虎年新幹貨：高速紅外光電探測器為什麽這麽火？

近年來，許多工業(ye) 、軍(jun) 事和科學應用領域對中遠紅外（Mid/Far-IR）波長的光電探測非常感興(xing) 趣。導致地球暖化的大氣痕量溫室氣體(ti) 分子在中紅外波長表現出強烈而*的特征吸收譜線，通常也被稱為(wei) “分子指紋區域"，使其成為(wei) 氣體(ti) 傳(chuan) 感的理想區域[1]。

圖 中紅外波段常被稱為(wei) “分子指紋區域"

自由空間光通信（FSO）在現代及未來光通信係統中意義(yi) 非凡，特別是對於(yu) 構建局域網和建築物間的通信鏈路。光信號在地球大氣層內(nei) 傳(chuan) 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，使中遠紅外波長區域對自由空間光通信和激光雷達（LiDAR）的應用更具有吸引力[2-3]。

中紅外光頻率梳（MIR Frequency Comb）最近的發展，為(wei) 頻率梳光譜學帶來了新的機遇，它提供了寬光譜範圍、精確的分辨率和快速的采集時間。在中波紅外和長波紅外範圍內(nei) ，頻率梳對於(yu) 精確定義(yi) 分子的超精細結構非常有價(jia) 值。該技術的發展依賴於(yu) 對射頻重複頻率光脈衝(chong) 探測，因此需要覆蓋相應頻段的高速紅外光電探測器[4]。

此外，在地空遙感領域，中紅外激光外差光譜儀(yi) 是一種基於(yu) 相幹探測原理的光譜測量技術，其利用單色激光與(yu) 太陽光信號混頻，可得到高分辨率的“分子指紋"光譜信息。由於(yu) 外差混頻的原理，是將與(yu) 激光頻率接近的中遠紅外信號轉移至射頻RF範圍進行處理，因此，這些高速中紅外光譜應用，既需要能夠響應中紅外光子的材料，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，大多數用於(yu) 高性能和寬光譜範圍應用的中遠紅外探測器都基於(yu) 窄帶隙碲鎘汞（MCT）材料，探測器能夠以高量子效率實現1 - 30 µm範圍內(nei) 的波長響應。與(yu) 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於(yu) 提高MCT關(guan) 鍵器件的性能。

昕虹光電經過多年研發，推出一款高帶寬的中紅外光電探測器——HFPD-M-B高速MCT製冷型光電探測器。探測器對2~12um的中紅外光譜波段光波敏感，專(zhuan) 為(wei) 有高速信號探測需求的應用特殊定製，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製冷型光電探測器

HFPD-M-B支持直流或交流耦合輸出。探測器與(yu) 前置放大電路、半導體(ti) 熱電冷卻器（TEC）控製器高度集成，通過反饋電路將探測器元件的溫度控製在負四十攝氏度以下，從(cong) 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，既可起到屏蔽環境電磁幹擾，也具備良好的散熱性能。

技術參數

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. Hänsch, “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