記者26日從中國科學技術(shù)大學了解到，該校張軍等人聯(lián)合南京大學陸海、張榮團隊通過設(shè)計制備單光子雪崩光電二極管，發(fā)展主動淬滅主動恢復讀出電路技術(shù)，研制出具有實用價值的紫外半導體單光子探測器。研究團隊利用該探測器首次實現(xiàn)了單光子差分吸收臭氧激光雷達系統(tǒng)，并實現(xiàn)1—3.5公里高度范圍內(nèi)的臭氧濃度監(jiān)測。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在國際學術(shù)期刊《應用物理快報》上。
紫外單光子探測技術(shù)在大氣環(huán)境監(jiān)測、尾焰探測、電弧檢測和火災預警等應用場景中發(fā)揮著重要作用。寬禁帶半導體材料具有熱導率高、抗輻射能力強、電子飽和漂移速度高以及性能穩(wěn)定等特點，在研制新型紫外半導體單光子探測器方面具有顯著的材料性能優(yōu)勢。然而，長期以來基于寬禁帶半導體材料的單光子探測器性能指標差，特別是探測效率極低、暗計數(shù)率極高，使得該類型單光子探測器不具有實用價值。
基于前期研究基礎(chǔ)，研究團隊在單光子探測器性能指標方面持續(xù)開展攻關(guān)。一方面，研究團隊通過迭代優(yōu)化單光子雪崩光電二極管結(jié)構(gòu)和工藝提升了器件的單光子探測效率；另一方面，研究團隊針對單光子雪崩光電二極管器件的特征，發(fā)展了新型主動淬滅主動恢復讀出電路，在有效抑制探測器后脈沖概率的同時，顯著提升了飽和計數(shù)率，基本滿足了紫外單光子激光雷達應用對單光子探測器的性能需求。
研究團隊利用該探測器首次在單光子差分吸收臭氧激光雷達系統(tǒng)中開展相關(guān)應用。該激光雷達系統(tǒng)將289納米和316納米的脈沖激光同時垂直發(fā)射到大氣中，由于臭氧分子對兩種波長激光的吸收系數(shù)不同，實驗中將回波信號分為兩路，分別用傳統(tǒng)的光電倍增管和新型單光子探測器進行探測和數(shù)據(jù)反演。實驗結(jié)果表明，在1—3.5公里范圍內(nèi)使用兩種探測器反演出的臭氧濃度分布高度吻合。
科研人員表示，這項研究工作將為紫外波段單光子激光雷達提供了一種高性能、高環(huán)境耐受性的實用化解決方案。
（中國科學技術(shù)大學供圖）
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