科學島團隊在中紅外波段上轉(zhuǎn)換單光子探測器探測效率測量方面取得進展

近日，中國科學院合肥物質(zhì)院安光所鄭小兵研究員團隊在自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換（SPDC）定標技術(shù)方面取得新進展。鄭小兵研究員團隊與中國科學技術(shù)大學史保森教授團隊聯(lián)合，構(gòu)建了頻率上轉(zhuǎn)換（UPDC）中波紅外單光子探測系統(tǒng)，利用自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換（SPDC）定標技術(shù)實現(xiàn)了中波紅外單光子探測系統(tǒng)通道效率的校準。

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

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

團隊提出了利用自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換技術(shù)產(chǎn)生的相關(guān)光子定標上轉(zhuǎn)換紅外探測系統(tǒng)探測效率的新方法。使用780nm激光泵浦PPLN晶體，產(chǎn)生1.013μm/3.39μm的相關(guān)光子對，3.39μm的光子繼續(xù)與1.064μm泵浦激光進行頻率轉(zhuǎn)換，變換為0.81μm的光子，利用成熟的Si APD進行符合測量，獲得到了3.39μm探測通道的絕對探測效率。測量不確定度為2.8%（k=1）。為了進一步驗證該方法的準確性，采用3.39μm連續(xù)激光測量了上轉(zhuǎn)換通道的探測效率，與SPDC方法得到的探測效率有很好的一致性。

該研究工作將團隊長期以來開展的SPDC定標技術(shù)從可見近紅外波段擴展到了中波紅外波段，為紅外輻射的定量測量提供了新思路。

測量裝置示意圖