永利402com官方网站 永利402官方网站 右图为Hamamatsu率先量产的中红外化合物非晶态半导体探测器,PHOTON FAIPAJERO 2018 滨松光子技术综合交易会【永利402com官方网站】

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在过去的一个世纪中,红外光探测已经成为人们观测自然的一个重要手段,而基于红外探测的应用业已深入到人们生活的各个方面,比如安全监控、动作检测、红外夜视等。在波长范围为0.7
微米~1毫米红外光中,1~1.8微米波段的短波红外光因其独特应用而格外引人关注。在历史上,光电探测发展的主要推动力是新型光电材料的发现以及加工工艺的改进。经过一个世纪的努力,人们发现在红外光谱中具有高量子效率和可调带隙的不同块体材料包括:III-V和II-VI化合物中的HgCdTe,InGaAs,InSb,GaAs
/ AlGaAs量子阱和InAs /
GaSb超晶格。而这些材料的高质量薄膜难以制备及后续微纳加工,故将这些材料制备成高分辨率红外成像设备将使其成本急剧上升。所以,目前红外探测芯片的一个重要发展趋势是将红外传感材料与廉价成熟的硅基芯片读出电路的结合,进而实现更高的像素、更高的帧速率和更复杂的信号处理功能。而最近二维材料的兴起为这种红外探测器发展趋势提供良好的契机。二维材料具有独特的超薄平面结构和优异的机械性能及柔性,这使得二维材便于加工成焦平面阵列并有可能与硅基芯片读出电路兼容。

滨松光子学株式会社近日宣布批量生产了一种不使用欧盟委员会RoHS限制物质的中红外化合物半导体探测器。这款化合物光电半导体由2000多层砷化铟和锑化镓薄膜层在基板上交替层叠构成。

2018年11月1日,由日本滨松光子学株式会社举办的Photon Fair
2018于日本静冈县滨松市ACT
CITY展览馆拉开帷幕。滨松光子展是由滨松集团主办的每5年1届的光子技术综合性展览会,旨在将滨松集团现阶段的科学研究成果及最新技术应用展示给光产业领域从业人员与广大群众,向社会传达滨松集团对光子技术的开发应用理念和利用光子技术改善生活、服务社会的美好愿景。仪器信息网作为国内专业媒体带来展会的全程报道。会展同期亦开设了多个主题演讲及技术研讨会。

灵敏度和响应时间是红外探测器的两个核心指标,而面向实际应用要求沟道材料同时具有良好的空气稳定性。然而,目前已报道的基于二维材料的红外探测器均不能同时满足上述条件。例如,石墨烯显示出高速光电响应,但是其灵敏度较低,典型值小于几十毫安每瓦。传统的过渡金属二硫化物(TMD)通常具有太大的带隙,从而失去了检测红外光的能力。黑磷有不错的红外探测能力,但其化学不稳定性与大规模制造工艺不兼容。因此,人们仍然在寻找可用于高灵敏度和快速红外检测的二维层状材料。

左图为普通化合物半导体器件,右图为Hamamatsu率先量产的中红外化合物半导体探测器。普通半导体器件的光接收层采用的是单一材料,而Hamamatsu的该产品采用的是2000层以上厚度为数纳米的InAs和GaSb薄膜在基板上交替层叠形成的光接收层。

PHOTON FAIR 2018 滨松光子技术综合展览会

在过去两年多里,北京大学化学与分子工程学院彭海琳教授课题组和合作者首次发现一类同时具有超高电子迁移率、合适带隙、环境稳定和可批量制备特点的全新二维半导体芯片材料(硒氧化铋,Bi2O2Se),在场效应晶体管器件、量子输运和可见光探测方面展现出优异性能(Nature
Nanotech
. 2017,12,530; Nano Lett. 2017, 17, 3021; Adv. Mater. 2017,29,
1704060)。

该探测器能够感知波长为14.3
um的中红外光,且不使用中红外探测器常用的汞和镉材料。这些材料现在已是欧盟RoHS指令下的限制有害物。

本届展会展览区共分为科学研究、汽车、生活、医疗与生命科学、制造、环境六大板块。共吸引超过5000名专业观众的注册,活动累计超过10000人次参加,规模较上届展会显著提升。

最近,他们与合作者发现由Bi2O2Se制备成的原型光电探测器件具有很宽的光谱响应(从可见光到1700
nm短波红外区),并同时具有很高的灵敏度(在近红外二区1200nm处灵敏度高达~65A/W)。
而利用飞秒激光器组建的超快光电流动态扫描显示Bi2O2Se光电探测器具有约1皮秒(10-12秒)的本征超快光电流响应时间。加之,该化合物由交替堆叠的Bi2O2和Se层组成,晶体中氧的存在,使其在空气中具有极佳的稳定性,完全可暴露于空气中存放数月且保持稳定。

Hamamatsu称,这款新产品非常适用于傅里叶变换红外光谱仪分光光度计等分析仪器,这些仪器依赖中红外光来识别空气、食品和药物中所含的物质。这款新产品还可以取代常用于气体组分分析仪和红外测温仪的现有中红外探测器。

滨松集团董事长昼马明、加州大学欧文分校教授布鲁斯·特洛伯格、丰田汽车株式会社先进技术开发公司常务理事鲤渕健、斯坦福大学医学部循环器科主任研究员池野文昭分别作大会报告,畅谈了他们对光子技术在精准医疗、汽车自动驾驶等领域将深刻改变人们生活方式的预期及信念。分会场上,来自滨松集团中央研究所及四大事业部—电子管、固体、系统、激光的近40名技术专家向与会嘉宾介绍了滨松在光电技术领域所做出的最新进展。

他们还展示了利用单一Bi2O2Se光电探测器,通过在成像平面上扫描,实现了室温下高分辨率红外成像。由于其二维材料属性,这种光电探测器可制备在柔性基底上,并在1%应力范围内保持正常工作。另外,他们展示出多个Bi2O2Se光电探测器阵列可协同成像,从而具备多像素扫描成像的潜力。由于Bi2O2Se具有与硅基读出电路集成的潜力,并且制备工艺简单,具有大规模生产的可能性,其为高灵敏度、高速度、低成本、可室温工作的柔性红外光电探测和成像开辟了新路径。

探测可见光主要采用的是由硅材料制成的光学半导体器件,但要检测波长比可见光长的中红外光,则需要使用组合多种材料的化合物半导体器件。然而,这些化合物光电半导体结构的大规模批量生产难度很大。

从展馆入口进入序幕厅,庄严肃穆的氛围萦绕四周,墙幕上依次浮现出对滨松集团创立和发展有着深远影响的三位前人的成就与事迹。滨松创始人名为堀内平八郎,通过从师
“日本电视机之父”高柳健次郎,意识到了光电转换技术的巨大可能性,以此建立起了滨松公司。后来,在第二代社长昼马辉夫的带领下,滨松成功开发出性能超越世界标准的光电倍增管产品,开启了滨松迈向领先光子技术企业的发展进程。依托自光电倍增管开发生产时期积累的先进光子技术,滨松的应用领域迅速扩展,并渗透至人们生活的方方面面。21世纪常被称作“光的时代”,滨松在未知未涉领域的探索和挑战也未曾停歇。

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Hamamatsu声称它们是第一家批量生产这种II型超晶格红外探测器的公司。其制造技术能够精确交替层叠具有均匀厚度、反复重复的InAs和GaSb薄膜。

展览厅典籍

 

日本滨松光子学株式会社是全球光子技术、光产业的领导者。自1953年成立以来,滨松集团将超过15000种光电产品销往全球100多个国家和地区,这些产品被广泛应用在生物医疗、高能物理、宇宙探测、精密分析、工业计测、民用消费等领域。多种产品以其优异质量著称并享有高市场占有率,如光电倍增管系列产品的市场占有率高达90%。目前,滨松集团在日本、中国、中国台湾、美国、德国、俄罗斯、意大利、南非、荷兰、瑞士、丹麦、波兰等国家和地区成立了分公司或事务所。

序幕厅后方的大荧幕上循环放映宣传影片,由滨松现任社长昼马明为参观者介绍滨松数年来在光子技术领域所取得的杰出成就,以及未来的发展方向。

超快高敏二维Bi2O2Se红外探测器芯片材料示意图及其近红外成像展示

滨松集团于2011年10月成立了滨松光子学商贸有限公司,作为滨松集团在中国的销售、技术支持、售后服务等市场与商务活动中心,全面负责滨松集团在中国所有产品的销售业务。为了更好地服务好中国客户,满足中国不断发展壮大的市场需求,滨松中国分别在2012年1月和2017年10月成立滨松中国上海分公司和滨松中国深圳分公司,在全面助力中国光子科学和技术发展的同时也为祖国的蓬勃发展贡献滨松中国的一份力量。

绕过荧幕跨入主展览厅,新产品和新技术应用随之映入眼帘,流光溢彩的现场布置令人仿佛置身充满科技感的未来世界一般。那么本次展会又有哪些精彩的内容呢?请随仪器信息网编辑一同跨越通往未来之旅的大门。

该研究成果以“ultrafast and highly sensitive infrared photodetectors
based on two-dimensional oxyselenide
crystals”为题发表于2018年8月17日的《自然-通讯》(Nature
Communications
)(DOI:
10.1038/s41467-018-05874-2)上。彭海琳教授和北京大学物理学院刘开辉研究员为该工作的共同通讯作者。文章的并列作者为尹建波博士、谈振军、洪浩及吴金雄博士。
该工作得到了来自科技部和国家自然科学基金委等项目的资助。

滨松集团的中国业务最早可以追溯到1988
年,由滨松集团与北京核仪器厂共同投资兴建了北京滨松光子技术有限公司,现为国内光电倍增管、探测器、晶体、电子玻璃等产品的生产基地。

展会现场

文章来源:麦姆斯咨询

ENVIRONMENT 环境展区

随着社会经济的不断发展,近年来环境问题也日趋凸显,人们在物质需求不断增长的同时,对环境质量提出了高的要求。在能源开发和勘探,灾害预防,以及水、土壤、大气的环保监测等领域,也有着滨松产品与技术的身影。

展区的内容十分丰富,新品齐放。在土壤检测区域的质量分析中,展现了滨松在2018年推出的一系列应用于质谱仪电离和探测中的器件;烟气监测中,除了最新推出的波长可调谐中红外量子级联激光器模块首次面世外,最新在研的QCL产品也首次以DEMO的形式披露。能源方面,还看到了滨松产品在激光核聚变中的应用。

滨松质谱用探测器件新品,包括高气压下仍可高增益正常工作的栅网阳极结构第三代MCP、大幅简化和缩短MALDI-TOF-MS前处理时间的辅助离子化基板、MCP+AD、通道式电子倍增器

滨松最新发布的波长可调谐中红外QCL模块

其具备小型且高速波长调谐的特点,搭载输出8——10μm中红外激光双上层组合结构的QCL,形成低反射涂层、实现稳定的波长扫描。

用于石油勘探的滨松高温光电倍增管

MEDICALLIFE SCIENCE 医疗与生命科学展区

光子技术同样可对人们的健康保驾护航。医疗是滨松光子技术应用中非常重要的部分,其应用覆盖PET、全身及牙科X射线成像、体外诊断、POCT、病理诊断、血氧测量等。

在光子展中,一台脑部PET探测端的拆解引人注目,其中展示了PET下一代探测器——硅光电倍增管技术。滨松首次将PET用MPPC模块化,降低了成本,提高了空间分辨率,且可帮助设备制造商加速研发周期。另外,亦展示了基于MPPC技术的X射线光子计数模块,其可大幅提高探测灵敏度,降低了X射线量的要求,更加安全,且可促成整机成本的降低。而其也被认为是颠覆CT技术的新一代产品。

头部PET探测端的内部展示

此外,结合近年来医疗中的热点“POCT”,光子展中也集中展示了各类微型化的器件,并首次披露了下一代微型PMT及超小型电源的开发品。

可用于POCT应用的小型化2W闪烁氙灯及高度集成化的光学模块

可在基因测序中发挥重要作用的滨松科研级相机产品

LIFE 生活展区

光电技术与人们的生活也是息息相关,“生活”展位上展示了一系列可应用于测距、食品检测、纺织品检测、可穿戴设备、物联网等应用的光传感技术。其中融合了MOEMS技术的一系列微型化产品十分抢眼,其中就包括刚刚与10月推出的SMD系列超微型光谱仪。

该款光谱仪产品波长响应范围在640——1050nm,结构极其紧凑,与同样对近红外光有响应的前代产品相比,SMD系列体积约为其1/14,重量为其1/30,灵敏度却是其50
倍。它能够满足现场食品的实时测定、农作物的质量检查、无人机环境分析等用途的要求。未来有望整合入移动终端,做到随用随测。现场的演示DEMO也展示了其优秀的光谱测量能力。

SMD型微型光谱仪

SCIENCERESEARCH 科学研究展区

科学研究是人类社会发展进步的基础,技术与应用的创新也是依托在其成果之上。科学研究展区上展示了光子技术在生物、物理、化学领域科研中的应用。年代展中,让我们看到了从1960年开始到现在,滨松助力的世界大型科研实验,其中所用到的光电探测器许多也同台亮相,如两度助力诺贝尔物理学奖的中微子探测器20英寸光电倍增管、用于希格斯玻色子探测并助力2013年诺贝尔物理学奖诞生的硅APD等。

另外,通过从分光到探测和分析光谱,这次也展示了应用于化学科研,覆盖广泛光谱波段范围的光子探测技术。生物方面,则以“看见光”、“制造光”、“操纵光”来进行多面的展示,其中许多前沿的科研课题引人注目,如当下颇受热议的“光镊”的研究。

用于超级神冈实验中微子探测的20英寸光电倍增管

上面的签名为2015年诺贝尔物理学奖得主梶田隆章

从γ射线/X射线到太赫兹波段探测滨松所覆盖的产品及技术

AUTOMOTIVE 汽车展区

汽车产业发展已历百年,近年来汽车在逐渐向智能化、电动化、网联化发展。滨松以提高汽车舒适性、安全性为中心,进行了一系列发光和受光器件的研发,在汽车领域已耕耘了40余年。本次展示了其在自动驾驶激光雷达、抬头显示、汽车MOST网络、自动防眩后视镜等应用中的光电传感方案。

测距应用DEMO演示

MANUFACTURING 制造展区

制造业的发达程度代表了社会生产力水平的高低,工业制造也离不开光电器件、系统的辅助,可以说,光子技术开启了更先进制造业的通路。展区从X射线无损检测、激光加工、UV·EB加工、工业监控四个方面,展示了滨松光电技术对半导体制造的支持,以及一系列相关的产业应用。

滨松光子技术对半导体制造的支持

可用于X射线行李检测的新型PDA

在激光加工中所需的光调制技术

光可以做什么?2018滨松光子展以实际产品和应用的形式,令与会者感受到了光为人类带来的无限可能,不禁让人惊叹光子技术的强大“使能”。未来,以科研、汽车、制造、环境、生命科学为代表的多个领域,乃至更多应用场景都将出现光子技术的新成果、新方向。正如滨松不断探索人类未知未涉的企业理念所述,只有基础技术走在应用、产业、市场的前方,才有可能推动社会的不断进步。光子技术将如何影响人们生活的各方各面?又将为人类社会发展带来怎样的贡献?还让我们拭目以待!

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