光子上轉換器頻率響應的測試裝置和測試方法
【專利摘要】一種光子上轉換器頻率響應的測試裝置，包括：一計算機控制模塊；一光脈沖產生模塊，其輸入端與計算機控制模塊的一輸出端連接；一穩壓電源，其輸入端與計算機控制模塊的另一輸出端連接；一光子上轉換器，其一輸入端與穩壓電源的輸出端連接；一光電探測器，其光響應區接收接收光子上轉換器的光輸出信號；一采樣示波器，其一輸入端與光電探測器的輸出端連接，另一輸入端與光脈沖產生模塊的另一輸出端連接，其輸出端與計算機控制模塊的輸入端連接。本發明能夠實現對此類光子上轉換器頻率響應特性的檢測與分析，為制備響應速度更快的光子上轉換器提供檢測手段和分析工具，為研制高速紅外成像器件奠定基礎，本發明還提供一種光子上轉換器頻率響應的測試方法。
【專利說明】光子上轉換器頻率響應的測試裝置和測試方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光電子器件的測量領域，具體涉及一種光子上轉換器頻率響應的測試裝置和測試方法。
【背景技術】
[0002]傳統的紅外成像儀或者紅外焦平面器件是由成千上萬個紅外探測器單元構成的探測器焦平面陣列，其原理是將紅外輻射信號轉換為電信號，電信號又通過相同數目的讀出電路單元讀出放大，最后經過后續的電子學處理成為人眼可視的圖像。整個制備工藝需要生長銦柱倒裝互連，還需要復雜的讀出成像電路，使得其制備工藝復雜，可靠性低，成本聞等缺點O
[0003]光子上轉換技術是指利用一定的手段，將長波長的低能光子轉換為短波長高能光子的技術，在民用夜視、大氣成像、工業探傷、醫學檢測、軍事偵察、太陽能電池等領域有著非常廣泛的應用價值。其中光子上轉換器是指通過器件的方式直接實現這種光子的上轉換，通常是將一個光電探測器單元和一個電致發光二極管單元串聯耦合得到。光電探測單元感應吸收入射的低能光子，產生的光生載流子在反向偏壓的作用下注入到與之串聯的發光二極管單元內，發出高能短波長的光子。根據兩單元所用材料體系和結構的不同，光子上轉換器可以實現紅外到可見，可見到紫外，紅外到紫外的全光譜波長上轉換。其中將紅外光上轉換為可見光的上轉換器，相對紅外焦平面器件，因其結構簡單，成本低，響應快速等優點在紅外成像領域具有潛在的應用前景和優勢。
[0004]但是，目前大部分針對光子上轉換器的研究主要集中在擴展波長上轉換范圍和提高上轉換效率方面，對光子上轉換器的響應速度等頻率特性的研究卻很少。因為光子上轉換器的響應速度直接決定了所制成紅外成像器件的反應速度，所以針對光子上轉換器件頻率響應特性的研究迫在眉睫。目前卻沒有一種測試此類光子上轉換器件頻率響應特性的方法和系統。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于，提供一種光子上轉換器頻率響應的測試裝置和測試方法，其能夠實現對此類光子上轉換器頻率響應特性的檢測與分析，為制備響應速度更快的光子上轉換器提供檢測手段和分析工具，為研制高速紅外成像器件奠定基礎。
[0006]本發明提供一種光子上轉換器頻率響應的測試裝置，包括:
[0007]一計算機控制模塊；
[0008]一光脈沖產生模塊，其輸入端與計算機控制模塊的一輸出端連接；
[0009]一穩壓電源，其輸入端與計算機控制模塊的另一輸出端連接；
[0010]—光子上轉換器，其一輸入端與穩壓電源的輸出端連接，其光響應區接收光脈沖產生模塊的一光輸出信號；
[0011]一光電探測器，其光響應區接收接收光子上轉換器的光輸出信號；[0012]—米樣不波器,其一輸入端與光電探測器的輸出端連接，另一輸入端與光脈沖產生模塊的另一輸出端連接，其輸出端與計算機控制模塊的輸入端連接。
[0013]本發明還提供一種光子上轉換器頻率響應的測試方法，其是采用如前所述的光子上轉換器頻率響應的測試裝置，包括如下步驟:
[0014]步驟1:用計算機控制模塊調節光脈沖產生模塊所發出脈沖光信號的頻率、波形、占空比、下降沿、強度等，使其和被測光子上轉換器的響應相匹配；
[0015]步驟2:光脈沖產生模塊輸出預定頻率的長波脈沖光，并將信號同步觸發到采樣示波器，得到脈沖光信號的頻率響應曲線，作為校準曲線被計算機控制模塊記錄；
[0016]步驟3:計算機控制模塊調節穩壓電源向光子上轉換器提供一預定的反向偏壓；
[0017]步驟4:光脈沖產生模塊發出的長波脈沖光被光子上轉換器中的光響應單元吸收，產生光生載流子，光生載流子在反向偏壓的作用下注入到光子上轉換器中的光顯示單元，發出短波脈沖光；
[0018]步驟5:光子上轉換器發出的短波脈沖光輻照在光電探測器單元的感光區域產生脈沖電信號；
[0019]步驟6:光電探測器單元產生的脈沖電信號被采樣示波器采集，得到此信號的頻率響應曲線，作為測試曲線被計算機控制模塊記錄；
[0020]步驟7:通過比較計算機控制模塊中所記錄脈沖的校準曲線和測試曲線，得到光子上轉換器的頻率響應特性，完成測試。
[0021]從上述方案可以看出，本發明提供的測試裝置和測試方法具有如下的積極效果和優點:
[0022]I)首次實現對光子上轉換器頻率特性的測試，得到光子上轉換器件的響應時間、頻率特性等主要信息，填補光子上轉換器頻率特性測試方面的空白，為研制高速紅外成像器件奠定基礎。
[0023]2)所提供的測試系統結構簡單、成本低，可以實現對光子上轉換器響應特性的快速實時檢測。
[0024]3)所提供測試系統和方法的信號調制和數據記錄過程都由計算機完成，更易于操作。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明作進一步詳細說明，其中:
[0026]圖1為本發明光子上轉換器頻率響應測試裝置的原理示意圖；
[0027]圖2為圖1中光子上轉換器的截面結構示意圖；
[0028]圖3為本發明測試方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0029]請參閱圖1、圖2所示，本發明提供一種光子上轉換器頻率響應的測試裝置，包括:
[0030]一計算機控制模塊I ;
[0031]一光脈沖產生模塊2，其輸入端與計算機控制模塊I的一輸出端連接，所述光脈沖產生模塊2是由一個電脈沖發生器與一個激光器通過射頻連接線串聯獲得，或是由一個脈沖激光器獲得；該光脈沖產生模塊2所發出的脈沖光信號的頻率、脈寬、波形、強度由計算機控制模塊I進行調制；該光脈沖產生模塊2所發出的脈沖光信號的頻率與被測光子上轉換器4的響應頻率匹配，即該光脈沖產生模塊2所發出的脈沖光信號的波長在光子上轉換器4的響應波長范圍內；
[0032]一穩壓電源3，其輸入端與計算機控制模塊I的另一輸出端連接，其電壓值的大小和加載方向受計算機控制模塊I控制；
[0033]—光子上轉換器4,其一輸入端與穩壓電源3的輸出端連接,該光子上轉換器4在穩壓電源3提供的反向偏壓下工作；所述光子上轉換器4由光響應單元和光發射單元串聯組成，串聯方式為晶片鍵和與直接生長中的一種；光響應單元為無機光電探測器或有機光電探測器結構中的任意一種，光顯示單元為無機電致發光二極管或有機電致發光二極管結構中的任意一種；通過改變該光響應單元中所用材料或器件結構調節光子上轉換器4的響應波長，響應范圍可以覆蓋近紅外800納米至1000微米的波長區域；通過改變光顯示單元所用材料和器件結構調節光子上轉換器4的輸出波長，其輸出波長范圍可以覆蓋390納米至780納米的可見光光譜區域；其光子上轉換器4的光響應單元接收光脈沖產生模塊2的一光輸出信號；入射至光子上轉換器4的紅外光的角度根據所用光響應單元結構的不同而不同，具體為從襯底層入射、從正面入射或從側壁入射之一。
[0034]一光電探測器5，其光響應區接收光子上轉換器4的光輸出信號，所述光電探測器5的極限響應頻率高于所測光子上轉換器4的極限響應頻率，即所述光電探測器5的響應速度快于所測光子上轉換器4的響應速度；所述光電探測器5僅對光子上轉換器4發出的短波光信號有響應，對光脈沖產生模塊2發出的長波光信號響應截止；
[0035]—米樣不波器6,其一輸入端與光電探測器5的輸出端連接,另一輸入端與光脈沖產生模塊2的另一輸出端連接，其輸出端與計算機控制模塊I的輸入端連接。
[0036]請參閱圖3，并結合參閱圖1及圖2所示，本發明一種光子上轉換器頻率響應的測試方法，包括如下步驟:
[0037]步驟1:用計算機控制模塊I調節光脈沖產生模塊2所發出脈沖光信號的頻率、波形、占空比、下降沿、強度等，使其和被測光子上轉換器4的響應相匹配，所述光脈沖產生模塊2是由一個電脈沖發生器與一個激光器通過射頻連接線串聯獲得，或是由一個脈沖激光器獲得；
[0038]步驟2:光脈沖產生模塊2輸出預定頻率的長波脈沖光，并將信號同步觸發到采樣示波器6，得到脈沖光信號的頻率響應曲線，作為校準曲線被計算機控制模塊I記錄；
[0039]步驟3:計算機控制模塊I調節穩壓電源3向光子上轉換器4提供一預定的反向偏壓；
[0040]步驟4:光脈沖產生模塊2發出的長波脈沖光被光子上轉換器4中的光響應單元吸收，產生光生載流子，光生載流子在反向偏壓的作用下注入到光子上轉換器4中的光顯示單元，發出短波脈沖光；
[0041]步驟5:光子上轉換器4發出的短波脈沖光輻照在光電探測器單元5的感光區域產生脈沖電信號；
[0042]步驟6:光電探測器單元5產生的脈沖電信號被采樣示波器6采集，得此信號的頻率響應曲線，作為測試曲線被計算機控制模塊I記錄；
[0043]步驟7:通過比較計算機控制模塊I中所記錄脈沖的校準曲線和測試曲線，得到光子上轉換器的頻率響應特性，完成測試。
[0044]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種光子上轉換器頻率響應的測試裝置，包括: 一計算機控制模塊； 一光脈沖產生模塊，其輸入端與計算機控制模塊的一輸出端連接； 一穩壓電源，其輸入端與計算機控制模塊的另一輸出端連接； 一光子上轉換器，其一輸入端與穩壓電源的輸出端連接，其光響應區接收光脈沖產生模塊的一光輸出信號； 一光電探測器，其光響應區接收接收光子上轉換器的光輸出信號； 一米樣不波器，其一輸入端與光電探測器的輸出端連接，另一輸入端與光脈沖產生模塊的另一輸出端連接，其輸出端與計算機控制模塊的輸入端連接。
2.如權利要求1所述的光子上轉換器頻率響應的測試裝置，其中所述光脈沖產生模塊是由一個電脈沖發生器與一個激光器通過射頻連接線串聯獲得，或是由一個脈沖激光器獲得；該光脈沖產生模塊所發出的脈沖光信號的頻率、脈寬、波形、強度由計算機控制模塊進行調制；該光脈沖產生模塊所發出的脈沖光信號的頻率與被測光子上轉換器的響應頻率匹配。
3.如權利要求1所述的光子上轉換器頻率響應的測試裝置，其中所述光子上轉換器4在穩壓電源提供的反向偏壓下工作；所述光子上轉換器由光響應單元和光發射單元串聯組成，串聯方式為晶片鍵和與直接生長中的一種；光響應單元為無機光電探測器或有機光電探測器結構中的任意一種 ，光顯示單元為無機電致發光二極管或有機電致發光二極管結構中的任意一種；光探測單元的響應波長大于光顯示單元的發射波長。
4.如權利要求1所述的光子上轉換器頻率響應的測試裝置，其中所述光電探測器的極限響應頻率高于所測光子上轉換器的極限響應頻率；所述光電探測器只對光子上轉換器發出的短波光信號有響應，對光脈沖產生模塊發出的長波光信號響應截止。
5.一種光子上轉換器頻率響應的測試方法，其是采用如權利要求1所述的光子上轉換器頻率響應的測試裝置，包括如下步驟: 步驟1:用計算機控制模塊調節光脈沖產生模塊所發出脈沖光信號的頻率、波形、占空t匕、下降沿、強度等，使其和被測光子上轉換器的響應相匹配； 步驟2:光脈沖產生模塊輸出預定頻率的長波脈沖光，并將信號同步觸發到采樣示波器，得到脈沖光信號的頻率響應曲線，作為校準曲線被計算機控制模塊記錄； 步驟3:計算機控制模塊調節穩壓電源向光子上轉換器提供一預定的反向偏壓； 步驟4:光脈沖產生模塊發出的長波脈沖光被光子上轉換器中的光響應單元吸收，產生光生載流子，光生載流子在反向偏壓的作用下注入到光子上轉換器中的光顯示單元，發出短波脈沖光； 步驟5:光子上轉換器發出的短波脈沖光輻照在光電探測器單元的感光區域產生脈沖電信號； 步驟6:光電探測器單元產生的脈沖電信號被采樣示波器采集，得到此信號的頻率響應曲線，作為測試曲線被計算機控制模塊記錄； 步驟7:通過比較計算機控制模塊中所記錄脈沖的校準曲線和測試曲線，得到光子上轉換器的頻率響應特性，完成測試。
6.根據權利要求5所述的光子上轉換器頻率響應的測試方法，其中所述光脈沖產生模塊是由一個電脈沖發生器與一個激光器通過射頻連接線串聯獲得，或是由一個脈沖激光器獲得；該光脈沖產生模塊所發出的脈沖光信號的頻率、脈寬、波形、強度由計算機控制模塊進行調制；該光脈沖產生模塊所發出的脈沖光信號的頻率與被測光子上轉換器的響應頻率匹配。
7.根據權利要求5所述的光子上轉換器頻率響應的測試方法，其中所述光子上轉換器4在穩壓電源提供的反向偏壓下工作；所述光子上轉換器由光響應單元和光發射單元串聯組成，串聯方式為晶片鍵和與直接生長中的一種；光響應單元為無機光電探測器或有機光電探測器結構中的任意一種，光顯示單元為無機電致發光二極管或有機電致發光二極管結構中的任意一種；光探測單元的響應波長大于光顯示單元的發射波長。
8.根據權利要求5所述的光子上轉換器頻率響應的測試方法，其中所述光電探測器的極限響應頻率高于所測光子上轉換器的極限響應頻率；所述光電探測器只對光子上轉換器發出的短波光信號有響應 ，對光脈沖產生模塊發出的長波光信號響應截止。
【文檔編號】G01R31/00GK104020369SQ201410200421
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月13日 優先權日:2014年5月13日
【發明者】楚新波, 關敏, 牛立濤, 李戈洋, 曾一平 申請人:中國科學院半導體研究所
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
