[发明专利]用于红外辐射生成的光子转换晶片的设计方法和系统

权利要求书

1.一种用于红外辐射生成的光子转换晶片的设计方法，其特征在于，确定选定材料类型及厚度，根据所需模拟的图像帧周期、图像空间分辨率、图像温度范围，得到了基于光子诱导红外辐射生成的光子转换的设计参数；

包括以下步骤：

参数输入步骤：选定材料折射率n及厚度L，确定所需模拟的图像帧周期t，确定所需模拟的图像空间分辨率d，确定所需模拟的图像温度范围从最低温T_0min到最高温T_0max；

温度设定步骤：根据折射率n计算出材料的反射率R，根据反射率R计算出光谱发射率的最大调制E_max，根据斯蒂芬玻耳兹曼定律，推算得出晶片的加热温度T；

电导率计算步骤：基于加热温度T和最低温T_0min，获得模拟所需的最低发射率E_min，推算总吸收系数η变化范围，计算出吸收系数α的变化范围，确定复介电常数虚部k_im的变化范围，计算出载流子浓度N的变化范围，计算得到的载流子浓度N的最小值N_min记为晶片的掺杂浓度；

泵浦光参数计算步骤：确定载流子寿命τ_eff，计算得到的载流子浓度N的最大值N_max记为最大载流子浓度，选取泵浦光波长，计算得到泵浦功率密度P_Laser。

2.根据权利要求1所述的用于红外辐射生成的光子转换晶片的设计方法，其特征在于，所述温度设定步骤包括：

步骤A1：根据选定材料的折射率n和公式(1)计算出材料的反射率R：

步骤A2：计算出光谱发射率E_spectrum：

其中，η是晶片在某辐射波长的总吸收系数，当η趋于0时，得到光谱发射率的最大调制E_max，

E_max＝1-R (3)

步骤A3：根据斯蒂芬玻耳兹曼定律，辐射能j表示为：

j＝εσT⁴ (4)

其中，σ是比例常数，ε是发射率，T是加热温度，将最高温度T_0max和最大调制发射率E_max代入公式(4)得到公式(5)：

由此，推算出晶片的加热温度T：

3.根据权利要求2所述的用于红外辐射生成的光子转换晶片的设计方法，其特征在于，所述电导率计算步骤包括：

步骤B1：将所需模拟的图像最低温度T_0min带入公式(7)获得模拟所需的最低发射率E_min，

步骤B2：由公式(3)和公式(7)可知，发射率E的调制范围在E_min至E_max的范围之间，根据式(8)，推算总吸收系数η变化范围，

步骤B3：根据设定的晶片厚度L和公式(9)，计算出吸收系数α的变化范围，

α＝-ln(η)/L (9)

步骤B4：确定复介电常数虚部k_im的变化范围，

其中，π表示圆周率，λ表示所辐射的红外波长；

步骤B5：计算出载流子浓度N的变化范围：

其中，q是元电荷，ε₀是真空介电常数，ε_∞是频率趋于无穷时材料的介电常数，m_e和m_h分别是电子和空穴的有效质量，ω_IR是红外辐射的角频率，具体表示为：

γ_e和γ_h分别表示为：

其中μ_e是电子迁移率，μ_h是空穴迁移率；

步骤B6：取E＝E_min，由公式(8)至公式(11)计算得到的载流子浓度N的值N_min就是晶片的掺杂浓度。