[发明专利]一种探测目标波段强度的光谱传感器

说明书

技术领域

本发明涉及光电技术，具体涉及光谱传感器技术，特别是探测可见光谱中特定光谱波长范围的强度。该装置用于测定目标波段范围光谱强度，具有较高的选择性和灵敏度，可用于光源特征光谱快速测定和物质性质分析。

背景技术

以LED为代表的新一代半导体发光作为光源的照明技术日益受到各国政府和民间的关注。相比较传统的光源，半导体光源既能大幅降低能耗，又能减少传统节能灯中汞等有害物质带来的环境污染。随着各国政府绿色照明政策的落实和半导体照明产业链的完善所带来的成本降低，半导体作为新一代光源必将在各种需要光源的场合得到更多的应用和关注。在人们关注半导体光源节能环保优点以取代传统光源的同时，却对半导体光源的另一个特性却比较少地研究：半导体光源具有非常窄的光谱分布，是人类历史上除了激光之外颜色特性最为纯净的光源，通常其半高峰宽（Full-Width Half-Maxium,简称FWHM，即光谱波长强度分布图中，光谱强度相当于最大值一半处所对应的光谱波长全部宽度）小于20nm，具有极强的单色性。这种单色性为开发半导体光源新的应用提供了可能。然而，目前的光电探测器其频谱响应范围都比较宽，通常的光谱分析都是经过实验室专业设备和专业技术人员才能完成，费时费力。因此开发一种能简单方便地用于这种单色性比较强的光源的光谱探测器，即满足应用于半导体发光具有较窄光谱响应的光电探测器能为研究开发半导体发光器件新应用提供基础。为区别传统宽频谱相应范围光电传感器，以下以光谱传感器简称这种具有窄带响应的光电传感器加以区别。

本发明在研究半导体光源特性基础上，结合光学和半导体传感器制造技术，发明了具有窄频谱响应的光谱传感装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种探测目标波段强度的光谱传感器，用于探测目标波段强度，以便使用者及时了解所处环境中该目标波段组分，以便为后续器件和处理提供信息。

为了达到上述目的，本发明有如下技术方案：

本发明的一种探测目标波段强度的光谱传感器，包括波段选择模块、光电传感模块、电信号处理模块、封装防护机构、支架和连接线；

波段选择模块用于将要测量的目标波段范围从宽波段入射光中选择出来；

光电传感模块用于将光信号转换为电信号，以测定光谱强度；

电信号处理模块用于将由光电传感模块检出的电信号转换成能为后续器件使用或识别的电信号；

电连接线将光电传感模块、电信号处理模块、支架电连接；

支架承载光电传感模块和电信号处理模块，并提供电信号通道；

封装防护机构为上述部件提供机械支撑、光和电的连接或隔离、以及通过隔离和保护不受环境中有害因素的损害；

所述波段选择模块位于入射光的一侧，光电传感模块位于波段选择模块出射光的一侧，电信号处理模块与光电传感模块电连接。

其中，所述波段选择模块包括光子晶体、光学带通滤波器、晶体单色器、光栅单色器或者棱栅单色器。

其中，所述光子晶体为一维或者二维结构，光子晶体允许通过的光波长处于所述的目标波段内。

其中，所述光学带通滤波器为折射系数不同的两种材料构成的若干层薄膜结构，通过调节薄膜厚度使若干层薄膜结构允许通过的光波长范围处于所述的目标波段范围内。所述薄膜结构为透明介电材料所组成，如SiO₂和TiO₂；所述透明介电材料构成彼此相间的薄膜或者立体结构，薄膜或者立体结构间的距离随着所述目标波段的改变而调整。

其中，所述光学带通滤波器允许通过的光谱半高峰宽波长范围不大于所述目标波段的波长范围。

其中，所述光电传感模块使用的材料特征是其电参数如电阻、电流、电压、电容、电感会随着光信号强度的改变而发生变化。

其中，所述光电传感模块包括光电二极管、光电三极管、光敏电阻、光电倍增器、光电池、CMOS、CCD或者电荷注入传感器。所述光电传感模块采用集成电路工艺加工成光电器件。这里所述的集成电路工艺是通过光刻、薄膜、刻蚀、离子注入、扩散等工艺组合，在一块半导体材料上同时生产若干个具有一定功能的半导体器件的生产工艺。

其中，所述光电传感模块包括单质基半导体光电传感器或化合物基光电传感器。单质基半导体如Si，Ge光电传感器，化合物基半导体如GaAs，CdS，GaN光电传感器。