[發明專利]一種電壓型光電轉換器、裝置及方法

有效

• 申請號: 202110259435.8
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN113098478B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 王厚軍;譚峰;廖霜;葉芃;邱渡裕;徐林;陳程;潘卉青;張沁川
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H03K19/0175
• 分類號: H03K19/0175;G01D5/34;H01L25/16;H01L31/0203
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 楊浩林

本發明公開了一種電壓型光電轉換器、裝置及方法，本發明中光電轉換器包括：方形基座、透光片、光頻轉換單元、頻率電壓轉換單元和金屬蓋板，本發明中光電轉換裝置包括：光頻轉換單元、頻率電壓轉換單元、信號調理采集單元、信號處理單元、顯示單元和直流穩壓單元；本發明光電轉換方法為，測量有光和無光條件下頻率電壓轉換單元的輸出電壓，通過電壓計算光信號強度；本發明可以克服現有光電轉換器件將光信號轉換成電流信號或者電壓信號時存在暗電流的問題。

技術領域

本發明涉及光子學，具體涉及一種電壓型光電轉換器、裝置及方法。

背景技術

光電轉換器是利用材料的光電效應制作而成的探測器，它主要利用光電效應將光信號轉換成電信號。自光電效應發現至今，光電轉換器件獲得了突飛猛進的發展，已廣泛應用于各行各業。

目前常用的光電效應轉換器件有光敏電阻、光電池、光電倍增器、光電二極管、光電三極管等，這些光電轉換器件都是基于半導體材料制成。光檢測能力取決于材料的本征能帶結構屬性，例如吸收系數，并且取決于半導體結的幾個特征，例如摻雜分布、結深度、隔離結構深度(LOCOS或STI)等。

光敏電阻器是利用半導體的光電導效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器。光電池是把光能直接變成電能的器件，可作為能源器件使用。光電倍增管一般用來檢測強度較弱的光信號，其性能主要由光陰極、倍增極和極間電壓決定。光電二極管和光電三極管利用了PN結的反向特性，沒有光照時，PN結反向電流極其微弱；有光照時，PN結反向電流迅速增大產生光電流。光的強度越大，反向電流也越大。光的變化引起光電二極管或者光電三極管的電流發生變化。

當然，上述幾種光電轉換器件是將光信號轉換成電流信號或者電壓信號，也存在一定的缺陷和不足，比如：光敏電阻在強光照射下光電轉換線性較差，光電馳豫過程較長，頻率響應(器件檢測變化很快的光信號的能力)很低。光電池的頻率響應尤其是高頻響應特性很差。光電倍增管主要用作微弱光信號檢測，應避免強光直接入射。光電二極管和光電三極管都存在暗電流。暗電流必須預先測量，特別是當光電二極管被用作精密的光功率測量時，暗電流產生的誤差必須認真考慮并加以校正。

發明內容

針對現有技術中的上述不足，本發明提供的一種電壓型光電轉換器、裝置及方法解決了現有光電轉換器件將光信號轉換成電流信號或者電壓信號時存在暗電流的問題。

為了達到上述發明目的，本發明采用的技術方案為：一種電壓型光電轉換器，包括：方形基座、透光片、光頻轉換單元、頻率電壓轉換單元和金屬蓋板；

所述光頻轉換單元與頻率電壓轉換單元通信連接；所述光頻轉換單元和頻率電壓轉換單元固定于方形基座中；所述金屬蓋板和透光片分別與方形基座固定連接。

進一步地，方形基座的材料為陶瓷。

進一步地，光頻轉換單元包括：驅動電路和壓電諧振式傳感器；所述壓電諧振式傳感器的輸出端與驅動電路的輸入端連接。

進一步地，方形基座的內部兩側長邊方向從下至上均包括：第一層臺階、第二層臺階、第三層臺階和第四層臺階；

所述第一層臺階的踏面和第二層臺階的垂面構成的區域為方形基座底部的凹槽；所述驅動電路和頻率電壓轉換單元固定在凹槽中；所述凹槽底部的四個角的表面鍍有金屬層；所述第二層臺階的踏面鍍有金屬層，所述第二層臺階踏面的金屬層與沿方形基座內壁到驅動電路的金屬化走線連接；所述壓電諧振式傳感器固定于第二層臺階的踏面；所述透光片固定于第三層臺階；所述第四層臺階分布于方形基座的四周，其踏面鍍有金屬層；所述第四層臺階與金屬蓋板固定連接。

上述進一步方案的有益效果為：方形基座和開窗的金屬蓋板主要是與透光片一起，將驅動電路和頻率電壓轉換單元封裝起來，起密封作用，防止受到污染而影響其性能。