[发明专利]一种探测红外辐射方法

说明书

技术领域

本发明属于检测技术领域，具体涉及一种红外辐射探测方法。

背景技术

由于红外辐射对应的光子能量较小，因此不易采用硅基光电探测器进行探测。由于硅的禁带宽度只有1.12eV，对应的红外检测上线波长大约为1100nm。因此，理论上基于光生载流子的硅基光电探测技术无法探测波长大于1100nm的红外辐射。红外上转换就是把不易探测的红外辐射转换成较易探测的可见光进行检测，在红外辐射探测、生物标识与监测、药物治疗与标记，以及军事传感领域等方面具有潜在的应用价值。目前大多数红外上转换主要是利用多光子技术，转换效率很低，实际应用价值不大。

我们在研究中发现，共掺有Dy³⁺和Eu²⁺杂质的Al₂SrO₄:(Dy,Eu)长余辉发光材料的禁带中存在一系列接近Al₂SrO₄导带底的Dy³⁺杂质能级，见图1。一般情况下，进入这些能级上的电子可以停留很长的时间，但是可以通过热激发进入Al₂SrO₄的导带并通过Eu²⁺能级释放而形成绿色余辉。但是，如果此时有红外辐射，则这些杂质能级上的电子可以在红外辐射的激发下跃迁到导带，再通过AAl₂SrO₄:(Dy,Eu)中的Eu²⁺能级跃迁下来发射出绿光。由于这种激发效率远远高于室温热激发的效率，从而导致绿光辐射强度的增强，由此通过对绿光强度的监控即可探测到红外辐射的存在。同时，根据绿光增强的幅度，可以计算出红外辐射的相对强度。

发明内容

本发明针对传统涉及多光子过程红外上转换效率低的缺点，提出了一种基于长余辉发光材料的红外上转换效应探测红外辐射的方法。

本发明方法利用长余辉发光材料的红外上转换效应，把波长较长的红外辐射转换成波长较短的可见光，再由硅光电池或其他可见光探测器检测，从而间接实现红外辐射的探测。

本发明方法采用硅基光电探测器进行红外辐射探测，硅基光电探测器的辐射入射窗口设置有红外凸透镜，红外上转换片设置在红外凸透镜的焦点处，并与红外入射光路垂直；背景光源和硅光电池分别置于红外入射光路的两侧，背景光源的出射光路与硅光电池的接收光路相交于凸透镜的焦点处，检测电流计与硅光电池的输出端连接；背景光源的出射光路入射角α为30°～60°，硅光电池的接收光路出射角β为30°～60°，且α≠β；

所述的红外入射光路为红外凸透镜的主光轴所在直线；

所述的红外凸透镜为区熔硅单晶材料透镜，只能通过红外光；

所述的红外上转换片为Al₂SrO₄(Dy,Eu)长余辉发光材料的片材，或硅基板上镀Al₂SrO₄(Dy,Eu)长余辉发光材料膜；

所述的背景光源为发射波长为λ的发光二极管，350nm≤λ≤450nm；

所述的背景光源的出射光路入射角α为出射光路与红外上转换片的夹角；

所述的硅光电池的接收光路出射角β为接收光路与红外上转换片的夹角。

检测时，开启背景光源和检测电流计，移动硅基光电探测器，当检测电流计显示电流增加时，表明红外入射光路上有红外辐射存在。

进一步，所述的硅光电池的接收光路上设置有带通滤光片，所述的带通滤光片的中心波长为510nm、带宽为30nm。

本发明中，背景光源发射蓝光、紫外光或蓝紫光，用于激发铝酸锶材料中的电子，使价带的电子跃迁进入Dy³⁺形成的浅陷阱能级。为了避免电子直接跃迁进入Al₂SrO₄(Dy,Eu)的导带从而产生强大的背景信号，背景光源的波长大于等于350nm。硅光电池用于探测铝酸锶材料发射出的可见光，把光强信号转换成电流信号。为了避免背景光源发出的光反射后直接进入硅光电池，背景光源与硅光电池互不在镜像光路上。带通滤光片用于滤除背景光源被Al₂SrO₄(Dy,Eu)散射后的蓝光进入硅光电池，进一步降低硅光电池的背景电流。

与传统的涉及多光子过程的红外上转换方法相比，本发明利用长余辉材料把红外辐射转换成可见光的上转换过程效率很高，不需要大功率激光激发即可完成，可以实现对微弱红外辐射信号的探测。

附图说明