全球首款产品化量子级联激探测器,可在常温下工作
发布时间:2021-09-28

滨松公司利用多年来在开发量子级联激光器(Quantum Cascade Laser、以下称QCL※1)过程中积累的量子结构设计技术,以及电路改良,成功推出全球首款中红外区域量子级联探测器(QCD)产品P16309-01。该产品可在室温下工作,截止频率为(※2)20千兆赫(以下简称GHz),是目前世界上已实用中红外光检测器中的最高,作为探测器用在分析仪器上可以进行皮秒(以下简称ps,皮为万亿分之一)级的,如燃烧和爆炸等化学反应等在以往实现不了的超短时间内的现象进行分析。此外,本产品还有望应用于高速大通量的空间通信和长距离LiDAR等领域。 本产品将于10月1日(星期五)开始向国内外的研究机构,分析仪器厂家,通信运营商和运输设备制造商销售。

※1 QCL:在发光层中使用量子结构,可在中红外到远红外的波长范围内获得高输出功率的 半导体激光光源。

※2截止频率:响应速度的极限,以1秒内可检测到的信号次数表述。


产品概要

本产品是一款在光接收层里采用了量子结构,可室温工作,且截止频率为20 GHz,最大灵敏波长4微米(以下称μm,μ为100万分之一)的中红外光敏感的QCD。之前全球均有QCD方面产品化的研究和开发,此次的滨松QCD产品为全球首款。 滨松公司一直从事量子结构发光层QCL的开发、生产和销售。QCD是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,但与其他中红外光检测器相比往往存在灵敏度较低的问题。


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截止频率为20 GHz的QCD


此次,滨松利用多年来在QCL开发中积累的量子结构设计技术对以往量子结构进行改良,加之晶体生长技术和半导体工艺技术,成功降低了QCD内部接收器件的暗电流(※3),同时增加入射中红外光产生的电信号量,提高了灵敏度。此外,通过改进电路设计,降低了阻碍电流由接收器件流到封装电极的电感和存储电荷的电容,以便顺利读取信号。本次成功开发的全球首款产品化QCD中红外探测器可在室温工作,实用性强,且具备最高截止频率20 GHz。本产品可用作分析仪器中的光电探测器,在研究燃烧效率的燃烧和爆炸等各种化学反应中,可以在ps级的超短时间内完成以往未能实现的测量和分析。此外,由于本产品的最大灵敏波长为不易被大气吸收的4.6um中红外光,本产品还有望应用于高速大通量空间通信和长距离LiDAR。


今后,我们将继续开发适用于各种中红外波长产品。同时,由于滨松是世界上少数几家同时生产光接收和发射器件的公司,我们深知如何最大限度地发挥彼此的性能,因此我们也将提出本产品与QCL等激光产品的组合方案,来开拓新的市场。

※3 暗电流:在没有外光入射时产生的背景电流,是噪声产生的原因。


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产品结构图(空气桥布线)


产品特点

● 全球首款实现产品化的QCD

QCD是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,但与其他中红外光检测器相比往往存在灵敏度较低的问题。此次,滨松利用多年来在QCL开发中积累的量子结构设计技术对以往量子结构进行改良,加之晶体生长技术和半导体工艺技术,成功降低了QCD内部接收器件的暗电流,以此增加信号量提高了QCD的灵敏度。此外,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,而此次我们采用了通过电镀连接的空气桥布线,大大降低了电感和电容。本次成功开发的全球首款产品化QCD中红外探测器可在室温工作,实用性强,且具备最高截止频率20 GHz。


● 小型且操作简单

本产品可在常温下工作,不需要大型制冷机,工作时无需外加电压,即不需要外部电源。其体积实现了8cm3的小封装,可以嵌入到各种实验设备和分析仪器等之中。它还内置了聚光镜头,便于光路调节。


研发背景

目前,利用可见光和近红外光的高速激光测量技术正在不断推进实用化研究,人们对利用中红外光的高速激光测量技术的期望也越来越高。目前销售市场上虽有具有高截止频率的中红外光探测器,但需要用大型制冷机来冷却,因此滨松一直致力于开发可在常温下工作且具有高截止频率的QCD。


主要规格


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