一种光学波导阵列式X射线探测器的制作方法

本实用新型属于X射线脉冲辐射的强度测量领域，尤其涉及一种光学波导阵列式X射线探测器。

背景技术：

目前现有的脉冲式X射线探测器，主要通过光电转换效应，X射线辐射辐照敏感材料产生电子发射，经过电子光学系统收集成为光电流加以探测。光电转换方式的X射线探测器主要存在以下问题：

1、难以集成化，由于探测器的感光面积与相应的电流正比例，产生的这种原理的探测器设计体积上有一定的要求，难以制作集成化的探测器件。

2、探测器的时间分辨能力受到制约。由于电子系统的响应极限限制，光电转换方式的时间分辨率能力受到限制。

3、探测器容易受到电磁辐射的干扰。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提供一种光学波导阵列式X射线探测器。采用集成光学设计形成光学波导阵列实现了X射线脉冲对探测光束的调制，通过探测光束的检测获取X射线脉冲辐射的信息，实现了多通道X射线脉冲辐射探测。X射线脉冲辐照光学波导阵列时，光学波导中会产生瞬态载流子浓度变化，导致光学波导材料的光学性质发生变化，进而引起光学波导阵列中传播的探测光束的强度或位相发生变化。

一种光学波导阵列式X射线探测器，包括探测光光源1、光纤分束器2、第一光纤阵列3、衬底4、光学波导阵列5、第二光纤阵列6以及光纤耦合探测模块7；

所述探测光光源1为光纤耦合输出激光器，通过光纤与光纤分束器2连接；

所述光纤分束器2对准第一光纤阵列3的输入端；

所述第一光纤阵列3和第二光纤阵列6分别设置在光学波导阵列5的输入端面和输出端面，且第一光纤阵列3和第二光纤阵列6的各支光纤单元分别与光学波导阵列5的各个波导单元共轴；

所述第一光纤阵列3每支光纤单元的输出端面和光学波导阵列5中对应的波导单元输入端面准直；第二光纤阵列6每支光纤单元的输入端面和光学波导阵列5中对应的波导单元输出端面准直；

所述光纤耦合探测模块7对准第二光纤阵列6的输出端面；

所述光学波导阵列5在衬底4上利用光刻工艺制作而成；其中光学波导阵列5中的各个波导单元为长方体结构，相互平行排列在衬底4上。

所述探测光光源1的探测光的波长根据制备光学波导阵列5所使用的半导体材料可允许透过的光波波长范围来选定。

有益效果：

1、本实用新型的光学波导阵列式X射线探测器，采用了集成光学波导阵列设计，具有体积小，高度集成化，安装简便，实现了多通道X射线探测信号的并行输出，适合于探测强X射线脉冲辐射；

2、本实用新型的光学波导阵列式X射线探测器采用全光探测方式不受电磁辐射的信号干扰，与光栅等色散元件组合使用可以实现X射线光谱的时间分辨测量，可用于科学研究和工业检测中X射线脉冲辐射的探测。

附图说明

图1为本实用新型的光学波导阵列式X射线探测器整体结构侧视图；

图2为本实用新型的光学波导阵列式X射线探测器的光学波导阵列结构示意图；

1-探测光光源、2-光纤分束器、3-第一光纤阵列、4-衬底、5-光学波导阵列、6-第二光纤阵列、7-光纤耦合探测模块、8-X射线脉冲。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图1所示，为本实用新型的光学波导阵列式X射线探测器整体结构侧视图；一种光学波导阵列式X射线探测器，包括探测光光源1、光纤分束器2、第一光纤阵列3、衬底4、光学波导阵列5、第二光纤阵列6以及光纤耦合探测模块7；

所述探测光光源1为光纤耦合输出激光器，通过光纤与光纤分束器2连接；所述光纤分束器2对准第一光纤阵列3的输入端；其中第一光纤阵列3和第二光纤阵列6分别设置在光学波导阵列5的输入端面和输出端面；光纤耦合探测模块7对准第二光纤阵列6的输出端面。

探测光从探测光光源1发射后经过光纤分束器2分光后经第一光纤阵列3耦合进入光学波导阵列5中；在光学波导阵列5中，经分光后的探测光被X射线脉冲8辐射调制；然后通过第二光纤阵列6，经辐射调制后的探测光被耦合进入光纤耦合探测模块7；

所述光学波导阵列5是探测X射线的敏感单元，在衬底4上利用光刻工艺制作而成；其中光学波导阵列5中的各个波导单元为长方体结构，相互平行排列在衬底4上；光学波导阵列5中每支波导单元均可独立输出探测信号，光学波导阵列5可以测量多路X射线脉冲8辐射强度信息，其包括的光学波导数就是其最大输出路数。光学波导阵列5中的单支波导单元的厚度和宽度根据探测光的传输模式计算确定，通常尺寸在几个微米到几十微米，可以在一片衬底上集成相当数量的光学波导。

所述第一光纤阵列3和第二光纤阵列6中包含的光纤根数与光学波导阵列5的波导单元数量相同，并且第一光纤阵列3和第二光纤阵列6的各支光纤单元分别与光学波导阵列5的各个波导单元共轴；同时，第一光纤阵列3每支光纤单元的输出端面和光学波导阵列5中对应的波导单元输入端面准直；第二光纤阵列6每支光纤单元的输入端面和光学波导阵列5中对应的波导单元输入端面准直。

所述探测光光源1的探测光的波长根据制备光学波导阵列5所使用的半导体材料可允许透过的光波波长范围来选定。

本实用新型的光学波导阵列式X射线探测器利用X射线脉冲8辐射光学波导阵列5的材料，利用探测光进行探测；X射线脉冲8从光学波导阵列5的上方垂直入射，在X射线脉冲8辐射作用下，光学波导阵列5中的芯层半导体材料发生电离，激发大量载流子，引起波导材料的吸收率或折射率发生瞬态变化，这种变化会影响波导中传播的探测光的强度和位相，形成X射线脉冲8对探测光的调制效应；通过测量调制后的探测光的强度与位相变化可以获取X射线脉冲8的强度时间演化信息。

当然，本实用新型还可有其他多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。