]。

今天,大多數(shù)用于高性能和寬光譜范圍應(yīng)用的中遠(yuǎn)紅外探測器都基于窄帶隙碲鎘汞MCT材料探測器能夠以高量子效率實(shí)現(xiàn)1 - 30 µm范圍內(nèi)的波長響應(yīng)。與近紅外光電探測器相比,中紅外探測器具有更高的噪聲,因此對探測器芯片低溫冷卻仍被廣泛用于提高MCT關(guān)鍵器件的性能。

昕虹光電經(jīng)過多年研發(fā),推出一款高帶寬的中紅外光電探測器——HFPD-M-B高速M(fèi)CT制冷型光電探測器。探測器2~12um的中紅外光譜波段光波敏感為有高速信號探測需求的應(yīng)用特殊定制,能夠滿足最高到100MHz高頻信號輸出。

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昕虹光電HFPD-M-B高速M(fèi)CT制冷型光電探測器

HFPD-M-B支持直流或交流耦合輸出。探測器與前置放大電路半導(dǎo)體熱電冷卻器(TEC)控制器高度集成,通過反饋電路將探測器元件的溫度控制在負(fù)四十?dāng)z氏度以下,從而將熱噪聲對輸出信號的影響減小。探測器外殼采用全鋁合金材料,既可起到屏蔽環(huán)境電磁干擾,也具備良好的散熱性能。

技術(shù)參數(shù)

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參考文獻(xiàn)

[1] B. Schrader, Infrared and Raman Spectroscopy: Methods and Applications (John Wiley & Sons, 2008)

[2] J. J. Liu, B. L. Stann, K. K. Klett, P. S. Cho, and P. M. Pellegrino, “Mid and long-wave infrared free-space optical communication," in Laser Communication and Propagation through the Atmosphere and Oceans VIII (International Society for Optics and Photonics, 2019), 11133, p. 1113302.

[3] Y. Gong, L. Bu, B. Yang, and F. Mustafa, “High Repetition Rate Mid-Infrared Differential Absorption Lidar for Atmospheric Pollution Detection," Sensors 20(8), 2211 (2020).

[4] A. Schliesser, N. Picqué, and T. W. H?nsch, “Mid-infrared frequency combs," Nat. Photonics 6(7), 440–449 (2012).

[5] Atmospheric trace gas measurements using laser heterodyne spectroscopy, Damien Weidmann, in “Advances in Spectroscopic Monitoring of the Atmosphere", W. Chen, D.S. Venables, M.W. Sigrist (Eds), pages 159-223, Elsevier, 2021. doi: 10.1016/B978-0-12-815014-6.00005-1


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