[發明專利]全光固體超快探測芯片、全光固體超快探測器及其探測方法

在審

• 申請號: 201910594755.1
• 申請日: 2019-07-03
• 公開（公告）號: CN110398293A
• 公開（公告）日: 2019-11-01
• 發明（設計）人: 汪韜;高貴龍;何凱;閆欣;田進壽;李少輝;尹飛;辛麗偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 董娜

1.一種全光固體超快探測芯片，其特征在于：包括沿入射信號光(8)傳輸方向依次設置的調制光柵(1)、光學膜系(2)、半導體超快響應材料GaAs/AlGaAs多量子阱結構(3)、第一增透膜(5)、基片(6)及第二增透膜(7)；信號光(8)入射調制光柵(1)，探針光(9)入射第二增透膜(7)，

所述光學膜系(2)對信號光(8)進行增透、對探針光(9)進行增反；

所述半導體超快響應材料GaAs/AlGaAs多量子阱結構(3)用于探測信號光，并經調制光柵(1)調制，在半導體超快響應材料GaAs/AlGaAs多量子阱結構(3)內部形成與信號光(8)相對應的空間分布圖樣；

所述第一增透膜(5)和第二增透膜(7)對探針光進行增透。

2.根據權利要求1所述的一種全光固體超快探測芯片，其特征在于：所述半導體超快響應材料GaAs/AlGaAs多量子阱結構(3)采用GaAs和AlGaAs半導體材料交替生長制成；

所述半導體超快響應材料GaAs/AlGaAs多量子阱結構(3)的響應層厚度為3～6μm。

3.根據權利要求1所述的一種全光固體超快探測芯片，其特征在于：所述調制光柵(1)的材質為Al或Au，調制光柵(1)的空間分辨率為50～100lp/mm。

4.根據權利要求1所述的一種全光固體超快探測芯片，其特征在于：所述信號光(8)為可見光，光學膜系(2)采用高折射率材料TiO₂和低折射率材料SiO₂交替生長制成的膜系，對信號光(8)透射率達到99％，對探針光反射率達到99％。

5.根據權利要求1所述的一種全光固體超快探測芯片，其特征在于：所述信號光(8)為X射線，光學膜系(2)采用金屬材料制成，所述調制光柵(1)的厚度大于或等于5μm。

6.根據權利要求5所述的一種全光固體超快探測芯片，其特征在于：所述金屬材料為Al或Cu或Au。

7.根據權利要求1所述的一種全光固體超快探測芯片，其特征在于：所述第一增透膜(5)和第二增透膜(7)采用高折射率材料TiO₂和低折射率材料SiO₂交替生長制成的膜系；

所述基片(6)為石英片。

8.根據權利要求1至7任一所述的一種全光固體超快探測芯片，其特征在于：所述半導體超快響應材料GaAs/AlGaAs多量子阱結構(3)與第一增透膜(5)通過粘接膠(4)固定。

9.一種全光固體超快探測器，其特征在于：包括外殼(10)以及設置在外殼(10)內的如權利要求1至8任一所述一種全光固體超快探測芯片；

所述外殼(10)的一端設置輸入窗口(11)，外殼(10)的另一端設置輸出窗口(12)；

所述調制光柵(1)位于靠近輸入窗口(11)的一端，所述第二增透膜(7)位于靠近輸出窗口(12)的一端。

10.利用權利要求9所述一種全光固體超快探測器進行全光固體超快探測方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)信號光(8)入射外殼(10)的輸入窗口(11)；

2)信號光(8)經光學膜系(2)透射后，到達半導體超快響應材料GaAs/AlGaAs多量子阱結構(3)；

3)信號光(8)誘導半導體超快響應材料GaAs/AlGaAs多量子阱結構(3)內部的半導體超快響應材料折射率發生變化，經調制光柵(1)進行調制，在半導體超快響應材料內部形成與信號光(8)相對應的瞬時折射率空間分布圖樣，并將信號光(8)的相位信息寫入半導體超快響應材料，所述相位信息包括時間、空間、強度信息；

4)探針光(9)從外殼(10)的輸出窗口(12)入射，依次經第二增透膜(7)、基片(6)、第一增透膜(5)透射，到達半導體超快響應材料GaAs/AlGaAs多量子阱結構(3)，步驟3)中形成的瞬時折射率空間分布圖樣對探針光的相位信息進行調制，調制后探針光的相位信息映射信號光(8)的相位信息；

5)獲得映射信號光(8)相位信息的探針光，完成對信號光(8)的超快二維探測。