Ученые из Национального института стандартов и технологий (США) представили оригинальный ИК-спектрометр довольно простой конструкции.

За последние несколько десятков лет характеристики однофотонных детекторов видимого и ультрафиолетового диапазонов значительно улучшились: в этих областях спектра прекрасно проявляют себя кремниевые лавинные фотодиоды. В ближней ИК-области прогресс, однако, замедлился; существующие детекторы либо демонстрируют невысокие эффективность и чувствительность, либо требуют установки громоздких и дорогих систем охлаждения.

Зависимость эффективности регистрации и скорости темнового счета от мощности вспомогательного лазера

Американские исследователи построили методику измерения на базе технологии генерации суммарной частоты, суть которой состоит в искусственном повышении частоты регистрируемых фотонов и переводе их из ИК-области в видимый диапазон.

В экспериментах использовались «сигнальные» фотоны с длиной волны 1 310 нм и вспомогательный лазер непрерывного излучения, работавший на длине 1 550 нм. Снижение длины волны фотонов до 710 нм при их взаимодействии со вспомогательным излучением происходило в волноводе на основе ниобата лития длиной 52,3 мм. Для выделения полученных квантов света из выходного сигнала применялись две призмы; регистрация велась с помощью обычных кремниевых лавинных фотодиодов.

В проведенных опытах спектрометр продемонстрировал эффективность регистрации отдельных фотонов в 32%. По своей чувствительности устройство, как утверждает один из авторов исследования Сяо Тан (Xiao Tang), более чем в тысячу раз превосходит стандартные оптические спектрометры, позволяя работать с сигналами на уровне –126 дБмВт.

Экспериментальная установка. Слева внизу располагается волновод, справа — две призмы, вверху слева — детектор на базе лавинного фотодиода