專利名稱：光探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個(gè)基于熒光染料的光探測(cè)器，這些熒光染料被嵌入透明聚合物薄片及纖維之中。
已知，在光水平輻射進(jìn)一個(gè)含有熒光染料的光波導(dǎo)的場(chǎng)合下，發(fā)生熒光輻射。通過(guò)全反射，這個(gè)熒光輻射可以被引到光波導(dǎo)的端面(參見Tanaka等，SpIE，840卷，“用于活動(dòng)平臺(tái)的纖維光學(xué)系統(tǒng)”，p19)。
目的在于發(fā)現(xiàn)一個(gè)光探測(cè)器，由于其大的探測(cè)器表面，這個(gè)光探測(cè)器對(duì)污染是不敏感的及在光的接收區(qū)域里不需要任何電源線。
因此，本發(fā)明涉及一個(gè)光探測(cè)器，它是由一個(gè)板狀光吸收體及至少一個(gè)與此光吸收體相連的光被導(dǎo)組成。
這個(gè)板狀光吸收體可以有任何可選擇的形狀;圓形和長(zhǎng)方形較好，特別是圓形，它可以是一個(gè)板或片，或者可以由一個(gè)光波導(dǎo)的扁平束組成，這些光波導(dǎo)又可以熔合在一起成為一個(gè)板。板或片較好。厚度是0.1-5mm，0.25-1.0mm較好。這個(gè)板狀體由一透明聚合物組成，如聚碳酸脂，聚氯乙烯，聚苯乙烯或有機(jī)玻璃。
至少有一個(gè)光波導(dǎo)被連在板狀光吸收體上，這個(gè)光波導(dǎo)連在一個(gè)邊緣上較好。這個(gè)光波導(dǎo)可以終止在這個(gè)邊緣上或沿著此邊緣相連。較可取的是沿著此邊緣相連;因而這個(gè)光波導(dǎo)在其窄邊圍繞著板狀體。
這個(gè)光波導(dǎo)可以是市場(chǎng)上方便買到的纖維，較為可取的是此纖維由一透明聚合物芯子如聚碳酸脂，聚苯乙烯或有機(jī)玻璃，及一帶有低折射率的聚合物外殼組成。聚合物外殼以一氟化丙烯酸鹽為好。
光波導(dǎo)同板狀體同樣厚是有利的，以0.25到1.0mm厚為較好。一個(gè)單個(gè)光波導(dǎo)也可以由一束光波導(dǎo)來(lái)取代。
板狀體及光波導(dǎo)在每種場(chǎng)合至少含有一種熒光染料;在這種場(chǎng)合，板染料的輻射波長(zhǎng)范圍必須與光波導(dǎo)染料的吸收波長(zhǎng)范圍重疊。在這個(gè)光波導(dǎo)的場(chǎng)合，染料不但可放在芯子而且也可放在外殼或者同時(shí)放在二者之中。合適的熒光染料特別是有機(jī)化合物如二萘嵌苯染料，苯呫噸(benzoxanfhenes)，另一種是無(wú)機(jī)化合物如硫化鋅。
如果具有合適光波的光，如從電燈或是一個(gè)發(fā)光二極管發(fā)出的光碰在板狀體上，那么在這個(gè)體中射出熒光，這個(gè)熒光通過(guò)全反射被高效地引到邊緣。這個(gè)全反射發(fā)生在所有板狀體-空氣邊界表面上。然而，這個(gè)板狀體也可以被涂上一個(gè)具有低折射率的透明涂層。在這個(gè)板狀體的邊緣，高強(qiáng)度的熒光碰在光導(dǎo)纖維上。如果體纖維里的染料互相協(xié)調(diào)，使體中染料的光譜輻射范圍與光導(dǎo)纖維染料的光譜吸收范圍相一致，則來(lái)自板狀體的光引起光波導(dǎo)內(nèi)的熒光輻射，在光波導(dǎo)內(nèi)，熒光輻射通過(guò)全反射在其部分內(nèi)被引導(dǎo)并在光波導(dǎo)的末端顯露出來(lái)。在那里設(shè)置一個(gè)光敏半導(dǎo)體元件，例如一個(gè)硅二極管，它探測(cè)此輻射。這個(gè)二極管可以是小面積的，因而是低噪聲的。
為了避免附加光引起光波導(dǎo)可能的干擾輻射在光波導(dǎo)遠(yuǎn)離板狀體的邊上用一個(gè)吸收包層如一個(gè)黑色金屬薄片圍起來(lái)。用于防止機(jī)械或化學(xué)應(yīng)力或者用于控制全反射的透明涂層可以被應(yīng)用到板狀體或光波導(dǎo)。為了越過(guò)一個(gè)很大的距離將光信號(hào)傳送到半導(dǎo)體元件上，由聚合物或玻璃組成的低衰耗光波導(dǎo)可以被連到熒光光波導(dǎo)的末端上。
附圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的光探測(cè)器的最佳實(shí)施例。


圖1，圖示了一個(gè)光探測(cè)器，在這個(gè)探測(cè)器中一個(gè)薄圓板(1)在邊緣上被一光波導(dǎo)夾住，光波導(dǎo)的二個(gè)末端通向一個(gè)光敏半導(dǎo)體元件(3)。
圖2，圖示了一個(gè)光探測(cè)器，在此探測(cè)器中摻有熒光染料的小塑料板1被粘接在一個(gè)光波導(dǎo)(2)上。
圖3，圖示了一個(gè)光探測(cè)器，在此探測(cè)器中板狀體(1)由光波導(dǎo)的一個(gè)扁平束組成并直接匯合進(jìn)一束光波導(dǎo)(2)中。
圖4，圖示了二個(gè)根據(jù)圖3的光探測(cè)器，每個(gè)都包含由光波導(dǎo)的一個(gè)扁平束組成的一個(gè)板狀體(1)，此光波導(dǎo)直接匯合成一光波導(dǎo)圓形束(2)，并被嵌入、水平排列在一個(gè)由透明鑄塑樹脂組成的塊體(3)里。塊體(3)的側(cè)面4對(duì)紫外線(uv)輻射是敏感的。
本發(fā)明的探測(cè)器的優(yōu)點(diǎn)在于-非常大的敏感表面成為可能，此外，這個(gè)表面可以用薄膜表面的適當(dāng)遮攔以任意方式來(lái)設(shè)計(jì)。例如非透明金屬薄片或粘附片可以被用于此遮攔。
-探測(cè)器的非常小的總厚度，小到大約0.1mm。
-純光操作，即在光探測(cè)區(qū)里不需任何電源線。因而，用在X-區(qū)也是可能的。
-由于這個(gè)大的靈敏表面，這個(gè)探測(cè)器對(duì)污染是不敏感的。因此，對(duì)于應(yīng)用于光柵或光學(xué)纖維轉(zhuǎn)數(shù)器(revolntioncounters)是非常合適的。
-由于這個(gè)大的探測(cè)表面，不需或只需輕微的調(diào)整力。
-由于這個(gè)大的探測(cè)器表面的結(jié)果，具有帶大面積光源的好靈敏性。
-從板狀體的所有二個(gè)邊的光探測(cè)是可能的。即使有用的光只從一邊進(jìn)入，另一端可以用一個(gè)不透明涂層來(lái)復(fù)蓋。
-通過(guò)染料濃度的適當(dāng)選擇，只探測(cè)小部分的測(cè)量光是可能的，但是要讓主要部分通過(guò)探測(cè)器以便進(jìn)一步檢測(cè)。因而探測(cè)器可被用于強(qiáng)度或時(shí)間參考。
-在板狀體的熒光染料的吸收區(qū)域，探測(cè)器的光譜靈敏性是有選擇性的，并且可以通過(guò)這個(gè)染料的選擇與測(cè)量問題相適應(yīng)。
-通過(guò)摻雜了不同的熒光染料的多元板狀體的串聯(lián)接，從各種光譜區(qū)來(lái)的光可以被分離以及被選擇地探測(cè)。由于這個(gè)原因探測(cè)器可用作接收器，在如下結(jié)構(gòu)里即數(shù)字編碼信息按不同波長(zhǎng)在一個(gè)光波導(dǎo)里被傳遞，并且為了在這個(gè)接受器(波長(zhǎng)多元通路)上讀出信息，波長(zhǎng)通道必須被分離開來(lái)。
例1.
一個(gè)摻有綠色有機(jī)熒光染料的圓形聚碳酸，脂薄片(0.45mm厚，直徑為60mm)，與圖1相一致，被一個(gè)光波導(dǎo)所環(huán)繞，這個(gè)光波導(dǎo)的聚碳酸脂芯子摻有一個(gè)紅色熒光染料。薄片的輻射范圍是460-620nm，最大值在500nm。光波導(dǎo)染料的吸收范圍是在500-600nm，最大值在570nm。其輻射范圍發(fā)生在590-720nm，最大值在610nm。在2米的距離上照射該探測(cè)器，用這種方式該探測(cè)器可用做光柵，它可以指示出當(dāng)一個(gè)人通過(guò)時(shí)光束的遮斷。另外，探測(cè)器的相對(duì)靈敏度被作為從薄片來(lái)的光輻射區(qū)域的一個(gè)功能來(lái)測(cè)定。很明顯，探測(cè)器是很均勻的并且在其全表面上所指示的強(qiáng)度波動(dòng)只在±5%以內(nèi)。
例2將一個(gè)直徑1mm的有機(jī)玻璃光波導(dǎo)，根據(jù)圖2，在其窄邊，施加到一個(gè)小的有機(jī)玻璃盤上，這個(gè)有機(jī)玻璃盤的寬度為1cm，高度為0.5cm，厚度為1mm，并被摻雜一個(gè)熒光染料。這個(gè)染料的最大吸收值是在560nm;最大輻射值在605nm。這個(gè)小盤被放在一個(gè)帶有一個(gè)孔隙的旋轉(zhuǎn)圓盤前面，并且這個(gè)盤帶有一個(gè)綠色發(fā)光二極管(λ＝565nm)的另一邊被照射。這種結(jié)構(gòu)表示了一個(gè)光轉(zhuǎn)數(shù)器，在這個(gè)光轉(zhuǎn)數(shù)器中，盤的轉(zhuǎn)速用光束的周期性遮斷的方法來(lái)測(cè)定。
例3直徑為1mm的有機(jī)玻璃光波導(dǎo)在其外殼內(nèi)摻有由CaSiO3Mn，pb，或是2nS∶Cu組成的熒光顏料。這個(gè)外殼是由折射率為1.42的一個(gè)氟化丙烯酸脂組成。將Mn，pb，Cn作為激活劑分別加入，是為了在小于320nm或是320-400nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)這些顏料的最佳激發(fā)。當(dāng)具有這些波長(zhǎng)的UV(紫外線)光被輻射出時(shí)，分別產(chǎn)生紅和綠色熒光而且這些熒光被引至纖維末端。當(dāng)發(fā)紅光的纖維受到光照時(shí)，小于320nm的UV(紫外線)輻射被檢測(cè)，這個(gè)輻射被稱作UV-B輻射，在相對(duì)長(zhǎng)的皮膚輻射這種場(chǎng)合，會(huì)引起有害腫瘤。
對(duì)于另一個(gè)纖維，它在320-400nm的范圍是敏感的，它被激發(fā)出熒光，出現(xiàn)無(wú)害的UV-A輻射，這由在纖維末端的綠光束指示。這就導(dǎo)致獲得一個(gè)用于監(jiān)控日光洛室和太陽(yáng)床的簡(jiǎn)單的UV(紫外線)探測(cè)器。
實(shí)施這樣一個(gè)探測(cè)器的一個(gè)實(shí)際規(guī)則在于，根據(jù)圖3的一個(gè)發(fā)紅光探測(cè)器及一個(gè)類似的發(fā)綠光的探測(cè)器被水平放置并被嵌入一個(gè)由一透明鑄塑樹脂組成的塊狀體內(nèi);在這種場(chǎng)合，這個(gè)塊狀體的一個(gè)側(cè)面對(duì)UV光(紫外線)是敏感的，參見圖4。
權(quán)利要求
1.一種光探測(cè)器，其特征在于由一個(gè)板狀光吸收體和至少一個(gè)與之相連的光波導(dǎo)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光探測(cè)器，其特征為光波導(dǎo)在板狀體的邊緣與之相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光探測(cè)器，其特征在于板狀體是圓形的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光探測(cè)器，其特征在于板狀體的厚度為0.1-5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光探測(cè)器，其特征在于板狀體和光波導(dǎo)是由一個(gè)透明聚合物組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光探測(cè)器作為光柵使用。
全文摘要
一個(gè)新型的光探測(cè)器，由一個(gè)板狀吸收體和至少一個(gè)與之相連的光波導(dǎo)組成。光探測(cè)器所有的二部分都包含一種熒光染料，因此被照射的光被轉(zhuǎn)化成一個(gè)熒光輻射。這個(gè)輻射通過(guò)全反射被引導(dǎo)至一個(gè)光敏半導(dǎo)體元件并在那里被測(cè)量。這個(gè)光探測(cè)器作為光柵、光學(xué)纖維轉(zhuǎn)數(shù)器或UV(紫外線)探測(cè)器是合適的。
文檔編號(hào)G01D5/26GK1042013SQ89107519
公開日1990年5月9日 申請(qǐng)日期1989年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1988年9月28日
發(fā)明者沃尼·羅夫, 約享·庫(kù)坦丁, 皮特·赫伯萊西默, 榮根·泰斯 申請(qǐng)人:赫徹斯特股份公司