CN102324370A - 一种紫外光电管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种紫外光电管，包括管壳和管座，所述管壳顶部有开口，所述管座和管壳封装抽真空形成密封腔体，腔体内包括阴极，所述阴极上方设有阳极，阴极和阳极之间设有极间绝缘件，阳极上方设有由透紫材料制成的光窗，所述光窗在所述管壳开口处与管壳封接，所述阳极连接阳极引脚，所述阴极连接阴极引脚，所述阴极引脚和阳极引脚伸出于管座之外，所述阳极包括透紫材料基体以及覆于基体表面的纳米级透紫金属膜层，所述阴极包括非金属基体以及覆于基体表面的掺杂金属膜层。本发明的紫外光电管灵敏度高、可靠性高、响应速度快、抗震性好、耐高温、寿命长。本发明适用于航空器、火箭等的尾焰探测、导弹探测及制导、紫外保密通信等领域。

Description

一种紫外光电管

技术领域

本发明涉及一种紫外光电管，特别涉及一种灵敏度高、紫外光谱响应频段可控、响应速度快的紫外光电管。

背景技术

紫外探测技术是继红外和激光技术之后发展起来的又一重要的光电探测技术，其在医学、生物学、军事等领域的应用前景广阔，对一个国家的国防和国民经济建设均有重要的意义，可以广泛应用在航空器、火箭等的尾焰探测、导弹探测及制导、紫外保密通信、火灾报警等方面。目前的紫外光电管都是采用透紫玻璃或石英玻璃作为外壳和光窗，利用钼、镍等金属材料作为光电子发射阴极，用玻壳把阴阳极封装在光电管里边，然后通过排气之后再充入工作气体，像制作灯泡一样制作完成。这种传统的紫外光电管体积大、强度低、探测灵敏度不理想。

申请号为200810044571.X的中国发明专利公开了一种紫外火焰传感器及其制作方法，包括透紫玻璃片；网状阳极，该阳极层制作在透紫玻璃片上；阴极衬底玻璃片；光电阴极，该层制作在阴极衬底玻璃片上面；玻璃环，该玻璃环制作在阴极和阳极中间；抽真空口，该抽真空口制作在玻璃环上；塑封底座，该底座制作在阴极衬底玻璃下面；阴极和阳极引出线，该引出线粘接在塑封底座上，分别与阴极和阳极引出线相连接；塑料外壳，该外壳制作在塑封底座、玻璃环和玻璃片周围。与传统紫外光电管相比，该发明结构简单、尺寸小、强度有提升、灵敏度有一定提高。但是，其灵敏度依然不理想、抗震性能不佳、更不能在150℃以上的高温环境下工作，紫外光谱响应范围也无法控制在最佳范围，因此在战斗机发动机空中熄火监控、大型油品储存洞库消防监测、航空器、火箭等的尾焰探测、导弹探测及制导、紫外保密通信等对探测紫外辐射灵敏度要求高的应用领域，现有的紫外光电管依然不能满足要求。

 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种探测灵敏度高、光谱响应频段可控、结构牢固、可靠性高、响应速度快、寿命长、小型化的紫外光电管。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种固体紫外光电管，包括管壳和管座，所述管壳顶部有开口，所述管座和管壳封装抽真空形成密封腔体，所述腔体内包括阴极，所述阴极上方设有阳极，所述阴极和阳极之间设有极间绝缘件，所述阳极上方设有由透紫材料制成的光窗，所述光窗在所述管壳开口处与管壳封接，所述阳极连接阳极引脚，所述阴极连接阴极引脚，所述阴极引脚和阳极引脚伸出于管座之外，所述阳极包括透紫材料基体以及覆于基体表面的纳米级透紫金属膜层，所述阴极包括非金属基体以及覆于基体表面的掺杂金属膜层。

作为优选，所述透紫材料为石英玻璃或蓝宝石，这两种材料透紫外光效果好。

作为优选，所述纳米级透紫金属膜层为超微纳米级光学金属膜层，该金属膜层使原有透紫基体的透紫率增加，反射率降低，灵敏度提高，不在阳极上光刻，更达到减化工序，降低成本的效果；

作为优选，所述管壳和管座为金属，管壳和管座组成的整个金属外壳有屏蔽作用。

作为优选，所述极间绝缘件包括第一极间绝缘件和第二极间绝缘件，所述第一极间绝缘件和第二极间绝缘件分别位于阴极和阳极之间区域的左右两侧；

所述第一极间绝缘件和第二极间绝缘件为氮化铝或氧化铝陶瓷，陶瓷的绝缘性好、热膨胀系数小；所述第一极间绝缘件和第二极间绝缘件表面镀有金属膜，方便与阳极和阴极连接。

作为优选，所述光窗封接于所述管壳开口处的外壁或内壁；所述光窗下表面是平面，上表面或为平面或为凸面，上表面为凸面时，增加了外部通光量，提高灵敏度。

作为优选，所述阴极采用的掺杂金属膜层为金掺镍或镍掺钼金属膜层。这种金属材料的混合搭配使得阴极的逸出功可按设计要求控制于日盲段内，光量子产率高，响应速度快，灵敏度高；

作为优选，所述阴极采用的非金属基体为氮化铝或氧化铝陶瓷基体。陶瓷绝缘性好，热膨胀系数小。

作为优选，所述阴极下方设有阳极引脚和阴极引脚，电极引脚可以起到固定支撑作用。

作为优选，阳极和阴极分别连接阳极引脚和阴极引脚是这样实现的：所述阴极表面上在靠近第一极间绝缘件内侧处设有至少一圈第一竖向刻痕，所述阴极表面上在靠近第二极间绝缘件内侧处设有至少一圈第二竖向刻痕，所述第一竖向刻痕和第二竖向刻痕将所述阴极表面金属膜竖向断开为三部分，即第一阳极区、阴极区、第二阳极区；

所述第一阳极区或第二阳极区下端连接阳极引脚，所述阴极区的下端连接阴极引脚；

上述阳极和阴极分别连接阳极引脚和阴极引脚也可以这样实现：所述阴极表面上设有至少一圈竖向刻痕，所述竖向刻痕将阴极表面金属膜竖向断开为两部分，即第一区域和第二区域，并且所述竖向刻痕靠近第二极间绝缘件内侧处；

第一极间绝缘件上设有至少一圈横向刻痕，所述横向刻痕将第一极间绝缘件表面金属膜横向断开为两部分；所述第一区域下端连接阴极引脚，所述第二区域下端连接阳极引脚。这两种实现方式在保证阴极尽可能大的有效工作区域的情况下，使得极间绝缘件与阳极和阴极的连接更加牢固，阴极下方连接的两个电极引脚也可以起到固定支撑作用。

作为优选，所述阳极引脚与管座连接处通过非金属材料隔离层隔开；所述阴极引脚与管座连通。管座与管壳为金属，通过阴极引脚接地，固体紫外光电管工作时整个的金属外壳有屏蔽作用，防止外界环境对固体紫外光电管的工作电路的影响，抗干扰性可靠性好。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明阳极包括透紫材料基体以及覆于基体表面的纳米级透紫金属膜层，阳极透光面积比达到100%，光电子接触面积增大，阴极包括非金属基体及覆于该基体表面的金掺镍或镍掺钼金属膜层，该阴极逸出功可按设计要求控制在日盲段，光量子产率高，响应速度快，灵敏度高；

2、本发明采用的纳米级透紫金属膜层，使原有透紫基体的透紫率增加，反射率降低，由于不在阳极上光刻，更达到减化工序，降低成本的效果；

4、本发明的紫外光电管的管壳与管座采用金属，并与阴极引脚相连，工作时整个的金属外壳起到屏蔽作用，防止外界环境对紫外光电管的工作电路的影响，抗干扰性可靠性提高；

5、本发明的紫外光电管的极间绝缘件连接于阳极和阴极之间，确保了阳极和阴极的极间距离和平行度，提高器件工作时间和使用寿命；

6、本发明的紫外光电管采用集成电路加工工艺， 紫外光电管体积小、质量轻；

7、与传统紫外光电管相比，本发明的紫外光电管采用固体封装结构，封接为成品后所有零件成为一个刚体，抗冲击震动性能好。同时，光窗、阴极和极间绝缘件的材料使用蓝宝石、氮化铝、氧化铝，其热膨胀系数小。结构、材料和工艺的结合使本发明的紫外光电管可以在200℃以上的高温环境下工作，这是传统紫外光电管无法实现的。

附图说明：

图1是本发明紫外光电管实施例1的结构图；

图2是本发明紫外光电管实施例2的结构图；

图中标记：1-管壳，2-光窗，3-阳极，4-阴极，5-管座，6-极间绝缘件，61-第一极间绝缘件，62-第二极间绝缘件，7-阳极引脚，8-阴极引脚，9-隔离层。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

如图1所示，一种紫外光电管，包括管壳1和管座5，所述管壳1顶部有开口，所述管座1和管壳5封装抽真空形成密封腔体，所述腔体内包括阴极4，所述阴极4上方设有阳极3，所述阳极3包括透紫材料基体以及覆于基体表面的纳米级透紫金属膜层，所述透紫材料为石英玻璃或蓝宝石，这两种材料透紫外光效果好，所述纳米级透紫金属膜层为超微纳米级光学金属膜层，该金属膜层使透紫基体的透紫率增加，透紫率达到100%，反射率降低，紫外光电管灵敏度提高；同时，由于不在阳极上光刻，更达到减化工序，降低成本的效果。所述阴极4采用氮化铝或氧化铝陶瓷基体及覆于该基体表面的掺杂金属膜层，该金属膜层为金掺少量镍或镍掺少量钼的金属膜层，与单纯的钼或镍金属膜层的阴极相比，该金属膜层的阴极4逸出功可按设计要求控制在日盲段，光量子产率高，响应速度快，灵敏度高。所述阴极4和阳极3之间设有极间绝缘件6，所述极间绝缘件6包括第一极间绝缘件61和第二极间绝缘件62，分别位于阴极4和阳极3之间左右两侧，第一极间绝缘件61和第二极间绝缘件62均为氮化铝或氧化铝陶瓷，并且表面镀有金属膜，陶瓷绝缘性好，镀金属膜利于极间绝缘件6与阳极3和阴极4的连接，极间绝缘件6连接于阳极3和阴极4之间，确保了阳极3和阴极4的极间距离和平行度，提高器件工作时间和使用寿命。所述阳极3上方设有由石英玻璃或蓝宝石制成的光窗2，所述光窗2封接于所述管壳1开口处的外壁或内壁，光窗2下表面是平面，上表面或为平面或为凸面，光窗2上表面为凸面时，可以提高外部通光率。所述光窗2在所述管壳1开口处与管壳1封接，所述阴极4下方两侧设有阳极引脚7和阴极引脚8，可以起到固定支撑作用，使紫外光电管结构牢固。所述阳极3连接阳极引脚7，所述阴极4连接阴极引脚8，所述阴极引脚8和阳极引脚7伸出于管座5之外。所述管壳1和管座5为金属，所述阳极引脚7与管座5连接处通过玻璃材料隔离层9隔开，所述阴极引脚8与管座5连通，紫外光电管工作时，与阴极引脚8连通的金属管座5与管壳1形成一个金属屏蔽体，降低外部环境对内部电路的影响，提高紫外光电管的抗干扰性和可靠性。

其中所述阳极3连接阳极引脚7，所述阴极4连接阴极引脚8是这样实现的：所述阴极4表面上在靠近第一极间绝缘件61内侧处设有至少一圈第一竖向刻痕，所述阴极4表面上在靠近第二极间绝缘件62内侧处设有至少一圈第二竖向刻痕，所述第一竖向刻痕和第二竖向刻痕将所述阴极4表面金属膜竖向断开为三部分，即第一阳极区、阴极区、第二阳极区；所述第一阳极区或第二阳极区下端连接阳极引脚7，所述阴极区的下端连接阴极引脚8，这样就实现了阳极3与阳极引脚7的连接，阴极4与阴极引脚8的连接。这种连接方式在保证阴极4尽可能大的有效工作区域的情况下，使得极间绝缘件6与阳极3和阴极4的连接更加牢固，阴极4下方连接的两个电极引脚也可以起到固定支撑的作用，使紫外光电管结构更加牢固。

实施例2

如图3所示，本实施例的紫外光电管的结构与实施例1相似，其不同之处在于，所述阳极3与阳极引脚7的连接，阴极4与阴极引脚8的连接也可这样实现：所述阴极4表面上设有至少一圈竖向刻痕，所述竖向刻痕将阴极4表面金属膜竖向断开为两部分，即第一区域和第二区域，并且所述竖向刻痕靠近第二极间绝缘件62内侧处；第一极间绝缘件61上设有至少一圈横向刻痕，所述横向刻痕将第一极间绝缘件61表面金属膜横向断开为两部分；所述第一区域下端连接阴极引脚8，所述第二区域下端连接阳极引脚7。这种连接方式在保证阴极4尽可能大的有效工作区域的情况下，使得极间绝缘件6与阳极3和阴极4的连接更加牢固，阴极4下方连接的两个电极引脚也可以起到固定支撑的作用，使紫外光电管结构更加牢固。

本发明中：

1、阳极的选择：

传统的紫外光电管的阳极为线状或片状结构，电极的结构与形状直接影响光电子接触面积，进而影响探测灵敏度，作为改进，现有技术中出现了网状结构的阳极，透光面积比达到40%-80%。本发明紫外光电管的阳极包括透紫材料基体以及覆于基体表面的纳米级透紫金属膜层，所述纳米级透紫金属膜层为超微纳米级光学金属膜层，该超微纳米级光学金属膜层增加透紫基体透紫率，降低光反射率，同时紫外光透过该阳极照射在阴极面上，透光面积比达到100%，紫外光电管灵敏度提高；同时，由于不在阳极上光刻，更达到减化工序，降低成本的效果。

2、阴极的选择：

每一种金属在产生光电效应时都存在一极限频率，或称截止频率，即照射光的频率不能低于某一临界值。当入射光的频率低于极限频率时，无论多强的光都无法使电子逸出。因此紫外光电管阴极的选择要考虑阴极材料的逸出功，即电子克服原子核的束缚,从材料表面逸出所需的最小能量。所以应选择逸出功适当的材料作为阴极，现有技术中采用金属材料镍或钼作为阴极，本发明的紫外光电管的阴极包括氮化铝或氧化铝陶瓷基体及覆于该基体表面的掺杂金属膜层，经过大量试验，该掺杂金属膜层为金掺少量镍或镍掺少量钼的金属膜层，相比单独的金属材料镍或钼阴极，这种金属材料的混合搭配制作的阴极的逸出功可控，并使光谱响应频段保持在最佳范围内，通常为日盲段，即160nm~290nm光谱响应范围内，对可见光和红外线不响应。另外该阴极为面电极，光电子接触面积增大，少量的光照即可发生光电效应，响应速度快、灵敏度高。

Claims (16)

1.一种紫外光电管，包括管壳（1）和管座（5），所述管壳（1）顶部有开口，所述管座（1）和管壳（5）封装抽真空形成密封腔体，所述腔体内包括阴极（4），所述阴极（4）上方设有阳极（3），所述阴极（4）和阳极（3）之间设有极间绝缘件（6），所述阳极（3）上方设有由透紫材料制成的光窗（2），所述光窗（2）在所述管壳（1）开口处与管壳（1）封接，所述阳极（3）连接阳极引脚（7），所述阴极（4）连接阴极引脚（8），所述阴极引脚（8）和阳极引脚（7）伸出于管座（5）之外，其特征在于，所述阳极（3）阳极包括透紫材料基体以及覆于基体表面的纳米级透紫金属膜层，所述阴极（4）包括非金属基体以及覆于该基体表面的掺杂金属膜层。

2.根据权利要求1所述的紫外光电管，其特征在于，所述透紫材料为石英玻璃或蓝宝石。

3.根据权利要求2所述的紫外光电管，其特征在于，所述纳米级透紫金属膜层为超微纳米级光学金属膜层。

4.根据权利要求3所述的紫外光电管，其特征在于，所述管壳和管座为金属。

5.根据权利要求4所述的紫外光电管，其特征在于，所述极间绝缘件（6）包括第一极间绝缘件（61）和第二极间绝缘件（62），所述第一极间绝缘件（61）和第二极间绝缘件（62）分别位于阴极（4）和阳极（3）之间两侧。

6.根据权利要求5所述的紫外光电管，其特征在于，所述第一极间绝缘件（61）和第二极间绝缘件（62）为氮化铝或氧化铝陶瓷。

7.根据权利要求6所述的紫外光电管，其特征在于，所述第一极间绝缘件（61）和第二极间绝缘件（62）表面镀有金属膜。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的紫外光电管，其特征在于所述光窗（2）封接于所述管壳（1）开口处的外壁或内壁。

9.根据权利要求8所述的紫外光电管，其特征在于，所述光窗（2）下表面是平面，上表面或为平面或为凸面。

10.根据权利要求9所述的紫外光电管，其特征在于，所述阴极（4）采用的掺杂金属膜层为金掺镍或镍掺钼金属膜层。

11.根据权利要求10所述的紫外光电管，其特征在于，所述阴极（4）采用的非金属基体为氮化铝或氧化铝陶瓷基体。

12.根据权利要求11所述的紫外光电管，其特征在于，所述阴极（4）下方设有阳极引脚（7）和阴极引脚（8）。

13.根据权利要求12所述的紫外光电管，其特征在于，所述阴极（4）表面上在靠近第一极间绝缘件（61）内侧处设有至少一圈第一竖向刻痕，所述阴极（4）表面上在靠近第二极间绝缘件（62）内侧处设有至少一圈第二竖向刻痕，所述第一竖向刻痕和第二竖向刻痕将所述阴极（4）表面金属膜竖向断开为三部分，即第一阳极区、阴极区、第二阳极区；

所述第一阳极区或第二阳极区下端连接阳极引脚（7），所述阴极区的下端连接阴极引脚（8）。

14.根据权利要求12所述的紫外光电管，其特征在于，所述阴极（4）表面上设有至少一圈竖向刻痕，所述竖向刻痕将阴极（4）表面金属膜竖向断开为两部分，即第一区域和第二区域，并且所述竖向刻痕靠近第二极间绝缘件（62）内侧处；

第一极间绝缘件（61）上设有至少一圈横向刻痕，所述横向刻痕将第一极间绝缘件（61）表面金属膜横向断开为两部分；所述第一区域下端连接阴极引脚（8），所述第二区域下端连接阳极引脚（7）。

15.根据权利要求13或14所述的紫外光电管，其特征在于，所述阳极引脚（7）与管座（5）连接处通过非金属材料隔离层（9）隔开。

16.根据权利要求15所述的紫外光电管，其特征在于，所述阴极引脚（8）与管座（5）连通。

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