濱松公司利用多年來在開發量子級聯激光器（Quantum Cascade Laser、以下稱QCL※1）過程中積累的量子結構設計技術，以及電路改良，成功在近日推出全球首款中紅外區域量子級聯探測器（QCD）產品P16309-01。該產品可在室溫下工作，截止頻率為（※2）20千兆赫（以下簡稱GHz），是目前世界上已實用中紅外光檢測器中的最高，作為探測器用在分析儀器上可以進行皮秒（以下簡稱ps，皮為萬億分之一）級的，如燃燒和爆炸等化學反應等在以往實現不了的超短時間內的現象進行分析。此外，本產品還有望應用于高速大通量的空間通信和長距離LiDAR等領域。 本產品將于10月1日（星期五）開始向國內外的研究機構，分析儀器廠家，通信運營商和運輸設備制造商銷售。

 

※1 QCL:在發光層中使用量子結構，可在中紅外到遠紅外的波長范圍內獲得高輸出功率的 半導體激光光源。

※2截止頻率:響應速度的極限，以1秒內可檢測到的信號次數表述。

產品概要

本產品是一款在光接收層里采用了量子結構，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方面產品化的研究和開發，此次的濱松QCD產品為全球首款。 濱松公司一直從事量子結構發光層QCL的開發、生產和銷售。QCD是通過利用納米級的超薄膜半導體積層中的量子效應來實現高的截止頻率，但與其他中紅外光檢測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開發中積累的量子結構設計技術對以往量子結構進行改良，加之晶體生長技術和半導體工藝技術，成功降低了QCD內部接收器件的暗電流（※3），同時增加入射中紅外光產生的電信號量，提高了靈敏度。此外，通過改進電路設計，降低了阻礙電流由接收器件流到封裝電極的電感和存儲電荷的電容，以便順利讀取信號。本次成功開發的全球首款產品化QCD中紅外探測器可在室溫工作，實用性強，且具備最高截止頻率20 GHz。本產品可用作分析儀器中的光電探測器，在研究燃燒效率的燃燒和爆炸等各種化學反應中，可以在ps級的超短時間內完成以往未能實現的測量和分析。此外，由于本產品的最大靈敏波長為不易被大氣吸收的4.6um中紅外光，本產品還有望應用于高速大通量空間通信和長距離LiDAR。

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

※3 暗電流:在沒有外光入射時產生的背景電流，是噪聲產生的原因。

產品結構圖（空氣橋布線）

產品特點

● 全球首款實現產品化的QCD

QCD是通過利用納米級的超薄膜半導體積層中的量子效應來實現高的截止頻率，但與其他中紅外光檢測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開發中積累的量子結構設計技術對以往量子結構進行改良，加之晶體生長技術和半導體工藝技術，成功降低了QCD內部接收器件的暗電流，以此增加信號量提高了QCD的靈敏度。此外，在一般的光學半導體元器件中，光接收器件和封裝電極是通過金屬導線連接，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。本次成功開發的全球首款產品化QCD中紅外探測器可在室溫工作，實用性強，且具備最高截止頻率20 GHz。

● 小型且操作簡單

本產品可在常溫下工作，不需要大型制冷機，工作時無需外加電壓，即不需要外部電源。其體積實現了8cm³的小封裝，可以嵌入到各種實驗設備和分析儀器等之中。它還內置了聚光鏡頭，便于光路調節。

研發背景

目前，利用可見光和近紅外光的高速激光測量技術正在不斷推進實用化研究，人們對利用中紅外光的高速激光測量技術的期望也越來越高。目前銷售市場上雖有具有高截止頻率的中紅外光探測器，但需要用大型制冷機來冷卻，因此濱松一直致力于開發可在常溫下工作且具有高截止頻率的QCD。

主要規格