[发明专利]一种超高时间分辨固态全光探测器

说明书

技术领域

本发明属于超快光学信号记录及处理技术领域，具体涉及一种用于皮秒时间分辨的固态全光探测器，可直接应用于分幅成像系统。

背景技术

随着目前产生超快现象的原始物理方案不断完善，处于对超快过程中更加细节信息的追求，超快现象诊断转至的各方面性能参数要求也相应的不断提高，其中最为关注的是成像装置的时间分辨和动态范围。

传统的基于电子测量技术的示波器、条纹和分幅成像技术很难实现皮秒级的时间分辨。因受采样率和幅度抖动限制，示波器和AD转换器难以达到皮秒级的时间分辨；受空间电荷效应限制，条纹变像管诊断技术在动态范围、增益均匀性、时空分辨能力等方面存在较大的局限性，电子束的偏转加速也易受强场物理环境的干扰；受微带上电脉冲的传输速度和渡越时间弥散限制，行波选通分幅成像技术无法获得皮秒级的曝光时间。

发明内容

本发明提供一种超高时间分辨固态全光探测器，主要解决了现有技术难于实现皮秒级时间分辨的问题。

该超高时间分辨固态全光探测器包括磷化铟衬底，磷化铟衬底的前表面设置有激活层，激活层远离磷化铟衬底一侧设置有反射率大于90％的全反射层，磷化铟衬底的后表面设置有反射率为45％～60％的半反射层。

上述的激活层是In_1-xGa_xAs_yP_1-y磷砷镓铟激活层，0.2≤x≤0.4，0.54≤y≤0.73，激活层的厚度为3～8μm，以5μm为佳；磷化铟衬底的厚度为小于60μm，以0.2μm为佳。

上述的全反射层包括至少三层反射膜且层数为奇数，各层反射膜之间按照折射率高、低、高...的周期性结构排列；半反射层包括至少三层反射膜且层数为奇数，各层反射膜之间按照折射率高、低、高、低、高、低、高…的周期性结构排列；全反射层的反射膜数量大于或等于半反射层的反射膜数量。

上述各反射膜的厚度为0.3μm～0.4μm，以0.3875μm为佳，全反射层、半反射层的高反射率反射膜为五氧化二钽反射膜，低反射率反射膜二氧化硅反射膜。

本发明的优点在于：

该超高时间分辨固态全光探测器具有皮秒(10^-12S)时间分辨和10³-10⁵动态范围；与传统的辐射探测器的信号正比与入射能量不同的是，该固态全光探测器的信号正比与入射辐射通量有关，因此传感器的尺寸减小不会损失探测灵敏度；此外，由于辐射引起的非平衡电子-空穴对的分布可被实时有效的探测，免去传统CCD空间电荷转移与收集，采用全光学探测方法，避免强电磁场环境的干扰。因此，该传感器具有皮秒级的时间分辨。

附图说明

图1为本发明具体结构示意图。

具体实施方式

本发明所依据的原理如下：

本发明利用In_1-xGa_xAs_yP_1-y激活介质吸收探测信号的辐射，在其内部引起折射率的分布变化，利用全反射层和半反射层形成的F-P振荡腔，可使探针光在腔内产生多次往返经过激活层，使得探测灵敏度提高的多次振荡，增强待测信号的吸收，引起折射率分布的明显变化，在其后表面通过输入同步的探针激光被该探测器进行调制，通过对探针激光的解析，即可获得辐射光的信息。

其具体是待测信号入射在超高时间分辨固态全光探测器的前表面，同时触发探测激光从探测器后表面入射，待测信号辐射入射在探测器上，在探测器内部产生了瞬态的、非平衡电子空穴分布，引起探测器半导体材料的折射率的快速变化；变化的射率分布对外来探针光进行调制，通过探测解析，可反演出待测信号辐射的瞬变物理过程；由于待测信号辐射诱导的电荷分布可被探针光直接测量，避免了传统电荷传输转移速度的限制，因此实现很高的带宽。

以下结合附图对本发明的具体实施例进行详述：