短波红外光学系统技术方案

公开了短波红外光学系统，涉及红外光子学中使用的电光器件及激光器。所述系统包括：无源Q开关激光器，包括：增益介质，包括一陶瓷的增益介质结晶材料，所述陶瓷的增益介质结晶材料包括陶瓷掺钕稀土元素的晶体；可饱和吸收体，被刚性耦合到所述增益介质，所述可饱和吸收体包括一陶瓷的可饱和吸收体结晶材料，所述陶瓷的可饱和吸收体结晶材料选自于由以下材料组成的多种掺杂结晶材料的一群组：(a)掺三价钒的钇铝石榴石(V

【技术实现步骤摘要】
短波红外光学系统
[0001]本申请为申请号202080005868.4(PCT申请号为PCT/IB2020/060011)、申请日2020年10月24日、专利技术名称“光子系统及方法”的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请相关于2019年10月24日提交的美国专利申请号16/662,665以及2020年9月8日提交的美国临时专利申请号63/075426、2020年10月20日提交的63/093,945及2020年10月22日提交的63/094,913并要求其优先权，所有内容均通过引用整体并入本文。


[0004]本公开涉及光子系统、方法及计算机程序产品。更具体地，本公开涉及在红外(IR)光子中被使用的电光器件及激光器。

技术介绍

[0005]光电检测装置诸如光电检测器阵列(也称为“光电传感器阵列(photosensor arrays)”)包括许多感光位点(a multitude of photosites)，每个感光位点包括一个或多个光电二极管及电容，所述一个或多个光电二极管用于检测冲击(impinging)的光，所述电容用于存储由所述光电二极管提供的电荷。所述电容可以被实现为一专用电容器及/或使用所述光电二极管、晶体管及/或所述PS的其它构件的寄生电容。此后，在本说明书中以及为了简单起见，所述术语“光电检测装置(photodetecting device)”经常被替换为缩写词“PDD”，所述术语“光电检测器阵列(photodetector array)”经常被替换为缩写词“PDA”，而术语“光电二极管(photodiode)”经常被替换为缩写词“PD”。
[0006]所述术语“感光位点(photosite)”涉及多个传感器的一阵列中的单个传感器元件(也被称为“感官(sensel)”，如词语“传感器(sensor)”及“细胞(cell)”或“传感器(sensor)”及“元件(element)”的组合)，并且是也被称为“传感器元件(sensor element)”、“光传感器元件(photosensor element)”、“光电检测器元件(photodetector element)”等。在下文中，“感光位点(photosite)”通常被替换为缩写词“PS”。每个PS可以包括：一个或多个PD(譬如如果彩色滤波器阵列被实现，则检测光谱的不同部分的光的多个PD可以可选地被统称为单个PS)。除所述PD外，所述PS还可以包括：一些电路或多个附加构件。
[0007]暗电流是一种众所周知的现象，当提及诸多PD时，它属于流过所述PD的电流，即使没有光子进入所述装置也是如此。在诸多PD中的暗电流可能是由所述PD的一消耗区中电子及空穴的随机生成引起的。
[0008]在某些情况下，有需要向诸多感光位点提供以一相对较高的暗电流为特征的诸多光电二极管，同时实现尺寸受限的诸多电容器。在某些情况下，有需要向诸多PS提供以一相对高的暗电流为特征的诸多PD，同时降低暗电流对一输出检测信号的影响。在以高暗电流累积为特征的诸多PS中，有需要并且克服暗电流对诸多电光系统的有害影响将是有益的。此后以及为了简单起见，所述术语“电光(electrooptical)”可以被替换为缩写词“EO”。
[0009]短波红外(SWIR)成像使得使用可见光成像难以进行的一系列的应用成为可能。诸
多应用包括电子板检查、太阳能电池检查、产品检查、门控成像、识别及分类、监视、防伪、过程质量控制以及更多。许多现存的基于砷化镓铟(InGaAs)的SWIR成像系统制造成本昂贵，并且目前受制于有限的制造能力。
[0010]因此，能够基于更容易被集成到周围电子器件中的诸多PD提供使用更具成本效益的诸多光接收器的SWIR成像系统将是有益的。

技术实现思路

[0011]根据本公开的一个方面，提供一种有源SWIR成像系统，其包括：一脉冲照明源(pulsed illumination source)，可操作以朝向一目标发射多个SWIR辐射脉冲，所述多个辐射脉冲在所述目标上冲击引起从所述目标被反射的多个被反射的SWIR辐射脉冲；一成像接收器，包括多个锗(Ge)PD，可操作以检测所述被反射的SWIR辐射，其中所述成像接收器为每个锗PD生成代表冲击在所述相应锗PD上的所述被反射的SWIR辐射的一相应检测信号、大于50微米/平方厘米(μA/cm2)的一暗电流、有关时间的暗电流噪声(time dependent dark current noise)及无关时间的读出噪声(time independent readout noise)；及一控制器，可操作以在一积分时间(integration time)控制所述成像接收器的激活，在所述积分时间期间的一被累积的暗电流噪声不超过所述无关时间的读出噪声。
[0012]根据本公开的一方面，公开一种用于在一EO系统的一视场(FOV)中生成多个物体的多个SWIR图像的方法，所述方法包括：朝向所述FOV发射至少一个照明脉冲，引起SWIR辐射从至少一个目标反射；触发由一成像接收器发起的连续信号采集，所述成像接收器包括可操作以检测所述被反射的SWIR辐射的多个锗PD；对于所述多个锗PD中的每一个锗PD收集由于触发至少引起所述SWIR反射辐射撞击在所述相应锗PD上的电荷、大于50μA/cm2的暗电流、有关积分时间的暗电流噪声及无关积分时间的读出噪声；当由于暗电流噪声被收集的电荷量仍然低于由于无关积分时间的读出噪声被收集的电荷量时，触发停止所述电荷的所述收集；以及基于由所述多个锗PD中的每一个锗PD被收集的所述多个电荷水平以生成所述FOV的一图像。
[0013]根据本公开的一方面，公开一种SWIR光学系统，所述SWIR系统包括一无源Q开关激光器(在本文中也被称为“P
‑
QS激光器”)，所述无源Q开关激光器包括：一增益介质，包括一增益介质结晶(GMC)材料，所述增益介质结晶材料是陶瓷掺钕的钇铝石榴石(Nd:YAG)；一可饱和吸收体(SA)，被刚性连接到所述增益介质，所述SA包括一陶瓷SA结晶材料，所述陶瓷SA结晶材料选自于由以下材料组成的多个掺杂陶瓷材料的一群组：V
3+
:YAG及多种掺二价钴结晶材料；及一光腔，所述增益介质和所述SA位于所述光腔中，所述光腔包括一高反射率镜及一输出耦合器。
[0014]此后在此说明书中以及为了简单起见，所述术语“可饱和吸收体(saturable absorber)”经常被替换为缩写“SA”。
[0015]根据本公开的一方面，公开一种SWIR光学系统，所述SWIR系统包括一P
‑
QS激光器，所述P
‑
QS激光器包括：一增益介质，包括一GMC材料，所述GMC材料是陶瓷Nd:YAG；一SA，被刚性连接到所述增益介质，所述SA包括一陶瓷SA结晶材料，所述陶瓷SA结晶材料选自于由以下材料组成的多个掺杂陶瓷材料的一群组：V
3+
:YAG及多种掺二价钴结晶材料；及一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种短波红外光学系统，其特征在于：所述短波红外光学系统包括：一无源Q开关激光器，所述无源Q开关激光器包括：一增益介质，包括一陶瓷的增益介质结晶材料，所述陶瓷的增益介质结晶材料包括一陶瓷掺钕稀土元素的晶体；一可饱和吸收体，所述可饱和吸收体被刚性耦合到所述增益介质，所述可饱和吸收体包括一陶瓷的可饱和吸收体结晶材料，所述陶瓷的可饱和吸收体结晶材料选自于由以下材料组成的多种掺杂结晶材料的一群组：(a)掺三价钒的钇铝石榴石(V
3+
:YAG)及(b)多种掺钴结晶材料；及一光腔，所述增益介质及所述可饱和吸收体位于所述光腔中，所述光腔包括一高反射率镜及一输出耦合器。2.根据权利要求1所述的短波红外光学系统，其特征在于：所述稀土元素是钇。3.根据权利要求2所述的短波红外光学系统，其特征在于：所述陶瓷掺钕稀土元素的结晶材料选自于由YLF及YVO组成的一群组。4.根据权利要求1所述的短波红外光学系统，其特征在于：所述高反射率镜及所述输出耦合器被刚性耦合到所述增益介质及所述可饱和吸收体，使得所述无源Q开关激光器是一单片微晶片无源Q开关激光器。5.根据权利要求1所述的短波红外光学系统，其特征在于：除了所述增益介质及所述可饱和吸收体之外，所述短波红外光学系统还包括未掺杂的钇铝石榴石(YAG)，用于防止热量累积在所述增益介质的一吸收区域中。6.根据权利要求5所述的短波红外光学系统，其特征在于：所述未掺杂的钇铝石榴石被成形为一圆柱体，所述圆柱体包围所述增益介质及所述可饱和吸收体。7.根据权利要求1所述的短波红外光学系统，其特征在于：所述增益介质结晶材料及所述可饱和吸收体结晶材料中的至少一者是多晶的。8.根据权利要求7所述的短波红外光学系统，其特征在于：所述陶瓷掺钕稀土元素的结晶材料选自于由YLF及YVO组成的一群组。9.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿里尔，
申请(专利权)人：趣眼有限公司，
类型：发明
国别省市：