作者:Omer Gokalp Memis,Hooman Mohseni P73GH
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得益于来自人眼杆状细胞方面的灵感,聚焦载流子增强传感器实现了将大面积高效吸收层与纳米探测机制相结合。 }t^wa\
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红外光谱通常能提供超出人眼视觉范围的观察能力。红外探测器已在许多应用中发挥着重要作用,特别是在从不同角度观察物体的较不明显特征方面,红外探测器已经成为不可或缺的工具。人们对红外探测技术的研究从未止步,研究人员始终在尝试使用更多的材料来探索不同的红外探测方法[1]。红外探测技术方面取得的稳步进展不断要求更好、更灵敏的探测器来满足应用需求,甚至需要终极的光子传感器——单光子探测器。 -.h)CM@L
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单光子探测器(SPD)是一种超低噪声器件,增强的灵敏度使其能够探测到光的最小能量量子——光子。单光子探测器可以对单个光子进行探测和计数,在许多可获得的信号强度仅为几个光子能量级的新兴应用中,单光子探测器可以一展身手。利用类似于人眼杆状细胞的光探测机理,美国西北大学和伊利诺斯州大学的研究小组已经开发出了红外单光子聚焦载流子增强传感器(FOCUS)。该装置有望在生物光子学、医学影像、非破坏性材料检查、国土安全与监视、军事视觉与导航、量子成像以及加密系统等方面取得广泛应用。 (h0@;@@7hW
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红外探测的挑战 ^2kjO/
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红外探测器面临的最大挑战在于创建一个具有足够高信噪比的装置。为做到这一点,探测器应当具有以下特点:能够有效地吸收某一特定波长的光、噪声能量应当低于信号能量、能够与具有类似低噪声特性的读出电子元件相耦合。对于红外单光子探测器来讲,这些要求更具挑战性,因为单光子的信号能量小于1阿焦(1阿焦=10-18焦),将波长增加到长波红外(LWIR)以及远红外(FIR)波段后,单个光子具有的能量会更低,这会引发更多的问题。 GB$`b'x@S
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此外,如果要在任何波段实现有效吸收,必须要求吸收层(垂直于光传输方向)的宽度与所吸收的特定波长相当。因此,在长波红外和远红外波段,器件的尺寸在几微米到几十微米的尺度内。然而,要想将电子噪声降到低于光子能量,器件的尺寸要降到纳米尺度。由于单光子能量极低并且波长较长,这使得低噪声、高效率的长波红外单光子探测器的制作非常困难。 <wSJK
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源自人眼杆状细胞的灵感 <e UsMo<
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