[发明专利]一种基于掺杂量子点波长转换的紫外探测系统及方法

说明书

一种基于掺杂量子点波长转换的紫外探测系统及方法，所述紫外探测系统结构包括封装外壳和依次设置的透镜、带有通光孔的斩波器、小端面涂覆光滑透明掺杂量子点薄膜的光锥、可见光CCD、与所述可见光CCD信号连接的图像处理单元，其中，所述斩波器、所述光锥、所述可见光CCD以及所述图像处理单元设置于所述封装外壳中；所述可见光CCD与所述光锥的大端面紧密耦合。本发明提供的基于掺杂量子点波长转换的紫外探测系统及方法，通过掺杂量子点实现紫外光信号的光谱转换，进而实现紫外图像探测，相比较现有技术，具有系统结构简单、性能稳定、成本较低的特点。

技术领域

本发明涉及光电探测技术领域，具体地涉及一种基于掺杂量子点波长转换的紫外探测系统及方法。

背景技术

随着紫外波段的应用的增加，紫外探测成像技术也随之兴起。基于电荷耦合元件(Charge-coupled Device，简称CCD)的可见光成像探测技术已经十分成熟，且量产型的CCD已经可以满足绝大部分成像探测的需求，但紫外光由于波长短易被吸收，很难直接探测。

从理论上讲，CCD对0.1～1100nm的光子都有响应，但实际上对于波长小于400nm的波段CCD是无法成像的。其原因是由于CCD表面的多晶硅电极对低于400nm的紫外线有强烈的吸收，使得紫外光线无法穿透CCD表面进入CCD内部，从而无法被探测到。因此，改变CCD结构和通过借助其他元件实现光谱转换是探测紫外光的主要途径。

现有的紫外检测方案主要分为三类：一是先利用短波通的截止滤光片将可见光排除，再通过像增强器实现光-电-光转换，紫外光在经过像增强器时可同时满足信号放大和可见光的转换，之后采用普通CCD探测；二是直接采用可响应紫外光的背照式进行CCD探测，其响应波长为200nm-1000nm；三是通过在CCD表面涂覆荧光材料实现光-光转换进行探测。

基于像增强器的成像装置已经发展得较为成熟了，但是其电子倍增装置一般体积较大还需施以千伏级的电压，并且需要短波通的截止滤光片；而背照式CCD的技术起步较晚，将随着氮化铝镓(AIGaN)外延材料的发展而获得性能提升。

应用于CCD紫外光谱转换的荧光材料，应满足以下要求：1、吸收波段在紫外区域。既有效弥补CCD对400nm之前波段的微弱响应，同时避免可见光激发造成的影响。2、激发的荧光应在CCD的敏感区域。普通前照式CCD对500-700nm的波段响应最高，荧光材料的发射谱应处在这一波段内，可被有效探测到。3、有较高的转化效率。可抑制噪声信号，同时提高CCD等效响应紫外效率。4、可见光波段有较高的透过率。背景成像不受荧光材料涂覆的影响。5、荧光强度与激发光强满足正相关。可通过探测信号衡量紫外光的强度。6、有较好的稳定性。荧光材料需暴露在紫外光及空气中，优越的稳定性可以满足探测器使用要求。7、材料的使用寿命较长。荧光材料的使用寿命应不低于探测器其他元器件的使用寿命。

基于荧光材料光谱转换的紫外探测成像装置的研究已经有半个世纪的历史了，现被科研证实可用的荧光材料有水杨酸钠、四苯基-丁二烯等，但这些有机材料稳定性差易升华，还需在其表面镀一层保护膜，降低了CCD的感光效果。此外，荧光染料的薄膜厚度也会影响探测器成像质量，薄膜厚度太薄会导致荧光效率低下，太厚则会荧光扩散影响分辨率，故一直未能得到实际应用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于掺杂量子点波长转换的紫外探测系统及方法，以实现紫外图像探测，且系统结构简单、成本较低。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于掺杂量子点波长转换的紫外探测系统，所述紫外探测系统结构包括封装外壳和依次设置的透镜、带有通光孔的斩波器、小端面涂覆光滑透明掺杂量子点薄膜的光锥、可见光CCD、与所述可见光CCD信号连接的图像处理单元，其中，所述斩波器、所述光锥、所述可见光CCD以及所述图像处理单元设置于所述封装外壳中；所述可见光CCD与所述光锥的大端面紧密耦合。