[实用新型]一种光子注入型弱光检测装置

说明书

本实用新型提供一种光子注入型弱光检测装置，包括补偿光源、光电传感器、光开关和电控组件；所述补偿光源、光电传感器和光开关与所述电控组件电性连接；其中，所述补偿光源发出初级光子，初级光子转变成补偿光子后射入所述光电传感器，待测光经过光处理后进入所述光电传感器，所述光开关容许或阻挡待测光进入所述光电传感器。该装置用来消除传感器光电转换过程中损耗的光生电荷对测量结果的影响，即等效地降低光电传感器的检测限、提高探测器对弱光和极弱光的检测能力、解决接近传感器原检测限附近范围的弱光量化比例失真的问题。

技术领域

本实用新型涉及弱光检测领域，尤其涉及一种光子注入型弱光检测装置。

背景技术

光谱检测是众多分析仪器与医疗检测仪器的基础和关键技术之一，从环境水质、食品安全监测，到石油化工、医药生产测控，再到体液、血液、蛋白质、基因组乃至细胞分析，有上千项检测基于光谱法，其中有很多涉及到弱光或极弱光的检测；此外，人们日常使用的一些电子设备也有不少涉及到弱光检测，例如手机和照相机在夜色下的拍照功能，这些检测最终都需要通过光传感器将光信号转化为电信号来供仪器进行定性或定量分析。

常用的光传感有光伏探测器、光电导探测器、热电堆探测器、光电二极管、光电二极管阵列、CCD图像传感器、CMOS图像传感器、NMOS图像传感器、以及InGaAs图像传感器，其对弱光探测的能力主要取决于检测限和灵敏度这两个参数，由于在光电转换的过程中不可避免地会丢失一些光生电荷，因此检测限在数值上大于灵敏度的取值，例如一个光传感器对光能量的检测限为50nJ、灵敏度为1nJ表明在单位时间内光能低于50nJ时传感器无法正常检测、单位时间内光能量大于50nJ时每变化1nJ时传感器都能给出差异化的响应。由于在光电转换的过程中不可避免地会丢失一些光生电荷，即传感器的检测限在数值上大于灵敏度的取值，因而传感器无法检测低于检测限的弱光信号，同时当一部分光能低于检测限、另一部分光能高于检测限时会出现输出信号比例失真的情况，例如在夜晚或黄昏的时候人眼能看清的弱光环境，用手机或照相机拍摄出来的照片除了较亮的几个地方外其余相对暗一些的地方被拍成一团漆黑。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种光子注入型弱光检测装置，每次检测的过程中通过补偿光源主动将一定量的光子注入光电传感器，并将补偿光子的总能量调节到光电传感器的检测限以上，采集光电传感器的输出信号减去补偿光信号来还原真实的测量信号，以此来消除传感器光电转换过程中损耗的光生电荷对测量结果的影响。

本实用新型提供一种光子注入型弱光检测装置，包括补偿光源、光电传感器、光开关和电控组件；所述补偿光源、光电传感器和光开关与所述电控组件电性连接；其中，

所述补偿光源发出初级光子，初级光子转变成补偿光子后射入所述光电传感器，

待测光经过光处理后进入所述光电传感器，所述光开关容许或阻挡待测光进入所述光电传感器。

优选地，初级光子通过混光衰减组件变成补偿光子，所述补偿光源连接所述混光衰减组件，所述补偿光源发出初级光子进入所述混光衰减组件，所述混光衰减组件将初级光子转变为沿其截面均匀分布的补偿光子，初级光子的数量大于补偿光子的数量，补偿光子的总能量大于所述光电传感器的检测限。

优选地，所述混光衰减组件为由若干个导光板组成的中空结构，所述导光板包括紧贴其局部表面的漫反射层，初级光子进入所述混光衰减组件经漫反射层的多次反射后形成均匀分布的散射光，所述混光衰减组件中的部分散射光作为补偿光子射向所述光电传感器。

优选地，所述混光衰减组件包括若干个透光区域，初级光子从所述混光衰减组件的一侧透光区域进入，补偿光子从所述混光衰减组件的另一侧透光区域射向所述光电传感器，进入所述混光衰减组件中的补偿光子与从其射出的补偿光强的数量成线性关系。