日前，中國(guó)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)發(fā)布消息稱，該所在紅外探測(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(guó)際先進(jìn)水平，且實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化。該技術(shù)將為我國(guó)在生物、醫(yī)療、化工等領(lǐng)域開展前沿科學(xué)研究提供強(qiáng)有力的探測(cè)工具，相關(guān)成果被國(guó)際光學(xué)權(quán)威期刊《光學(xué)》(Optica)刊發(fā)。

硒鎵鋇晶體?！∩蜿栕詣?dòng)化所供圖

據(jù)悉，相對(duì)于傳統(tǒng)的可見光近紅外波段，中紅外光與分子之間的共振現(xiàn)象可大幅度提高光譜測(cè)量的信噪比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)成分的有效識(shí)別。因此，中紅外探測(cè)技術(shù)對(duì)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(yī)學(xué)診斷等實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。

科研人員在實(shí)驗(yàn)室開展測(cè)試?！∩蜿栕詣?dòng)化所供圖

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)家們對(duì)微量物質(zhì)的精準(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。

沈陽自動(dòng)化所研究員祁峰稱：“針對(duì)當(dāng)前中紅外探測(cè)的瓶頸問題，我們提出了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)的方式大幅度提高中紅外信號(hào)的探測(cè)靈敏度?！?

基于激光頻率變換技術(shù)的中紅外探測(cè)系統(tǒng)?！∩蜿栕詣?dòng)化所供圖

據(jù)祁峰介紹，經(jīng)過深入分析研究多種晶體的光學(xué)特性，科研團(tuán)隊(duì)將目標(biāo)鎖定在硒鎵鋇晶體，該晶體由中科院理化所姚吉勇團(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)?！?

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)。

沈陽自動(dòng)化所所長(zhǎng)、中科院光電信息處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任史澤林表示，該所在光電探測(cè)研究中，堅(jiān)持需求牽引、問題導(dǎo)向，通過探測(cè)新機(jī)理、新方法，攻克了高靈敏度紅外探測(cè)等難題。實(shí)現(xiàn)基于硒鎵鋇晶體的中紅外高靈敏探測(cè)，將有可能為生物、醫(yī)療、化工等領(lǐng)域帶來新的科學(xué)手段，讓原來辦不到的事情變得可能。