激光雷達是一種使用激光脈衝計算距離的系統，類似於聲納使用聲波的方式。
到達地球的光有各種各樣的頻率，其中一些對我們來說是可見的，而另一些則不是。在這些頻率中，短波紅外（swir）以其獨特的特性脫穎而出，使其對光探測和測距（lidar）系統非常有用。
激光雷達是一種使用激光脈衝計算距離的系統，類似於聲納使用聲波的方式。
swir波的獨特之處在於，它們不會穿過人眼的角膜和晶狀體到達視網膜，這是危險的。這使得swir眼睛安全，是激光雷達系統等實際應用的理想選擇。
光子科學研究所（icfo）的研究人員展示了一種合成碲化銀（ag₂te）膠體量子點的新方法。量子點在激光雷達系統中用作光探測器（或光電探測器）。
新方法解決了傳統swir光電探測器所面臨的挑戰，傳統swir光電探測器在量子點組件中使用有毒重金屬，如鉛或汞。
碲化銀膠體是一種更環保的替代品，之前已經研究過用於量子點。儘管它們具有潛力，但一些障礙限制了它們的廣泛使用。
這項新研究通過優化碲化銀膠體量子點的表面工程來解決這些挑戰，以獲得最大的效率，同時仍然是環保的。
與量子點有關的毒性
量子點是直徑在2至10納米範圍內的小半導體粒子。為了進行比較，大約15000個量子點可以沿着人類頭髮的寬度彼此相鄰排列。
量子點內的電子是受限的。這些量子約束效應導致了所見的獨特的電學和光學性質。
有毒金屬用於其組件源於其固有的穩定性和光電子（光和電）特性，這使它們成為一個很好的候選者。
雖然有更安全的替代品，如碲化銀膠體，但它們受到噪音、反應時間慢和光探測範圍有限的挑戰，影響了它們探測明亮和昏暗光線的有效性。
表面工程
研究人員通過兩個步驟來解決這些挑戰。
他們首先優化了碲化銀膠體量子點的合成。改進工藝使他們能夠消除半導體顆粒上的表面缺陷，這些缺陷已知會降低效率。
第二步是創新的所在，發生在合成後。研究人員在合成後將硝酸銀塗在量子點的薄膜上。
摻雜的過程包括使用硝酸銀，將雜質引入量子點，改變它們的電子特性。
在這些量子點中，硝酸銀將量子點從p型半導體變成了n型半導體。p和n表示材料中的電流是由正電荷還是負電荷產生的。
p型量子點表現出低性能和高暗電流，而n型量子點則沒有這個問題。
人眼安全的激光雷達應用
研究人員測試了由碲化銀膠體量子點製成的swir光電探測器的性能。
光電探測器顯著降低了暗電流，降低了噪聲，提高了精度。在捕獲給定波長的光時，該設備的效率為30%，這表明該設備在探測光方面的效率有所提高。
此外，探測器的快速響應時間僅為25納秒，使其能夠準確測量距離。最後，探測器可以處理更大範圍的光強度。
利用這些對環境友好的量子點，研究人員為swir激光雷達系統建立了第一個概念驗證。該樣機精確測量了10米以上的距離，誤差範圍僅為0.1米。
這一發現對於這些系統在環境監測、消費電子和地圖繪製等領域的潛在應用來說是令人鼓舞的。
「在項目開始時，我們沒有預料到最終設備性能會有如此重大的飛躍，」ifco的合著者王永傑（音譯）博士在一份新聞稿中說。
這項研究的結果發表在《先進材料》雜誌上。
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