研究人員發現光子探測新技術

中佛羅里達大學研究員、納米科學技術中心教授Debashis Chanda開發了一種新技術來檢測光子——從可見光到無線電頻率的基本粒子，在攜帶細胞通信方面起著重要作用。

這一進步可能會導致各個領域出現更精確和高效的技術，從改善醫學成像和通信系統到加強科學研究，甚至可能加強安全措施。

光子探測通常依賴于電壓或電流幅度的變化進行調制。但Chanda開發了一種通過調制振蕩電路頻率來探測光子的方法，為超靈敏光子探測鋪平了道路。

Chanda的方法使用了一種特殊的相變材料(PCM)，當光照射到它時，它會改變其形狀，產生穩定的電節律或穩定的電路振蕩。當光子照射到材料上時，它會改變節律的速度，或改變振蕩頻率。節律的變化程度取決于光的強度，類似于人的聲音如何改變收音機的聲音。

這項新進展最近發表在《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)上。

在8至12微米波長范圍內的長波紅外(LWIR)探測在天文學、氣候科學、材料分析和安全方面非常重要。然而，由于光子能量低，室溫下的LWIR探測一直是一個長期挑戰。

目前可用的長波紅外探測器可分為兩類：冷卻和非冷卻探測器，兩者都有各自的局限性。

雖然冷卻探測器具有優異的探測能力，但它們需要低溫冷卻，這使得它們價格昂貴，限制了它們的實際應用。另一方面，非冷卻探測器可以在室溫下工作，但由于室溫工作固有的較高熱噪聲，其探測能力較低，響應速度較慢。低成本、高靈敏度、快速的紅外探測器/相機仍然面臨著科學和技術挑戰。

這是除了國防部和特定空間應用外，長波紅外相機未被廣泛使用的主要原因。

Chanda說：“與目前所有的光子探測方案不同，光功率會改變電壓或電流的幅度(幅度調制AM)，在提出的方案中，光子的撞擊或入射會調制振蕩電路的頻率，并被檢測為頻率偏移，從而為噪聲提供固有的魯棒性，本質上就是AM?！?/p>

Chanda說：“我們基于調頻的方法產生了出色的室溫噪聲等效功率、響應時間和檢測率。這種基于調頻的光子探測概念可以在基于其他相變材料的任何光譜范圍內實現?！?/p>

Chanda說：“我們的研究結果將這種新型的基于調頻的探測器作為獨特的平臺，用于制造低成本、高效率的非制冷紅外探測器和成像系統，用于各種應用，如遙感、熱成像和醫學診斷。我們堅信，通過適當的行業規模封裝，性能可以進一步提高?！?/p>

Chanda團隊提出的這一概念為高靈敏度、非制冷長波紅外探測提供了范式轉變，因為噪聲限制了探測靈敏度。這一結果有望實現一種新型的非制冷長波紅外探測方案，該方案具有高靈敏度、低成本的特點，并且可以很容易地與電子讀出電路集成，而不需要復雜的混合。

審核編輯 黃宇