[发明专利]大面积红外单光子探测器

说明书

本公开提供一种大面积红外单光子探测器，包括：光子探测阴极(102)，光子探测阴极(102)的面积大于预设面积阈值；收集从光子探测阴极(102)放出的光电子的电子探测器(104)；以及容纳光子探测阴极(102)以及电子探测器(104)的真空容器(106)，真空容器(106)的壳体为透光材料；其中，光子探测阴极(102)包括附着在真空容器(106)的壳体的内表面或外表面的薄膜材料(1022)和附着在真空容器的壳体的内表面的光阴极层(1024)，薄膜材料(1022)用于将红外光转换为可见光，光阴极层(1024)用于使薄膜材料(1022)转换得到的可见光通过光电效应产生光电子。该方法实现了大面积光阴极探测器，来探测红外单光子，并能提高有效探测效率。

技术领域

本公开涉及大面积光子探测技术领域，具体而言，涉及一种大面积红外单光子探测器，可以工作于室温状态。

背景技术

红外单光子探测的应用需求非常大，例如可在生物光子学、医学影像、非破坏性材料检查、国土安全与监视、军事视觉与导航、量子成像以及加密系统等方面取得广泛应用。红外单光子探测技术难度很大。

相关技术中采用半导体探测器进行红外单光子探测，比如碲锌镉等半导体探测器、红外多像素光子计数器(Multi-Pixel Photon Counter，MPPC)等，位置精度很高，强调微米(um)量级的位置分辨。但由于半导体工艺难度较大，制备的探测器有效面积比较小(一般为毫米(mm)量级)，虽然单个半导体探测器的探测效率可以达到50％左右，但在将多个半导体探测器进行拼接以实现大面积(有效面积超过厘米(cm)量级)探测时，大面积半导体探测器的死区很大，因此大型半导体探测器整体探测效率较低，无法大面积使用。

如上所述，如何提高大面积红外单光子探测器的整体探测效率成为亟待解决的问题。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种大面积红外单光子探测器，至少在一定程度上克服由于相关技术中大面积红外单光子探测器的整体探测效率较低的问题。

本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

根据本公开的一方面，提供一种红外单光子探测器，包括：光子探测阴极，所述光子探测阴极的面积大于预设面积阈值；收集从所述光子探测阴极放出的光电子的电子探测器；以及容纳所述光子探测阴极以及所述电子探测器的真空容器，所述真空容器的壳体为透光材料；其中，所述光子探测阴极包括附着在所述真空容器的壳体的表面的薄膜材料和附着在所述真空容器的壳体的内表面的光阴极层，所述薄膜材料用于将红外光转换为可见光，所述光阴极层用于使所述薄膜材料转换得到的可见光通过光电效应产生光电子。

根据本公开的一实施例，所述薄膜材料附着在所述真空容器的壳体的外表面。

根据本公开的一实施例，所述薄膜材料附着在所述真空容器的壳体的内表面，所述薄膜材料位于所述真空容器的壳体与所述光阴极层之间。

根据本公开的一实施例，所述薄膜材料为上转换材料、特殊光学薄膜材料、基于量子点技术的材料以及基于纳米技术的特殊转换材料中的一种材料的薄膜，或为上转换材料、特殊光学薄膜材料、基于量子点技术的材料以及基于纳米技术的特殊转换材料中的至少两种组合而成的组合膜层。

根据本公开的一实施例，所述电子探测器包括阳极或阳极阵列，其中，所述阳极为单片阳极，所述阳极阵列为阵列排列的具有位置分辨的阳极结构。

根据本公开的一实施例，所述电子探测器还包括倍增极，所述倍增极用于入射所述光阴极层产生的光电子后进行倍增获得多个次级电子，以实现电子倍增。