專利名稱：一種寬譜短波紅外激光成像探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紅外光的探測技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種寬譜短波紅外激光成像探測器。
背景技術(shù)：
短波紅外激光器已在國內(nèi)外有廣泛應(yīng)用。如激光測距、激光雷達(dá)、激光通訊等。由于這些短波紅外激光的廣泛應(yīng)用，激光系統(tǒng)研究，激光設(shè)備研制、裝配、試驗(yàn)等都對(duì)其探測技術(shù)的需求越來越強(qiáng)烈。例如，在實(shí)驗(yàn)室中，短波紅外激光的光路調(diào)校和光譜分析；光通訊中有源無源器件的裝配與性能測試；工廠對(duì)短波紅外激光設(shè)備的裝配調(diào)校等環(huán)節(jié)都需要高分辨率的陣列探測器。以上短波紅外激光的成像探測技術(shù)，目前有PbSe相機(jī)，如美國spiricon公司生產(chǎn)的EP-7290型探測器，主要缺點(diǎn)是響應(yīng)速度慢，低于1幀每秒；基于紅外變像管把短波紅外光轉(zhuǎn)換為可見光由陣列硅探測器探測，如我國北方夜視公司生產(chǎn)的紅外變像管，缺點(diǎn)是對(duì)900nm以上光譜截止；基于InGaAs陣列探測器的短波成像探測器，如美國Spiricon公司生產(chǎn)的SU-320M(320×240象素，象素尺寸40μm×40μm)和Alpha NIR(320×256象素，象素尺寸30μm×30μm)，缺點(diǎn)是成本極其昂貴、分辨率低，無法在低端設(shè)備中應(yīng)用；“多光子復(fù)合型”上轉(zhuǎn)換材料與硅探測器或像增強(qiáng)器耦合實(shí)現(xiàn)短波紅外激光探測，如2000年英國英國應(yīng)用創(chuàng)新技術(shù)公司Creasey Jonathan等人獲得發(fā)明專利，把“多光子復(fù)合型”上轉(zhuǎn)換材料沉積在CCD上應(yīng)用于光纖通訊領(lǐng)域，針對(duì)1520nm-1570nm(C-band)激光直接探測實(shí)現(xiàn)光通訊線路的可視化調(diào)節(jié)。基于這種方法的短波紅外探測器已經(jīng)在歐美等國廣泛銷售，具有價(jià)格低廉和分辨能力高的優(yōu)點(diǎn)，但這種方法僅限于“多光子復(fù)合型”上轉(zhuǎn)換材料與硅陣列探測器耦合的方式，因?yàn)椤岸喙庾訌?fù)合型”上轉(zhuǎn)換材料不需要儲(chǔ)能過程，不會(huì)出現(xiàn)泵浦光、激發(fā)光的混疊干擾，容易實(shí)現(xiàn)，但這種探測系統(tǒng)只能針對(duì)指定的窄帶波長范圍進(jìn)行探測，不能覆蓋900nm-1700nm波段的短波紅外的主要激光器，該技術(shù)的廣泛適用性受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種寬譜短波紅外激光成像探測器，它不僅具有寬譜短波紅外激光成像探測功能，而且具有分辨率高、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的主要技術(shù)方案是一種寬譜短波紅外激光成像探測器，包括機(jī)殼、將短波紅外激光轉(zhuǎn)換成可見光的光轉(zhuǎn)換裝置、光學(xué)耦合裝置及可見光成像裝置，其特征在于光轉(zhuǎn)換裝置為上轉(zhuǎn)換板上設(shè)有需要可見光或者紫外光照射儲(chǔ)能的電子俘獲型上轉(zhuǎn)換材料沉積層；可見光成像裝置為硅陣列探測器。
上述的上轉(zhuǎn)換板可由玻璃基板和電子俘獲型上轉(zhuǎn)換材料沉積層所構(gòu)成。
為加強(qiáng)效果，上述的上轉(zhuǎn)換板由玻璃基板、電子俘獲型上轉(zhuǎn)換材料沉積層和濾光片構(gòu)成為佳。
為加強(qiáng)效果，上述的上轉(zhuǎn)換板的前面設(shè)有濾光片為佳。
為加強(qiáng)效果，上述的上轉(zhuǎn)換板的前面設(shè)有泵浦燈為佳，泵浦燈照射到上轉(zhuǎn)換板上。
上述的硅陣列探測器可為CCD或CMOS相機(jī)。
上述的探測器上設(shè)有光路遮光罩為佳，可將光路遮住，以便使系統(tǒng)自動(dòng)記錄背景圖像完成標(biāo)定過程，使圖像易于辨別，。
上述的硅陣列探測器的后端以設(shè)有圖像處理裝置為佳。
上述的圖像處理裝置可由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字圖像處理電路所組成。其后面可和監(jiān)視器或計(jì)算機(jī)相連。
上述的數(shù)字圖像處理電路的后面可設(shè)有數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，并和監(jiān)視器或計(jì)算機(jī)相連。
上轉(zhuǎn)換板上形成的可見光圖像通過光學(xué)藕合裝置映射到硅陣列探測器的光敏面上。上述的光學(xué)藕合裝置的結(jié)構(gòu)可以是上轉(zhuǎn)換板直接與硅陣列探測器的光敏面緊貼。
光學(xué)藕合裝置的結(jié)構(gòu)也可以是上轉(zhuǎn)換板與硅陣列探測器的光敏面之間設(shè)有可將上轉(zhuǎn)換圖像映射到硅陣列探測器的光敏面上的成像裝置。
光學(xué)藕合裝置的結(jié)構(gòu)也可以是上轉(zhuǎn)換板與硅陣列探測器的光敏面之間設(shè)有可將上轉(zhuǎn)換圖像映射到硅陣列探測器的光敏面上的光纖耦合光錐。
光學(xué)藕合裝置的結(jié)構(gòu)也可以是上轉(zhuǎn)換板與像增強(qiáng)器的光電陰極緊貼，像增強(qiáng)器的陽極輸出圖像通過光學(xué)成像裝置映射到硅陣列探測器的光敏面。
光學(xué)藕合裝置的結(jié)構(gòu)也可以是上轉(zhuǎn)換板與像增強(qiáng)器的光電陰極緊貼，像增強(qiáng)器的陽極輸出圖像通過光纖耦合光錐映射到硅陣列探測器的光敏面。
本發(fā)明是基于能量上轉(zhuǎn)換材料可以將短波紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的機(jī)理，將材料與可見光探測器復(fù)合，技術(shù)上具有獨(dú)特性。
本發(fā)明的效果是明顯的它不僅具有寬譜短波紅外激光的成像探測能力，而且具有分辨率高、靈敏度高、響應(yīng)快速、性能可靠、成本低廉、用途廣等顯著特點(diǎn)?？蓮V泛應(yīng)用于短波紅外激光系統(tǒng)的調(diào)試，短波紅外激光設(shè)備的研制、裝配、試驗(yàn)，以及短波紅外激光的探測等。
以下結(jié)合實(shí)施例作詳述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。


圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1中的圖像處理電路原理方框圖。
圖3為本發(fā)明的上轉(zhuǎn)換板直接與探測器的光敏面緊貼的光學(xué)耦合方式結(jié)構(gòu)及原理示意圖。
圖4為本發(fā)明的上轉(zhuǎn)換圖像經(jīng)過光學(xué)成像系統(tǒng)與探測器耦合的結(jié)構(gòu)及原理示意圖。
圖5為本發(fā)明的上轉(zhuǎn)換圖像經(jīng)過光纖耦合光錐與探測器耦合的結(jié)構(gòu)及原理示意圖。
圖6為本發(fā)明的上轉(zhuǎn)換圖像以像增強(qiáng)器放大后經(jīng)光學(xué)成像系統(tǒng)與探測器耦合的結(jié)構(gòu)及原理示意圖。
圖7為本發(fā)明的上轉(zhuǎn)換圖像以像增強(qiáng)器放大后經(jīng)過光纖耦合光錐與探測器耦合的結(jié)構(gòu)及原理示意圖。
參見圖1～圖7，1為入射光束(含近紅外和可見光)，2為濾光片，3為短波紅外光，4為玻璃基板，5為上轉(zhuǎn)換板(包括4、12、6)，6為濾光片，7為激發(fā)可見光，8為硅陣列探測器，9為圖像處理電路，10為硅陣列探測器的放大和驅(qū)動(dòng)電路，11為光學(xué)耦合系統(tǒng)，12為電子俘獲型上轉(zhuǎn)換材料沉積層，13為泵浦燈(光譜分布在短波可見光和紫外段)，14為機(jī)殼，15為模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，16為數(shù)字圖像處理電路，17為數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，18為光學(xué)成像系統(tǒng)，19為光纖耦合光錐，20為像增強(qiáng)器。
具體實(shí)施例方式
參見圖1～圖2，入射光束(含近紅外和可見光)1經(jīng)過濾光片2濾除對(duì)硅陣列探測器8敏感的光譜成分只保留短波紅外光3，以提高系統(tǒng)信噪比；上轉(zhuǎn)換板5包括玻璃基板4、電子俘獲型上轉(zhuǎn)換材料沉積層12、濾光片6。在泵浦燈13(光譜分布在短波可見光和紫外段)照射下，上轉(zhuǎn)換材料沉積層12實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能，當(dāng)短波紅外光3照射到12轉(zhuǎn)換成可見光圖像，濾光片6把泵浦燈13發(fā)光經(jīng)12吸收后剩余的光強(qiáng)濾掉，而短波紅外激發(fā)的可見光7透過6后，以光學(xué)耦合系統(tǒng)11把在上轉(zhuǎn)換材料沉積層12上形成的圖像成像在硅陣列探測器8的光敏面上。硅陣列探測器8可以是CCD、CMOS芯片。
根據(jù)電子俘獲型上轉(zhuǎn)換材料的性質(zhì)，上轉(zhuǎn)換板5在泵浦燈13照射下儲(chǔ)能飽和時(shí)會(huì)激發(fā)出可見光，與短波紅外經(jīng)上轉(zhuǎn)換激發(fā)形成的圖像復(fù)合在一起最終耦合到硅陣列探測器8的光敏面。為了消除泵浦燈13引起的可見光背景圖像的干擾，必須進(jìn)行圖像處理。硅陣列探測器8經(jīng)放大和驅(qū)動(dòng)電路10輸出的圖像首先經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路15轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，在沒有激光照射時(shí)打開泵浦燈13，待圖像穩(wěn)定后，把上轉(zhuǎn)換板5在泵浦燈13照射下儲(chǔ)能飽和時(shí)會(huì)激發(fā)出可見光所形成的背景圖像記錄為Iimg0。當(dāng)有短波紅外激光入射時(shí)，會(huì)在圖像中出現(xiàn)對(duì)應(yīng)焦斑位置出現(xiàn)明亮的可見光分布，此時(shí)圖像經(jīng)過勻滑記錄為Iimg，設(shè)硅陣列探測器的增益系數(shù)為K，Iimg對(duì)K·Iimg差，可得到短波紅外激光的圖像分布，如果沒有短波紅外激光入射，則圖像為全黑，此過程由數(shù)字圖像處理電路16實(shí)現(xiàn)。數(shù)字圖像處理模塊16得到的圖像處理結(jié)果可直接輸出，同時(shí)經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路17轉(zhuǎn)換為模擬圖像輸出。上述圖像處理電路原理方框圖可同已有技術(shù)。
上述的電子俘獲型上轉(zhuǎn)換材料，可以直接從市場上購來，例如，可使由英國Phosphor公司生產(chǎn)的FL63S/F-I1、FL58S/F-I1、HL63S/F-I1、GL29P/B-I1、FL29PM/B-I1產(chǎn)品。也可以直接從市場上購買沉積有電子俘獲型上轉(zhuǎn)換材料的熒光發(fā)光板，如用上?？升惞怆姴牧嫌邢薰旧a(chǎn)的HT612熒光發(fā)光板，等等。
圖3～圖7為光學(xué)耦合系統(tǒng)采取的5種形式參見圖3，上轉(zhuǎn)換板5直接與硅陣列探測器8的光敏面緊貼。
參見圖4，上轉(zhuǎn)換板5上形成的上轉(zhuǎn)換圖像經(jīng)過光學(xué)成像系統(tǒng)18以成像關(guān)系映射到硅陣列探測器8的光敏面。
參見圖5，上轉(zhuǎn)換板5上形成的上轉(zhuǎn)換圖像經(jīng)過光纖耦合光錐19映射到硅陣列探測器8的光敏面。
參見圖6，上轉(zhuǎn)換板5與像增強(qiáng)器20的光電陰極緊貼，像增強(qiáng)器20的陽極輸出圖像經(jīng)過光學(xué)成像系統(tǒng)18以成像關(guān)系映射到硅陣列探測器8的光敏面。
參見圖7，上轉(zhuǎn)換板5與像增強(qiáng)器20的光電陰極緊貼，像增強(qiáng)器20的陽極輸出圖像經(jīng)過光纖耦合光錐19映射到硅陣列探測器8的光敏面。
本發(fā)明使用“電子俘獲型”上轉(zhuǎn)換材料將短波紅外激光轉(zhuǎn)換成可見光，必須克服轉(zhuǎn)換過程中不可避免的背景光的影響。
本發(fā)明實(shí)施例使用時(shí)可按下述步驟1、將短波紅外激光成像探測器開關(guān)打開；2、用遮光罩遮擋光學(xué)系統(tǒng)光路，系統(tǒng)自動(dòng)記錄背景圖像完成標(biāo)定過程；3、打開遮光罩系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)，沒有短波紅外激光入射時(shí)顯示圖像為黑，有短波紅外激光入射時(shí)在入射方向?qū)?yīng)位置顯示激光焦斑。
權(quán)利要求
1.一種寬譜短波紅外激光成像探測器，包括機(jī)殼、將短波紅外激光轉(zhuǎn)換成可見光的光轉(zhuǎn)換裝置、光學(xué)耦合裝置及可見光成像裝置，其特征在于光轉(zhuǎn)換裝置為上轉(zhuǎn)換板(5)上設(shè)有需要可見光或者紫外光照射儲(chǔ)能的電子俘獲型上轉(zhuǎn)換材料沉積層(12)；可見光成像裝置為硅陣列探測器(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬譜短波紅外激光成像探測器，其特征在于所述的上轉(zhuǎn)換板(5)由玻璃基板(4)和電子俘獲型上轉(zhuǎn)換材料沉積層(12)所構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬譜短波紅外激光成像探測器，其特征在于所述的上轉(zhuǎn)換板(5)由玻璃基板(4)、電子俘獲型上轉(zhuǎn)換材料沉積層(12)和濾光片(7)構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬譜短波紅外激光成像探測器，其特征在于所述的上轉(zhuǎn)換板(5)的前面設(shè)有濾光片(2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬譜短波紅外激光成像探測器，其特征在于所述的上轉(zhuǎn)換板(5)的前面設(shè)有泵浦燈(13)，照射到上轉(zhuǎn)換板(5)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬譜短波紅外激光成像探測器，其特征在于所述的硅陣列探測器(8)為CCD或CMOS相機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬譜短波紅外激光成像探測器，其特征在于探測器上設(shè)有光路遮光罩(23)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6或7所述的寬譜短波紅外激光成像探測器，其特征在于硅陣列探測器(8)的后端設(shè)有圖像處理裝置(9)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的寬譜短波紅外激光成像探測器，其特征在于圖像處理裝置(9)由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(15)、數(shù)字圖像處理電路(16)所組成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的寬譜短波紅外激光成像探測器，其特征在于所述的數(shù)字圖像處理電路(16)的后面設(shè)有數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(17)，并和監(jiān)視器或計(jì)算機(jī)相連。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種寬譜短波紅外激光成像探測器，涉及紅外光的探測技術(shù)領(lǐng)域。它包括機(jī)殼、將短波紅外激光轉(zhuǎn)換成可見光的光轉(zhuǎn)換裝置、光學(xué)耦合裝置及可見光成像裝置，上轉(zhuǎn)換板的上設(shè)有電子俘獲型上轉(zhuǎn)換材料沉積層；可見光成像裝置為硅陣列探測器；并有圖像處理裝置。本發(fā)明不僅具有寬譜短波紅外激光的成像探測能力，而且具有分辨率高、靈敏度高、響應(yīng)快速、性能可靠、成本低廉、用途廣等的顯著特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01V8/10GK1844955SQ200610012660
公開日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2006年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月30日
發(fā)明者王金玉 申請(qǐng)人:王金玉