【技术实现步骤摘要】
本申请涉及半导体器件，尤其涉及一种光电探测装置。
技术介绍
1、传统的像增强器(iccd)由光阴极、微通道板、荧光屏以及含有ccd或cis芯片的成像系统构成，其工作原理如下：外界探测目标的光线入射后，首先进入光阴极，光阴极把接收到的光子通过光电转变为电子；电子随着电场进入到微通道板中，利用微通道板中的强电场不断与微通道的侧壁碰撞，电离出更多电子，从而实现电子数的倍增和信号的放大；接下来，这些电子击打在荧光屏上产生出新的光子；新产生的光子进入后续成像结构，由ccd或cis芯片接收，形成的成像信号最后从读出电路输出出来。
2、传统的像增强器依靠微通道板进行倍增，而其成像芯片ccd或cis并没有内部增益，也无法通过控制其像元的电压等物理量来调控成像效果；同时，ccd或cis也有固定的噪声来源。因此，对于不同应用环境、不同成像距离和不同光源，ccd和cis有着较为固定的成像模式，调节能力较差，成像效果差异较大。
3、利用其微通道板倍增的效果，像增强器可以探测很微弱的光，但是其较大的噪声是限制其应用的关键因素。像增强器的噪声主要由以下几个方面造成：光阴极在暗条件产生的电子，微通道板在强电场下场致发射的电子、ccd或cis的读出电路噪声。为了避免前两种噪声，可以在像增强器上施加加低电压，但同时会降低像增强器的增益和探测效率；而对于后一种噪声来说，是ccd或cis固有的属性，很难脱离器件本身进行改进。
4、作为像增强器的核心成像部件，ccd或cis芯片本质是利用二极管内建电场收集半导体中光生载流子，进而通过
5、由于cis和ccd有着较为固定的成像模式，传统像增强器调节能力较差，噪声较大且相对固定，很难针对对不同的成像环境进行调控，成像效果差异较大。目前对于成像效果的提升的重点研究方向集中于ccd像元工艺和电路设计等，成本大成效小。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术的不足，提供一种光电探测装置。
2、本专利技术采用如下技术方案：一种光电探测装置，包括控制电路、波长转换模块和雪崩型探测器,所述波长转换模块至少包括光阴极、荧光屏，以及第一加速电场；入射光光子进入光阴极激发出光电子，在第一加速电场驱动下移动，进入荧光屏，激发出特定波长的光子；特定波长的光子经雪崩型探测器探测，并输出电信号；所述控制电路根据入射光强信号i或雪崩型探测器的输出信号，控制雪崩型探测器偏压。由于雪崩探测器在不同偏压下的增益和噪声不同，控制电路通过对雪崩型探测器的偏压调控，可以改变雪崩型探测器的内部增益和噪声，使其在最优偏压下工作。由此，本申请通过低成本的电路设置和探测器的系统改造，有效的增大了探测装置整体的动态范围，同时，由于雪崩探测器具有很大地内部增益，抑制了读出电路产生的噪声，也可以避免了由于微通道板带来的噪声，探测装置的噪声可控，提高输出信号的质量。
3、例如，在本专利技术的某些实施例中，所述控制电路设置一阈值i2，如果入射光强度i＞所述阈值i2，控制雪崩型探测器上施加的偏压，使其工作在线性模式；如果入射光强度i≤所述阈值i2，控制雪崩型探测器上施加的偏压，使其工作在盖格模式。当工作在线性模式时，增益较小，但同时噪声小，适用于探测强光环境；当工作在盖格模式时，增益很大，适用于探测弱光环境。这样，利用雪崩探测器在不同偏压下的响应模式不同，通过对偏压的改变，使得不同入射强度的光都可以输出合理的信号强度，并控制噪声水平，可以提升不同光强下的成像质量。
4、在本专利技术较为优选的实施例中，设置一以入射光强度为变量的控制函数v(i)，根据该函数调节雪崩型探测器上施加的偏压大小。同样的，雪崩型探测器的增益随着偏压的增大而增大，利用控制函数可以动态的调节增益，并使得雪崩型探测器输出信号强度在维持在合理区间，通过更精细的调控，探测装置的成像效果在不同的工作环境下更加稳定，成像质量保持良好。
5、在本专利技术某些实施例中，所述控制电路根据入射光强信号i或雪崩型探测器的输出信号，控制雪崩型探测器偏压和光阴极的偏压。控制电路进一步控制光阴极偏压后，可以改变第一加速电场的方向，当第一加速电场为正向时，可以使电子通过加速电场并轰击到荧光屏上，荧光屏进而产生光子进入雪崩探测器，整个探测装置对环境成像；当第一加速电场方向为反向时，光阴极产生的电子则无法通过电场，整个装置不对环境成像。这样的方法使得探测装置整体的成像在时间维度上可控，即在不同时间控制第一加速电场的方向以决定是否对环境成像；也可以通过控制第一加速电场的正反向占用时间比，用于控制单位时长进入探测器的光子数目。通过对光阴极和探测器的同步调控，起到增大探测装置整体探测动态范围、减小噪声、适用多种环境的作用。
6、当然，作为本专利技术另一种技术方案，上述控制电路也可以基于入射光强信号i或雪崩型探测器的输出信号，控制光阴极的偏压，而不控制雪崩型探测器偏压。利用雪崩探测器本身的高增益，可以实现对弱光环境的成像，但是本身的暗噪声较大，以及强光成像构成问题(即在较强的光强下雪崩过程的死区时间大大提高，雪崩次数与光子数目不再保持良好线性关系，甚至由于雪崩频率提高而烧毁)。利用对光阴极的调控，可以控制光阴极电子是否进入到下一步成像环节，第一加速电场在反向时雪崩探测器的成像效果是探测器本身的暗噪声，因此可以被存储起来，并在第一加速电场在正向时，即雪崩探测器对外部正常成像进行滤除。另外，利用对光阴极的调控，可以通过控制第一加速电场的正反向占用时间比，使得外界光较强时，减少进入探测器的光子数目，使得探测装置在强光环境可以正常成像。
7、以上所述，光阴极的偏压的控制，可以控制第一加速电场大小、方向中的至少一种。所述第一加速电场的电场方向包括正向电场、反向电场，在正向电场时，第一加速电场促进光电子从所述光阴极逸出，在反向电场时，第一加速电场抑制光电子从所述光阴极逸出。所述第一加速电场的大小可以控制光阴极光电效应的光电转化效率和产生暗噪声的大小，当第一加速电场越小，光阴极的光电转化效率越小小，产生的暗噪声也越；反之，则光电转化效率和噪声越大。
8、在本专利技术的某些实施例中，所述控制电路设置一阈值i0，如果入射光强度i＞i0，控制光阴极的偏压使得第一加速电场方向呈正负交替的状态，以减少强光时进入雪崩探测器的光子数目，使得雪崩探测器能进行正常的成像，增大探测装置整体的动态范围。
9、在本专利技术的某些较为优选的实施例中，控制电路根据入射光强度i控制光阴极电场占空比；例如，设置一以入射光强度i为变量的控制函数f(i)，该函数大小为光阴极电场占空比，即处于正向电场和反向电场时间的比例。利用控制函数，当光强增大时，不断减小光占空比，使得进入雪崩探测器的光子数目接近恒定，用于保证探测本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光电探测装置，其特征在于，包括控制电路、波长转换模块和雪崩型探测器,所述波长转换模块至少包括光阴极、荧光屏，以及第一加速电场；入射光光子进入光阴极激发出光电子，在第一加速电场驱动下移动，进入荧光屏，激发出特定波长的光子；特定波长的光子经雪崩型探测器探测，并输出电信号；所述控制电路根据入射光强信号I或雪崩型探测器的输出信号，控制所述光阴极的偏压、雪崩型探测器偏压中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的光电探测装置，其特征在于，所述波长转化模块包含微通道板，光电子在第一加速电场驱动下从光阴极逸出后进入所述微通道板进行倍增。
3.根据权利要求2所述的光电探测装置，其特征在于，所述微通道板内具有第二加速电场，所述微通道板与控制电路相连，控制电路根据雪崩型探测器的输出信号控制所述微通道板内的第二加速电场。
4.根据权利要求1所述的光电探测装置，其特征在于，所述控制电路改变光阴极的偏压，以控制第一加速电场大小、方向中的至少一种；所述第一加速电场的电场方向包括正向电场、反向电场，在正向电场时，第一加速电场促进光电子从所述光阴极逸出，在反向电场时，第一
5.根据权利要求4所述的光电探测装置，其特征在于，所述控制电路设置一阈值I0，如果入射光强度I＞I0，控制光阴极的偏压使得第一加速电场方向呈正负交替的状态。
6.根据权利要求4所述的光电探测装置，其特征在于，控制电路根据入射光强度I控制光阴极电场占空比，即处于正向电场和反向电场时间的比例。
7.根据权利要求4所述的光电探测装置，其特征在于，所述控制电路包含一个存储器，用于存储在无光信号输入时的系统噪声，以修正探测的输出信号。在探测之前，控制电路控制光阴极的偏压，使得第一加速电场为反向电场；将此时雪崩型探测器信号S0存储在存储器中；探测时，控制电路控制第一加速电场为正向电场，雪崩型探测器信号为S1，并用存储器中信号对此时雪崩型探测器输出图像信号进行修正，输出信号S1-S0。
8.根据权利要求1所述的光电探测装置，其特征在于，所述控制电路设置一阈值I2，如果入射光强度I＞所述阈值I2，控制雪崩型探测器上施加的偏压，使其工作在线性模式；如果入射光强度I≤所述阈值I2，控制雪崩型探测器上施加的偏压，使其工作在盖格模式。
9.根据权利要求3所述的光电探测装置，其特征在于，所述控制电路设置大小两个阈值I3、I4，其中I3<I4，以及微通道板内高低两个电场，如果入射光强度I≤I3，控制电路控制微通道板内处于高电场使其产生增益，并控制雪崩型探测器上施加的偏压使其工作在盖格模式；如果I3<I≤I4，控制电路控制微通道板内处于低电场使其不产生增益，控制雪崩型探测器上施加的偏压使其工作在盖格模式；如果I>I4，控制电路控制微通道板内处于低电场使其不产生增益，控制雪崩型探测器上施加的偏压使其工作在线性模式。
10.根据权利要求1所述的光电探测装置，其特征在于，所述雪崩型探测器由多个探测像元组成，所述控制电路设置一阈值I5，如果入射光强度I<I5，则将两个以上的探测像元的输出信号进行叠加；如果入射光强度I大于等于I5，使用单个探测像元进行单次信号读出。
11.根据权利要求1-10所述的探测系统，其特征在于，所述雪崩型探测器采用硅基雪崩二极管、Ⅲ-Ⅴ族材料雪崩二极管或者锗基雪崩二极管，用于检测紫外线、可见光或者红外线。
...【技术特征摘要】
1.一种光电探测装置，其特征在于，包括控制电路、波长转换模块和雪崩型探测器,所述波长转换模块至少包括光阴极、荧光屏，以及第一加速电场；入射光光子进入光阴极激发出光电子，在第一加速电场驱动下移动，进入荧光屏，激发出特定波长的光子；特定波长的光子经雪崩型探测器探测，并输出电信号；所述控制电路根据入射光强信号i或雪崩型探测器的输出信号，控制所述光阴极的偏压、雪崩型探测器偏压中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的光电探测装置，其特征在于，所述波长转化模块包含微通道板，光电子在第一加速电场驱动下从光阴极逸出后进入所述微通道板进行倍增。
3.根据权利要求2所述的光电探测装置，其特征在于，所述微通道板内具有第二加速电场，所述微通道板与控制电路相连，控制电路根据雪崩型探测器的输出信号控制所述微通道板内的第二加速电场。
4.根据权利要求1所述的光电探测装置，其特征在于，所述控制电路改变光阴极的偏压，以控制第一加速电场大小、方向中的至少一种；所述第一加速电场的电场方向包括正向电场、反向电场，在正向电场时，第一加速电场促进光电子从所述光阴极逸出，在反向电场时，第一加速电场抑制光电子从所述光阴极逸出。
5.根据权利要求4所述的光电探测装置，其特征在于，所述控制电路设置一阈值i0，如果入射光强度i＞i0，控制光阴极的偏压使得第一加速电场方向呈正负交替的状态。
6.根据权利要求4所述的光电探测装置，其特征在于，控制电路根据入射光强度i控制光阴极电场占空比，即处于正向电场和反向电场时间的比例。
7.根据权利要求4所述的光电探测装置，其特征在于，所述控制电路包含一个存储器，用于存储在无光信号输入时的系统噪声，以修正探...
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