一种光电探测器的光学耦合方法
【专利摘要】本发明公开了一种光电探测器的光学耦合方法，本发明通过大量实验筛选NaI晶体和光电倍增管的耦合剂组成，然后通过大量实验筛选出将NaI晶体和光电倍增管耦合在一起的方法，并采用优选份工艺方法将耦合后的NaI晶体和光电倍增管组装成光电探测器。该方法可克服现有技术的光学耦合材料在低气压环境下挥发扩散的问题，防止光线在传输过程中产生折射而影响光电转换效率，保证探测飞行器飞行高度的灵敏度及安全着陆的可靠性。制备得到的光电探测器质量高，性能优，稳定性好，实用性强，能广泛应用与我国的宇宙飞船和登月探测器中。
【专利说明】一种光电探测器的光学耦合方法
【技术领域】
[0001]本发明设计一种光电探测器的制备方法，具体涉及一种光电探测器的光学耦合方法。
【背景技术】
[0002]目前，光电探测器选用的光学耦合胶是真空硅油，用来将NaI晶体与光电倍增管的玻璃光窗面稱合在一起，形成光线传输通道，多年来一直米用的就是这种稱合方法。
[0003]真空硅油具有润滑、密封作用，它由无机稠化剂、合成油、粘度调节剂等物质组成，经高真空中蒸馏与脱气精制而成，使用温度范围宽、具有较低的饱和蒸汽压、优良的热稳定性、化学稳定性、较低的挥发损失，使用温度范围是-50°C?200°C，正因为它具有上述较好的使用特性，所以多年来一直用它来耦合NaI晶体与光电倍增管的端窗面。
[0004]但是在航空、航天、探月等工程中，由于环境气压越来越低，月球表面气压仅为10_12Pa，所以在进行相应的温度、高度试验时，由于饱和蒸汽压逐渐升高，硅油不断地扩散、挥发，硅油的质量不断地减小，影响了 NaI晶体与光电倍增管的端窗面的耦合效果，光在传输过程中被折射，照射到光电倍增管的玻璃光窗面上的光能受损，影响了光电探测器探测Y射线的灵敏度，也就影响了探测飞行器现时高度的灵敏度，不能确保飞行器按安全着陆。
[0005]娃油稱合剂充填在NaI晶体与光电倍增管的玻璃光窗面之间，除了起光学稱合作用外，还起到缓冲两个玻璃光窗面之间压应力的作用。但是当硅油逐渐挥发后，两玻璃面直接挤压，在振动、冲击剧烈的环境下，会导致玻璃光窗面炸裂失效。并且挥发、扩散出的硅油会造成局部空间污染，影响周边电气装置的可靠性。
[0006]因此，很有必要在现有技术的基础之上研发设计一种能稳定可靠的将NaI晶体与光电倍增管进行耦合，组装得到的光电探测器灵敏度高，能确保飞行器安全着陆的光电探测器的光学耦合方法。
【发明内容】
[0007]发明目的:本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种可操作性强，能稳定可靠的将NaI晶体与光电倍增管进行耦合的方法。耦合后无真空质量损失率，不存在温度、气压变化时的挥发、扩散问题；并且耦合剂折射率为1.48，与光窗玻璃折射率相似，光透过率约为93%，高于现有硅油90%的透过率，可避免光线在传输过程中产生折射的问题，保证光电转换效率，保证探测飞行器飞行高度的灵敏度及安全着陆的可靠性。
[0008]技术方案:为了实现以上目的，本发明所采取的技术方案为:
一种光电探测器的光学耦合方法，其特征在于，它包括以下步骤:
(1)将硅橡胶与固化剂按照8?10:1的重量配比混合，充分摇晃，使均匀分布，得到硅橡胶与固化剂混合液，备用；
(2)将步骤(I)制备得到的硅橡胶与固化剂混合液放置在真空容器中进行抽真空处理，使真空度从正常大气压降至10_3Pa，抽取混合液中的空气，然后为了防止混合液流淌，将抽过真空的混合液静置110分钟至130分钟，得到具有一定的粘稠度和流动性的混合胶液；
(3)在预先经过清洁处理的光电倍增管的光窗面上匀速倾倒步骤(2)制备得到的混合胶液2至3ml，使混合胶液自然流淌布满整个光窗端面，在倾倒后如有气泡产生，用注射器针头将气泡刺破、赶出；
(4)将NaI晶体端面靠向光电倍增管端面，逆时针方向研磨20至30圈，让混合胶液充分浸润NaI晶体表面，使光电倍增管和NaI晶体进行耦合，并且通过螺钉将光电倍增管的金属壳体与套在碘化钠晶体外壁的法兰盘固定成一个整体，从而固定光电倍增管和碘化钠晶体组装得到光电探测器；
(5)将步骤(4)耦合后的光电探测器在10°C~25°C下静置24至48小时，然后放入烘箱进行烘烤，由室温升至65°C，升温时间为I至1.5小时，保温时间为4至5小时。
[0009]作为优选方案，本发明所述的光电探测器的光学耦合方法，步骤(I)所述的硅橡胶的组份包括80-85重量分数的聚醚改性硅油(又称聚醚改性聚硅氧烷)、5~8重量分数的聚氨酯，10-15重量分数的甲基三乙酰氧硅烷。
[0010]作为优选方案，本发明所述的光电探测器的光学耦合方法，步骤(I)所述的固化剂为有机锡固化剂，作为更优选的方案，所述的有机锡固化剂为二月硅酸二丁基锡。
[0011]为了克服现有技术中偶合剂真空硅油不足，本发明进行了大量耦合剂的筛选实验:
a、分别选用光学用环氧胶，GB系列硅脂，硅橡胶(聚醚改性硅油、聚氨酯，甲基三乙酰氧硅烷组成)，晨光502硅橡胶等 替代真空硅油做耦合材料进行了工艺实验；
b、评价标准:粘结力，缓冲、减震作用，挥发性和扩散性，折光率；
C、分别用以上偶合剂对NaI晶体和光电倍增管进行耦合，实验结果如下:
光学用环氧胶固化后，存在下列缺陷:
(1)对两个光窗面的粘接力很强，NaI晶体和光电倍增管受力扭曲时，因为光电倍增管端窗玻璃面板厚度较薄，易被施加的拉力拉裂失效；
(2)光学用环氧胶固化后，硬度很硬，接近于玻璃硬度，所以NaI晶体和光电倍增管相当于刚性接触，在振动、冲击时没有在二者之间起到缓冲、减震作用，易造成两个端面挤压炸裂。
[0012](3)耦合固化后，NaI晶体和光电倍增管不可拆卸，不能返工回收，成本较高。
[0013]中蓝晨光化工研究院生产的GB系列如GB-31、GB-41硅脂做耦合材料存在下列缺陷:
硅脂与现行使用的硅油相比较，更为粘稠，在温度试验、真空试验方面挥发适应性方面有所改观，但是该硅脂仍然具有液体的挥发性和扩散性，与之前采用的硅油相比没有本质上的区别，不能彻底解决温度、高度试验时挥发、扩散的带来的质量下降问题。
[0014]晨光502娃橡胶做稱合材料存在下列缺陷:
NaI晶体和光电倍增管耦合后，二者之间的弹性较差，在剧烈的振动、冲击环境下，互相之间直接挤压易导致炸裂而失效；另外502硅橡胶的折射率为较高，与光窗玻璃折射率差别较大，导致光透过率较低，光线在传输过程中易产生折射问题，影响探测飞行器飞行高度的灵敏度及安全性。
[0015]而选用本发明大量实验筛选得到的硅橡胶(聚醚改性硅油、聚氨酯，甲基三乙酰氧硅烷组成)和固化剂(二月硅酸二丁基锡)混合使用，将NaI晶体和光电倍增管进行耦合后具有以下优点:
(I)此耦合剂固化后为形成为固体，具有较好的的粘接牢固度，且无真空质量损失率，不存在温度、气压变化时的挥发、扩散问题；且折射率为1.48，与光窗玻璃折射率相似，光透过率约为93%，高于现有硅油90%的透过率，可避免光线在传输过程中产生折射的问题，能保证光电转换效率，保证探测飞行器飞行高度的灵敏度及安全着陆的可靠性。
[0016](2)具有较好的弹性，起到缓冲NaI晶体和光电倍增管间压应力的作用，可提高抗振动、冲击的能力，避免玻璃光窗面相互之间直接挤压炸裂而失效的现象发生。
[0017](3)本发明的耦合工艺，能应用于高温和大的高度，可解决现有的挥发、扩散问题，具有高度的灵敏度，安全着陆性能。并且不会因为挥发、扩散的硅油污染局部空间，影响周边电气装置安全可靠性的问题。
[0018]作为优选方案，本发明所述的光电探测器的光学耦合方法，步骤(3)在预先经过清洁处理的光电倍增管的光窗面上匀速倾倒步骤(2)制备得到的混合胶液2ml。
[0019]作为优选方案，本发明所述的光电探测器的光学耦合方法，将步骤(4)耦合后的光电探测器在10°c~25°C下静置24小时，然后放入烘箱进行烘烤，由室温升至65°C，升温时间为I小时，保温时间为4小时。本发明经过大量实验优选耦合固化工艺，可以保证耦合后偶合剂均匀固化，具有优异的粘结性和柔韧抗冲击性。
[0020]本发明提供的光电探测器的光学耦合方法，在将NaI晶体和光电倍增管用耦合剂进行耦合后，为更加牢固的将NaI晶体和光电倍增管进行组装，本发明通过大量实验优选，首先将光电倍增管安装在金属壳体内，并用胶将光电倍增管和金属壳体粘接固定。然后在碘化钠晶体外壁上套有金属法兰盘，然后用螺钉将光电倍增管的金属壳体与套在碘化钠晶体外壁的法兰盘固定成一个整体，从而固定光电倍增管和碘化钠晶体组装得到光电探测器。
[0021]有益效果:本发明提供的光电探测器的光学耦合方法与现有技术相比具有以下优
1、本发明提供的光电探测器的光学耦合方法，通过大量实验筛选NaI晶体和光电倍增管的耦合剂组成，然后通过大量实验筛选出将NaI晶体和光电倍增管耦合在一起的方法，并采用优选份工艺方法将耦合后的NaI晶体和光电倍增管组装成光电探测器。
[0022]2、本发明提供的光电探测器的光学耦合方法可操作性强，工艺设计合理，可以克服现有技术的光学耦合材料在低气压环境下挥发扩散的问题，防止光线在传输过程中产生折射而影响光电转换效率，保证探测飞行器飞行高度的灵敏度及安全着陆的可靠性。本发明的耦合后具有较好的弹性，可永久地填充在两玻璃光窗面之间，在剧烈的振动、冲击环境下，起到缓冲压应力的作用，能有效防止互相之间直接挤压炸裂而失效。并且还能解决现有的挥发、扩散出的硅油污染局部空间，影响周边电气装置可靠性的问题。制备得到的光电探测器质量高，性能优，稳定性好，实用性强，能广泛应用与我国的宇宙飞船和登月探测器中。
【具体实施方式】[0023]下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0024]实施例1
一种光电探测器的光学耦合方法，它包括以下步骤:
(1)将硅橡胶与固化剂按照10:1的重量配比混合，充分摇晃，使均匀分布，得到硅橡胶与固化剂混合液，备用；
(2)将步骤(I)制备得到的硅橡胶与固化剂混合液搁在真空容器中进行抽真空处理，使真空度从正常大气压降至10_3Pa，抽取混合液中的空气，然后为了防止混合液流淌，将抽过真空的混合液静置120分钟，得到具有一定的粘稠度和流动性的混合胶液；
(3)在预先经过清洁处理的光电倍增管的光窗面上匀速倾倒步骤(2)制备得到的混合胶液2 ml，使混合胶液自然流淌布满整个光窗端面，在倾倒后如有气泡产生，用注射器针头将气泡刺破、赶出；
(4)将NaI晶体端面靠向光电倍增管端面，逆时针方向研磨20圈，让混合胶液充分浸润NaI晶体表面，使光电倍增管和NaI晶体进行耦合；并且通过螺钉将光电倍增管的金属壳体与套在碘化钠晶体外壁的法兰盘固定成一个整体，从而固定光电倍增管和碘化钠晶体组装得到光电探测器；
(5)将步骤(4)耦合后的光电探测器在10°C?25°C下静置24小时，然后放入烘箱进行烘烤，由室温升至65°C，升温时间为I小时，保温时间为4小时。
[0025]以上所述的光电探测器的光学耦合方法，步骤(I)所述的硅橡胶的组份包括重量分数80%聚醚改性娃油、重量分数5%聚氨酯,重量分数15%甲基三乙酰氧娃烧；所述的固化剂为二月硅酸二丁基锡。
[0026]实施例2
一种光电探测器的光学耦合方法，它包括以下步骤:
(1)将硅橡胶与固化剂按照8:1的重量配比混合，充分摇晃，使均匀分布，得到硅橡胶与固化剂混合液，备用；
(2)将步骤(I)制备得到的硅橡胶与固化剂混合液搁在真空容器中进行抽真空处理，使真空度从正常大气压降至10_3Pa，抽取混合液中的空气，然后为了防止混合液流淌，将抽过真空的混合液静置130分钟，得到具有一定的粘稠度和流动性的混合胶液；
(3)在预先经过清洁处理的光电倍增管的光窗面上匀速倾倒步骤(2)制备得到的混合胶液3 ml，使混合胶液自然流淌布满整个光窗端面，在倾倒后如有气泡产生，用注射器针头将气泡刺破、赶出；
(4)将NaI晶体端面靠向光电倍增管端面，逆时针方向研磨30圈，让混合胶液充分浸润NaI晶体表面，使光电倍增管和NaI晶体进行耦合；并且通过螺钉将光电倍增管的金属壳体与套在碘化钠晶体外壁的法兰盘固定成一个整体，从而固定光电倍增管和碘化钠晶体组装得到光电探测器；
(5)将步骤(4)耦合后的光电探测器在10°C?25°C下静置48小时，然后放入烘箱进行烘烤，由室温升至65°C，升温时间为1.5小时，保温时间为8小时。
[0027]以上所述的光电探测器的光学耦合方法，步骤(I)所述的硅橡胶的组份包括重量分数85%聚醚改性娃油、重量分数8%聚氨酯,重量分数10%甲基三乙酰氧娃烧；所述的固化剂为二月硅酸二丁基锡。
[0028]实施例3
选取本发明实施例1和实施例2耦合得到的光电探测器进行性能检测，检测结果表明，耦合得到的光电探测器粘接牢固，无真空质量损失率，无挥发核扩散问题；光透过率分别为93%和94%，能保证光电转换效率，提高探测飞行器飞行高度的灵敏度及安全着陆的可靠性。
[0029]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种光电探测器的光学耦合方法，其特征在于，它包括以下步骤: (1)将硅橡胶与固化剂按照8~10:1的重量配比混合，充分摇晃，混合均匀，得到硅橡胶与固化剂混合液，备用； (2)将步骤(I)制备得到的硅橡胶与固化剂混合液在真空容器中进行抽真空处理，使真空度从正常大气压降至10_3Pa，将抽过真空的混合液静置110分钟至130分钟，得到具有一定的粘稠度和流动性的混合胶液； (3)在预先经过清洁处理的光电倍增管的光窗面上匀速倾倒步骤(2)制备得到的混合胶液2至3ml，使混合胶液自然流淌布满整个光窗端面，在倾倒后如有气泡产生，用注射器针头将气泡刺破、赶出； (4)将NaI晶体端面靠向光电倍增管端面，逆时针方向研磨20至30圈，让混合胶液充分浸润NaI晶体表面，使光电倍增管和NaI晶体进行耦合；并且通过螺钉将光电倍增管的金属壳体与套在碘化钠晶体外壁的法兰盘固定成一个整体，从而固定光电倍增管和碘化钠晶体组装得到光电探测器； (5)将步骤(4)耦合后的光电探测器在10°C~25°C下静置24至48小时，然后放入烘箱进行烘烤，由室温升至65°C，升温时间为I至1.5小时，保温时间为4至5小时。
2.根据权利要求1所述的光电探测器的光学耦合方法，其特征在于，步骤(I)所述的硅橡胶的组份包括聚醚改性硅油、聚氨酯，甲基三乙酰氧硅烷。
3.根据权利要求2所述的光电探测器的光学耦合方法，其特征在于，步骤(I)所述的硅橡胶的组份由80-85重量分数的聚醚改性硅油、51重量分数的聚氨酯，10-15重量分数的甲基三乙酰氧硅烷制成。
4.根据权利要求1所述的光电探测器的光学耦合方法，其特征在于，步骤(I)所述的固化剂为有机锡固化剂。
5.根据权利要求4所述的光电探测器的光学耦合方法，其特征在于，步骤(I)所述的固化剂为二月硅酸二丁基锡。
6.根据权利要求1所述的光电探测器的光学耦合方法，其特征在于，步骤(3)在预先经过清洁处理的光电倍增管的光窗面上匀速倾倒步骤(2)制备得到的混合胶液2ml。
7.根据权利要求1所述的光电探测器的光学耦合方法，其特征在于，将步骤(4)耦合后的光电探测器在10°c-25°C下静置24小时，然后放入烘箱进行烘烤，由室温升至65°C，升温时间为I小时，保温时间为4小时。
【文档编号】G02B6/42GK103472545SQ201310403365
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月9日 优先权日:2013年9月9日
【发明者】王浩东, 方莉, 江秋玲, 吴勇强 申请人:南京华东电子光电科技有限责任公司, 南京三乐电子信息产业集团有限公司