激光雷达是一种使用激光脉冲计算距离的系统，类似于声纳使用声波的方式。

到达地球的光有各种各样的频率，其中一些对我们来说是可见的，而另一些则不是。在这些频率中，短波红外（SWIR）以其独特的特性脱颖而出，使其对光探测和测距（LIDAR）系统非常有用。

激光雷达是一种使用激光脉冲计算距离的系统，类似于声纳使用声波的方式。

SWIR波的独特之处在于，它们不会穿过人眼的角膜和晶状体到达视网膜，这是危险的。这使得SWIR眼睛安全，是激光雷达系统等实际应用的理想选择。

光子科学研究所（ICFO）的研究人员展示了一种合成碲化银（Ag₂Te）胶体量子点的新方法。量子点在激光雷达系统中用作光探测器（或光电探测器）。

新方法解决了传统SWIR光电探测器所面临的挑战，传统SWIR光电探测器在量子点组件中使用有毒重金属，如铅或汞。

碲化银胶体是一种更环保的替代品，之前已经研究过用于量子点。尽管它们具有潜力，但一些障碍限制了它们的广泛使用。

这项新研究通过优化碲化银胶体量子点的表面工程来解决这些挑战，以获得最大的效率，同时仍然是环保的。

与量子点有关的毒性

量子点是直径在2至10纳米范围内的小半导体粒子。为了进行比较，大约15000个量子点可以沿着人类头发的宽度彼此相邻排列。

量子点内的电子是受限的。这些量子约束效应导致了所见的独特的电学和光学性质。

有毒金属用于其组件源于其固有的稳定性和光电子（光和电）特性，这使它们成为一个很好的候选者。

虽然有更安全的替代品，如碲化银胶体，但它们受到噪音、反应时间慢和光探测范围有限的挑战，影响了它们探测明亮和昏暗光线的有效性。

表面工程

研究人员通过两个步骤来解决这些挑战。

他们首先优化了碲化银胶体量子点的合成。改进工艺使他们能够消除半导体颗粒上的表面缺陷，这些缺陷已知会降低效率。

第二步是创新的所在，发生在合成后。研究人员在合成后将硝酸银涂在量子点的薄膜上。

掺杂的过程包括使用硝酸银，将杂质引入量子点，改变它们的电子特性。

在这些量子点中，硝酸银将量子点从p型半导体变成了n型半导体。p和n表示材料中的电流是由正电荷还是负电荷产生的。

p型量子点表现出低性能和高暗电流，而n型量子点则没有这个问题。

人眼安全的激光雷达应用

研究人员测试了由碲化银胶体量子点制成的SWIR光电探测器的性能。

光电探测器显著降低了暗电流，降低了噪声，提高了精度。在捕获给定波长的光时，该设备的效率为30%，这表明该设备在探测光方面的效率有所提高。

此外，探测器的快速响应时间仅为25纳秒，使其能够准确测量距离。最后，探测器可以处理更大范围的光强度。

利用这些对环境友好的量子点，研究人员为SWIR激光雷达系统建立了第一个概念验证。该样机精确测量了10米以上的距离，误差范围仅为0.1米。

这一发现对于这些系统在环境监测、消费电子和地图绘制等领域的潜在应用来说是令人鼓舞的。

“在项目开始时，我们没有预料到最终设备性能会有如此重大的飞跃，”IFCO的合著者王永杰（音译）博士在一份新闻稿中说。

这项研究的结果发表在《先进材料》杂志上。

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