椭球腔体热释电传感器系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及紫外、可见及近红外宽谱段传感器领域，具体涉及对200?800nm波段范围内的大发散角入射光进行热辐射强度测试的热释电传感器系统。
【背景技术】
[0002]热释电传感器是一种非常具有应用潜力的传感器。早在1938年就有人提出利用热释电效应探测红外辐射，但当时并未受到重视。直到20世纪60年代，随着激光、红外技术的迅速发展，才又推动了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用开发。热释电传感器的应用大都围绕对红外谱段热辐射强度的测试，在紫外谱段测试方面应用较少。目前，常用硅探测器来进行紫外谱段测试，但由于硅探测器自身的材料属性限制，其在240nm?280nm日盲紫外谱段的测试准确性较低，不确定度通常为其在可见谱段测试不确定度的5倍。将热释电传感器经过镀膜后应用在紫外谱段测试很好的解决了上述问题。
[0003]为得到对波长响应稳定，在测量波段光谱响应度也稳定的热释电传感器，可将热释电芯片密封在腔体内部，文献公开记载的腔体热释电传感器主要有球状体和三棱体，其缺点在于当入射光以较大发散角入射时，腔体热释电传感器的吸收效率将大大降低。
【发明内容】
[0004]本发明为解决现有腔体热释电传感器存在当入射光以较大发散角入射时，腔体热释电传感器的吸收效率大大降低导致辐射强度测试准确性差的问题，提供一种椭球腔体热释电传感器系统。
[0005]椭球腔体热释电传感器系统，该系统包括斩波调制器、会聚透镜、热释电传感器芯片、电流前置放大器和锁相放大器;在椭球腔体上设有入光口，其特征是，所述热释电传感器芯片位于椭球腔体内，电流前置放大器与所述热释电传感器芯片连接，锁相放大器与所述电流前置放大器连接;所述椭球腔体的长轴、中轴长度均为椭球腔体焦距的二倍，所述热释电传感器芯片的中轴线位于所述椭球腔体长轴上，热释电传感器芯片中心与所述椭球腔体长轴中心重合；
[0006]入射光依次经斩波调制器和会聚透镜后，经入光口进入椭球腔体，所述热释电传感器芯片吸收入射光，并将热能转化为电信号输出至电流前置放大器，所述电流前置放大器放大热释电传感器芯片的电信号并输出至锁相放大器，锁相放大器提取有效电信号。
[0007]本发明的有益效果:本发明涉及的椭球腔体热释电传感器，腔体内壁镀铝膜，热释电芯片镀金黑涂层，将其应用于紫外谱段的高精度测试;且提出了新的椭球腔体结构，有效解决了入射光大发散角入射时，传感器吸收效率明显降低导致测试不确定度大大增加的问题。采用本发明所述的热释电传感器系统，解决了 240nm?280nm日盲紫外谱段的测试不确定度较高的问题。
【附图说明】
[0008]图1为本发明所述的椭球腔体热释电传感器系统结构的俯视图；
[0009]图2中图2a至图2d为本发明所述椭球腔体热释电传感器系统的仿真图；其中，图2a为热释电传感器的光线追迹图，图2b为入射光被热释电传感器第一次吸收的吸收效率图，图2c为入射光被热释电传感器第二次吸收的吸收效率图，图2d为入射光被热释电传感器第三次吸收的吸收效率图。
[0010]图3中图3a至图3d为现有的球腔热释电传感器仿真图；其中，图3a热释电传感器的光线追迹图，图3b为入射光被热释电传感器第一次吸收的吸收效率图，图3c为入射光被热释电传感器第二次吸收的吸收效率图，图3d为入射光被热释电传感器第三次吸收的吸收效率图。
【具体实施方式】
[0011]【具体实施方式】一、结合图1至图3说明本实施方式，椭球腔体热释电传感器系统，包括斩波调制器1，安置在会聚透镜前，消除杂散光，对入射光起斩波调制作用;会聚透镜2，置于所述斩波调制器1与椭球腔体3的入光口之间，使入射光全部聚焦于入光口处;椭球腔体3，腔体上开一入光口，用于充分收集入射光，改善热释电传感器芯片4的光谱选择性；
[0012]热释电传感器芯片4，位于所述椭球腔体内，用于吸收入射光辐射并转化为热能；电流前置放大器5，与所述热释电传感器芯片4相连，用于放大传感器输出端的微弱电信号，同时匹配后续处理电路与检测器件间的阻抗；
[0013]锁相放大器6，与所述电流前置放大器5相连，用于滤除噪声，提取有效电信号。
[0014]本实施方式中所述的会聚透镜2的焦点位置恰好位于所述椭球腔体3的入光口处，所述椭球腔体3的长轴、中轴长度均为焦距的二倍，所述椭球腔体3的入光口尺寸为Φ 2mm。所述椭球腔体3内壁涂铝膜。所述热释电传感器芯片4选择表面涂有金黑涂层的产品。
[0015]本实施方式中所述的热释电传感器芯片4中轴线位于所述椭球腔体3长轴上，所述热释电传感器芯片4中心与所述椭球腔体3长轴中心重合，所述热释电传感器芯片4尺寸不小于所述椭球腔体3的焦距，作为优选的，所述热释电传感器芯片4尺寸为6mmX6mm。
[0016]结合图2说明本实施方式，图2中提供入射光发散角为30°时，椭球腔体热释电传感器的zemax仿真图。其中图2a至图2d分别为，图2a为椭球腔体热释电传感器的zemax光线追迹图。图2b为入射光被热释电传感器第一次吸收的吸收效率图，图中显示第一次吸收效率为1。图2c为入射光被热释电传感器第二次吸收的吸收效率图，图中显示第二次吸收效率为
0.9884。图2d为入射光被热释电传感器第三次吸收的吸收效率图，图中显示第三次吸收效率为0.8780。
[0017]结合图3，图3中提供了入射光发散角30°时，球腔热释电传感器的仿真图。其中图3a为球腔热释电传感器的光线追迹图。图3b为入射光被热释电传感器第一次吸收的吸收效率图，图中显示第一次吸收效率为1。图3c为入射光被热释电传感器第二次吸收的吸收效率图，图中显示第二次吸收效率为0.6734。图3d为入射光被热释电传感器第三次吸收的吸收效率图，图中显示第三次吸收效率为0,3021ο
[0018]结合图2及图3的仿真结果对比表明，本发明可解决入射光大发散角入射时，传感器吸收效率明显降低导致测试不确定度大大增加的问题。
[0019]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.椭球腔体热释电传感器系统，该系统包括斩波调制器(1)、会聚透镜(2)、热释电传感器芯片(4)、电流前置放大器(5)和锁相放大器(6);在椭球腔体上设有入光口，其特征是，所述热释电传感器芯片(4)位于椭球腔体(3)内，电流前置放大器(5)与所述热释电传感器芯片(4)连接，锁相放大器(6)与所述电流前置放大器(5)连接;所述椭球腔体(3)的长轴、中轴长度均为椭球腔体(3)焦距的二倍，所述热释电传感器芯片(4)的中轴线位于所述椭球腔体(3)长轴上，热释电传感器芯片(4)中心与所述椭球腔体(3)长轴中心重合； 入射光依次经斩波调制器(1)和会聚透镜(2)后，经入光口进入椭球腔体(3)，所述热释电传感器芯片(4)吸收入射光，并将热能转化为电信号输出至电流前置放大器(5)，所述电流前置放大器(5)放大热释电传感器芯片(4)的电信号并输出至锁相放大器(6)，锁相放大器(6)提取有效电信号。2.根据权利要求1所述的椭球腔体热释电传感器系统，其特征在于，所述会聚透镜(2)位于所述斩波调制器(1)与椭球腔体(3)的入光口之间，且焦点位于椭球腔体(3)的入光口处。3.根据权利要求1或2所述的椭球腔体热释电传感器系统，其特征在于，所述椭球腔体(3)的入光口尺寸为Φ2πιπι。4.根据权利要求3所述的椭球腔体热释电传感器系统，其特征在于，所述椭球腔体(3)内壁涂铝膜。5.根据权利要求1所述的椭球腔体热释电传感器系统，其特征在于，所述热释电传感器芯片(4)选择表面涂有金黑涂层。6.根据权利要求1或5所述的椭球腔体热释电传感器系统，其特征在于，所述热释电传感器芯片(4)尺寸大于等于椭球腔体(3)的焦距。7.根据权利要求6所述的椭球腔体热释电传感器系统，其特征在于，所述热释电传感器芯片(4)尺寸为6mm X 6mm。
【专利摘要】椭球腔体热释电传感器系统，涉及紫外、可见及近红外宽谱段传感器领域该系统，解决现有腔体热释电传感器存在当入射光以较大发散角入射时，腔体热释电传感器的吸收效率大大降低导致辐射强度测试准确性差的问题，包括斩波调制器，安置在会聚透镜前，会聚透镜置于斩波调制器与椭球腔体的入光口之间，椭球腔体，用于充分收集入射光，腔体上开一入光口，热释电传感器芯片位于椭球腔体内，用于吸收入射光辐射并转化为热能；电流前置放大器与热释电传感器芯片相连，用于放大传感器输出端的微弱电信号，锁相放大器，与电流前置放大器相连，用于滤除噪声，提取有效电信号。本发明用以改善光在大发散角入射情况下的辐射强度测试准确性问题。
【IPC分类】G01J5/10, G01J5/08
【公开号】CN105444892
【申请号】CN201510759414
【发明人】闫丰, 崔穆涵, 章明朝, 周跃, 阵雪, 隋永新, 杨怀江
【申请人】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年11月10日