用于近红外检测器的辐射护罩制造技术

本发明专利技术涉及一种用于近红外检测器的辐射护罩。用于在拉曼光谱系统中使用的类型的近红外检测器的辐射护罩包括：腔室，所述腔室包封所述检测器；以及冷却设备，所述冷却设备与所述腔室和所述检测器热接触以减小所述检测器否则将被暴露于的有害辐射的水平。所述腔室可以包括与所述检测器光学对准的窗，并且所述窗可以包括一个或多个涂层以通过感兴趣范围中的波长或者阻挡在此范围外的波长处的辐射。所述护罩可以被包封在具有窗的真空杜瓦瓶中，所述窗也可以包括一个或多个涂层以有利于所述波长范围。

Radiation shield for near-infrared detector

The invention relates to a radiation shield for a near-infrared detector. A radiation shield for a type of near infrared detector used in a Raman spectroscopic system includes a chamber that encapsulates the detector and a cooling device that thermal contacts the chamber and the detector to reduce the level of harmful radiation to which the detector would otherwise be exposed. The chamber may include a window that is optically aligned with the detector, and the window may include one or more coatings to block radiation at wavelengths outside the range of interest or through wavelengths in the range of interest. The shield may be encapsulated in a vacuum Dewar bottle with a window, which may also include one or more coatings to facilitate the wavelength range.

【技术实现步骤摘要】
用于近红外检测器的辐射护罩
本公开一般地涉及光谱学，并且具体地，涉及一种用于在近红外线中操作的检测器的辐射护罩。
技术介绍
某些拉曼(Raman)系统按近红外(NIR)范围中的泵浦波长(通常为0.7至2.5微米的波长)而操作。此类系统在某些应用空间中具有优势的原因在于它们减少荧光信号污染量。然而，缺点是此波长范围包含显著且可检测量的黑体辐射，所述黑体辐射它本身表现为背景噪声，这可降低拉曼测量结果的灵敏度、特异性和准确性。此背景由包括面向检测器的仪器的表面的“场景”产生。通常此类表面包括检测器外壳的内壁、检测器外壳的窗以及在到检测器表面的视线中的任何摄谱仪(spectrograph)表面和组件。在典型的拉曼光谱学应用(诸如天文学、工业过程控制、制药和/或生物制药成分、工艺和质量控制等)中，通常使用热电(TE)堆可使检测器冷却到远低于环境温度。虽然这使在检测器它本身内产生的暗噪声最小化，但是它未解决与入射在检测器上的不良辐射相关联的问题。因此，在本技术邻域中仍然需要进一步的贡献。
技术实现思路
根据本公开的至少一个方面，一种用于近红外(NIR)检测器的辐射护罩包括：腔室，所述腔室包括NIR检测器和孔，所述腔室由导热材料组成，所述检测器被设置在所述腔室内并与所述孔相对，并且所述护罩还包括冷却设备，所述冷却设备与所述腔室热接触并且被构造成降低所述腔室的温度以减少来自所述腔室的入射在所述检测器上的有害辐射的发射，其中，所述孔被配置成使得所述检测器能够从摄谱仪接收感兴趣的期望工作波长范围中的电磁信号。所述期望工作波长范围可以是0.4至2.5微米，并且所述电磁信号是拉曼信号。在某些实施例中，所述辐射护罩还包括覆盖所述腔室中的所述孔的窗。在另外的实施例中，所述窗包括能够选择性地通过所述工作波长范围和/或阻挡在所述工作波长范围外的波长处的辐射的一个或多个涂层。在至少一个实施例中，所述腔室被设置在包括与所述孔和所述检测器光学上对准的杜瓦瓶(dewar)窗的真空杜瓦瓶内，其中，所述杜瓦瓶窗包括能够选择性地通过所述工作波长范围和/或阻挡在所述工作波长范围外的波长处的辐射的一个或多个涂层。在某些实施例中，所述腔室具有在所述红外范围中具有相对低的发射率的内表面。在另外的实施例中，所述腔室具有在所述红外范围中具有相对高的反射率的外表面。根据本公开的另一方面，一种拉曼光谱系统包括：摄谱仪，所述摄谱仪输出近红外(NIR)光学范围中的拉曼光谱；检测器，所述检测器被配置成接收所述光谱并且输出表示具有工作波长范围的所述光谱的电信号，其中，所述检测器被设置在辐射护罩中，所述护罩包括由导热材料组成的腔室并且包括与所述检测器处于相对关系中的开口，使得所述检测器能够通过所述开口从所述摄谱仪接收所述拉曼光谱；以及冷却设备，所述冷却设备与所述腔室接触以降低所述腔室的温度并且减小所述检测器否则将被暴露于的有害辐射的水平。附图说明所描述的实施例以及包含在本文中的其它特征、优点和公开内容及实现它们的方式将变得显而易见，并且通过参考结合附图进行的本公开的各种实施例的以下描述将更好地理解本公开，其中：图1示出包括热电冷却设备的根据本公开的示例性实施例的横截面视图；图2示出包括多级热电冷却设备的根据本公开的另一实施例的横截面视图；图3示出根据本公开的替代实施例的横截面视图；以及图4示出根据本公开的另一实施例的横截面视图。具体实施方式本申请公开了用于近红外(NIR)检测器的辐射护罩的各种实施例。根据本公开的实施例通过用所公开的辐射护罩包围检测器来减少NIR检测器对有害辐射的暴露。根据本公开的一个方面，护罩包括包封检测器的腔室，所述腔室被设置为与在腔室中的开口相对，该开口使得检测器能够从摄谱仪接收期望NIR波长范围中的拉曼信号。根据本公开的另一方面，腔室可以包括冷却设备，诸如热电堆叠和/或循环压缩膨胀冷却器，以降低腔室的温度来减小在检测器中产生的背景噪声的水平。理想地，检测器被暴露于的所有表面在所期望的发射率性质情况下将具有尽可能低的温度，以使到达检测器的有害辐射量最小化。为了促进对本公开的原理的理解，现在将参考附图中图示的实施例，并且将使用特定语言来描述这些实施例。然而将理解的是，因此不打算限制本公开的范围。特别地，虽然相对于拉曼光谱系统对本公开进行描述，但是所公开的辐射护罩可以被应用于除用在拉曼光谱系统中的NIR检测器以外的检测器。图1图示根据本公开的实施例的辐射护罩100。如图1中所示，护罩100包括限定护罩体积115并具有孔113的腔室112。在某些实施例中，护罩100可以被设置在从光谱仪102接收电磁光谱108的真空密封壳体或杜瓦瓶104内。在至少一个实施例中，电磁光谱108可以是来自拉曼光谱仪的拉曼光谱。杜瓦瓶104包括杜瓦瓶窗106，所述杜瓦瓶窗106对环境而言是密封的以限定其中设置有护罩100的真空体积105。如图1中所示，护罩100可以包括与孔113相对设置在护罩体积115内的检测器110，使得通过杜瓦瓶窗106和孔113透射的电磁光谱108入射在检测器110上。孔113相对于它离检测器110的距离被调整大小，以仅使得透射所期望的光谱108所必需的那些球面角度能够看到检测器110，并且腔室112成比例以覆盖或阻挡不是透射所期望的光谱108所必需的球面角度。检测器110可以是适合于护罩100的期望应用的任何类型的检测器。例如，检测器110可以是InGaAs(砷化镓铟)、InAs(砷化铟)、Si(硅)、Ge(锗)、SiGe(锗化硅)、PbS(硫化铅)、PbSe(硒化铅)或MCT(碲化镉汞)检测器等。检测器110可以被配置为具有至少一个检测元件的阵列，具体地，检测器110可以被构造为单元件或多元件检测器。在单元件实施例中，例如，特别是对于用于分析物特定应用的窄带，可以在单元件检测器上扫描拉曼光谱。所述至少一个检测器元件可以是CCD(电荷耦合器件)、CMOS(互补金属氧化物半导体)、具有p-n结的光电二极管、在p和n半导体之间具有本征半导体材料的PIN光电二极管等中的一种。在本公开的至少一个应用中，检测器110可以是线或2D阵列型InGaAs检测器，诸如由传感器无限公司(SensorsUnlimited)制造的1024像素线性InGaAs光电二极管阵列(零件号SU1024LE-1.7)。检测器110可以具有至少包括电磁光谱108和光谱仪102的范围的期望工作波长范围。在某些实施例中，检测器110的期望工作波长范围可以是大约0.4至2.5微米。在替代实施例中，检测器110的期望工作波长范围可以是约0.9至1.4微米或约1.0至1.31微米。在至少一个实施例中，腔室112是导热的，并且因此由具有相对高的导热率(例如，大于100瓦每米开尔文(W/m·K))的材料制成。在某些实施例中，腔室112由具有大于大约250W/m·K的导热率的材料制成。腔室112可以至少部分地由导热金属、金属合金、非金属、陶瓷、玻璃、单晶材料、多晶材料和/或复合材料组成。例如，腔室可以包括金属(诸如铜或铝)或金属合金，诸如无氧高导热率(OFHC)铜、铜钨(CuW)或其它适合导热的金属或合金。腔室112可以包括诸如氧化铍(BeO)的导热陶瓷、氮化铝(AlN)、硅氮化物(Si3N4)、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于近红外检测器的辐射护罩，包括：腔室，所述腔室包括孔和具有至少一个检测器元件的近红外检测器，所述腔室由导热材料组成，所述检测器被设置在所述腔室内并与所述孔相对；以及冷却设备，所述冷却设备与所述腔室热接触并且被构造成降低所述腔室的温度以减少来自所述腔室的入射在所述检测器上的有害辐射的发射，其中，所述孔被配置成使得所述检测器能够从摄谱仪接收期望工作波长范围中的电磁信号。

【技术特征摘要】
2017.04.05 US 15/479,6811.一种用于近红外检测器的辐射护罩，包括：腔室，所述腔室包括孔和具有至少一个检测器元件的近红外检测器，所述腔室由导热材料组成，所述检测器被设置在所述腔室内并与所述孔相对；以及冷却设备，所述冷却设备与所述腔室热接触并且被构造成降低所述腔室的温度以减少来自所述腔室的入射在所述检测器上的有害辐射的发射，其中，所述孔被配置成使得所述检测器能够从摄谱仪接收期望工作波长范围中的电磁信号。2.根据权利要求1所述的辐射护罩，其中，所述期望工作波长范围是0.4至2.5微米，并且所述电磁信号是拉曼信号。3.根据权利要求1所述的辐射护罩，所述辐射护罩还包括覆盖所述腔室中的所述孔的窗，其中，所述窗由玻璃、玻璃陶瓷、金刚石、结晶石英、硅、锗、氮化镓晶体、氮化铝晶体、光学超材料、透明陶瓷或其组合组成。4.根据权利要求1所述的辐射护罩，所述辐射护罩还包括覆盖所述腔室中的所述孔的窗，其中，所述窗包括能够选择性地通过所述期望工作波长范围和/或阻挡在所述期望工作波长范围外的波长处的辐射的一个或多个涂层。5.根据权利要求1所述的辐射护罩，其中，所述腔室被设置在包括与所述孔和所述检测器光学上对准的杜瓦瓶窗的真空杜瓦瓶内，其中，所述杜瓦瓶窗包括能够选择性地通过所述期望工作波长范围和/或阻挡在所述期望工作波长范围外的波长处的辐射的一个或多个涂层。6.根据权利要求1所述的辐射护罩，其中，所述腔室由金属、金属合金、非金属、陶瓷、玻璃、单晶材料、多晶材料和/或复合材料组成。7.根据权利要求6所述的辐射护罩，其中，所述腔室材料具有大于30瓦每米开尔文的导热率。8.根据权利要求6所述的辐射护罩，其中，所述腔室材料具有大于100瓦每米开尔文的导热率。9.根据权利要求1所述的辐射护罩，其中，所述腔室由碳的同素异形体组成，所述腔室包括壁，所述壁具有从所述壁的外表面处的碳的单晶或多晶同素异形体过渡到所述壁的内表面处的柱或尖顶的阵列的厚度，其中，所述柱或尖顶成比例并分布以使在所述检测器的所述工作波长范围中的辐射的吸收最大化。10.根据权利要求1所述的辐射护罩，其中，所述腔室具有在所述红外范围中发射率小于0.1、0.3或0.5的内表面。11.根据权利要求10所述的辐射护罩，其中，所述内表面包括表面处理。12.根据权利要求1所述的辐射护罩，其中，所述腔室具有带表面处理的内表面，所述表面处理在所述工作波长范围中具有大于0.5、0.7或0.9的吸收率。13.根据权利要求1所述的辐射护罩，其中，所述腔室具有在所述红外范围中发射率小于0.2和/或反射率大于0.8的外表面。14.根据权利要求13所述的辐射护罩，其中，所述外表面包括表面处理。15.根据权利要求1所述的辐射护罩，其中，所述检测器是砷化镓铟、砷化铟、硅、锗、硅化锗、硫化铅、硒化铅或碲化镉汞检测器。16.根据权利要求1所述的辐射护罩，其中，所述检测器是多元件检测器。17.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫·B·斯莱特，詹姆士·M·特德斯科，阿尔弗雷德·菲提施，
申请(专利权)人：凯塞光学系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US