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、軍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趣。導致地球暖化的大氣痕量溫室氣體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“分子指紋區域”，使其成為氣體傳感的理想區域[1]。

圖 中紅外波段常被稱為“分子指紋區域”

自由空間光通信（FSO）在現代及未來光通信系統中意義非凡，特別是對于構建局域網和建筑物間的通信鏈路。光信號在地球大氣層內傳輸，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，為頻率梳光譜學帶來了新的機遇，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，頻率梳對于精確定義分子的超精細結構非常有價值。該技術的發展依賴于對射頻重復頻率光脈沖探測，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是一種基于相干探測原理的光譜測量技術，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移至射頻RF范圍進行處理，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，大多數用于高性能和寬光譜范圍應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1 - 30 µm范圍內的波長響應。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攝氏度以下，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，既可起到屏蔽環境電磁干擾，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. 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