一种紫外探测转换器及其制备和使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种紫外探测与成像的方法。
【背景技术】
[0002]工业，环境和生物领域中日益增长的需求使得紫外线(UV)光探测器的研发受到广泛关注.。在紫外光电探测器开发方面，新一代宽禁带半导体材料，如(Al，In)GaN、钻石和SiC等显出优势。另一方面，具有宽的带隙一维(ID)的半导体纳米结构也被视为研发的高效率的紫外光电探测器的候选材料，如在ZnO纳米线、氧化镓纳米线、纳米薄片、GaN纳米线或其它金属氧化物纳米结构中均观察到光学灵敏度的显著提升。然而，在这些紫外探测器的开发中，必不可少的是读出电路，若想满足成像需求，需要阵列加工等相应工艺的探索，技术难度大，成本高。
【发明内容】
[0003]本发明是要解决现有的紫外探测器的读出电路的开发技术难度大，成本高的技术问题，而提供一种紫外探测转换器及其制备和使用方法。
[0004]本发明的紫外探测转换器是用透明的弛豫铁电陶瓷材料切割而成的光学等腰三棱镜，其中三棱镜的截面的等腰三角形的顶角为150?165°，弛豫铁电陶瓷材料的带隙宽度Eg = 3.0?4.0eV，居里温度为10?60°C，紫外辐射所致折射率的下降数值彡0.02。
[0005]上述的紫外探测转换器的制备方法，包括如下步骤:
[0006]一、使用压力辅助烧结(Pressure Assistant Sintering, PAS)技术制备透明的弛豫铁电陶瓷块体材料，其带隙宽度Eg = 3.0?4.0eV，居里温度为10?60°C，弛豫铁电陶瓷块体材料的紫外辐射所致折射率下降的数值大于0.02 ;
[0007]二、将弛豫铁电陶瓷块体材料切割成等腰三棱镜，其中三棱镜的截面的等腰三角形的顶角为150?165°，再经研磨与抛光，得到紫外探测转换器。
[0008]还可以在步骤二的研磨与抛光处理后，在两对称的等腰棱镜面上蒸镀或沉积在中心波长在800nm的高透射率(>99.0% )的多层介质膜作为增透膜；其中3102与T12周期交替结构的多层膜，膜厚为λ/4，λ是中心波长800nm。这种多层介质增透膜的制备是常规的膜制备方法。
[0009]上述的紫外探测转换器的使用方法，按以下步骤进行:
[0010]一、搭建设紫外探测系统，该系统包括紫外透镜阵列、紫外探测转换器、红外光光源与准直系统、红外反射镜、硅探测器阵列和遮光板；
[0011]硅探测阵列设置在紫外探测转换器的上方，从硅探测阵列射出的紫外光照射在紫外探测转换器的三棱镜的底面上，红外光光源与准直系统射出的红外平行光照射在紫外探测转换器的三棱镜的底面上，因偏离全发射条件而透射出来的红外光被红外反射镜反射，然后被硅探测器阵列检测到，而反射出来的红外平行光被设置在紫外探测转换器与硅探测器阵列之间的遮光板吸收，以免影响到硅探测器阵列检测；
[0012]二、从紫外透镜阵列射出的紫外光照射到紫外探测转换器的底面上，此紫外光辐照会显著降低陶瓷表面层的折射率，同时红外光光源发出的中心波长在SOOnm的近红外平行光以小于全内反射角1.0°?0.5°的入射角度入射到紫外探测转换器的底面上，从紫外探测转换器透出的近红外平行光经红外反射镜反射后，由硅探测器阵列接收，接收的近红外光的发光强度及空间分布情况与紫外透镜阵列射出的紫外光的发光强度及空间分布情况完全一致；从而利用硅探测器阵列直接读出紫外光的发光强度及空间强度分布数据。
[0013]本发明利用中心波长在SOOnm的近红外平行光，使其以接近但稍小于全内反角入射在上底面上。在上底面没受紫外光照射时，所有近红外光因全内反射完全返回而透射。当上底面受紫外光照射时，其折射率明显下降，致使近红外光偏离全内反射而透出陶瓷薄棱镜。透出陶瓷薄棱镜的近红外光的强度空间分布与辐照的紫外光的强度的空间分布完全一致。
[0014]本发明有效利用通常意义上是消极影响的光色效应来实现紫外探测，巧妙的利用现有的高度成熟、成本极低的近红外与可见光波段的硅基探测器与阵列成熟的探测技术，结合全内反射的临界效应，无需开发读出电路或作阵列加工，直接通向阵列化，实现廉价紫外探测。又由于弛豫铁电陶瓷材料以其强大的辐射硬度著称，这对延长探测器的使用寿命无疑是有利的因素。
[0015]本发明相对于现有技术具有如下优点:
[0016]1、利用技术成熟、高灵敏、价格低廉的硅探测阵列可以直接读出紫外光的强度的空间分布。
[0017]2、利用交替顺序曝光(紫外与近红外光不同时辐照)与选择波段滤光(增加红外读出光波段滤光片)方法，可以大大提高信噪比。由于全内反射由亚波长尺度内的材料折射率决定，使得成像质量(分辨率，对比度)保持硅基探测器阵列的数值。
[0018]3、这种结构由于不需要阵列加工，也无需读出电路等，在加工成本上显出优势。由于红外光可以在读出同时恢复折射率变化，使得该技术能实时给出紫外响应。
【附图说明】
[0019]图1是以本发明的紫外探测转换器作为功能核心的紫外探测系统示意图；其中I为UV图像，2为紫外透镜阵列，3为紫外探测转换器，4为红外反射镜，5为硅探测器阵列，6为遮光板，7为红外光光源与准直系统；
[0020]图2是实施例1中紫外探测转换器的紫外敏感区下表面溅射ITO薄膜，并光刻成交插指型电极示意图；
[0021]图3是实施例1制备的透明的弛豫铁电陶瓷块体材料钛铌镱酸铅镧在正常条件下及在紫外辐射条件下的所致的折射率图。其中a为透明的弛豫铁电陶瓷块体材料钛铌镱酸铅镧在正常条件下的折射率曲线图；b为透明的弛豫铁电陶瓷块体材料锆钛酸铅镧在紫外光射条件下的折射率曲线图；c为紫外光辐照下透明的弛豫铁电陶瓷块体材料锆钛酸铅镧800nm近红外光反射率下降的点点对应关系动态曲线。
[0022]图4是实施例1中，点点对应的实验得到的时间与折射率关系曲线图。
【具体实施方式】
[0023]【具体实施方式】一:本实施方式的紫外探测转换器是用透明的弛豫铁电陶瓷材料切割而成的光学等腰三棱镜，其中三棱镜的截面的等腰三角形的顶角为150?165°，弛豫铁电陶瓷材料的带隙宽度Eg = 3.0?4.0eV,居里温度为10?60°C，紫外辐射所致折射率下降的数值彡0.02。
[0024]【具体实施方式】二:本实施方式与实施方式一不同的是弛豫铁电陶瓷材料为锆钛铌镱酸铅镧(Pb。.90La0.10 [ (Ybl72Nbl72) 0.15 (Zr0.425Ti0.575) 0.85] 0.97503)，或者弛豫铁电陶瓷材料为锆钛酸铅镧(PlvxLax) (ZryTi1^y) ^x74O3, PLZT)，其中x = 0.1，y = 0.65 ;或者弛豫铁电陶瓷材料PbMg1/3Nb2/30j^质量百分比为71%、钛酸铅(PbT13)的质量百分比为29%形成的PbMg1/3Nb2/303与PbT1 3的固溶体。其它与实施方式一相同。
[0025]【具体实施方式】三:本实施方式与实施方式一或二不同的是等腰三棱镜的两对称的等腰棱镜面上蒸镀或沉积多层介质膜，多层介质膜对中心波长为SOOnm的光具有高透射率；其它其它与实施方式一或二相同。其中3102与T12周期交替的结构的多层膜，膜厚为λ/4，λ是中心波长800nm。这种多层介质增透膜的制备是常规的膜制备方法。
[0026]【具体实施方式】四:本实施方式与实施方式三之一不同的是高透射率是指透射率大于99.0% ;其它其它与实施方式三之一相同。
[0027]【具体实施方式】五:【具体实施方式】一所述的紫外探测转换器的制备方法，按包括如下步骤:
[0028]—、使用压力辅助烧结(Pressure Assistant Sintering, PAS)技术制备透明的弛豫铁电陶瓷块体材料，其带隙宽度Eg = 3.0?4.0eV，居里温度为10?60°C，通过调节制备氛围温度、气体偏压和掺杂元素，使制备出的弛豫铁电陶瓷块体材料的紫外辐射所致折射率下降的数值多0.02;
[0029]三、将弛豫铁电陶瓷块体材料切割成等腰三棱镜，其中三棱镜的截面的等腰三角形的顶角为150?165°，再经研磨与抛光，得到紫外探测转换器。
[0030]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】五不同的是步骤一中弛豫铁电陶瓷块体材料的紫外辐射所致折射率下降的数值为0.025?0.05。其他与【具体实施方式】五相同。
[0031]此折射率变化使近红外光偏离全内反射条件而部分从上底面射出。
[0032]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】五或六不同的是在步骤二的研磨与抛光处理后，在两对称的等腰棱镜面上蒸镀或沉积在中心波长在SOOnm的高透射率(>99.0%)的多层介质膜作为增透膜；其中多层介质膜是3102与T12周期交替的结构的多层膜。膜厚为λ/4。λ是中心波长800nm。这种多层介质增透膜的制备是常规的膜制备方法。其它与【具体实施方式】五或六相同。
[0033]【具体实施方式】八:【具体实施方式】一所述的紫外探测转换器的使用方法，按以下步骤进行:
[0034]搭建设紫外探测系统，该系统包括紫外透镜阵列2、紫外探测转换器3、红外反射镜4、硅探测器阵列5、遮光板6和红外光光源与准直系统7 ；
[0035]紫外透镜阵列2设置在紫外探测转换器3的上方，从紫外透镜阵列2射出的紫外光照射在紫外探测转换器3的三棱镜的上底面上，红外光光源与准直系统7射出的红外平行光照射在紫外探测转换器3的三棱镜的上底面上，透射出来的红外光被红外反射镜4反射，然后被硅探测器阵列5检测到，反射出来的红外平行光被设置在紫外探测转换器3与硅探测器阵列5之间的遮光板6吸收，以免影响到硅探测器阵列检测；
[0036]二、从紫外透镜阵列2射出的紫外光照射到紫外探测转换器3的上底面上，同时红外光光源与准直系统7发出的中心波长在SOOnm