[发明专利]基于半导体光电二极管的高集成度光谱探测系统

权利要求书

1.一种基于半导体光电二极管的高集成度光谱探测系统，由半导体光电二极管探测阵列(1)、偏置电压电路(2)、跨阻放大器(TIA)阵列(3)、模拟数字(AD)转换电路阵列(4)、光谱响应函数系统(5)、光谱重构系统(6)、信息显示系统(7)组成；所述系统工作时光源照射到半导体光电二极管探测阵列(1)中半导体光电二极管产生光电流，跨阻放大器(TIA)阵列(3)将光电流信号转换为电压信号，模拟数字(AD)转换电路阵列(4)将输入的电压信号转化为数字信号并输入到光谱重构系统(6)，半导体光电二极管探测阵列(1)在不同偏压下的光谱响应函数被预先测试得到并存储到光谱响应函数系统(5)，半导体光电二极管探测阵列(1)中每个半导体光电二极管的结构不同，包括PN结深度或者掺杂不同，每个半导体光电二极管的光谱响应不一样，半导体光电二极管在不同偏压下的光谱响应也会不同；此外，系统通过偏置电压电路(2)对半导体光电二极管的偏置电压进行调整可得到多组从模拟数字(AD)转换电路阵列(4)输出的表示光电流信息的数字信号，光谱重构系统(6)将从模拟数字(AD)转换电路阵列(4)得到信号与光谱响应函数作为输入，通过重构算法将输入进行计算处理从而重构出光谱信息，光源光谱通过信息显示系统(7)进行显示。

2.根据权利要求1所述的基于半导体光电二极管的高集成度光谱探测系统，其特征是：所述的半导体光电二极管探测阵列(1)里每个半导体光电二极管的PN结深度或者掺杂不一样，PN结掺杂不同可以是掺杂浓度或者掺杂成分不一样，PN结深度或者掺杂呈现一定规律进行变化，每个半导体光电二极管的光谱响应度不一样，故半导体光电二极管探测阵列(1)本身具有光谱分辨能力；半导体光电二极管探测阵列(1)可以是由二维a行b列或者一维单排n列半导体光电二极管构成的探测芯片；半导体光电二极管的类型可以是PN结型光电二极管，PIN结型光电二极管以及雪崩型光电二极管的任何一种。

3.根据权利要求1所述的基于半导体光电二极管的高集成度光谱探测系统，其特征是：所述的偏置电压电路(2)可对半导体光电二极管探测阵列(1)里每个半导体光电二极管单独设定偏置电压，探测器在不同偏压的情况下光谱响应不同，通过偏置电压电路(2)使半导体光电二极管探测阵列(1)中半导体光电二极管的偏置电压按照一定步长进行变化，通过少量具有特定光谱响应的探测器并组合不同偏压的方式可得到具有高分辨率的光谱，偏置电压电路(2)的电压输出通道数目等于半导体光电二极管(1)中半导体光电二极管的数目，偏置电压电路(2)的功能是将输入电压(直流或者交流)转换为半导体光电二极管工作所需要的直流电压。

4.根据权利要求1所述的基于半导体光电二极管的高集成度光谱探测系统，其特征是：半导体光电二极管探测阵列(1)的输出连接到跨阻放大器(TIA)阵列(3)与模拟数字(AD)转换电路阵列(3)组成的电路，每个半导体光电二极管都连接一个跨阻放大器(TIA)与模拟数字(AD)转换电路，跨阻放大器(TIA)阵列(3)同时读取半导体光电二极管探测阵列(1)的所有数据，跨阻放大器(TIA)阵列(3)的作用是将半导体光电二极管探测阵列(1)产生的微弱光电流转换为电压，模拟数字(AD)转换电路阵列(4)的作用是将从跨阻放大器(TIA)阵列(3)输入的模拟信号转化为数字信号。

5.根据权利要求1所述的基于半导体光电二极管的光谱探测系统，其特征是：半导体光电二极管探测阵列(1)的光谱响应函数信息存储到光谱响应系统(5)中，光谱响应函数系统(5)存储了探测器在某偏置电压下产生的光电流随着波长的变化而变化的信息，光谱响应函数系统(5)将输入的光电流值进行归一化处理，光谱响应函数的参数包括探测器的偏置电压、归一化电流值和波长。