中科院沈阳自动化所研发出基于激光频率变换技术的中红外探测系统
中国科学院沈阳自动化研究所(以下简称沈阳自动化所)1月25日发布消息称,该所在红外探测领域取得了关键技术突破,实现了基于硒镓钡晶体的3-8微米中红外高灵敏探测,对纳秒脉冲的探测灵敏度指标达到国际先进水平,且实现了系统的国产化。该技术将为我国在生物、医疗、化工等领域开展前沿科学研究提供强有力的探测工具,相关成果被国际光学权威期刊《光学》(Optica)刊发。
基于激光频率变换技术的中红外探测系统。 沈阳自动化所供图
据悉,相对于传统的可见光近红外波段,中红外光与分子之间的共振现象可大幅度提高光谱测量的信噪比,进而实现对物质成分的有效识别。因此,中红外探测技术对于推动生命科学、物性分析等科学探索,以及环保、化工行业、医学诊断等实际应用具有重要意义。
当前,中红外探测主要采用热探测和光电探测两种直接探测手段,现有性能已难以满足科学家们对微量物质的精准检测的需求,探测灵敏度已成为中红外系统的瓶颈问题。
沈阳自动化所研究员祁峰称:“针对当前中红外探测的瓶颈问题,我们提出了基于激光频率变换技术的解决方案,设计并搭建了实验系统。其工作原理是将弱中红外信号高效率地转换为近红外信号,该近红外光携带了中红外光的信息且易于探测,通过这种间接探测的方式大幅度提高中红外信号的探测灵敏度。”
硒镓钡晶体
据祁峰介绍,经过深入分析研究多种晶体的光学特性,科研团队将目标锁定在硒镓钡晶体,该晶体由中科院理化所姚吉勇团队研制。“硒镓钡晶体通常是作为波源使用,我们大胆尝试,将它作为探测系统的一部分,在掌握其光学特性的基础上设计了高性能光参量振荡器,优化了相位匹配条件,解决了弱信号环境下的强背景噪声抑制等问题,实现了收发一体的中红外系统。”
通过对纳秒级脉冲的实验测试表明,该系统目前可达到的探测灵敏度优于碲镉汞探测器100倍,实现了飞焦级纳秒脉冲的有效探测,系统的动态范围超过110分贝,在宽频范围内的均匀响应可达到1.4个倍频程,上述两指标均优于传统的直接探测系统。
科研人员在实验室开展测试。 沈阳自动化所供图
沈阳自动化所所长、中科院光电信息处理重点实验室主任史泽林表示,该所在光电探测研究中,坚持需求牵引、问题导向,通过探测新机理、新方法,攻克了高灵敏度红外探测等难题。实现基于硒镓钡晶体的中红外高灵敏探测,将有可能为生物、医疗、化工等领域带来新的科学手段,让原来办不到的事情变得可能。
来源:中新网
发布时间 : 2022-01-26