[发明专利]一种宽温大动态范围的中红外光电探测器及探测模块

说明书

本发明提供一种宽温大动态范围的中红外光电探测器及探测模块，包括衬底，涂覆在衬底上的光导薄膜，光导薄膜上设置有漏出衬底的分割缝，使得光导薄膜呈包括测量臂、参考臂和底边的U型结构，测量臂的顶端以及底边、参考臂上涂覆有金属膜，使得测量臂上外露部分的光导薄膜形成光敏元；测量臂的顶端、参考臂的顶端以及底边的金属膜上分别设置有测量电极、参考电极和公共电极。通过设计参考暗元，对于探测器元阻抗温度特性进行补偿，大大提高了探测器的温度工作范围。

技术领域

本发明涉及一种用于中红外光功率测量的光电探测器，尤其是一种适用于连续波中红外激光功率测量的室温工作、大动态范围和宽温度范围光电探测器。

背景技术

光导型中红外探测器如碲镉汞、锑化铟等在测量激光参数时，通常采用如图1所示的电桥加仪表放大器的结构。图中R1为探测臂上偏置电阻，R2为配平臂上偏置电阻，RD为探测器电阻值，R3为配平电阻，G为仪表放大器的放大倍数。其基本原理是激光辐照光导探测器时，RD的电阻变化值与加载激光功率呈线性关系，从而实现激光功率的测量。

受碲镉汞等探测器温度特性的影响，当工作环境温度变化时，RD将随温度单调变化，图2是典型的探测器暗电阻温度特性曲线，而图1电路中的配平电阻随温度阻值基本不变。由电路原理可知，当环境温度变化时，探测器暗电阻的变化将引起探测电路输出本底电压信号的漂移，会大大减小探测器的测量动态范围。比如探测器信号采集单元的采集范围是0-5V，如果受到温度变化影响探测器输出本底为3V，则只有3-5V之间的跨度可用于测量激光响应，因而影响到了系统测量动态范围；更有可能的是，在外界环境温度剧烈变化时，出现探测器输出本底信号达到5V以上的饱和极限值，此时探测器是无法再进行激光功率探测的。传统的方式是采用温度稳定控制的探测器，比如液氮制冷或热电制冷的探测器，由于其体积和功耗都较大，限制了其应用场合，特别是难以用于数百只呈阵列分布的激光探测单元。

申请号为“201110233174.9”的中国专利“一种基于电桥原理的中红外探测电路参数设计方法”公开了上述光导性探测器电路参数的配平方法，但是其局限于需要知道探测器的工作温度范围，并根据这个较窄范围内的温度值进行电阻的参数优化设计，以避免出现探测器基线过高影响测量精度。一旦探测器应用至温度变化剧烈的环境时，这种方法无法满足测量要求的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的宽温度范围、大动态范围室温光导中红外激光功率测量光电探测器，通过设计参考暗元，对于探测器元阻抗温度特性进行补偿，大大提高了探测器的温度工作范围；进一步通过在探测器光敏面上设计栅格式窗结构，提高激光入射时探测器芯片温度和载流子分布均匀性，提高了探测器测量线性动态范围。

本发明的技术方案是提供一种宽温大动态范围的中红外光电探测器，其特殊之处在于：包括衬底，涂覆在衬底上的光导薄膜，光导薄膜上设置有漏出衬底的分割缝，使得光导薄膜呈包括测量臂、参考臂和底边的U型结构，上述的测量臂的顶端以及底边、参考臂上涂覆有金属膜，使得测量臂上外露部分的光导薄膜形成光敏元；上述的测量臂的顶端、参考臂的顶端以及底边的金属膜上分别设置有测量电极、参考电极和公共电极。

进一步地，为了提高激光入射时探测器芯片温度和载流子分布均匀性，上述的测量臂上的金属膜沿测量臂长度方向为栅格结构，使得测量臂上的金属膜和外露的光导薄膜呈周期性间隔设置。

进一步地，上述的衬底为石英或硅。

进一步地，上述的光导薄膜为锑化铟、碲镉汞、硫化铅或硒化铅光导薄膜。

进一步地，上述的金属膜为金膜或银膜。

进一步地，测量电极、参考电极和公共电极焊接在对应的金属膜上。

进一步地，上述的探测器的衬底的厚度为100-500微米，光导薄膜厚度为10微米，金属膜的厚度为0.5微米。