中科院沈阳自动化所在红外探测领域取得关键技术突破

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日前，中国科学院沈阳自动化研究所(以下简称沈阳自动化所)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。

硒镓钡晶体。　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。

科研人员在实验室开展测试。　沈阳自动化所供图

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。”

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。

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。