濱松公司利用多年來在開發(fā)量子級(jí)聯(lián)激光器（Quantum Cascade Laser、以下稱QCL※1）過程中積累的量子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，以及電路改良，成功在近日推出全球首款中紅外區(qū)域量子級(jí)聯(lián)探測(cè)器（QCD）產(chǎn)品P16309-01。該產(chǎn)品可在室溫下工作，截止頻率為（※2）20千兆赫（以下簡稱GHz），是目前世界上已實(shí)用中紅外光檢測(cè)器中的最高，作為探測(cè)器用在分析儀器上可以進(jìn)行皮秒（以下簡稱ps，皮為萬億分之一）級(jí)的，如燃燒和爆炸等化學(xué)反應(yīng)等在以往實(shí)現(xiàn)不了的超短時(shí)間內(nèi)的現(xiàn)象進(jìn)行分析。此外，本產(chǎn)品還有望應(yīng)用于高速大通量的空間通信和長距離LiDAR等領(lǐng)域。 本產(chǎn)品將于10月1日（星期五）開始向國內(nèi)外的研究機(jī)構(gòu)，分析儀器廠家，通信運(yùn)營商和運(yùn)輸設(shè)備制造商銷售。

 

※1 QCL:在發(fā)光層中使用量子結(jié)構(gòu)，可在中紅外到遠(yuǎn)紅外的波長范圍內(nèi)獲得高輸出功率的 半導(dǎo)體激光光源。

※2截止頻率:響應(yīng)速度的極限，以1秒內(nèi)可檢測(cè)到的信號(hào)次數(shù)表述。

產(chǎn)品概要

本產(chǎn)品是一款在光接收層里采用了量子結(jié)構(gòu)，可室溫工作，且截止頻率為20 GHz，最大靈敏波長4微米（以下稱μm，μ為100萬分之一）的中紅外光敏感的QCD。之前全球均有QCD方面產(chǎn)品化的研究和開發(fā)，此次的濱松QCD產(chǎn)品為全球首款。 濱松公司一直從事量子結(jié)構(gòu)發(fā)光層QCL的開發(fā)、生產(chǎn)和銷售。QCD是通過利用納米級(jí)的超薄膜半導(dǎo)體積層中的量子效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)高的截止頻率，但與其他中紅外光檢測(cè)器相比往往存在靈敏度較低的問題。

截止頻率為20 GHz的QCD

此次，濱松利用多年來在QCL開發(fā)中積累的量子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)以往量子結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良，加之晶體生長技術(shù)和半導(dǎo)體工藝技術(shù)，成功降低了QCD內(nèi)部接收器件的暗電流（※3），同時(shí)增加入射中紅外光產(chǎn)生的電信號(hào)量，提高了靈敏度。此外，通過改進(jìn)電路設(shè)計(jì)，降低了阻礙電流由接收器件流到封裝電極的電感和存儲(chǔ)電荷的電容，以便順利讀取信號(hào)。本次成功開發(fā)的全球首款產(chǎn)品化QCD中紅外探測(cè)器可在室溫工作，實(shí)用性強(qiáng)，且具備最高截止頻率20 GHz。本產(chǎn)品可用作分析儀器中的光電探測(cè)器，在研究燃燒效率的燃燒和爆炸等各種化學(xué)反應(yīng)中，可以在ps級(jí)的超短時(shí)間內(nèi)完成以往未能實(shí)現(xiàn)的測(cè)量和分析。此外，由于本產(chǎn)品的最大靈敏波長為不易被大氣吸收的4.6um中紅外光，本產(chǎn)品還有望應(yīng)用于高速大通量空間通信和長距離LiDAR。

今后，我們將繼續(xù)開發(fā)適用于各種中紅外波長產(chǎn)品。同時(shí)，由于濱松是世界上少數(shù)幾家同時(shí)生產(chǎn)光接收和發(fā)射器件的公司，我們深知如何最大限度地發(fā)揮彼此的性能，因此我們也將提出本產(chǎn)品與QCL等激光產(chǎn)品的組合方案，來開拓新的市場(chǎng)。

※3 暗電流:在沒有外光入射時(shí)產(chǎn)生的背景電流，是噪聲產(chǎn)生的原因。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖（空氣橋布線）

產(chǎn)品特點(diǎn)

● 全球首款實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化的QCD

QCD是通過利用納米級(jí)的超薄膜半導(dǎo)體積層中的量子效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)高的截止頻率，但與其他中紅外光檢測(cè)器相比往往存在靈敏度較低的問題。此次，濱松利用多年來在QCL開發(fā)中積累的量子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)以往量子結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良，加之晶體生長技術(shù)和半導(dǎo)體工藝技術(shù)，成功降低了QCD內(nèi)部接收器件的暗電流，以此增加信號(hào)量提高了QCD的靈敏度。此外，在一般的光學(xué)半導(dǎo)體元器件中，光接收器件和封裝電極是通過金屬導(dǎo)線連接，而此次我們采用了通過電鍍連接的空氣橋布線，大大降低了電感和電容。本次成功開發(fā)的全球首款產(chǎn)品化QCD中紅外探測(cè)器可在室溫工作，實(shí)用性強(qiáng)，且具備最高截止頻率20 GHz。

● 小型且操作簡單

本產(chǎn)品可在常溫下工作，不需要大型制冷機(jī)，工作時(shí)無需外加電壓，即不需要外部電源。其體積實(shí)現(xiàn)了8cm³的小封裝，可以嵌入到各種實(shí)驗(yàn)設(shè)備和分析儀器等之中。它還內(nèi)置了聚光鏡頭，便于光路調(diào)節(jié)。

研發(fā)背景

目前，利用可見光和近紅外光的高速激光測(cè)量技術(shù)正在不斷推進(jìn)實(shí)用化研究，人們對(duì)利用中紅外光的高速激光測(cè)量技術(shù)的期望也越來越高。目前銷售市場(chǎng)上雖有具有高截止頻率的中紅外光探測(cè)器，但需要用大型制冷機(jī)來冷卻，因此濱松一直致力于開發(fā)可在常溫下工作且具有高截止頻率的QCD。

主要規(guī)格