虎年新干貨：高速紅外光電探測器為什么這么火？

近年來，許多工業(yè)、軍事和科學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?/span>中遠紅外（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)出強烈而*的特征吸收譜線，通常也被稱為“分子指紋區(qū)域"，使其成為氣體傳感的理想?yún)^(qū)域[1]。

圖 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。光信號在地球大氣層內(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，使中遠紅外波長區(qū)域?qū)ψ杂煽臻g光通信和激光雷達（LiDAR）的應(yīng)用更具有吸引力[2-3]。

中紅外光頻率梳（MIR Frequency Comb）最近的發(fā)展，為頻率梳光譜學(xué)帶來了新的機遇，它提供了寬光譜范圍、精確的分辨率和快速的采集時間。在中波紅外和長波紅外范圍內(nèi)，頻率梳對于精確定義分子的超精細結(jié)構(gòu)非常有價值。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紅外信號轉(zhuǎn)移至射頻RF范圍進行處理，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MCT制冷型光電探測器。探測器對2~12um的中紅外光譜波段光波敏感，專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。

圖 昕虹光電HFPD-M-B高速MCT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)

參考文獻

[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