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

這一進(jìn)步可能會導(dǎo)致各個領(lǐng)域出現(xiàn)更精確和高效的技術(shù)，從改善醫(yī)學(xué)成像和通信系統(tǒng)到加強(qiáng)科學(xué)研究，甚至可能加強(qiáng)安全措施。

光子探測通常依賴于電壓或電流幅度的變化進(jìn)行調(diào)制。但Chanda開發(fā)了一種通過調(diào)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(dāng)光照射到它時，它會改變其形狀，產(chǎn)生穩(wěn)定的電節(jié)律或穩(wěn)定的電路振蕩。當(dāng)光子照射到材料上時，它會改變節(jié)律的速度，或改變振蕩頻率。節(jié)律的變化程度取決于光的強(qiáng)度，類似于人的聲音如何改變收音機(jī)的聲音。

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

在8至12微米波長范圍內(nèi)的長波紅外(LWIR)探測在天文學(xué)、氣候科學(xué)、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(zhàn)。

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(yōu)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(yīng)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(yīng)速度較慢。低成本、高靈敏度、快速的紅外探測器/相機(jī)仍然面臨著科學(xué)和技術(shù)挑戰(zhàn)。

這是除了國防部和特定空間應(yīng)用外，長波紅外相機(jī)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(diào)制AM)，在提出的方案中，光子的撞擊或入射會調(diào)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(zhì)上就是AM?！?/p>

Chanda說：“我們基于調(diào)頻的方法產(chǎn)生了出色的室溫噪聲等效功率、響應(yīng)時間和檢測率。這種基于調(diào)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(nèi)實現(xiàn)?！?/p>

Chanda說：“我們的研究結(jié)果將這種新型的基于調(diào)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(tǒng)，用于各種應(yīng)用，如遙感、熱成像和醫(yī)學(xué)診斷。我們堅信，通過適當(dāng)?shù)男袠I(yè)規(guī)模封裝，性能可以進(jìn)一步提高?！?/p>

Chanda團(tuán)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(zhuǎn)變，因為噪聲限制了探測靈敏度。這一結(jié)果有望實現(xiàn)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(fù)雜的混合。

審核編輯 黃宇