项目来了丨论火眼金睛孙悟空都比不上它，该看的不该看的它都能看见

火眼金睛的短波红外探测器，

看见你看不见的东西。

在机场过安检的时候，不能携带易燃易爆危险品乘机已是常识。然而，还有一条注意事项你可能不知道，那就是——千万别放屁！否则就会出现下图中尴尬的一幕。

这是国外某机场的短波红外摄像机拍摄到的“犯罪过程”，一男子在接受安检时身上突然冒出一股“黑烟”，仿佛隔着屏幕都能闻见味儿……

恪尽职守的短波红外连“屁”都不放过，犯罪分子的伪装更不会逃过它的“火眼金睛”。

左图是我们人眼看到的样子，但短波红外探测器的成像告诉我们，这名男子的胡须和鬓角都是假的。

那么，短波红外探测器是如何做到识别伪装的？

原来在可见光谱中肉眼看起来类似的材料，在短波红外光谱中却大不相同。人造材料在短波红外波长中有着独特的反射方式，不同于天然材料，因此在成像中产生了区别。

（利用短波红外探测器对产品进行检测。）

此外，即便在黑夜、大雾等视线较差的环境下，短波红外依然能穿透重重障碍，将真实的场景呈现出来，因而也被广泛运用于军事侦察、救火救灾等领域。

（夜晚环境下的短波红外探测器的成像效果。）

（雾霾环境下的短波红外探测器的成像效果。）

（火灾时可借助短波红外探测器发现着火点。）

既然短波红外探测这么万能，为什么它还没有走进我们的日常生活？比如，在雾霾天戴个红外眼镜出门让视线更清晰？或者吃水果前打开红外摄像头看看坏没坏？再比如鉴别你的相亲对象整没整容？

原因只有一个——短波红外探测器太贵了。

传统主流的短波红外探测芯片材料太高大上

市场主流的短波红外探测器是铟镓砷（下文缩写为“InGaAs”）红外探测器。覆盖InGaAs薄膜的芯片可以吸收900～1700nm波段的近红外光。

（这是红外波长图。近红外线（NIR）波长范围为750至1400nm。短波红外线（SWIR）波长范围为1400至3000nm）

这种探测器的芯片以InP单晶为衬底，覆盖单晶外延生长的InGaAs薄膜，承载了集成电路。

这么多看不懂的字眼，总结起来，其实就一个字－－贵。

InGaAs薄膜虽然能吸收短波红外光，性能好，但由于其生产工艺苛刻，精度要求高，多用在高端行业，如科研仪器及军用设备中。更重要的是，目前InGaAs短波红外探测器的制备生产技术垄断在国外。

所以，我们就不能实现戴个红外眼镜出门的酷炫愿望了吗？

好消息是，在实验中，中科院深圳先进院光子信息与能源材料研究中心的团队发现了和InGaAs有相似性能的材料——铜镉锌锡硒（下文缩写为“CCZTSe”）。虽然以CCZTSe为材料的短波红外探测器芯片不适合用于高端行业，却能在消费级、民用领域开拓一片新天地。

（这是光子信息与能源材料研究中心的实验室，CCZTSe探测器成像芯片就是从这些设备中生产出来的。）

它差点被用来做电池而不是做短波红外探测

发现CCZTSe能代替InGaAs，成为民用领域短波红外探测器的芯片材料还有个小故事。

光子信息与能源材料研究中心的冯叶高级工程师介绍，他们原本想把CCZTSe用作光伏电池的材料。实验过程中，团队调整镉和锌的掺杂比例来改变材料吸收光的波段范围时发现，CCZTSe所能覆盖的波长不适合做电池，却能够用来做红外线探测的成像芯片，因为它能吸收波段更长的光。从400nm到1700nm，这已经覆盖了可见光和近红外光的波段范围。

这意味着用CCZTSe材料做成像芯片的短波红外探测器同时能探测可见光和近红外光这两个波段的光。

冯叶进一步解释道，“这个波段相比InGaAs所能探测到的波段要宽一些。就拿光谱仪来说，光谱仪可以通过探头探测到肉眼不可见光，但通常探测可见光和近红外光的时候，我们需要安装两个探头，因为InGaAs探头探测不了可见光波段，但如果用CCZTSe探头，一个探头就可以满足探测两种波段的光的需求。”

试想一下，未来无人机若安装上红外镜头，却需要另外一个镜头补充才能探测到可见光，重量上就会影响续航能力。

（冯叶讲解CCZTSe材料被“曲折”发现的过程。）

CCZTSe要做短波红外探测器中的“战斗机”

除了波段宽，可吸收更宽波段的光，CCZTSe相比InGaAs还有两个优点——制造成本大大降低和可大面积制作。

冯叶介绍，以InGaAs为成像芯片的仪器平均成本在1~5万美元／台，而CCZTSe为材料的话，整机成本就可以降低到100美元左右。“一台无人机1000多美元，如果搭配的红外摄像头卖10000多美元，这是不可能的。消费类产品有个价格的上限。所以这就是我们的突破点。”

（光子信息与能源材料研究中心的实验室）

相比InGaAs的单晶衬底，CCZTSe以玻璃材料为衬底，更省钱。InGaAs成像芯片的生产工艺对材料缺陷容忍度低，难以做到大面积生产，而CCZTSe芯片以溅射生长薄膜的技术已经非常成熟，更适合做成大面积生产的芯片晶圆。

总的来说，这些生产工艺和CCZTSe材料本身的特性为生产制造大大节约了生产成本。

（这是CCZTSe探测器成像芯片的一维样本，一个成形的芯片上面会布满很多这样的样本，从而勾勒出完整的红外图像。）

你或许困惑真的有这么“物美价廉”的东西吗？CCZTSe性能上能和InGaAs相媲美吗？冯叶解释，常温下，InGaAs的性能稍微更优些，光电转化率达到80~90%，而CCZTSe则在80%左右。通俗点说，CCZTSe成像的分辨率和InGaAs是差不多的，用在民用领域没问题。

红外探测器在手，你想拿它做什么？

看来先进院科学家们的目标是，让人人都能用得起红外探测器。关于民用短波红外探测器未来的应用，冯叶也跟我们分享了一些构想。“它可以用于安防夜视、自动驾驶领域，以应对各种恶劣天气，也可以安装在无人机上，辅助火灾地震中的搜救工作。”

随着成本的降低，红外探测器将会越来越普及，或许以后的智能手机都会配备一个红外摄像头。未来拥有了“火眼金睛”的你想要用它来做些什么呢？欢迎留言跟我们分享你的奇思妙想。

另外插播一则短消息：

高交会将于11月16日至21日在深圳会展中心举行，届时，研发短波红外探测成像芯片的光子信息与能源材料研究中心团队将携研究成果在高交会5号馆“项目来了”展区和广大观众见面，欢迎您来唠唠嗑。

如果您对上述项目感兴趣，欢迎留言与我们联系，或致电0755-86392046冯老师。如果您想把自己研究团队的成果在我们的微信平台上进行展示，欢迎投稿至[e-mail]。

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读创记者 李旖露  严偲偲

编辑/月儿

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