專利名稱：一種超高時間分辨固態(tài)全光探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超快光學(xué)信號記錄及處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于皮秒時間分辨的固態(tài)全光探測器，可直接應(yīng)用于分幅成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著目前產(chǎn)生超快現(xiàn)象的原始物理方案不斷完善，處于對超快過程中更加細(xì)節(jié)信息的追求，超快現(xiàn)象診斷轉(zhuǎn)至的各方面性能參數(shù)要求也相應(yīng)的不斷提高，其中最為關(guān)注的是成像裝置的時間分辨和動態(tài)范圍。傳統(tǒng)的基于電子測量技術(shù)的示波器、條紋和分幅成像技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)皮秒級的時間分辨。因受采樣率和幅度抖動限制，示波器和AD轉(zhuǎn)換器難以達(dá)到皮秒級的時間分辨；受空間電荷效應(yīng)限制，條紋變像管診斷技術(shù)在動態(tài)范圍、增益均勻性、時空分辨能力等方面存在較大的局限性，電子束的偏轉(zhuǎn)加速也易受強(qiáng)場物理環(huán)境的干擾；受微帶上電脈沖的傳輸速度和渡越時間彌散限制，行波選通分幅成像技術(shù)無法獲得皮秒級的曝光時間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種超高時間分辨固態(tài)全光探測器，主要解決了現(xiàn)有技術(shù)難于實(shí)現(xiàn)皮秒級時間分辨的問題。該超高時間分辨固態(tài)全光探測器包括磷化銦襯底，磷化銦襯底的前表面設(shè)置有激活層，激活層遠(yuǎn)離磷化銦襯底一側(cè)設(shè)置有反射率大于90%的全反射層，磷化銦襯底的后表面設(shè)置有反射率為45% 60%的半反射層。上述的激活層是IrvxGaxAsyPh磷砷鎵銦激活層，0. 2^x^0.4,0. 54 ^ y ^ 0. 73， 激活層的厚度為3 8 μ m，以5 μ m為佳；磷化銦襯底的厚度為小于60 μ m，以0. 2 μ m為佳。上述的全反射層包括至少三層反射膜且層數(shù)為奇數(shù)，各層反射膜之間按照折射率高、低、高...的周期性結(jié)構(gòu)排列；半反射層包括至少三層反射膜且層數(shù)為奇數(shù)，各層反射膜之間按照折射率高、低、高、低、高、低、高…的周期性結(jié)構(gòu)排列；全反射層的反射膜數(shù)量大于或等于半反射層的反射膜數(shù)量。上述各反射膜的厚度為0. 3 μ m 0. 4 μ m，以0. 3875 μ m為佳，全反射層、半反射層的高反射率反射膜為五氧化二鉭反射膜，低反射率反射膜二氧化硅反射膜。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于該超高時間分辨固態(tài)全光探測器具有皮秒(10_12S)時間分辨和IO3-IO5動態(tài)范圍； 與傳統(tǒng)的輻射探測器的信號正比與入射能量不同的是，該固態(tài)全光探測器的信號正比與入射輻射通量有關(guān)，因此傳感器的尺寸減小不會損失探測靈敏度；此外，由于輻射引起的非平衡電子-空穴對的分布可被實(shí)時有效的探測，免去傳統(tǒng)CCD空間電荷轉(zhuǎn)移與收集，采用全光學(xué)探測方法，避免強(qiáng)電磁場環(huán)境的干擾。因此，該傳感器具有皮秒級的時間分辨。


圖1為本發(fā)明具體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所依據(jù)的原理如下本發(fā)明利用^hGaxAsyPh激活介質(zhì)吸收探測信號的輻射，在其內(nèi)部引起折射率的分布變化，利用全反射層和半反射層形成的F-P振蕩腔，可使探針光在腔內(nèi)產(chǎn)生多次往返經(jīng)過激活層，使得探測靈敏度提高的多次振蕩，增強(qiáng)待測信號的吸收，引起折射率分布的明顯變化，在其后表面通過輸入同步的探針激光被該探測器進(jìn)行調(diào)制，通過對探針激光的解析，即可獲得輻射光的信息。其具體是待測信號入射在超高時間分辨固態(tài)全光探測器的前表面，同時觸發(fā)探測激光從探測器后表面入射，待測信號輻射入射在探測器上，在探測器內(nèi)部產(chǎn)生了瞬態(tài)的、非平衡電子空穴分布，引起探測器半導(dǎo)體材料的折射率的快速變化；變化的射率分布對外來探針光進(jìn)行調(diào)制，通過探測解析，可反演出待測信號輻射的瞬變物理過程；由于待測信號輻射誘導(dǎo)的電荷分布可被探針光直接測量，避免了傳統(tǒng)電荷傳輸轉(zhuǎn)移速度的限制，因此實(shí)現(xiàn)很高的帶寬。以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行詳述該超高時間分辨固態(tài)全光探測器包括磷化銦襯底1，磷化銦襯底1的厚度為小于 60 μ m，以0. 2 μ m為佳，磷化銦襯底1的前表面設(shè)置有激活層2，激活層2是^hGaxAsyPh磷砷鎵銦激活層2，其中0. 2彡χ彡0. 4，0. M彡y彡0. 73，其厚度為3 8 μ m，以5 μ m為佳； 激活層2遠(yuǎn)離磷化銦襯底1 一側(cè)設(shè)置有反射率大于90%的全反射層3，反射率以大于97% 為佳，全反射層3包括至少三層反射膜且層數(shù)為奇數(shù)，以7層為佳，各層反射膜之間按照折射率高、低、高...的周期性結(jié)構(gòu)排列，利用磁控濺射法制作，全反射層3中高反射率反射膜為五氧化二鉭反射膜31，低反射率反射膜二氧化硅反射膜32 ；磷化銦襯底1的后表面設(shè)置有反射率為45% 60%的半反射層4，反射率以60%為佳，半反射層4包括至少三層反射膜且層數(shù)為奇數(shù)，以3層為佳，各層反射膜之間按照折射率高、低、高…的周期性結(jié)構(gòu)排列， 利用磁控濺射法制作，半反射層中高反射率反射膜為五氧化二鉭反射膜31，低反射率反射膜二氧化硅反射膜32，各反射膜的厚度為0. 3 μ m 0. 4 μ m，以0. 3875 μ m為佳。全反射層的反射膜數(shù)量大于或等于半反射層的反射膜數(shù)量，以大于為佳。探測激光采用能量為100mJ，波長為1550nm的探針激光，脈沖寬度為IOOfs的脈沖
激光器。該超高時間分辨固態(tài)全光探測器吸收待測信號的輻射，在探測器內(nèi)部產(chǎn)生短暫的、非平衡電子空穴對的分布，這些新生的電子-空穴對調(diào)制探測器內(nèi)部的折射率。探測器內(nèi)部折射率的變化又對探針光進(jìn)行相位調(diào)制，通過對探針光相位調(diào)制的解析可獲得待測信號的瞬態(tài)變化過程；由于輻射引起的非平衡電子-空穴對的分布可被實(shí)時有效的測量，免去傳統(tǒng)CCD探測所需的電荷分離、收集、轉(zhuǎn)移；因此，該超高時間分辨固態(tài)全光探測器的相應(yīng)時間可以設(shè)計(jì)皮秒級(10-12s)的時間響應(yīng)。
權(quán)利要求
1.一種超高時間分辨固態(tài)全光探測器，包括磷化銦襯底，其特征在于所述磷化銦襯底的前表面設(shè)置有激活層，激活層遠(yuǎn)離磷化銦襯底一側(cè)設(shè)置有反射率大于90%的全反射層，磷化銦襯底的后表面設(shè)置有反射率為45% 60%的半反射層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高時間分辨固態(tài)全光探測器，其特征在于所述的激活層是IrvxGaxAsyP1I磷砷鎵銦激活層，激活層的厚度為3 8 μ m，其中0. 2彡χ彡0. 4， 0. 54 ^ y ^ 0. 73 ；磷化銦襯底的厚度小于60 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超高時間分辨固態(tài)全光探測器，其特征在于所述的全反射層包括至少三層反射膜且層數(shù)為奇數(shù)，各層反射膜之間按照折射率高、低、高…的周期性結(jié)構(gòu)排列；半反射層包括至少三層反射膜且層數(shù)為奇數(shù)，各層反射膜之間按照折射率高、 低、高…的周期性結(jié)構(gòu)排列；全反射層的反射膜數(shù)量大于半反射層的反射膜數(shù)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超高時間分辨固態(tài)全光探測器，其特征在于所述各反射膜的厚度為0. 3μπι 0. 4μπι。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超高時間分辨固態(tài)全光探測器，其特征在于所述全反射層、 半反射層的高反射率反射膜為五氧化二鉭反射膜，低反射率反射膜二氧化硅反射膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超高時間分辨固態(tài)全光探測器，其特征在于所述激活層的厚度為5 μ m,磷化銦襯底的厚度為0. 2 μ m，反射膜的厚度為0. 3875 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超高時間分辨固態(tài)全光探測器，其特征在于所述全反射層的層數(shù)為7，反射率為97% ；半反射層的層數(shù)為3，反射率為60%。
全文摘要
本發(fā)明提供一種超高時間分辨固態(tài)全光探測器，主要解決了現(xiàn)有技術(shù)難于實(shí)現(xiàn)皮秒級時間分辨的問題。該超高時間分辨固態(tài)全光探測器用固態(tài)全光探測器包包括磷化銦襯底，磷化銦襯底的前表面設(shè)置有激活層，激活層遠(yuǎn)離磷化銦襯底一側(cè)設(shè)置有反射率大于90％的全反射層，磷化銦襯底的后表面設(shè)置有反射率大于45％的半反射層。該超高時間分辨固態(tài)全光探測器用固態(tài)全光探測器具有皮秒(10-12S)時間分辨和103-105動態(tài)范圍。
文檔編號G01J1/42GK102322949SQ201110212598
公開日2012年1月18日 申請日期2011年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月28日
發(fā)明者劉百玉, 楊文正, 王博, 白曉紅, 白永林, 秦君軍, 緱永勝, 趙軍平 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所