全光探测器、探测系统、响应时间测试系统及制造方法技术方案

本申请涉及一种全光探测器、探测系统、响应时间测试系统及制造方法。其中，所述全光探测器包括微纳光纤和光学谐振腔。所述微纳光纤包括过渡区和均匀区。所述均匀区与所述过渡区连接。所述光学谐振腔设置于所述均匀区。所述光学谐振腔为半导体材料制成。本申请提供的所述全光探测器通过谐振峰的变化探测光，实现全光探测，信噪比高。

【技术实现步骤摘要】
全光探测器、探测系统、响应时间测试系统及制造方法
本申请涉及光探测器领域，特别是涉及一种全光探测器、探测系统、响应时间测试系统及其制造方法。
技术介绍
随着科技的进步，光探测器逐渐在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。以紫外探测器为例，紫外探测器在医疗诊断、空间技术、导弹制导、气象预报以及环境监测等领域均有着重要的应用。例如，在医疗诊断领域，紫外探测器可用于皮肤疾病诊断，即利用紫外探测技术观测皮肤的病变情况、观查病变细胞；又例如在军事领域，紫外探测器在导弹预警、跟踪等方面有着重要的应用，其原理是通过探测导弹羽烟中的紫外辐射来识别导弹位置，从而让地面的武器装备确定目标并进行预警。传统技术的光探测器主要分为真空器件和固体探测器。其中，真空器件主要为对光敏感的光电倍增管类器件。固体探测器主要以硅光二极管为代表。真空器件存在体积大、工作电压高等缺点。而固体探测器由于其禁带宽度很小，对可见光有响应，所以需要配备光学滤色片。因此，固体探测器的灵敏度受滤色片透过率和光阴极量子效率的限制。且固体探测器体积和重量大、工作电压高、光阴极量子效率低。基于上述问题，对可见光响应极小的宽禁带半导体材料成为新一代光探测器的首选材料。宽禁带半导体光探测器由于具有体积小、光谱响应范围宽、量子效率高、动态工作范围宽和背景噪声小的优点，在紫外探测器市场中占有的份额越来越大。然而，现有技术中宽禁带半导体材料制成的光探测器仍然存在信噪比高的问题。
技术实现思路
基于此，有必要针对信噪比高的问题，提供一种全光探测器、探测系统、响应时间测试系统及其制造方法。一种全光探测器，包括：微纳光纤，包括过渡区和均匀区，所述均匀区与所述过渡区连接；光学谐振腔，设置于所述均匀区，且所述光学谐振腔为半导体材料制成。在其中一个实施例中，所述光学谐振腔为一维半导体材料制成。在其中一个实施例中，所述光学谐振腔为ZnO微米线结构。在其中一个实施例中，所述光学谐振腔的直径为3um-15um。在其中一个实施例中，所述光学谐振腔的延伸方向与所述均匀区的延伸方向垂直。在其中一个实施例中，所述微纳光纤的包层为空气。在其中一个实施例中，所述均匀区的直径为1um-3um。本申请实施例提供的所述全光探测器包括微纳光纤和光学谐振腔。所述光学谐振腔为半导体材料。所述微纳光纤和所述光学谐振腔形成WGM微纳复合结构，所述微纳光纤进入的光能够在所述光学谐振腔内产生谐振。所述光学谐振腔能够吸收光并使得其折射率改变，从而使得谐振峰发生改变，进而实现光探测。第一，本申请实施例提供的所述全光探测器通过谐振峰的变化探测光，实现全光探测，无需将光信号转换为电信号进行探测，因此受环境因素影响小，信噪比高。第二，本申请实施例提供的所述全光探测器是利用光改变所述光学谐振腔的折射率的原理实现光探测，相比于传统技术的光电探测，无需进行光信号和电信号的转换过程，因而响应时间快。第三，本申请实施例提供的所述全光探测器基于所述微纳光纤实现光探测，使得所述光学谐振腔易于与单模光纤耦合，极大的降低了连接损耗。第四，本申请实施例提供的所述全光探测器结构简单，易于实现。一种全光探测系统，包括：如上任意一项所述的全光探测器；光源，与所述微纳光纤的第一端连接，用于向所述全光探测器输入光；光谱仪，与所述微纳光纤的第二端连接，用于接收所述全光探测器的输出光，并监测所述输出光的谐振峰漂移量。本实施例提供的所述全光探测系统包括所述全光探测器。第一，所述全光探测器通过谐振峰的变化探测光，实现全光探测，无需将光信号转换为电信号进行探测，因此受环境因数影响小，信噪比高。所以，所述全光探测系统信噪比高。第二，所述全光探测器是利用光改变所述光学谐振腔的折射率的原理实现光探测，所述全光探测器无需进行光信号和电信号的转换过程，因而响应时间快。所以，所述全光探测系统的响应时间快。第三，所述全光探测系统的所述全光探测器是基于所述微纳光纤实现光探测，使得所述光学谐振腔易于与单模光纤耦合，极大的降低了连接损耗。第四，本申请实施例提供的所述全光探测系统结构简单，易于实现。一种全光探测器响应时间测试系统，用于测试如上任意一项所述的全光探测器的响应时间，包括：信号光源，与所述微纳光纤的第一端连接，用于向所述全光探测器输入信号光；测试光源，用于输出测试光，所述测试光照射于所述光学谐振腔；光学斩波器，设置于所述测试光源与所述光学谐振腔之间，用于调制所述测试光，输出脉冲测试光；光电探测器，所述光电探测器输入端与所述微纳光纤的第二端连接，用于接收所述光学谐振腔输出的光，并将光信号转化为电信号。在其中一个实施例中，所述响应时间测试系统还包括：示波器，与所述光电探测器的输出端连接，用于显示所述电信号的输出波形。在其中一个实施例中，所述响应时间测试系统还包括：聚焦透镜，设置于所述光学斩波器与所述光学谐振腔之间，用于聚焦所述脉冲测试光。在其中一个实施例中，所述响应时间测试系统还包括：反射镜，沿垂直方向设置于所述聚焦透镜远离所述光学谐振腔的一侧，所述测试光源和所述光学斩波器沿水平方向设置于所述反射镜一侧，所述反射镜用于改变所述脉冲测试光的方向。在其中一个实施例中，所述信号光源为可调谐激光器。在其中一个实施例中，所述响应时间测试系统还包括：支撑架，为U型结构，所述全光探测器设置于所述支撑架，所述支撑架用于支撑所述全光探测器并使所述微纳光纤悬空。本申请实施例提供的所述全光探测器响应时间测试系统，通过所述信号光源、所述测试光源、所述光学斩波器和所述光电探测器，将光信号的变换通过电信号表征，简单、直观的实现对所述全光探测器响应时间的测试。通过所述测试光源和所述光学斩波器模拟所述待检测光的出现和消失，测试效率高，简单可靠。一种全光探测器的制造方法，包括：制备微纳光纤，所述微纳光纤包括过渡区和均匀区，所述均匀区与所述过渡区连接；获取光学谐振腔，所述光学谐振腔为一维半导体材料制成；将所述光学谐振腔吸附于所述均匀区。在其中一个实施例中，所述制备微纳光纤包括：去除单模光纤预设长度区段的包层，得到包括裸露区段的第一光纤；对所述裸露区段进行氢氧焰加热，使所述裸露区段为熔融状态；对所述第一光纤两端进行循环拉锥操作，使熔融状态的所述裸露区段直径缩小至1um-3um，得到所述微纳光纤。在其中一个实施例中，所述将所述光学谐振腔吸附于所述均匀区包括：使用钨丝探针吸附所述光学谐振腔；将吸附有所述光学谐振腔的所述钨丝探针转移至所述均匀区；将所述光学谐振腔贴附于所述均匀区。本申请实施例提供的所述方法通过去除单模光纤预设长度区段的包层，得到包括裸露区段的第一光纤，并对所述裸露区段进行氢氧焰加热，使所述裸露区段为熔融状态，对所述第一光纤两端进行循环拉锥操作，使熔融状态的所述裸露区段直径缩小至1um-3um，从而得到所述微纳光纤。本申请实施例提供的所述方法制备所述微纳光纤简单可行，重复性高，具有可控性。附图说明图1为本申请一个实施例提供的微米纳光纤结构示意图；图2为本申请一个实施例提供的全光探测器结构示意图；图3为本申请一个实施例提供的全光探测器耦合原理示意图；图4为本申请一个实施例提供的全光探测器原理示意图；图5为本申请一个实施例提供的全光探测系统结构示意图；图6为本申请一个实施例提供的全光探测器响应时间测试系统结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全光探测器，其特征在于，包括：微纳光纤(110)，包括过渡区(111)和均匀区(112)，所述均匀区(112)与所述过渡区(111)连接；光学谐振腔(120)，设置于所述均匀区(112)，且所述光学谐振腔(120)为半导体材料制成。

【技术特征摘要】
1.一种全光探测器，其特征在于，包括：微纳光纤(110)，包括过渡区(111)和均匀区(112)，所述均匀区(112)与所述过渡区(111)连接；光学谐振腔(120)，设置于所述均匀区(112)，且所述光学谐振腔(120)为半导体材料制成。2.根据权利要求1所述的全光探测器，其特征在于，所述光学谐振腔(120)为一维半导体材料制成。3.根据权利要求1所述的全光探测器，其特征在于，所述光学谐振腔(120)为ZnO微米线结构。4.根据权利要求3所述的全光探测器，其特征在于，所述光学谐振腔(120)的直径为3um-15um。5.根据权利要求1所述的全光探测器，其特征在于，所述光学谐振腔(120)的延伸方向与所述均匀区(112)的延伸方向垂直。6.根据权利要求1所述的全光探测器，其特征在于，所述微纳光纤(110)的包层为空气。7.根据权利要求1所述的全光探测器，其特征在于，所述均匀区(112)的直径为1um-3um。8.一种全光探测系统，其特征在于，包括：如权利要求1-7任意一项所述的全光探测器(100)；光源(310)，与所述微纳光纤(110)的第一端连接，用于向所述全光探测器(100)输入光；光谱仪(320)，与所述微纳光纤(110)的第二端连接，用于接收所述全光探测器(100)的输出光，并监测所述输出光的谐振峰漂移量。9.一种全光探测器响应时间测试系统，用于测试如权利要求1-7任意一项所述的全光探测器(100)的响应时间，其特征在于，包括：信号光源(210)，与所述微纳光纤(110)的第一端连接，用于向所述全光探测器(100)输入信号光；测试光源(220)，用于输出测试光，所述测试光照射于所述光学谐振腔(120)；光学斩波器(230)，设置于所述测试光源(220)与所述光学谐振腔(120)之间，用于调制所述测试光，输出脉冲测试光；光电探测器(240)，所述光电探测器(240)输入端与所述微纳光纤(110)的第二端连接，用于接收所述光学谐振腔(120)输出的光，并将光信号转化为电信号。10.根据权利要求9所述的响应时间测试系统，其特征在于，还包括：示波...

【专利技术属性】
技术研发人员：王英，王义平，张龙飞，廖常锐，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44