[发明专利]一种光电探测器的光学耦合方法

说明书

技术领域

本发明设计一种光电探测器的制备方法，具体涉及一种光电探测器的光学耦合方法。

背景技术

目前，光电探测器选用的光学耦合胶是真空硅油，用来将NaI晶体与光电倍增管的玻璃光窗面耦合在一起，形成光线传输通道，多年来一直采用的就是这种耦合方法。

真空硅油具有润滑、密封作用，它由无机稠化剂、合成油、粘度调节剂等物质组成，经高真空中蒸馏与脱气精制而成，使用温度范围宽、具有较低的饱和蒸汽压、优良的热稳定性、化学稳定性、较低的挥发损失，使用温度范围是-50℃～200℃，正因为它具有上述较好的使用特性，所以多年来一直用它来耦合NaI晶体与光电倍增管的端窗面。

但是在航空、航天、探月等工程中，由于环境气压越来越低，月球表面气压仅为10-12Pa，所以在进行相应的温度、高度试验时，由于饱和蒸汽压逐渐升高，硅油不断地扩散、挥发，硅油的质量不断地减小，影响了NaI晶体与光电倍增管的端窗面的耦合效果，光在传输过程中被折射，照射到光电倍增管的玻璃光窗面上的光能受损，影响了光电探测器探测γ射线的灵敏度，也就影响了探测飞行器现时高度的灵敏度，不能确保飞行器按安全着陆。

硅油耦合剂充填在NaI晶体与光电倍增管的玻璃光窗面之间，除了起光学耦合作用外，还起到缓冲两个玻璃光窗面之间压应力的作用。但是当硅油逐渐挥发后，两玻璃面直接挤压，在振动、冲击剧烈的环境下，会导致玻璃光窗面炸裂失效。并且挥发、扩散出的硅油会造成局部空间污染，影响周边电气装置的可靠性。

因此，很有必要在现有技术的基础之上研发设计一种能稳定可靠的将NaI晶体与光电倍增管进行耦合，组装得到的光电探测器灵敏度高，能确保飞行器安全着陆的光电探测器的光学耦合方法。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种可操作性强，能稳定可靠的将NaI晶体与光电倍增管进行耦合的方法。耦合后无真空质量损失率，不存在温度、气压变化时的挥发、扩散问题；并且耦合剂折射率为1.48，与光窗玻璃折射率相似，光透过率约为93%，高于现有硅油90%的透过率，可避免光线在传输过程中产生折射的问题，保证光电转换效率，保证探测飞行器飞行高度的灵敏度及安全着陆的可靠性。

技术方案：为了实现以上目的，本发明所采取的技术方案为：

一种光电探测器的光学耦合方法，其特征在于，它包括以下步骤：

(1)将硅橡胶与固化剂按照8~10：1的重量配比混合，充分摇晃,使均匀分布，得到硅橡胶与固化剂混合液，备用；

(2)将步骤(1)制备得到的硅橡胶与固化剂混合液放置在真空容器中进行抽真空处理，使真空度从正常大气压降至10^-3Pa，抽取混合液中的空气，然后为了防止混合液流淌，将抽过真空的混合液静置110分钟至130分钟，得到具有一定的粘稠度和流动性的混合胶液；

(3)在预先经过清洁处理的光电倍增管的光窗面上匀速倾倒步骤(2)制备得到的混合胶液2至3ml，使混合胶液自然流淌布满整个光窗端面，在倾倒后如有气泡产生，用注射器针头将气泡刺破、赶出；

(4)将NaI晶体端面靠向光电倍增管端面，逆时针方向研磨20至30圈，让混合胶液充分浸润NaI晶体表面，使光电倍增管和NaI晶体进行耦合，并且通过螺钉将光电倍增管的金属壳体与套在碘化钠晶体外壁的法兰盘固定成一个整体，从而固定光电倍增管和碘化钠晶体组装得到光电探测器；

(5)将步骤(4)耦合后的光电探测器在10℃～25℃下静置24至48小时，然后放入烘箱进行烘烤，由室温升至65℃，升温时间为1至1.5小时，保温时间为4至5小时。

作为优选方案，本发明所述的光电探测器的光学耦合方法，步骤(1)所述的硅橡胶的组份包括80~85重量分数的聚醚改性硅油（又称聚醚改性聚硅氧烷）、5~8重量分数的聚氨酯，10~15重量分数的甲基三乙酰氧硅烷。

作为优选方案，本发明所述的光电探测器的光学耦合方法，步骤(1)所述的固化剂为有机锡固化剂，作为更优选的方案，所述的有机锡固化剂为二月硅酸二丁基锡。

为了克服现有技术中偶合剂真空硅油不足，本发明进行了大量耦合剂的筛选实验：

a、分别选用光学用环氧胶，GB系列硅脂，硅橡胶（聚醚改性硅油、聚氨酯，甲基三乙酰氧硅烷组成），晨光502硅橡胶等替代真空硅油做耦合材料进行了工艺实验；

b、评价标准：粘结力，缓冲、减震作用，挥发性和扩散性，折光率；

c、分别用以上偶合剂对NaI晶体和光电倍增管进行耦合，实验结果如下：