一种日盲紫外波段电子荧光激励高灵敏探测器

本技术属于紫外探测器领域，更具体地，涉及一种日盲紫外波段电子荧光激励高灵敏探测器。

背景技术：

1、紫外探测由于其几乎不受各类电磁波的干扰，同时具有较高的位辨率与低窃听率等特点，被广泛应用于导弹预警，紫外加密通讯等军用领域以及满足火灾监测，生物化学检测，焊弧探测等民用、工业需求。基于不同需求和材料属性以及环境，并发展了相应的探测结构和材料体系。目前常见的商业化生产的紫外探测器主要基于硅基光电二极管或真空光电倍增管。

2、前者受限于窄带隙硅基材料特性，响应波段不受限，易引入其它波段干扰信号。后者响应速度快，但器件体积较大。除此之外，目前还发展了一系列新型宽禁带半导体材料型紫外探测器，主要分为光电导型、金属-半导体-金属(msm)型、肖特基结型器件、同质pn结、异质结型器件等。仅基于光电信号生成的这一探测模式，在近些年获得蓬勃发展并已显示出覆盖紫外谱域的技术特征与成本优势。但仍存在明显缺陷，表现在以下方面：(一)光电灵敏度较光子型器件低一个量级以上；(二)漏电流严重致使暗电流较大，信噪比提升受限；(三)具有较大热惯性以及所带来的光电响应弛缓而呈现低速性；(四)器件工作稳定性差，寿命短，制造面积受限。上述缺陷已成为继续发展光敏成像技术需解决的困难和瓶颈问题，迫切需要新的突破。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种日盲紫外波段电子荧光激励高灵敏探测器，其纳尖阵列的共振性聚焦紫外弱信号，将表面“巡游态”电子高密度压缩在纳尖端，通过微通道板型电子倍增器诱导电子倍增和加速，然后发射尖端电子激励荧光执行光电转换的高灵敏探测器，同时提出基于该架构的面阵型探测方法和单像素探测方法可用于凝视成像和扫描成像。

2、为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种日盲紫外波段电子荧光激励高灵敏探测器，其特征在于，包括真空室、纳尖组合、微通道板、镀铝荧光屏、光纤光锥和光敏元组件，所述纳尖组合、微通道板和镀铝荧光屏均位于所述真空室内，所述真空室的相对的两个侧板上分别设置有紫外入射窗和可见光输出窗，其中：

3、所述纳尖组合、微通道板和镀铝荧光屏在真空室内的气压为10-6mbar～9×10-6mbar的真空环境中，所述紫外入射窗、纳尖组合、微通道板、镀铝荧光屏和可见光输出窗沿着光路依次布置，所述光敏元组件位于所述真空室外并且对应于镀铝荧光屏的位置布置，所述光敏元组件包括光敏元安装板及分布在所述光敏元安装板上的多个光敏元；

4、所述纳尖组合包括基片以及设置在所述基片上的纳尖阵列，所述纳尖阵列包括呈阵列分布的多个纳尖结构，其中，所述基片和所述纳尖结构的材质均为氮化硅；

5、每个所述纳尖结构的尖端均指向微通道板；

6、所述光纤光锥设置于所述镀铝荧光屏和所述光敏元组件之间并且密封安装在所述可见光输出窗上，并且所述光纤光锥的一端与所述镀铝荧光屏连接而另一端与所述光敏元组件连接；

7、所述纳尖结构的形状为圆锥或正棱锥，并且：

8、当所述纳尖结构形状为圆锥时，所述圆锥的高度为550nm～670nm，所述圆锥的母线与圆锥的底面的夹角为70°～85°，圆锥的底面直径为400nm～420nm，同一行和同一列的任意相邻的两个圆锥的底面的间距均为480nm～500nm；

9、当所述纳尖结构的形状为正棱锥时，所述正棱锥的高度为550nm～670nm，所述正棱锥的侧面与正棱锥的底面的夹角为70°～85°，正棱锥的底面的边长为400nm～420nm，同一行和同一列的任意相邻的两个正棱锥的底面的间距均为480nm～500nm。

10、优选地，所述基片采用100晶向且进行n型掺杂。

11、优选地，所述紫外入射窗采用caf2材料制成。

12、优选地，所述镀铝荧光屏与微通道板的间隙为1.5mm-2.5mm。

13、优选地，所述纳尖阵列与所述微通道板的间隙为4mm-5mm

14、优选地，所述真空室采用铝制成。

15、总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

16、1)本实用新型的日盲紫外波段电子荧光激励高灵敏探测器，将纳尖组合、微通道板和镀铝荧光屏放置于10-6mbar～9×10-6mbar的真空室内，真空化程度高，紫外光经过紫外入射窗后照射在纳尖组合上时，由于尖端效应，在纳尖结构的尖端处产生了大量的填充自由电子的表面态，使得自由电子在纳尖结构的尖端处具有很高的表面分布密度。同时，激励的表面波传播到纳尖结构的尖端处时，尖端边界会引导表面波向纳尖汇聚，最终实现对入射光的纳聚焦，在电压的作用下，纳尖结构的尖端处的大量的电子可以逸出到微通道板的微通道上，电子轰击微通道板的微通道时能够产生二次电子，尤其是在微通道板两端被加上电压，在微通道内部形成电场，由纳尖阵列的电子轰击产生的二次电子会被电场加速，再次轰击微通道内部产生更多的二次电子，这个过程在同一微通道中重复多次，最终在出口端输出倍增的电子。这些加速后的电子激励镀铝荧光屏产生较强的可见光，从而实现紫外波段转换的高灵敏探测。入射日盲紫外信号在器件纳尖阵列高增益放大。通过执行尖端电子受控累积与离体发射和电子倍增加速，使该型探测器对紫外信号响应度(r)和探测率(d*)大幅提升。

17、2)低成本高稳定性紫外探测。本实用新型具有通过300nm紫外信号在纳尖结构的表面受控激励与纳聚焦表面波，实现入射光波的荧光激励紫外至可见波谱转换的特点。

18、3)使用方便。本实用新型的主体为封装在真空室内在光路中即插即用，易与常规光学光电的机械结构匹配耦合。

技术特征：

1.一种日盲紫外波段电子荧光激励高灵敏探测器，其特征在于，包括真空室、纳尖组合、微通道板、镀铝荧光屏、光纤光锥和光敏元组件，所述纳尖组合、微通道板和镀铝荧光屏均位于所述真空室内，所述真空室的相对的两个侧板上分别设置有紫外入射窗和可见光输出窗，其中：

2.根据权利要求1所述的一种日盲紫外波段电子荧光激励高灵敏探测器，其特征在于，所述基片采用100晶向且进行n型掺杂。

3.根据权利要求1所述的一种日盲紫外波段电子荧光激励高灵敏探测器，其特征在于，所述紫外入射窗采用caf2材料制成。

4.根据权利要求1所述的一种日盲紫外波段电子荧光激励高灵敏探测器，其特征在于，所述镀铝荧光屏与微通道板的间隙为1.5mm-2.5mm。

5.根据权利要求1所述的一种日盲紫外波段电子荧光激励高灵敏探测器，其特征在于，所述纳尖阵列与所述微通道板的间隙为4mm-5mm。

6.根据权利要求1所述的一种日盲紫外波段电子荧光激励高灵敏探测器，其特征在于，所述真空室采用铝制成。

技术总结
本技术公开了一种日盲紫外波段电子荧光激励高灵敏探测器，包括真空室、纳尖组合、微通道板、镀铝荧光屏、光纤光锥和光敏元组件，所述纳尖组合、微通道板和镀铝荧光屏真空环境中，紫外入射窗、纳尖组合、微通道板、镀铝荧光屏和可见光输出窗依次布置；纳尖组合包括基片以及设置在所述基片上的纳尖阵列，所述纳尖阵列包括呈阵列分布的多个纳尖结构；每个纳尖结构的尖端均指向微通道板；光纤光锥设置于镀铝荧光屏和光敏元组件之间，光纤光锥的一端与镀铝荧光屏连接而另一端与光敏元安装板连接。本技术可形成倍增的电子。这些加速后的电子激励镀铝荧光屏产生较强的可见光，从而实现紫外波段转换的高灵敏探测。

技术研发人员：史珈硕,刘泰格,胡钗,姬午阳,胡家祺,朱文杰,王哲,张新宇
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：20230518
技术公布日：2024/1/15