研究人员发现光子探测新技术

中佛罗里达大学研究员、纳米科学技术中心教授Debashis Chanda开发了一种新技术来检测光子——从可见光到无线电频率的基本粒子，在携带细胞通信方面起着重要作用。

这一进步可能会导致各个领域出现更精确和高效的技术，从改善医学成像和通信系统到加强科学研究，甚至可能加强安全措施。

光子探测通常依赖于电压或电流幅度的变化进行调制。但Chanda开发了一种通过调制振荡电路频率来探测光子的方法，为超灵敏光子探测铺平了道路。

Chanda的方法使用了一种特殊的相变材料（PCM），当光照射到它时，它会改变其形状，产生稳定的电节律或稳定的电路振荡。当光子照射到材料上时，它会改变节律的速度，或改变振荡频率。节律的变化程度取决于光的强度，类似于人的声音如何改变收音机的声音。

这项新进展最近发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。

UCF研究员Debashis Chanda是红外成像专家

在8至12微米波长范围内的长波红外（LWIR）探测在天文学、气候科学、材料分析和安全方面非常重要。然而，由于光子能量低，室温下的LWIR探测一直是一个长期挑战。

目前可用的长波红外探测器可分为两类：冷却和非冷却探测器，两者都有各自的局限性。

虽然冷却探测器具有优异的探测能力，但它们需要低温冷却，这使得它们价格昂贵，限制了它们的实际应用。另一方面，非冷却探测器可以在室温下工作，但由于室温工作固有的较高热噪声，其探测能力较低，响应速度较慢。低成本、高灵敏度、快速的红外探测器/相机仍然面临着科学和技术挑战。

这是除了国防部和特定空间应用外，长波红外相机未被广泛使用的主要原因。

Chanda说：“与目前所有的光子探测方案不同，光功率会改变电压或电流的幅度（幅度调制AM），在提出的方案中，光子的撞击或入射会调制振荡电路的频率，并被检测为频率偏移，从而为噪声提供固有的鲁棒性，本质上就是AM。”

Chanda说：“我们基于调频的方法产生了出色的室温噪声等效功率、响应时间和检测率。这种基于调频的光子探测概念可以在基于其他相变材料的任何光谱范围内实现。”

Chanda说：“我们的研究结果将这种新型的基于调频的探测器作为独特的平台，用于制造低成本、高效率的非制冷红外探测器和成像系统，用于各种应用，如遥感、热成像和医学诊断。我们坚信，通过适当的行业规模封装，性能可以进一步提高。”

Chanda团队提出的这一概念为高灵敏度、非制冷长波红外探测提供了范式转变，因为噪声限制了探测灵敏度。这一结果有望实现一种新型的非制冷长波红外探测方案，该方案具有高灵敏度、低成本的特点，并且可以很容易地与电子读出电路集成，而不需要复杂的混合。

相关链接：https://phys.org/news/2023-12-technique-photon.html

论文链接：https://dx.doi.org/10.1002/adfm.202309298