来讲讲：入围国际光学 “棱镜奖”的量子级联探测器

滨松中国

2021.12.17

滨松光子学商贸（中国）有限公司

12月16日，有光学界“奥斯卡”之称的国际光学“棱镜奖”（Prism Awards）公布了最新一期的入围名单，共涉及30家企业，分为10个类别：量子、显示、增强和虚拟现实、传感、自动驾驶、生物医学、工业激光、科研激光、制造与测试、软件。而滨松的量子级联探测器（Quantum Cascade Detector，QCD），则强势入围了此次“量子”类的奖项评选之中。

▲滨松量子级联探测器（QCD）P16309-01 一直以来，全球范围内有着许多QCD方面的研究和开发，但在产品化的路上一直没有突破。滨松公司利用多年来开发QCL（Quantum Cascade Laser）积累的量子结构设计技术、电路设计技术，成功推出了世界首款产品化的中红外QCD P16309-01。目前，利用近红外光的高速激光测量技术，正在不断推进着实用化的研究，市场上虽然有高截止频率的中红外光探测器，但因为大多需要制冷，往往得配着体积较大的制冷器来使用。所以，能在常温下工作且具有高截止频率的中红外探测器，则成为了一个需求点。滨松的这款中红外QCD紧凑小巧，可工作于室温下。截止频率高达20 GHz，应用在分析仪器上，能够针对发生在超短时间内的现象进行皮秒级的分析，如燃烧和爆炸等化学反应，这些都是以往难以实现的。除此之外，峰值灵敏度波长为不易被大气吸收的4.65 μm，产品还有望应用于空间通信，以及LiDAR等领域。

▲滨松量子级联探测器（QCD）P16309-01基本参数

QCD通过利用纳米级的超薄膜半导体积层中的量子效应，来实现高的截止频率，但与其他中红外光探测器相比，往往也存在灵敏度较低的问题。针对这一点，凭借近20年的QCL开发经验积累的量子结构设计技术，对以往的量子结构进行了进一步的改良，加上滨松自有的晶体生长技术、半导体工艺技术，成功降低了QCD暗电流，提高了灵敏度。 另外，电路设计方面也进行了改进。在一般的光学半导体元器件中，光接收器件和封装电极是通过金属导线连接的，这会对电流造成一定的阻碍，而此次我们采用了通过电镀连接的空气桥布线（Air Bridge Wiring），大大降低了电感和电容，以便信号更顺利的读取。

▲滨松QCD产品结构示意（空气桥布线）

使用方面，如上面介绍到的那样，滨松QCD可在常温下工作，不需要大型的制冷器，工作时也无需外加电压，即不需要外部电源。整个探测器小巧紧凑，体积仅8 cm³。它还内置了聚焦透镜，便于光路的调节。 对于QCD P16309-01实测性能表现感兴趣的小伙伴，可以<<点击此处>>，获得相关论文：Application of High-Speed Quantum Cascade Detectors forMid-Infrared, Broadband, High-Resolution Spectroscopy。（产品样本也在其中哦~）