虎年新干货：高速红外光电探测器为什么这么火？

近年来，许多工业、军事和科学应用领域对中远红外（Mid/Far-IR）波长的光电探测非常感兴趣。导致地球暖化的大气痕量温室气体分子在中红外波长表现出强烈而*的特征吸收谱线，通常也被称为“分子指纹区域"，使其成为气体传感的理想区域[1]。

图 中红外波段常被称为“分子指纹区域"

自由空间光通信（FSO）在现代及未来光通信系统中意义非凡，特别是对于构建局域网和建筑物间的通信链路。光信号在地球大气层内传输，大气中水汽的吸收和雾霾的瑞利散射降低，且更长的波长具备更好的衍射能力，使中远红外波长区域对自由空间光通信和激光雷达（LiDAR）的应用更具有吸引力[2-3]。

中红外光频率梳（MIR Frequency Comb）最近的发展，为频率梳光谱学带来了新的机遇，它提供了宽光谱范围、精确的分辨率和快速的采集时间。在中波红外和长波红外范围内，频率梳对于精确定义分子的超精细结构非常有价值。该技术的发展依赖于对射频重复频率光脉冲探测，因此需要覆盖相应频段的高速红外光电探测器[4]。

此外，在地空遥感领域，中红外激光外差光谱仪是一种基于相干探测原理的光谱测量技术，其利用单色激光与太阳光信号混频，可得到高分辨率的“分子指纹"光谱信息。由于外差混频的原理，是将与激光频率接近的中远红外信号转移至射频RF范围进行处理，因此，这些高速中红外光谱应用，既需要能够响应中红外光子的材料，也迫切需要带宽足够高，足够灵敏的射频运算放大电路[5]。

今天，大多数用于高性能和宽光谱范围应用的中远红外探测器都基于窄带隙碲镉汞（MCT）材料，探测器能够以高量子效率实现1 - 30 µm范围内的波长响应。与近红外光电探测器相比，中红外探测器具有更高的噪声，因此对探测器芯片低温冷却仍被广泛用于提高MCT关键器件的性能。

昕虹光电经过多年研发，推出一款高带宽的中红外光电探测器——HFPD-M-B高速MCT制冷型光电探测器。探测器对2~12um的中红外光谱波段光波敏感，专为有高速信号探测需求的应用特殊定制，能够满足最高到100MHz高频信号输出。

图 昕虹光电HFPD-M-B高速MCT制冷型光电探测器

HFPD-M-B支持直流或交流耦合输出。探测器与前置放大电路、半导体热电冷却器（TEC）控制器高度集成，通过反馈电路将探测器元件的温度控制在负四十摄氏度以下，从而将热噪声对输出信号的影响减小。探测器外壳采用全铝合金材料，既可起到屏蔽环境电磁干扰，也具备良好的散热性能。

技术参数

参考文献

[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