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蘇州醫工所提出非制冷紅外探測器靈敏度增強新方法
來(lái)源:蘇州生物醫學(xué)工程技術(shù)研究所  瀏覽次數:268  發(fā)布時(shí)間:2019-10-31

然而,薄膜壓電Lamb波傳感器用作紅外探測時(shí),紅外輻射與傳感器諧振頻率之間的相關(guān)性有待深入研究,旨在為探測器性能的增強提供科學(xué)依據中國科學(xué)院蘇州生物醫學(xué)工程技術(shù)研究所檢驗室李傳宇、周連群等開(kāi)展了基于光-熱-聲效應的薄膜壓電Lamb波紅外探測技術(shù)研究。研究人員根據薄膜壓電Lamb波的振動(dòng)及傳感機制,建立了光-熱及熱-聲轉化理論模型,論證了光-熱及熱-聲轉化效率與傳感器關(guān)鍵物理參數之間的關(guān)系。根據理論和實(shí)驗分析,提出一種通過(guò)Lamb波傳感器涂覆聚多巴胺(PDA)納米粒子的方式(PDA-Lamb)增強紅外探測靈敏度的新紅外熱探測器是在吸收紅外輻射后,使探測材料的溫度、電動(dòng)勢、電阻率等發(fā)生變化,根據這些變化來(lái)反饋探測目標的紅外輻射能量或功率。近年來(lái),基于薄膜壓電原理的紅外探測器成為國內外紅外熱探測器的研究熱點(diǎn)之一,該類(lèi)探測器通過(guò)諧振薄膜本征溫度特性引起傳感器諧振頻率移動(dòng),來(lái)反映紅外輻射的信息。其中,薄膜壓電Lamb波傳感器無(wú)需電容式傳感器驅動(dòng)所需的物理間隙,并且具備非制冷、低功耗、高CMOS工藝兼容性等優(yōu)勢,成為當前紅外探測核心器件的理想選擇之一。然而,薄膜壓電Lamb波傳感器用作紅外探測時(shí),紅外輻射與傳感器諧振頻率之間的相關(guān)性有待深入研究,旨在為探測器性能的增強提供科學(xué)依據。


中國科學(xué)院蘇州生物醫學(xué)工程技術(shù)研究所檢驗室李傳宇、周連群等開(kāi)展了基于光-熱-聲效應的薄膜壓電Lamb波紅外探測技術(shù)研究。研究人員根據薄膜壓電Lamb波的振動(dòng)及傳感機制,建立了光-熱及熱-聲轉化理論模型,論證了光-熱及熱-聲轉化效率與傳感器關(guān)鍵物理參數之間的關(guān)系。根據理論和實(shí)驗分析,提出一種通過(guò)Lamb波傳感器涂覆聚多巴胺(PDA)納米粒子的方式(PDA-Lamb)增強紅外探測靈敏度的新方法。


研究人員將Lamb波傳感器的零階對稱(chēng)(S0)模式和零階反對稱(chēng)(A0)模式,以及PDA-Lamb的A0模式三種模式作為研究對象。三種模式在紅外光照射前后分別產(chǎn)生不同的頻移,通過(guò)比較頻率相對移動(dòng)量來(lái)反映紅外探測的靈敏度。結果表明:紅外光開(kāi)啟瞬間,PDA涂覆的Lamb波傳感器(PDA-Lamb)諧振頻率相對變化量與紅外輻射強度呈高度線(xiàn)性關(guān)系,PDA-Lamb比未涂覆通道高近1個(gè)數量級。靈敏度的增強得益于光-熱轉化效率的提升,而涂覆前后熱-聲轉化效率基本不變。該研究為高性能薄膜壓電聲波紅外探測器的設計與優(yōu)化提供了參考依據,將有助于在紅外治療等領(lǐng)域得到應用。

研究工作得到國家自然科學(xué)基金-面上項目(51675517)、江蘇省優(yōu)秀青年基金(BK20160057)等的資助,相應研究成果已發(fā)表在A(yíng)pplied Physics Letters(APPL PHYS LETT, 2019, 114(18): 183505)。研究人員將Lamb波傳感器的零階對稱(chēng)(S0)模式和零階反對稱(chēng)(A0)模式,以及PDA-Lamb的A0模式三種模式作為研究對象。三種模式在紅外光照射前后分別產(chǎn)生不同的頻移,通過(guò)比較頻率相對移動(dòng)量來(lái)反映紅外探測的靈敏度。結果表明:紅外光開(kāi)啟瞬間,PDA涂覆的Lamb波傳感器(PDA-Lamb)諧振頻率相對變化量與紅外輻射強度呈高度線(xiàn)性關(guān)系,PDA-Lamb比未涂覆通道高近1個(gè)數量級。靈敏度的增強得益于光-熱轉化效率的提升,而涂覆前后熱-聲轉化效率基本不變。該研究為高性能薄膜壓電聲波紅外探測器的設計與優(yōu)化提供了參考依據,將有助于在紅外治療等領(lǐng)域得到應用。

  

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2.png研究工作得到國家自然科學(xué)基金-面上項目(51675517)、江蘇省優(yōu)秀青年基金(BK20160057)等的資助,相應研究成果已發(fā)表在Applied Physics LettersAPPL PHYS LETT, 2019, 114(18): 183505)。


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