一根燃燒的蠟燭1秒鐘可以發射出100億億個以上的光子，要探測到能量如此小的單個紫外光子一直是世界技術難題。記者昨天獲悉，南京大學電子科學與工程學院長江特聘教授陸海為首的研究團隊近來獲得突破，在國內首先研製出超靈敏度的固體紫外單光子探測器，從而使中國成為繼美國之後第二個掌握這一核心技術的國家。
「自然界中波長小於280納米的紫外光幾乎為零，所以我們探測它相當於在暗室中探測光，只要發現一個小光點就一定是目標。」陸海介紹說，可探測400納米以下紫外輻射的紫外光探測器，是火焰探測、環境監測、生物醫藥、空間科學等領域所急需的關鍵部件，也是關係到國家安全的關鍵技術，可以用來檢測海上油汙、衛星遙感監測霧霾等。
光子是光的最小能量量子，也是光作為信息載體的最小傳輸單位。一根蠟燭1秒鐘釋放出的超100億億個光子中，假設紫外光子只佔萬分之一，那麼在完全不考慮飛行損耗的情況下，1公裡以外，面積為1平方釐米的鏡頭1秒鐘只能接收到1000個紫外光子。專門用來捕捉這些「小傢伙」的單光子探測器一直是世界各國研究和競爭的焦點。
陸海舉例說，飛彈的飛行尾焰中存在像指紋一樣的特殊紫外光譜成分，但距離越遠能夠傳輸過來的紫外光就越微弱。利用超靈敏度紫外單光子探測器就有可能在上千公裡以外探測和分辨出來襲飛彈，為反制或者規避提供寶貴時間。之前，國際上只有美國羅格斯大學、維吉尼亞大學、通用電氣研發中心三家美國單位成功研製碳化矽單光子探測器。而南大研究團隊此次獲得突破後，躋身成為第四家。
南大研究團隊研製出的紫外單光子探測器，基於碳化矽半導體晶片技術，能靈敏捕捉到紫外單光子，並且打破了過去依賴於超低溫條件的瓶頸。「我們的探測器在150℃下仍能正常工作，這是原來任何單光子探測技術都無法達到的。」陸海說。這一突破也引起了國際關注，歐洲的《今日半導體》雜誌專門長文報導了南大的這一研究成果。
同時，該探測器有顯著的成本優勢，有望向民用領域大規模推廣，比如高壓輸電線和高鐵供電線路上出現電暈、汙閃時，可用其遠程檢測和定位。「目前，紫外火災報警器用的真空紫外光敏管，綜合成本很高。」陸海拿出一枚耳釘大小的器件介紹說，未來用如此小的單光子探測器件，不僅造價更便宜，而且防爆、使用壽命更長。
眼下，南大研究團隊在該領域的部分研究成果已開始進入產業化階段。過量的紫外線照射易誘發皮膚癌，韓國三星公司日前發布的Note4手機就裝備了微型紫外線傳感器，受到消費者歡迎。而南大研究團隊正在和華為合作的貼片封裝紫外探測器，尺寸比米粒還小，也將安裝到手機或智能手環中，藉由它，用戶可隨時隨地檢測所處環境的紫外線強度，以及時防護。
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