日前，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所(以下簡稱沈陽自動化所)發(fā)布消息稱，該所在紅外探測領(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，對納秒脈沖的探測靈敏度指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平，且實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的國產(chǎn)化。該技術(shù)將為我國在生物、醫(yī)療、化工等領(lǐng)域開展前沿科學(xué)研究提供強(qiáng)有力的探測工具，相關(guān)成果被國際光學(xué)權(quán)威期刊《光學(xué)》(Optica)刊發(fā)。

硒鎵鋇晶體?！∩蜿栕詣踊﹫D

據(jù)悉，相對于傳統(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量的信噪比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對物質(zhì)成分的有效識別。因此，中紅外探測技術(shù)對于推動生命科學(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)室開展測試。　沈陽自動化所供圖

當(dāng)前，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(xiàn)有性能已難以滿足科學(xué)家們對微量物質(zhì)的精準(zhǔn)檢測的需求，探測靈敏度已成為中紅外系統(tǒng)的瓶頸問題。

沈陽自動化所研究員祁峰稱：“針對當(dāng)前中紅外探測的瓶頸問題，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高效率地轉(zhuǎn)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。”

基于激光頻率變換技術(shù)的中紅外探測系統(tǒng)。　沈陽自動化所供圖

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?！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(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)。”

通過對納秒級脈沖的實(shí)驗(yàn)測試表明，該系統(tǒng)目前可達(dá)到的探測靈敏度優(yōu)于碲鎘汞探測器100倍，實(shí)現(xiàn)了飛焦級納秒脈沖的有效探測，系統(tǒng)的動態(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)的直接探測系統(tǒng)。

沈陽自動化所所長、中科院光電信息處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任史澤林表示，該所在光電探測研究中，堅(jiān)持需求牽引、問題導(dǎo)向，通過探測新機(jī)理、新方法，攻克了高靈敏度紅外探測等難題。實(shí)現(xiàn)基于硒鎵鋇晶體的中紅外高靈敏探測，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。