[发明专利]基于下转换发光的日盲紫外探测器、制备方法和探测相机

说明书

本发明涉及基于下转换发光的日盲紫外探测器、制备方法和探测相机。所述日盲紫外探测器通过采用热蒸发法镀膜技术，将粉末状下转换纳米材料在可见光CCD芯片感光面形成一层均匀纳米薄膜，实现直接耦合，通过纳米薄膜吸收日盲段紫外光发射可见光的特性，从而实现高效的紫外光探测，有效解决天基紫外预警探测器面阵小、量子效率低的问题。

技术领域

本发明属于天基紫外预警领域，涉及基于下转换发光的日盲紫外探测器、制备方法和探测相机。

背景技术

紫外预警是天基预警的重要发展方向，相对红外预警具有虚警率和误警率低、无需制冷、系统简单、可有效抵抗激光武器致盲等优势。紫外探测器作为紫外预警系统中不可缺少器件，它的发展主要经历了三个阶段：第一阶段以紫外光电倍增管为代表，第二阶段为Si基紫外探测器，第三阶段为宽禁带半导体材料。受限于技术成熟度与使用条件，目前天基紫外预警并无有效的紫外探测器件，所用探测器均为光电倍增管形式，工作条件是真空、高压。常用的典型结构如图1所示，主要由入射窗、光电阴极、微通道板MCP、荧光屏、耦合光纤、可见光CMOS共6个部分组成。基本工作原理为：从入射窗入射的光子照射到光电阴极上，按一定的量子转换效率转化为光电子，在加速电场的作用下光电子进入MCP进行倍增，然后聚焦到荧光屏激发出可见光，通过光纤光锥将图像耦合到可见光CMOS上，最后由电子线路读出，完成从入射光到电子图像的转换。

上述探测器组件的优点是稳定性好、响应速度快，暗电流低、电流增益高。但这种探测器组件体积大、功耗大、价格高，必须使用光学窗口材料和滤光片，且量子效率只有10％-20％。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供基于下转换发光的日盲紫外探测器、制备方法和探测相机，解决天基紫外预警无有效探测器面阵小、量子效率低的问题。

本发明解决技术的方案是：一种基于下转换发光的日盲紫外探测器，该紫外探测器包括可见光CCD、下转换纳米材料薄膜，下转换纳米材料薄膜沉积在可见光CCD感光面上；

下转换纳米材料，用于实现日盲紫外谱段到可见光谱段的转换；

可见光CCD，为响应谱段为可见光谱段的探测器件，用于响应可见光，输出与可见光强度相对应的电流信号。

所述下转换纳米材料为稀土掺杂氟化物纳米材料。

所述下转换材料以Ce³⁺作为敏化剂，Tb³⁺作为发光离子，β-NaYF₄为基体，三者按照1:2:4的离子浓度比例，利用溶剂热法进行纳米合成。

所述下转换材料薄膜具有宽带激发，窄带发射特性，激发波长范围为215nm～275nm，峰值在248nm；发射波长有四个峰值分别为485nm，542nm，581nm和621nm。

所述下转换材料薄膜的厚度取值范围是30nm到800nm。

所述下转换材料薄膜通过热蒸发法的方式沉积在可见光CCD感光面。

本发明提供的另一个技术方案是：上述基于下转换发光的日盲紫外探测器的制备方法，包括如下步骤：

S1、拆除可见光CCD的感光面窗口，可见光CCD器件的感光面裸露在外面；

S2、将拆除感光面窗口的可见光CCD和下转换材料放置在真空舱内，下转换材料放置在蒸发舟上，可见光CCD放置的蒸发舟上方，感光面朝下；

S3、采用电阻式蒸发原理，利用电流在蒸发舟上加热下转换材料，使其熔化蒸发，从而在探测器芯片表面上沉积下转换材料薄膜，实现材料和探测器的直接耦合。

所述步骤S3中控制电流大小为100A±0.5A，保持蒸发速率为1埃/秒到1.5埃/秒之间。