【摘要】：CCD光電探測器是一種硅基多通道陣列探測器,作為微型光譜儀的核心元器件之一,具有體積小、重量輕、響應(yīng)快速和成像質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。然而CCD硅襯底層多晶硅電極對(duì)400nm以下的紫外光具有強(qiáng)烈吸收,所以入射的紫外光基本無法通過硅襯底,從而無法被探測到,CCD就不會(huì)產(chǎn)生響應(yīng)。因此,提高CCD在紫外波段信號(hào)的響應(yīng)能力是國內(nèi)外科研工作者的一個(gè)研究方向,本文針對(duì)CCD在紫外和深紫外區(qū)域響應(yīng)能力不足的問題進(jìn)行深入研究,具體內(nèi)容如下:首先,詳細(xì)分析CCD光電探測器的基本工作原理、基本特性以及目前的發(fā)展現(xiàn)狀,并對(duì)傳統(tǒng)的增強(qiáng)CCD紫外響應(yīng)能力的方法進(jìn)行探討。通常的紫外增強(qiáng)技術(shù)都是在CCD的表面保護(hù)玻璃(官方稱玻璃窗)鍍熒光膜,而保護(hù)玻璃與像敏面之間還有一段光程,散射和反射作用會(huì)造成光強(qiáng)減弱,降低量子效率,為此對(duì)CCD進(jìn)行去窗技術(shù)的研究,去除玻璃窗。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),CO2激光切割法是一種較好的去窗方法,其能在最小損傷CCD器件的前提下,快速、有效地將CCD保護(hù)玻璃去掉,為CCD紫外增強(qiáng)技術(shù)的研究奠定基礎(chǔ)。其次,對(duì)CCD進(jìn)行紫外響應(yīng)增強(qiáng)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究。根據(jù)膜層材料要求選擇Lumogen Yellow S 0795有機(jī)熒光粉作為膜層材料,由于CCD屬于較昂貴器件,所以采用真空蒸發(fā)法先行在玻璃基片上進(jìn)行膜層樣品的制作,得到最優(yōu)膜層樣品的實(shí)驗(yàn)參數(shù),然后才在CCD像敏面上進(jìn)行鍍膜實(shí)驗(yàn),該方案能減少實(shí)驗(yàn)成本、提高實(shí)驗(yàn)效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,,當(dāng)真空度為8×10-4Pa、蒸發(fā)電流為50A時(shí),Lumogen材料成膜效果較好,膜層均勻、表面光滑不易分離。最后,采用一臺(tái)微型光譜儀對(duì)紫外增強(qiáng)后的CCD進(jìn)行性能檢測分析,驗(yàn)證CCD紫外響應(yīng)增強(qiáng)效果,選擇低壓汞燈和氘燈作為檢測光源測定鍍膜前后CCD的離散響應(yīng)曲線圖和連續(xù)響應(yīng)曲線圖并進(jìn)行分析。結(jié)果表明,Lumogen熒光薄膜能極大提高CCD在400nm以下紫外區(qū)域波段的光譜響應(yīng)能力,使普通前照式CCD在深紫外區(qū)域產(chǎn)生響應(yīng),在365.01nm波段的響應(yīng)能力提高至原來的2.6倍以上,而253.65nm譜線處的光譜強(qiáng)度甚至在鍍膜后達(dá)到飽和,其截止響應(yīng)波長從306nm藍(lán)移至235nm左右,并且不會(huì)影響400nm以上可見光的透過率。
【學(xué)位授予單位】：中國計(jì)量大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN386.5;TN15
【圖文】：

型 CCD 技術(shù)，并在背照式 CCD 面陣傳感器和線陣傳感器上取得了不的成果。其中多款優(yōu)秀的 CCD 產(chǎn)品被世界著名光譜儀器公司美國海洋學(xué) OceanOptics 公司和荷蘭愛萬提斯 Avantes 公司研發(fā)的多款紫外微型譜儀產(chǎn)品所應(yīng)用，例如海洋光學(xué)生產(chǎn)的 Maya2000 Pro 系列光譜儀使用是濱淞公司 S10420 和 S11510 系列背照式 CCD 面陣傳感器[32]，其探測長范圍可達(dá)到 ，愛萬提斯研制的 AvaSpec-NIR256-2.0/2.5T光纖光譜儀采用的是 Hamamatsu S7031 系列背照式 CCD 面陣傳感器[33]如圖 1.1 和圖 1.2 所示分別是 Hamamatsu S10420-1006-01 背照式 CC面陣傳感器及它的光譜響應(yīng)曲線圖。Hamamatsu S10420-1006-01 CCD有許多優(yōu)良的特性，比如降低的標(biāo)準(zhǔn)具效應(yīng)、滿井容量大、動(dòng)態(tài)范圍寬噪聲低和靈敏度高等。從光譜響應(yīng)曲線圖可以知道，S10420-1006-01 型CCD 動(dòng)態(tài)范圍較寬、在響應(yīng)范圍內(nèi)整體具有較高的量子效率，并且在外和極紫外區(qū)域也有很好的光譜響應(yīng)，紫外量子效率高于 50%，是一類用于圖像信息輸入輸出的圖像傳感器[34]。

圖 1.3 Hamamatsu S7031-1007S CCD 圖 1.4 Hamamatsu S7031-1007S CCD光譜響應(yīng)曲線圖國內(nèi)許多公司機(jī)構(gòu)也致力于如何提高 CCD 在紫外和極紫外區(qū)域光譜響應(yīng)能力的技術(shù)研究，并且已經(jīng)取得了不錯(cuò)的進(jìn)展，天津津飛光譜分析儀器有限公司便是其中一家。該公司在日本東芝公司生產(chǎn)的 TCD 1304D型號(hào) CCD 上進(jìn)行紫外增強(qiáng)技術(shù)的研究，推出了改進(jìn)的紫外增強(qiáng)版 CCD該 CCD 在紫外波段具有更高的量子效率和更好的光譜響應(yīng)，其連續(xù)響應(yīng)截止波長從 380nm 藍(lán)移至 200nm 以下，并且不會(huì)影響可見光的透過性[36]。不僅公司企業(yè)，國內(nèi)很多學(xué)術(shù)科研團(tuán)隊(duì)也在大力開展 CCD 紫外增強(qiáng)技術(shù)的研究[37-38]。2010 年清華大學(xué)孫利群老師等人提出將暈苯作為膜層材料，用真空鍍膜的方法在 CCD 上進(jìn)行提高紫外響應(yīng)能力的鍍膜實(shí)驗(yàn)研究檢測鍍膜前后 CCD 的離散和連續(xù)光譜響應(yīng)曲線圖，對(duì)比紫外離散譜線圖發(fā)現(xiàn)，可見光譜強(qiáng)度在鍍膜前后基本沒有發(fā)生太大改變，253.6nm 波段處的光譜強(qiáng)度在鍍膜之后增強(qiáng)至原來的 10 倍；對(duì)比紫外連續(xù)譜線圖可以看

中國計(jì)量大學(xué)碩士學(xué)位論文光電探測器工作原理 光電探測器與其他光電器件的最大區(qū)別在于它是把為電信號(hào)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，然后將電荷包作為傳遞信號(hào)移和輸出，最后通過外部采樣放大設(shè)備輸出圖像信件基本上都是以電壓或者電流作為信號(hào)，實(shí)現(xiàn)圖像信2.1 是 CCD 工作過程示意圖，它的基本工作過程主成：電荷生成、電荷儲(chǔ)存、電荷轉(zhuǎn)移和電荷檢測。

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