光子上轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)的測試裝置和測試方法
【專利摘要】一種光子上轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)的測試裝置，包括：一計(jì)算機(jī)控制模塊；一光脈沖產(chǎn)生模塊，其輸入端與計(jì)算機(jī)控制模塊的一輸出端連接；一穩(wěn)壓電源，其輸入端與計(jì)算機(jī)控制模塊的另一輸出端連接；一光子上轉(zhuǎn)換器，其一輸入端與穩(wěn)壓電源的輸出端連接；一光電探測器，其光響應(yīng)區(qū)接收接收光子上轉(zhuǎn)換器的光輸出信號(hào)；一采樣示波器，其一輸入端與光電探測器的輸出端連接，另一輸入端與光脈沖產(chǎn)生模塊的另一輸出端連接，其輸出端與計(jì)算機(jī)控制模塊的輸入端連接。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)此類光子上轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)特性的檢測與分析，為制備響應(yīng)速度更快的光子上轉(zhuǎn)換器提供檢測手段和分析工具，為研制高速紅外成像器件奠定基礎(chǔ)，本發(fā)明還提供一種光子上轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)的測試方法。
【專利說明】光子上轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)的測試裝置和測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光電子器件的測量領(lǐng)域，具體涉及一種光子上轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)的測試裝置和測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的紅外成像儀或者紅外焦平面器件是由成千上萬個(gè)紅外探測器單元構(gòu)成的探測器焦平面陣列，其原理是將紅外輻射信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電信號(hào)又通過相同數(shù)目的讀出電路單元讀出放大，最后經(jīng)過后續(xù)的電子學(xué)處理成為人眼可視的圖像。整個(gè)制備工藝需要生長銦柱倒裝互連，還需要復(fù)雜的讀出成像電路，使得其制備工藝復(fù)雜，可靠性低，成本聞等缺點(diǎn)O
[0003]光子上轉(zhuǎn)換技術(shù)是指利用一定的手段，將長波長的低能光子轉(zhuǎn)換為短波長高能光子的技術(shù)，在民用夜視、大氣成像、工業(yè)探傷、醫(yī)學(xué)檢測、軍事偵察、太陽能電池等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用價(jià)值。其中光子上轉(zhuǎn)換器是指通過器件的方式直接實(shí)現(xiàn)這種光子的上轉(zhuǎn)換，通常是將一個(gè)光電探測器單元和一個(gè)電致發(fā)光二極管單元串聯(lián)耦合得到。光電探測單元感應(yīng)吸收入射的低能光子，產(chǎn)生的光生載流子在反向偏壓的作用下注入到與之串聯(lián)的發(fā)光二極管單元內(nèi)，發(fā)出高能短波長的光子。根據(jù)兩單元所用材料體系和結(jié)構(gòu)的不同，光子上轉(zhuǎn)換器可以實(shí)現(xiàn)紅外到可見，可見到紫外，紅外到紫外的全光譜波長上轉(zhuǎn)換。其中將紅外光上轉(zhuǎn)換為可見光的上轉(zhuǎn)換器，相對(duì)紅外焦平面器件，因其結(jié)構(gòu)簡單，成本低，響應(yīng)快速等優(yōu)點(diǎn)在紅外成像領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景和優(yōu)勢。
[0004]但是，目前大部分針對(duì)光子上轉(zhuǎn)換器的研究主要集中在擴(kuò)展波長上轉(zhuǎn)換范圍和提高上轉(zhuǎn)換效率方面，對(duì)光子上轉(zhuǎn)換器的響應(yīng)速度等頻率特性的研究卻很少。因?yàn)楣庾由限D(zhuǎn)換器的響應(yīng)速度直接決定了所制成紅外成像器件的反應(yīng)速度，所以針對(duì)光子上轉(zhuǎn)換器件頻率響應(yīng)特性的研究迫在眉睫。目前卻沒有一種測試此類光子上轉(zhuǎn)換器件頻率響應(yīng)特性的方法和系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種光子上轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)的測試裝置和測試方法，其能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)此類光子上轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)特性的檢測與分析，為制備響應(yīng)速度更快的光子上轉(zhuǎn)換器提供檢測手段和分析工具，為研制高速紅外成像器件奠定基礎(chǔ)。
[0006]本發(fā)明提供一種光子上轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)的測試裝置，包括:
[0007]一計(jì)算機(jī)控制模塊；
[0008]一光脈沖產(chǎn)生模塊，其輸入端與計(jì)算機(jī)控制模塊的一輸出端連接；
[0009]一穩(wěn)壓電源，其輸入端與計(jì)算機(jī)控制模塊的另一輸出端連接；
[0010]—光子上轉(zhuǎn)換器，其一輸入端與穩(wěn)壓電源的輸出端連接，其光響應(yīng)區(qū)接收光脈沖產(chǎn)生模塊的一光輸出信號(hào)；
[0011]一光電探測器，其光響應(yīng)區(qū)接收接收光子上轉(zhuǎn)換器的光輸出信號(hào)；[0012]—米樣不波器,其一輸入端與光電探測器的輸出端連接，另一輸入端與光脈沖產(chǎn)生模塊的另一輸出端連接，其輸出端與計(jì)算機(jī)控制模塊的輸入端連接。
[0013]本發(fā)明還提供一種光子上轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)的測試方法，其是采用如前所述的光子上轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)的測試裝置，包括如下步驟:
[0014]步驟1:用計(jì)算機(jī)控制模塊調(diào)節(jié)光脈沖產(chǎn)生模塊所發(fā)出脈沖光信號(hào)的頻率、波形、占空比、下降沿、強(qiáng)度等，使其和被測光子上轉(zhuǎn)換器的響應(yīng)相匹配；
[0015]步驟2:光脈沖產(chǎn)生模塊輸出預(yù)定頻率的長波脈沖光，并將信號(hào)同步觸發(fā)到采樣示波器，得到脈沖光信號(hào)的頻率響應(yīng)曲線，作為校準(zhǔn)曲線被計(jì)算機(jī)控制模塊記錄；
[0016]步驟3:計(jì)算機(jī)控制模塊調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源向光子上轉(zhuǎn)換器提供一預(yù)定的反向偏壓；
[0017]步驟4:光脈沖產(chǎn)生模塊發(fā)出的長波脈沖光被光子上轉(zhuǎn)換器中的光響應(yīng)單元吸收，產(chǎn)生光生載流子，光生載流子在反向偏壓的作用下注入到光子上轉(zhuǎn)換器中的光顯示單元，發(fā)出短波脈沖光；
[0018]步驟5:光子上轉(zhuǎn)換器發(fā)出的短波脈沖光輻照在光電探測器單元的感光區(qū)域產(chǎn)生脈沖電信號(hào)；
[0019]步驟6:光電探測器單元產(chǎn)生的脈沖電信號(hào)被采樣示波器采集，得到此信號(hào)的頻率響應(yīng)曲線，作為測試曲線被計(jì)算機(jī)控制模塊記錄；
[0020]步驟7:通過比較計(jì)算機(jī)控制模塊中所記錄脈沖的校準(zhǔn)曲線和測試曲線，得到光子上轉(zhuǎn)換器的頻率響應(yīng)特性，完成測試。
[0021]從上述方案可以看出，本發(fā)明提供的測試裝置和測試方法具有如下的積極效果和優(yōu)點(diǎn):
[0022]I)首次實(shí)現(xiàn)對(duì)光子上轉(zhuǎn)換器頻率特性的測試，得到光子上轉(zhuǎn)換器件的響應(yīng)時(shí)間、頻率特性等主要信息，填補(bǔ)光子上轉(zhuǎn)換器頻率特性測試方面的空白，為研制高速紅外成像器件奠定基礎(chǔ)。
[0023]2)所提供的測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光子上轉(zhuǎn)換器響應(yīng)特性的快速實(shí)時(shí)檢測。
[0024]3)所提供測試系統(tǒng)和方法的信號(hào)調(diào)制和數(shù)據(jù)記錄過程都由計(jì)算機(jī)完成，更易于操作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，其中:
[0026]圖1為本發(fā)明光子上轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)測試裝置的原理示意圖；
[0027]圖2為圖1中光子上轉(zhuǎn)換器的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3為本發(fā)明測試方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]請(qǐng)參閱圖1、圖2所示，本發(fā)明提供一種光子上轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)的測試裝置，包括:
[0030]一計(jì)算機(jī)控制模塊I ;
[0031]一光脈沖產(chǎn)生模塊2，其輸入端與計(jì)算機(jī)控制模塊I的一輸出端連接，所述光脈沖產(chǎn)生模塊2是由一個(gè)電脈沖發(fā)生器與一個(gè)激光器通過射頻連接線串聯(lián)獲得，或是由一個(gè)脈沖激光器獲得；該光脈沖產(chǎn)生模塊2所發(fā)出的脈沖光信號(hào)的頻率、脈寬、波形、強(qiáng)度由計(jì)算機(jī)控制模塊I進(jìn)行調(diào)制；該光脈沖產(chǎn)生模塊2所發(fā)出的脈沖光信號(hào)的頻率與被測光子上轉(zhuǎn)換器4的響應(yīng)頻率匹配，即該光脈沖產(chǎn)生模塊2所發(fā)出的脈沖光信號(hào)的波長在光子上轉(zhuǎn)換器4的響應(yīng)波長范圍內(nèi)；
[0032]一穩(wěn)壓電源3，其輸入端與計(jì)算機(jī)控制模塊I的另一輸出端連接，其電壓值的大小和加載方向受計(jì)算機(jī)控制模塊I控制；
[0033]—光子上轉(zhuǎn)換器4,其一輸入端與穩(wěn)壓電源3的輸出端連接,該光子上轉(zhuǎn)換器4在穩(wěn)壓電源3提供的反向偏壓下工作；所述光子上轉(zhuǎn)換器4由光響應(yīng)單元和光發(fā)射單元串聯(lián)組成，串聯(lián)方式為晶片鍵和與直接生長中的一種；光響應(yīng)單元為無機(jī)光電探測器或有機(jī)光電探測器結(jié)構(gòu)中的任意一種，光顯示單元為無機(jī)電致發(fā)光二極管或有機(jī)電致發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)中的任意一種；通過改變?cè)摴忭憫?yīng)單元中所用材料或器件結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)光子上轉(zhuǎn)換器4的響應(yīng)波長，響應(yīng)范圍可以覆蓋近紅外800納米至1000微米的波長區(qū)域；通過改變光顯示單元所用材料和器件結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)光子上轉(zhuǎn)換器4的輸出波長，其輸出波長范圍可以覆蓋390納米至780納米的可見光光譜區(qū)域；其光子上轉(zhuǎn)換器4的光響應(yīng)單元接收光脈沖產(chǎn)生模塊2的一光輸出信號(hào)；入射至光子上轉(zhuǎn)換器4的紅外光的角度根據(jù)所用光響應(yīng)單元結(jié)構(gòu)的不同而不同，具體為從襯底層入射、從正面入射或從側(cè)壁入射之一。
[0034]一光電探測器5，其光響應(yīng)區(qū)接收光子上轉(zhuǎn)換器4的光輸出信號(hào)，所述光電探測器5的極限響應(yīng)頻率高于所測光子上轉(zhuǎn)換器4的極限響應(yīng)頻率，即所述光電探測器5的響應(yīng)速度快于所測光子上轉(zhuǎn)換器4的響應(yīng)速度；所述光電探測器5僅對(duì)光子上轉(zhuǎn)換器4發(fā)出的短波光信號(hào)有響應(yīng)，對(duì)光脈沖產(chǎn)生模塊2發(fā)出的長波光信號(hào)響應(yīng)截止；
[0035]—米樣不波器6,其一輸入端與光電探測器5的輸出端連接,另一輸入端與光脈沖產(chǎn)生模塊2的另一輸出端連接，其輸出端與計(jì)算機(jī)控制模塊I的輸入端連接。
[0036]請(qǐng)參閱圖3，并結(jié)合參閱圖1及圖2所示，本發(fā)明一種光子上轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)的測試方法，包括如下步驟:
[0037]步驟1:用計(jì)算機(jī)控制模塊I調(diào)節(jié)光脈沖產(chǎn)生模塊2所發(fā)出脈沖光信號(hào)的頻率、波形、占空比、下降沿、強(qiáng)度等，使其和被測光子上轉(zhuǎn)換器4的響應(yīng)相匹配，所述光脈沖產(chǎn)生模塊2是由一個(gè)電脈沖發(fā)生器與一個(gè)激光器通過射頻連接線串聯(lián)獲得，或是由一個(gè)脈沖激光器獲得；
[0038]步驟2:光脈沖產(chǎn)生模塊2輸出預(yù)定頻率的長波脈沖光，并將信號(hào)同步觸發(fā)到采樣示波器6，得到脈沖光信號(hào)的頻率響應(yīng)曲線，作為校準(zhǔn)曲線被計(jì)算機(jī)控制模塊I記錄；
[0039]步驟3:計(jì)算機(jī)控制模塊I調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源3向光子上轉(zhuǎn)換器4提供一預(yù)定的反向偏壓；
[0040]步驟4:光脈沖產(chǎn)生模塊2發(fā)出的長波脈沖光被光子上轉(zhuǎn)換器4中的光響應(yīng)單元吸收，產(chǎn)生光生載流子，光生載流子在反向偏壓的作用下注入到光子上轉(zhuǎn)換器4中的光顯示單元，發(fā)出短波脈沖光；
[0041]步驟5:光子上轉(zhuǎn)換器4發(fā)出的短波脈沖光輻照在光電探測器單元5的感光區(qū)域產(chǎn)生脈沖電信號(hào)；
[0042]步驟6:光電探測器單元5產(chǎn)生的脈沖電信號(hào)被采樣示波器6采集，得此信號(hào)的頻率響應(yīng)曲線，作為測試曲線被計(jì)算機(jī)控制模塊I記錄；
[0043]步驟7:通過比較計(jì)算機(jī)控制模塊I中所記錄脈沖的校準(zhǔn)曲線和測試曲線，得到光子上轉(zhuǎn)換器的頻率響應(yīng)特性，完成測試。
[0044]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種光子上轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)的測試裝置，包括: 一計(jì)算機(jī)控制模塊； 一光脈沖產(chǎn)生模塊，其輸入端與計(jì)算機(jī)控制模塊的一輸出端連接； 一穩(wěn)壓電源，其輸入端與計(jì)算機(jī)控制模塊的另一輸出端連接； 一光子上轉(zhuǎn)換器，其一輸入端與穩(wěn)壓電源的輸出端連接，其光響應(yīng)區(qū)接收光脈沖產(chǎn)生模塊的一光輸出信號(hào)； 一光電探測器，其光響應(yīng)區(qū)接收接收光子上轉(zhuǎn)換器的光輸出信號(hào)； 一米樣不波器，其一輸入端與光電探測器的輸出端連接，另一輸入端與光脈沖產(chǎn)生模塊的另一輸出端連接，其輸出端與計(jì)算機(jī)控制模塊的輸入端連接。
2.如權(quán)利要求1所述的光子上轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)的測試裝置，其中所述光脈沖產(chǎn)生模塊是由一個(gè)電脈沖發(fā)生器與一個(gè)激光器通過射頻連接線串聯(lián)獲得，或是由一個(gè)脈沖激光器獲得；該光脈沖產(chǎn)生模塊所發(fā)出的脈沖光信號(hào)的頻率、脈寬、波形、強(qiáng)度由計(jì)算機(jī)控制模塊進(jìn)行調(diào)制；該光脈沖產(chǎn)生模塊所發(fā)出的脈沖光信號(hào)的頻率與被測光子上轉(zhuǎn)換器的響應(yīng)頻率匹配。
3.如權(quán)利要求1所述的光子上轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)的測試裝置，其中所述光子上轉(zhuǎn)換器4在穩(wěn)壓電源提供的反向偏壓下工作；所述光子上轉(zhuǎn)換器由光響應(yīng)單元和光發(fā)射單元串聯(lián)組成，串聯(lián)方式為晶片鍵和與直接生長中的一種；光響應(yīng)單元為無機(jī)光電探測器或有機(jī)光電探測器結(jié)構(gòu)中的任意一種 ，光顯示單元為無機(jī)電致發(fā)光二極管或有機(jī)電致發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)中的任意一種；光探測單元的響應(yīng)波長大于光顯示單元的發(fā)射波長。
4.如權(quán)利要求1所述的光子上轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)的測試裝置，其中所述光電探測器的極限響應(yīng)頻率高于所測光子上轉(zhuǎn)換器的極限響應(yīng)頻率；所述光電探測器只對(duì)光子上轉(zhuǎn)換器發(fā)出的短波光信號(hào)有響應(yīng)，對(duì)光脈沖產(chǎn)生模塊發(fā)出的長波光信號(hào)響應(yīng)截止。
5.一種光子上轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)的測試方法，其是采用如權(quán)利要求1所述的光子上轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)的測試裝置，包括如下步驟: 步驟1:用計(jì)算機(jī)控制模塊調(diào)節(jié)光脈沖產(chǎn)生模塊所發(fā)出脈沖光信號(hào)的頻率、波形、占空t匕、下降沿、強(qiáng)度等，使其和被測光子上轉(zhuǎn)換器的響應(yīng)相匹配； 步驟2:光脈沖產(chǎn)生模塊輸出預(yù)定頻率的長波脈沖光，并將信號(hào)同步觸發(fā)到采樣示波器，得到脈沖光信號(hào)的頻率響應(yīng)曲線，作為校準(zhǔn)曲線被計(jì)算機(jī)控制模塊記錄； 步驟3:計(jì)算機(jī)控制模塊調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源向光子上轉(zhuǎn)換器提供一預(yù)定的反向偏壓； 步驟4:光脈沖產(chǎn)生模塊發(fā)出的長波脈沖光被光子上轉(zhuǎn)換器中的光響應(yīng)單元吸收，產(chǎn)生光生載流子，光生載流子在反向偏壓的作用下注入到光子上轉(zhuǎn)換器中的光顯示單元，發(fā)出短波脈沖光； 步驟5:光子上轉(zhuǎn)換器發(fā)出的短波脈沖光輻照在光電探測器單元的感光區(qū)域產(chǎn)生脈沖電信號(hào)； 步驟6:光電探測器單元產(chǎn)生的脈沖電信號(hào)被采樣示波器采集，得到此信號(hào)的頻率響應(yīng)曲線，作為測試曲線被計(jì)算機(jī)控制模塊記錄； 步驟7:通過比較計(jì)算機(jī)控制模塊中所記錄脈沖的校準(zhǔn)曲線和測試曲線，得到光子上轉(zhuǎn)換器的頻率響應(yīng)特性，完成測試。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光子上轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)的測試方法，其中所述光脈沖產(chǎn)生模塊是由一個(gè)電脈沖發(fā)生器與一個(gè)激光器通過射頻連接線串聯(lián)獲得，或是由一個(gè)脈沖激光器獲得；該光脈沖產(chǎn)生模塊所發(fā)出的脈沖光信號(hào)的頻率、脈寬、波形、強(qiáng)度由計(jì)算機(jī)控制模塊進(jìn)行調(diào)制；該光脈沖產(chǎn)生模塊所發(fā)出的脈沖光信號(hào)的頻率與被測光子上轉(zhuǎn)換器的響應(yīng)頻率匹配。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光子上轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)的測試方法，其中所述光子上轉(zhuǎn)換器4在穩(wěn)壓電源提供的反向偏壓下工作；所述光子上轉(zhuǎn)換器由光響應(yīng)單元和光發(fā)射單元串聯(lián)組成，串聯(lián)方式為晶片鍵和與直接生長中的一種；光響應(yīng)單元為無機(jī)光電探測器或有機(jī)光電探測器結(jié)構(gòu)中的任意一種，光顯示單元為無機(jī)電致發(fā)光二極管或有機(jī)電致發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)中的任意一種；光探測單元的響應(yīng)波長大于光顯示單元的發(fā)射波長。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光子上轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)的測試方法，其中所述光電探測器的極限響應(yīng)頻率高于所測光子上轉(zhuǎn)換器的極限響應(yīng)頻率；所述光電探測器只對(duì)光子上轉(zhuǎn)換器發(fā)出的短波光信號(hào)有響應(yīng) ，對(duì)光脈沖產(chǎn)生模塊發(fā)出的長波光信號(hào)響應(yīng)截止。
【文檔編號(hào)】G01R31/00GK104020369SQ201410200421
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】楚新波, 關(guān)敏, 牛立濤, 李戈洋, 曾一平 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所