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我国自研“微光探测器”通过鉴定 稳定性能达到国际领先水平
来源:中国科学院大连化学物理研究所        2021-02-04 09:37:19        阅读:58
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       科技成果鉴定是评价科技成果质量和水平的方法之一,它可以鼓励科技成果通过市场竞争,以及学术上的百家争鸣等多种方式得到评价和认可,从而推动科技成果的进步、推广和转化。

       2020年1月下旬,中国科学院大连化学物理研究所研发的“微光探测器(光电放大器)”通过了中国仪器仪表学会组织的新产品成果鉴定。关亚风研究员、耿旭辉研究员团队经过十五年技术攻关,成功研制了具有自主知识产权的高灵敏、低噪音、低漂移的AccuOpt 2000系列微光探测器(光电放大器),并批量生产,用于替代进口光电倍增管(PMT)、制冷型雪崩二极管(APD)和深冷型光电二极管(PD)对弱光的探测。

       该微光探测器已形成产品,在单分子级激光诱导荧光检测器、黄曲霉毒素检测仪、深海原位荧光传感器等多款仪器上应用,替代PMT得到相同的检测信噪比和更宽的动态线性范围。经权威机构检测和多家用户使用表明,该微光探测器具有比进口PMT更好的重复性、稳定性和性能一致性,具有广阔的应用前景。

       月光、星光和大气辉光等微弱的“可见”光统称微光、弱光。弱光检测通常是先将光信号通过光电器件转换成电信号,再经前置放大电路放大后,由A/D转换电路将模拟信号转换成数字信号进行分析处理。弱光检测技术广泛应用于现代通信、医疗和科研等领域。弱光检测电路一个重要性能指标是对噪声的滤除能力,但在弱光检测时,光信号和噪声几乎处于同一数量级,信号很容易淹没在噪声中,不利于后续电路处理。传统方法是采用电路级联来滤除干扰,放大信号;但这种电路需用精密电阻,且设计复杂,电路体积大,可靠性差。随着集成对数放大电路的发展,其宽动态范围、高精确输出的显着特点,光检测电路也得到不断发展和完善,对数电路具有优异的数据压缩性能,可将很宽的输入动态范围信号压缩在很窄的电压范围内。

       放大电路能增加信号的输出功率。它透过电源取得能量来源,以控制输出信号的波形与输入信号一致,但具有较大的振幅。依此来讲,放大器电路亦可视为可调节的输出电源,用来获得比输入信号更强的输出信号。

       放大器的四种基本类型是电压放大器、电流放大器、互导放大器和互阻放大器。进一步的区别在于输出是否是输入的线性或非线性表示。放大器也可以通过在信号链中的物理位置来分类。放大器可以依据它们的输入与输出属性区分规格。它们显示增益的性质,即输出信号和输入信号幅度之间的比例系数。出依其增益的种类,可区分为电压增益、电流增益、功率增益,或是其他的单位。例如,一个互导放大器的增益单位是电导(输出电流除以输入电压)。在多数情况,输入和输出为相同的单位,增益无需标示出单位(除了在强调是电压放大或电流放大的情形下),实际上经常以db标示。

       雪崩二极管是利用半导体结构中载流子的碰撞电离和渡越时间两种物理效应而产生负阻的固体微波器件。它是在外加电压作用下可以产生高频振荡的晶体管。产生高频振荡的工作原理是:利用雪崩击穿对晶体注入载流子,因载流子渡越晶片需要一定的时间,所以其电流滞后于电压,出现延迟时间,若适当地控制渡越时间,那么,在电流和电压关系上就会出现负阻效应,从而产生高频振荡。它常被应用于微波领域的振荡电路中。雪崩二极管是一种负阻器件,特点是输出功率大,但噪声也很大。主要噪声来自于雪崩噪声,是由于雪崩倍增过程中产生电子和空穴和无规则性所引起的,其性质和散弹噪声类似。

       光电二极管和普通二极管一样,也是由一个PN结组成的半导体器件,也具有单方向导电特性。但在电路中它不是作整流元件,而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。普通二极管在反向电压作用时处于截止状态,只能流过微弱的反向电流,光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大,以便接收入射光。光电二极管是在反向电压作用下工作的,没有光照时,反向电流极其微弱,叫暗电流;有光照时,反向电流迅速增大到几十微安,称为光电流。光的强度越大,反向电流也越大。光的变化引起光电二极管电流变化,这就可以把光信号转换成电信号,成为光电传感器件。

       光电倍增管是将微弱光信号转换成电信号的真空电子器件。光电倍增管用在光学测量仪器和光谱分析仪器中。它能在低能级光度学和光谱学方面测量波长200~1200纳米的极微弱辐射功率。闪烁计数器的出现,扩大了光电倍增管的应用范围。激光检测仪器的发展与采用光电倍增管作为有效接收器密切有关。电视电影的发射和图象传送也离不开光电倍增管。光电倍增管广泛地应用在冶金、电子、机械、化工、地质、医疗、核工业、天文和宇宙空间研究等领域。

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