用于确定辐射波长的设备和方法技术

本发明专利技术涉及用于确定辐射波长的设备和方法。该设备包括至少两个用于产生光信号的吸收元件(12、14)，其中，吸收元件(12、14)上下叠置地布置在层结构(16)中，其中上吸收元件(12)具有在竖向上变化的化学组成，所述化学组成由材料梯度表征以设置取决于波长的吸收系数，其中下吸收元件(14)被化学均质地形成。下吸收元件(14)被化学均质地形成。下吸收元件(14)被化学均质地形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定辐射波长的设备和方法


[0001]本专利技术涉及用于确定辐射波长的设备和方法。

技术介绍

[0002]在现有技术中用于确定辐射波长的各种设备和光电探测器是已知的。为了检测激光的波长，通常需要色散元件，其根据波长对入射辐射进行分类。晶格或棱镜通常用作色散元件。然后可以将按波长分类的辐射或辐射分量成像在光电探测器阵列的不同位置，从而可以检测各个辐射分量的波长。这种具有色散元件的设备的缺点在于：用于确定波长的设备变得非常大且因而笨拙。具体地，如果该设备将被安装在实验装置中，则期望的是：可获得这种设备的节省空间和紧凑的实施方式，该实施方式仍然能够覆盖与常规设备相当的光谱范围。
[0003]在现有技术中，已知波长敏感的设备和光电探测器包括例如间接半导体。这种间接半导体通常具有缓慢上升的吸收光谱。但是，使用间接半导体的缺点在于：没有适用于所有波长范围的相应半导体材料。
[0004]此外，在现有技术中已知傅立叶光谱仪，利用该傅立叶光谱仪可以产生入射辐射的干涉图。傅立叶光谱仪通常包括干涉仪，其中入射辐射在傅立叶光谱仪内被分成单独的光束，每个光束被导向可移动或固定的反射镜，随后又重新聚集在一起。这样，可以获得干涉图，然后可以经由傅立叶变换将其转换为光谱。例如，WO 2006/071971 A2公开了一种可重构的、与偏振无关的干涉仪，其中，在WO 2006/071971 A2的上下文中，入射光信号被分开，结果信号强度被不希望地损失了。
[0005]另外，已知的整体解决方案是使用两个光电探测器，例如，将两个光电探测器布置在波导上。例如，US 5,760/419 A公开了一种波长计，该波长计具有两个光电探测器或光电二极管，在两个光电探测器或光电二极管之间插入了取决于波长的反射器。建议从所述两个光电探测器的光电流的比率中推导出入射辐射的波长。所述两个光电探测器的光谱特性相同。针对入射辐射的波长的选择性是由反射镜的取决于波长的反射特性决定的。但是，该解决方案的缺点是取决于波长的反射器的构造昂贵且复杂，在US 5,760/419 A中，该反射器例如是通过具有20层以上的介电布拉格反射镜来实现的。
[0006]另外，该解决方案具有以下缺点：需要光波导，入射辐射必须以复杂的方式耦合到该光波导中。这需要大量的调整工作，如果耦合不能非常精确地进行，则存在测量错误的风险。通常，使用具有小尺寸的波导，由此加剧了对准和聚焦的问题。
[0007]另外，在整体解决方案中，光谱范围限于所用材料的吸收限的展宽。这种变宽的吸收限的示例性值可以是例如16meV，其中例如在已知的整体解决方案中将InGaAsP用作光电探测器材料。吸收限的变宽通常是由于热效应和/或统计效应引起的。就本专利技术而言，术语“吸收限”优选地表示不同吸收状态或强度之间的优选尖锐的，即，突然的转变。例如，这可以表示优选的电磁波谱中的一个范围，在该范围中，在强吸收的范围与弱吸收的范围之间出现突然的差异。
[0008]从US 2007/0125934中已知一种用于确定辐射波长的结构，该结构包括多个光电探测器的分层，每个光电探测器均由均质材料制成，其中，每个光电导层被构造用于不同波长范围的吸收。使用来自各个检测器的信号，可以得出有关入射辐射的波长光谱的结论。然而，具有大量单个检测器的US 6,632,701 A1的层结构也是复杂的，并且还导致相对较大的厚度。此外，通过为各个检测器选择间接半导体来确定设备的工作范围，其中，由于材料而严重限制了所期望的工作范围的设置。
[0009]因此，本专利技术的目的是提供一种用于确定辐射波长的设备和方法，其不具有现有技术的缺点和不足。为了能够提供紧凑的设备，该设备设法在没有占用空间的色散元件并且没有波导的情况下工作。此外，使用该设备和方法能够测量大的波长范围，其中吸收限的展宽应在明显超过现有技术中提到的值10至100meV的范围内。具体地，波长的确定不取决于热效应和/或统计效应，而是取决于材料的选择、该设备或设备的单个组件的设计和结构。将期望的是：可以使用平面技术制造该设备并且可以从上方照亮该设备。

技术实现思路

[0010]该任务通过独立权利要求的特征来解决。在从属权利要求中描述了本专利技术的有利实施例。就本专利技术而言，提供了一种用于确定辐射波长的设备，其中该设备包括至少两个吸收元件，这些吸收元件上下叠置地布置在层结构中。该设备的特征在于：上吸收元件具有在竖向上变化的化学组成，而下吸收元件被设计为化学均质的。该设备优选地被配置在光谱检测范围内，其中上吸收元件具有在竖向上变化的化学组成，该化学组成由连续的材料梯度表征以在检测范围内设置取决于波长的吸收系数。下吸收元件被设计成基本上是化学均质的，以在检测范围内设置基本上恒定的吸收系数。
[0011]该设备优选地代表波长计，其中，波长计代表被配置为建立和/或检测辐射的波长和/或光子能量的设备。本专利技术的一个特别的优点在于：可以在特别大的波长范围内，例如在红外(IR)光谱、可见光谱和/或紫外(UV)光谱或波长范围内测量入射辐射的波长。入射辐射可以是例如IR或UV辐射、可见光或激光辐射，其中辐射优选基本上是单色的。
[0012]诸如基本上、大约、近似等之类的术语优选地描述了小于
±
20％，优选小于
±
10％、甚至更优选小于
±
5％，特别是小于
±
1％的公差范围。基本上、近似、大约等的技术参数公开并且总是包括确切的规定值。
[0013]因此，即使与单色辐射有关，术语“基本上”对于本领域普通技术人员也是清楚的，因为本领域技术人员知道“基本上单色辐射”优选地包括具有恰好一个限定的频率或波长的辐射，其中关于频率或波长的小偏差Δf或Δλ是允许的，并且在本专利技术的意义上应包括在术语“基本上是单色的”中。该术语还优选包括其中与期望的频率或波长高达5％的辐射偏离的辐射。具体地，也可以存在波长分布，其中，例如，钟形曲线的峰值或最大值在期望波长的范围内。在本专利技术的上下文中，特别优选的是，其波长将被确定的辐射是电磁辐射。该设备在下面优选地也被称为波长计，其中，本专利技术尤其涉及一种用于电磁辐射的波长计。
[0014]就本专利技术而言，吸收元件优选是用于吸收辐射的设备的层状组件，该辐射优选地可以是电磁辐射，其中可以由于吸收而产生光信号。术语用于产生光信号的吸收元件优选地被理解为是指由光电导材料(即，当吸收电磁辐射时其导电性更强的材料)制成的吸收元件。例如，如果电磁辐射被其带隙小于电磁辐射的光子能量的半导体吸收，则自由电子和电
子空穴的数量增加，使得导电率增大。如果例如通过两个接触件的方式将电压施加到吸收元件上，则电磁辐射的可能取决于波长的吸收可以直接被记录为光信号或光电流的增加。因此，光信号优选地是指当电磁辐射被吸收元件吸收时可以检测到的电信号。光信号优选是光电流。
[0015]在本专利技术的上下文中，上吸收元件具有在竖向上变化的化学组成，其优选地由材料梯度表征，以设置取决于波长的吸收系数。下吸收元件被设计成化学均质的，以设定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于确定辐射波长的设备(10)，所述设备包括至少两个用于产生光信号的吸收元件(12、14)，其中，所述吸收元件(12、14)上下叠置地布置在层结构(16)中，其特征在于：上吸收元件(12)具有在竖向上变化的化学组成，所述化学组成由材料梯度表征以设置取决于波长的吸收系数，而下吸收元件(14)被设计为化学均质的。2.根据权利要求1所述的设备(10)，其特征在于：所述吸收元件(12、14)包括至少一种半导体材料。3.根据权利要求1或2所述的设备(10)，其特征在于：所述吸收元件(12、14)包括二元合金半导体、三元合金半导体或四元合金半导体，优选地包括直接半导体。4.根据前述权利要求中的任一项或更多项所述的设备(10)，其特征在于：所述材料梯度以在竖向上单调上升或单调下降的方式变化，其中所述材料梯度优选地对在所述上吸收元件(12)内的竖向位置具有线性依赖性或二次依赖性。5.根据前述权利要求中的任一项或更多项所述的设备(10)，其特征在于：所述上吸收元件(12)中的所述材料梯度是由半导体合金的合金配体的比例的竖向变化而形成的。6.根据前述权利要求中的任一项或更多项所述的设备(10)，其特征在于：所述上吸收元件(12)包括具有一般形式A
x
B1‑
x
的半导体合金，其中A和B各自表征合金配体，并且x是A在所述半导体合金中的比例，该比例是在竖向上变化的。7.根据前述权利要求中的任一项或更多项所述的设备(10)，其特征在于：所述上吸收元件在至少100meV、优选地至少200meV、更优选地至少300meV的光谱范围内具有单调上升或单调下降的吸收系数。8.根据前述权利要求中的任一项或更多项所述的设备(10)，其特征在于：所述吸收元件(12、14)的材料选自：(Mg，Zn)O、(In，Ga)2O3、(Si，Ge)、(Si，Ge)C、(...

【专利技术属性】
技术研发人员：马里厄斯，
申请(专利权)人：莱比锡大学，
类型：发明
国别省市：