科學(xué)島團(tuán)隊(duì)在中紅外波段上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器探測(cè)效率測(cè)量方面取得進(jìn)展

近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)院安光所鄭小兵研究員團(tuán)隊(duì)在自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換（SPDC）定標(biāo)技術(shù)方面取得新進(jìn)展。鄭小兵研究員團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)史保森教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合，構(gòu)建了頻率上轉(zhuǎn)換（UPDC）中波紅外單光子探測(cè)系統(tǒng)，利用自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換（SPDC）定標(biāo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了中波紅外單光子探測(cè)系統(tǒng)通道效率的校準(zhǔn)。

相關(guān)成果以《基于SPDC的上轉(zhuǎn)換單光子探測(cè)器3.39μm量子效率測(cè)量》為題，發(fā)表在國(guó)際知名期刊Optics Express上。

頻率上轉(zhuǎn)換技術(shù)在中長(zhǎng)波紅外微弱光輻射測(cè)量中具有重要的應(yīng)用前景，一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。頻率上轉(zhuǎn)換探測(cè)系統(tǒng)采用頻率變換技術(shù)，將待測(cè)的中長(zhǎng)波紅外輻射轉(zhuǎn)換到Si探測(cè)器靈敏波段進(jìn)行探測(cè)，可以突破材料的物理限制，避免目前紅外探測(cè)器量子效率低、噪聲大、響應(yīng)速度慢的缺點(diǎn)，在室溫下就可實(shí)現(xiàn)跨越波長(zhǎng)限制的紅外波段超靈敏探測(cè)。

團(tuán)隊(duì)提出了利用自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換技術(shù)產(chǎn)生的相關(guān)光子定標(biāo)上轉(zhuǎn)換紅外探測(cè)系統(tǒng)探測(cè)效率的新方法。使用780nm激光泵浦PPLN晶體，產(chǎn)生1.013μm/3.39μm的相關(guān)光子對(duì)，3.39μm的光子繼續(xù)與1.064μm泵浦激光進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換，變換為0.81μm的光子，利用成熟的Si APD進(jìn)行符合測(cè)量，獲得到了3.39μm探測(cè)通道的絕對(duì)探測(cè)效率。測(cè)量不確定度為2.8%（k=1）。為了進(jìn)一步驗(yàn)證該方法的準(zhǔn)確性，采用3.39μm連續(xù)激光測(cè)量了上轉(zhuǎn)換通道的探測(cè)效率，與SPDC方法得到的探測(cè)效率有很好的一致性。

該研究工作將團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期以來(lái)開(kāi)展的SPDC定標(biāo)技術(shù)從可見(jiàn)近紅外波段擴(kuò)展到了中波紅外波段，為紅外輻射的定量測(cè)量提供了新思路。

測(cè)量裝置示意圖