偏振成像探测器制造技术

本发明专利技术提供了一种偏振成像探测器，用于实现紫外偏振成像探测，其包括：紫外‑可见光转换膜，用于选择性地吸收特定偏振方向的紫外光并且将其转换为相同偏振方向的可见光；微纳光学结构，用于选择性地透射所述相同偏振方向的可见光；以及成像器件，用于探测经由所述微纳光学结构透射的所述相同偏振方向的可见光。

【技术实现步骤摘要】
偏振成像探测器
本专利技术涉及偏振成像探测器，具体涉及一种基于量子点偏振发光膜的紫外偏振成像探测器。
技术介绍
紫外成像探测技术是一项重要的光电子技术，紫外成像探测器是将紫外辐射光信号转换为电信号并成像的光电探测器。紫外探测成像技术利用探测目标的紫外特征(光谱波段、图像特点)，结合大数据分析，可提高对探测目标的识别和分析。紫外探测成像技术应用领域十分广泛，在军事方面，紫外探测成像器件与可见、红外等探测手段配合，可实现复杂环境下目标的全方位探测。利用卫星搭载，紫外探测成像器件可对弹道导弹进行早期预警和跟踪。另外，紫外探测成像器件还可对狙击步枪、火箭弹等城市作战中的隐藏目标进行探测和定位。在民用方面，紫外探测成像技术能够满足空间探测、火灾预警、天际通信、环境污染监测等领域对多光谱探测的需求，有利于对观测目标的准确判断。目前，国际上广泛研究的紫外成像探测器主要包括光发射真空型和固态型两大类，光发射真空器件主要包括紫外光电倍增管、真空二极管、成像型紫外变像管等。固态型器件主要分为两类：一是使用氮化镓、碳化硅、氧化锌等宽禁带半导体材料制作的紫外探测器，二是在硅基成像器件上制作的紫外探测器，具体采用的技术路线主要有背减薄技术和紫外-可见光转换膜技术。现有的这些紫外成像探测器只能测量紫外光强和光谱信息。偏振是电磁波的重要特征，是光除波长、振幅、相位以外的又一重要属性。光谱偏振可提供有关目标反射或辐射光的偏振信息，是一种更丰富的信源。传统光强和光谱探测技术仅能探测光强和空间信息，偏振探测能够获得光强、光谱、空间、偏振度、偏振方位角、偏振椭率和旋转方向等信息，有效利用偏振矢量信息，可以增强图像对比度，提高信噪比，从而可大幅提高探测精度、改善成像质量、提高对目标的识别能力。目前，国内外对偏振成像探测的研究基本集中在红外波段和可见光波段，例如，2010年美国陆军研究实验室、空军研究实验室和亚利桑那大学共同合作对不同材质目标进行了红外偏振成像研究；2009年，以色列研究者在雾霾天气环境下进行了偏振成像实验，实验表明可见光偏振成像能够改善成像效果，提高成像的作用距离。国内外对紫外波段偏振探测成像技术的研究十分匮乏。红外波段和可见光波段的偏振成像探测的实现方式主要通过光学环节，既采用金属丝栅偏振片和波片、棱镜、玻璃堆、液晶空间光调制器等偏振光学元件与探测器以及不同的光路布局构成分振幅偏振、分时偏振、分孔径偏振等偏振探测系统。与可见光和红外波段相比，紫外波段的偏振光学元件和微纳结构对加工精度的要求更高，目前，受微纳加工技术的限制，紫外波段的偏振光学元件和微纳结构十分缺乏，国内外尚无紫外偏振成像探测器的报道。光谱转换技术是光电子领域中一项通用光-光转换技术，在CCD表面涂覆紫外-可见光转换膜的紫外探测成像技术通过将紫外信号转换为CCD能够响应的可见光或者近红外光，实现紫外探测。紫外-可见光转化材料主要有机荧光材料、稀土发光材料和量子点材料等。国外研究者对有机荧光材料作为紫外-可见光转换材料的硅基CCD紫外增强器件进行过系统研究，结果表明Lumogen、晕苯等材料都可实现CCD器件的紫外增强，并且Photometrics等公司推出了相应的产品，并应用于哈珀望远镜。2003年滑铁卢大学的Franks等人员将(La,Ce,Tb)PO4:Ce:Tb颗粒沉积在石英基片上实现了紫外响应的成像探测器。然而，有机染料和稀土发光材料难以实现偏振，无法实现紫外偏振的成像探测。与传统的有机荧光染料和无机稀土发光材料相比，量子点材料具有溶液法制备、容易分散、光谱可调、发光效率高等突出特点，是一类极具应用潜力的紫外-可见光转换材料。专利申请201610962449.5已将量子点紫外-可见光转换膜用于紫外成像探测，该探测器具有响应波段可调控、面阵大、成本低、图像清晰度高等优点。然而，该量子点发光薄膜增强紫外成像探测器对紫外偏振光无响应，无法实现紫外偏振成像探测。量子点容易实现各向异性制备，各向异性的量子点材料(纳米棒、纳米线、纳米带、纳米片等)，除具备普通量子点的光学特性以外，还具有各向异性特性，特别是偏振吸收和高偏振度的荧光发射。现有光谱研究已经表明，单颗粒各向异性量子点荧光发射的偏振度可以达到0.9，是理想的偏振发光材料。
技术实现思路
如上所述，目前国内外对偏振成像探测的研究基本集中在红外波段和可见光波段，其实现方式主要在光学环节，由于受微纳加工技术的限制，紫外波段的偏振光学元件和微纳结构十分缺乏，国内外尚无紫外偏振成像探测器的报道。现有的紫外探测器仅能探测紫外光强和光谱信息。为此，本专利技术提供了一种紫外偏振成像探测器，其基于包括量子点材料的紫外-可见光转换膜，能够获得紫外光强、光谱、偏振度、偏振方位角、偏振椭率和旋转方向等信息，通过有效利用紫外偏振矢量信息，可以增强图像对比度，提高信噪比，从而大幅提高紫外探测精度、改善紫外成像质量、提高对目标的识别能力。根据本专利技术的一方面，一种偏振成像探测器，用于实现紫外偏振成像探测，包括：紫外-可见光转换膜，用于选择性地吸收特定偏振方向的紫外光并且将其转换为相同偏振方向的可见光；微纳光学结构，用于选择性地透射所述相同偏振方向的可见光；以及成像器件，用于探测经由所述微纳光学结构透射的所述相同偏振方向的可见光。在实施例中，所述紫外-可见光转换膜包括具有偏振选择特性的量子点材料或者量子点材料与聚合物的复合材料。在实施例中，所述具有偏振选择特性的量子点材料包括具有偏振选择特性的钙钛矿类量子点材料、硒化镉类量子点材料。优选地，所述钙钛矿类量子点材料、硒化镉类量子点材料可以制成各向异性的纳米棒、纳米线、纳米带或纳米片等。优选地，所述紫外-可见光转换膜为具有偏振选择特性的量子点材料与聚合物形成的复合材料的量子点偏振光学膜，或者通过拉伸、电纺丝等技术原位制备的量子点偏振光学膜。在实施例中，所述具有偏振选择特性的量子点材料或者量子点材料与聚合物的复合材料在所述紫外-可见光转换膜中沿同一方向排列，所述紫外-可见光转换膜的偏振吸收和偏振发射方向为均一方向。在实施例中，所述紫外-可见光转换膜为圆形，通过绕其中心点旋转，可以获得不同偏振方向紫外光的入射强度。在实施例中，所述紫外-可见光转换膜包括不同偏振方向的多个光学膜模块，用于同时测量入射紫外光的不同方向的偏振分量。在实施例中，所述微纳光学结构包括亚波长光栅结构或光子晶体结构，其与所述紫外-可见光转换膜耦合以形成具有像元级网格化结构的偏振光学矩阵。优选地，所述微纳光学结构对可见光的偏振响应与所述紫外-可见光转换膜的偏振发射方向相匹配。在实施例中，所述成像器件为硅基面阵器件，包括电荷耦合元件CCD、电子倍增电荷耦合元件EMCCD或CMOS成像器件，其与所述偏振光学矩阵进行像元级耦合和光谱匹配。优选地，所述偏振光学矩阵的像元级网格化结构与所述成像器件的像元级网格化结构相匹配，所述紫外-可见光转换膜受紫外辐射激发所发射的可见光只入射到这个网格对应的像元上。在实施例中，所述成像器件的表面设置有用于增透所述紫外-可见光转换膜峰值发光波长、截止其他辐射的光学膜。在实施例中，所述紫外-可见光转换膜的表面设置有用于增透紫外光、截止可见光和红外光的另一微纳光学结构。优选地，EMCCD或CMOS器件具有百万本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种偏振成像探测器，用于实现紫外偏振成像探测，包括：紫外‑可见光转换膜，用于选择性地吸收特定偏振方向的紫外光并且将其转换为相同偏振方向的可见光；微纳光学结构，用于选择性地透射所述相同偏振方向的可见光；以及成像器件，用于探测经由所述微纳光学结构透射的所述相同偏振方向的可见光。

【技术特征摘要】
1.一种偏振成像探测器，用于实现紫外偏振成像探测，包括：紫外-可见光转换膜，用于选择性地吸收特定偏振方向的紫外光并且将其转换为相同偏振方向的可见光；微纳光学结构，用于选择性地透射所述相同偏振方向的可见光；以及成像器件，用于探测经由所述微纳光学结构透射的所述相同偏振方向的可见光。2.根据权利要求1所述的偏振成像探测器，其中，所述紫外-可见光转换膜包括具有偏振选择特性的量子点材料或者量子点材料与聚合物的复合材料。3.根据权利要求2所述的偏振成像探测器，其中，所述具有偏振选择特性的量子点材料包括具有偏振选择特性的钙钛矿类量子点材料、硒化镉类量子点材料。4.根据权利要求2或3所述的偏振成像探测器，其中，所述具有偏振选择特性的量子点材料或者量子点材料与聚合物的复合材料在所述紫外-可见光转换膜中沿同一方向排列，所述紫外-可见光转换膜的偏振吸收和偏振发射方向为均一方向。5.根据权利要求4所述的偏振成像探测器，其中，所述紫外-可见光转换膜为...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟海政，王雷，王岭雪，张猛蛟，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11