日前，中國科學院沈陽自動化研究所(以下簡稱沈陽自動化所)發布消息稱，該所在紅外探測領域取得了關鍵技術突破，實現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達到國際先進水平，且實現了系統的國產化。該技術將為我國在生物、醫療、化工等領域開展前沿科學研究提供強有力的探測工具，相關成果被國際光學權威期刊《光學》(Optica)刊發。
硒鎵鋇晶體。 沈陽自動化所供圖
據悉，相對于傳統的可見光近紅外波段，中紅外光與分子之間的共振現象可大幅度提高光譜測量的信噪比，進而實現對物質成分的有效識別。因此，中紅外探測技術對于推動生命科學、物性分析等科學探索，以及環保、化工行業、醫學診斷等實際應用具有重要意義。
科研人員在實驗室開展測試。 沈陽自動化所供圖
當前，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，現有性能已難以滿足科學家們對微量物質的精準檢測的需求，探測靈敏度已成為中紅外系統的瓶頸問題。
沈陽自動化所研究員祁峰稱：“針對當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的解決方案，設計并搭建了實驗系統。其工作原理是將弱中紅外信號高效率地轉換為近紅外信號，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的中紅外探測系統。 沈陽自動化所供圖
據祁峰介紹，經過深入分析研究多種晶體的光學特性，科研團隊將目標鎖定在硒鎵鋇晶體，該晶體由中科院理化所姚吉勇團隊研制。“硒鎵鋇晶體通常是作為波源使用，我們大膽嘗試，將它作為探測系統的一部分，在掌握其光學特性的基礎上設計了高性能光參量振蕩器，優化了相位匹配條件，解決了弱信號環境下的強背景噪聲抑制等問題，實現了收發一體的中紅外系統。”
通過對納秒級脈沖的實驗測試表明，該系統目前可達到的探測靈敏度優于碲鎘汞探測器100倍，實現了飛焦級納秒脈沖的有效探測，系統的動態范圍超過110分貝，在寬頻范圍內的均勻響應可達到1.4個倍頻程，上述兩指標均優于傳統的直接探測系統。
沈陽自動化所所長、中科院光電信息處理重點實驗室主任史澤林表示，該所在光電探測研究中，堅持需求牽引、問題導向，通過探測新機理、新方法，攻克了高靈敏度紅外探測等難題。實現基于硒鎵鋇晶體的中紅外高靈敏探測，將有可能為生物、醫療、化工等領域帶來新的科學手段，讓原來辦不到的事情變得可能。
