CN108692813A - 用于近红外检测器的辐射护罩 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于近红外检测器的辐射护罩。用于在拉曼光谱系统中使用的类型的近红外检测器的辐射护罩包括：腔室，所述腔室包封所述检测器；以及冷却设备，所述冷却设备与所述腔室和所述检测器热接触以减小所述检测器否则将被暴露于的有害辐射的水平。所述腔室可以包括与所述检测器光学对准的窗，并且所述窗可以包括一个或多个涂层以通过感兴趣范围中的波长或者阻挡在此范围外的波长处的辐射。所述护罩可以被包封在具有窗的真空杜瓦瓶中，所述窗也可以包括一个或多个涂层以有利于所述波长范围。

Description

用于近红外检测器的辐射护罩

技术领域

本公开一般地涉及光谱学，并且具体地，涉及一种用于在近红外线中操作的检测器的辐射护罩。

背景技术

某些拉曼(Raman)系统按近红外(NIR)范围中的泵浦波长(通常为0.7至2.5微米的波长)而操作。此类系统在某些应用空间中具有优势的原因在于它们减少荧光信号污染量。然而，缺点是此波长范围包含显著且可检测量的黑体辐射，所述黑体辐射它本身表现为背景噪声，这可降低拉曼测量结果的灵敏度、特异性和准确性。此背景由包括面向检测器的仪器的表面的“场景”产生。通常此类表面包括检测器外壳的内壁、检测器外壳的窗以及在到检测器表面的视线中的任何摄谱仪(spectrograph)表面和组件。

在典型的拉曼光谱学应用(诸如天文学、工业过程控制、制药和/或生物制药成分、工艺和质量控制等)中，通常使用热电(TE)堆可使检测器冷却到远低于环境温度。虽然这使在检测器它本身内产生的暗噪声最小化，但是它未解决与入射在检测器上的不良辐射相关联的问题。因此，在本技术邻域中仍然需要进一步的贡献。

发明内容

根据本公开的至少一个方面，一种用于近红外(NIR)检测器的辐射护罩包括：腔室，所述腔室包括NIR检测器和孔，所述腔室由导热材料组成，所述检测器被设置在所述腔室内并与所述孔相对，并且所述护罩还包括冷却设备，所述冷却设备与所述腔室热接触并且被构造成降低所述腔室的温度以减少来自所述腔室的入射在所述检测器上的有害辐射的发射，其中，所述孔被配置成使得所述检测器能够从摄谱仪接收感兴趣的期望工作波长范围中的电磁信号。所述期望工作波长范围可以是0.4至2.5微米，并且所述电磁信号是拉曼信号。在某些实施例中，所述辐射护罩还包括覆盖所述腔室中的所述孔的窗。在另外的实施例中，所述窗包括能够选择性地通过所述工作波长范围和/或阻挡在所述工作波长范围外的波长处的辐射的一个或多个涂层。

在至少一个实施例中，所述腔室被设置在包括与所述孔和所述检测器光学上对准的杜瓦瓶(dewar)窗的真空杜瓦瓶内，其中，所述杜瓦瓶窗包括能够选择性地通过所述工作波长范围和/或阻挡在所述工作波长范围外的波长处的辐射的一个或多个涂层。在某些实施例中，所述腔室具有在所述红外范围中具有相对低的发射率的内表面。在另外的实施例中，所述腔室具有在所述红外范围中具有相对高的反射率的外表面。

根据本公开的另一方面，一种拉曼光谱系统包括：摄谱仪，所述摄谱仪输出近红外(NIR)光学范围中的拉曼光谱；检测器，所述检测器被配置成接收所述光谱并且输出表示具有工作波长范围的所述光谱的电信号，其中，所述检测器被设置在辐射护罩中，所述护罩包括由导热材料组成的腔室并且包括与所述检测器处于相对关系中的开口，使得所述检测器能够通过所述开口从所述摄谱仪接收所述拉曼光谱；以及冷却设备，所述冷却设备与所述腔室接触以降低所述腔室的温度并且减小所述检测器否则将被暴露于的有害辐射的水平。

附图说明

所描述的实施例以及包含在本文中的其它特征、优点和公开内容及实现它们的方式将变得显而易见，并且通过参考结合附图进行的本公开的各种实施例的以下描述将更好地理解本公开，其中：

图1示出包括热电冷却设备的根据本公开的示例性实施例的横截面视图；

图2示出包括多级热电冷却设备的根据本公开的另一实施例的横截面视图；

图3示出根据本公开的替代实施例的横截面视图；以及

图4示出根据本公开的另一实施例的横截面视图。

具体实施方式

本申请公开了用于近红外(NIR)检测器的辐射护罩的各种实施例。根据本公开的实施例通过用所公开的辐射护罩包围检测器来减少NIR检测器对有害辐射的暴露。根据本公开的一个方面，护罩包括包封检测器的腔室，所述腔室被设置为与在腔室中的开口相对，该开口使得检测器能够从摄谱仪接收期望NIR波长范围中的拉曼信号。根据本公开的另一方面，腔室可以包括冷却设备，诸如热电堆叠和/或循环压缩膨胀冷却器，以降低腔室的温度来减小在检测器中产生的背景噪声的水平。理想地，检测器被暴露于的所有表面在所期望的发射率性质情况下将具有尽可能低的温度，以使到达检测器的有害辐射量最小化。为了促进对本公开的原理的理解，现在将参考附图中图示的实施例，并且将使用特定语言来描述这些实施例。然而将理解的是，因此不打算限制本公开的范围。特别地，虽然相对于拉曼光谱系统对本公开进行描述，但是所公开的辐射护罩可以被应用于除用在拉曼光谱系统中的NIR检测器以外的检测器。

图1图示根据本公开的实施例的辐射护罩100。如图1中所示，护罩100包括限定护罩体积115并具有孔113的腔室112。在某些实施例中，护罩100可以被设置在从光谱仪102接收电磁光谱108的真空密封壳体或杜瓦瓶104内。在至少一个实施例中，电磁光谱108可以是来自拉曼光谱仪的拉曼光谱。杜瓦瓶104包括杜瓦瓶窗106，所述杜瓦瓶窗106对环境而言是密封的以限定其中设置有护罩100的真空体积105。

如图1中所示，护罩100可以包括与孔113相对设置在护罩体积115内的检测器110，使得通过杜瓦瓶窗106和孔113透射的电磁光谱108入射在检测器110上。孔113相对于它离检测器110的距离被调整大小，以仅使得透射所期望的光谱108所必需的那些球面角度能够看到检测器110，并且腔室112成比例以覆盖或阻挡不是透射所期望的光谱108所必需的球面角度。

检测器110可以是适合于护罩100的期望应用的任何类型的检测器。例如，检测器110可以是InGaAs(砷化镓铟)、InAs(砷化铟)、Si(硅)、Ge(锗)、SiGe(锗化硅)、PbS(硫化铅)、PbSe(硒化铅)或MCT(碲化镉汞)检测器等。检测器110可以被配置为具有至少一个检测元件的阵列，具体地，检测器110可以被构造为单元件或多元件检测器。在单元件实施例中，例如，特别是对于用于分析物特定应用的窄带，可以在单元件检测器上扫描拉曼光谱。

所述至少一个检测器元件可以是CCD(电荷耦合器件)、CMOS(互补金属氧化物半导体)、具有p-n结的光电二极管、在p和n半导体之间具有本征半导体材料的PIN光电二极管等中的一种。在本公开的至少一个应用中，检测器110可以是线或2D阵列型InGaAs检测器，诸如由传感器无限公司(Sensors Unlimited)制造的1024像素线性InGaAs光电二极管阵列(零件号SU1024LE-1.7)。检测器110可以具有至少包括电磁光谱108和光谱仪102的范围的期望工作波长范围。在某些实施例中，检测器110的期望工作波长范围可以是大约0.4至2.5微米。在替代实施例中，检测器110的期望工作波长范围可以是约0.9至1.4微米或约1.0至1.31微米。

在至少一个实施例中，腔室112是导热的，并且因此由具有相对高的导热率(例如，大于100瓦每米开尔文(W/m·K))的材料制成。在某些实施例中，腔室112由具有大于大约250W/m·K的导热率的材料制成。腔室112可以至少部分地由导热金属、金属合金、非金属、陶瓷、玻璃、单晶材料、多晶材料和/或复合材料组成。例如，腔室可以包括金属(诸如铜或铝)或金属合金，诸如无氧高导热率(OFHC)铜、铜钨(CuW)或其它适合导热的金属或合金。腔室112可以包括诸如氧化铍(BeO)的导热陶瓷、氮化铝(AlN)、硅氮化物(Si₃N₄)、诸如碳化硅(SiC)的碳化物、复合硼化物或其它适合的陶瓷。在另外的实施例中，腔室112可以包括诸如金刚石/金属复合材料的导热复合材料。示例性适合的金属/金刚石复合材料包括铜/金刚石、铝/金刚石、银/金刚石和金刚石/铜-钛。在此类实施例中，可以通过烧结工艺来制作金刚石/金属复合材料以改进金刚石与金属基质之间的润湿性。在某些实施例中，腔室112可以是具有和10W/m·K、20W/m·K或30W/m·K一样低的导热率的材料。在此导热率范围中的示例性材料包括镍-铁合金(即，殷钢)、镍-钴铁合金(即，科伐合金)和铅。在另外的实施例中，腔室112的材料可以具有40、50、60、70、80、90或100W/m·K的导热率。

在至少一个实施例中，腔室112可以至少部分地由碳的同素异形体(诸如金刚石)组成。在这种实施例中，具有厚度的腔室112的至少一个壁可以被构造成减弱或者防止腔室112内的拉曼光谱的再反射和/或来自腔室112外部的热辐射的吸收。例如，腔室112的壁可以沿着其厚度从该壁的外表面处的单晶或多晶金刚石过渡到该壁的内表面处的柱或尖顶的阵列，其中柱或尖顶成比例并分布以增加吸收并且减小通过红外范围的辐射的反射率。可替选地，腔室112可以包括在内表面处的碳的纳米管，其比例和分布使红外范围中的辐射的吸收最大化。在此类实施例中，腔室112的表面结构可以包括小于预定红外范围中的波长的特征。

一般地，红外范围全体地包括约0.7至1000微米的近红外(NIR)、中红外和远红外波长。温度高于约-60℃(即，冷却的InGaAs检测器阵列的温度)的物体的热辐射在约13微米及以下的波长范围中达到峰值。以其灵敏度范围内的波长冲击在检测器上的聚合辐射可以影响其性能。即使峰值辐射波长随着温度增加而转换至较短波长，较高温度表面也在所有波长范围中相应地发射较高绝对光谱辐射。因此，可能期望考虑到检测器而降低表面的温度和发射率以减小热背景噪声。

在根据本公开的至少一个实施例中，腔室112可以包括在至少红外范围中具有相对低的发射系数(即，低发射率)的材料。在操作中，腔室112可以具有介于检测器110的温度与腔室112使其对检测器110部分地屏蔽的周围硬件(包括光谱仪102)的温度之间的温度。在某个温度下，从腔室112发射或反射的热辐射112足够低以致不会显著地升高由冷却器检测器110产生的固有检测器暗电流。在这种实施例中，至少腔室112的内表面可以具有低发射率以限制腔室112的达到腔室112对入射在检测器110上的背景辐射的贡献可忽略的条件所必需的冷却。在这种实施例中，至少腔室112的内表面可以是具有小于大约0.30的发射率的材料。腔室112可以进一步包括具有相对高的光谱反射率的材料，所述光谱反射率可以与低发射率相关联以减少由腔室112对外部辐射的吸收。另外，腔室112的内表面可以是在工作NIR范围内具有相对高的吸收率以减少可能入射在检测器110上的内部反射的材料。在某些实施例中，至少腔室112的外表面可以在红外范围中具有相对高的光谱反射率以使外部辐射的吸收减弱。

在至少一个实施例中，腔室112可以包括本文中所描述的多个层或多种材料的合成物以使外部辐射的吸收减弱，减少来自腔室112的内表面的发射，并且方便来自腔室112的热传导。在所有实施例中，相对高的吸收率可以包括大于0.5、0.7或0.9的吸收率；相对高的光谱反射率可以包括大于0.5、0.7或0.9的反射率；并且相对低的发射率可以包括小于0.1、0.3或0.5的发射率。

腔室112可以包括施加在腔室112的外表面上并且具有相对低的发射率或者具有相对高的光谱反射率以使外部辐射的吸收最小化的外部处理117a。作为示例，外部处理117a可以包括低发射率涂层，诸如包括矾土(即，氧化铝(Al₂O₃))或减小发射率纳米颗粒的涂层。可替选地，外部处理117a可以包括抛光腔室112的外表面以像本文中所描述的那样降低腔室材料的表面发射率并且产生相对低的发射率表面。在示例性实施例中，腔室112可以是具有高度抛光的外表面的铝或铜，从而产生小于0.1的发射率。在至少一个实施例中，外部处理117a可以是光谱反射性的以减少由腔室112对外部辐射的吸收。具有或没有外部处理117a的腔室112可以反射如本文中所定义的红外波长范围的至少一部分中的辐射。

在某些实施例中，腔室112可以进一步包括施加在腔室112的内表面上的内部处理117b。内部处理117b可具有相对低的发射率，包括例如低发射率涂层和/或抛光内表面，类似于在本文中关于外部处理117a所描述的处理。可替选地，内部处理117b可以在工作NIR范围中具有相对高的吸收率，以考虑到检测器110减小腔室112的内表面的反射率并且以减少可以入射在检测器110上的内部反射。例如，内部处理117b可以具有大于大约0.50、0.70或0.90的吸收率。内部处理117b可以包括黑色阳极化、特定平坦(即，无光)黑色涂料或任何适合的高吸收率涂层。在某些实施例中，内部处理117b可以包括施加到腔室112的高吸收率箔，诸如由Acktar有限公司和ACM涂料股份有限公司制造的那些，其中高吸收率涂层被施加到箔或其它衬底，所述箔或其它衬底被随后施加到腔室112以形成内部处理117b。在某些实施例中，内部处理117b和外部处理117a可以是相同的处理。

在至少一个实施例中，护罩100可以包括护罩窗114。在至少一个实施例中，护罩窗114是高度导热的，并且因此由具有相对高的导热率(例如，大于100W/m·K)并且对于光谱仪102和检测器110的工作NIR范围而言高度透明的材料制成。在这种实施例中，护罩窗114可以由以下各项组成：玻璃(即，非晶玻璃)、玻璃陶瓷(即，至少部分结晶玻璃)、金刚石、结晶石英、硅、锗、氮化镓(GaN)晶体、AlN晶体、光学超材料、诸如蓝宝石(即，单晶氧化铝)的透明陶瓷、镁铝尖晶石(MgAl₂O₄)、氧氮化铝尖晶石(Al₂₃O₂₇N₅，常常称为AlON)或其它适合透明的且导热的材料和这些材料的组合。

蓝宝石、结晶石英、硅、锗、GaN晶体、AlN晶体和光学超材料一般地具有比许多普通玻璃和大多数陶瓷高的导热率，并且一般地对红外线具有极好的光学透射率，这可以使从窗114它本身产生热辐射减弱。此外，某些半导体材料(诸如所提及的那些)使得能够经由掺杂、结构加工、生长条件和其它手段来改良光学透射特性。另外，这些半导体材料可以方便阻挡被吸收的可见基本辐射。在这种实施例中，窗114可以具有至少反射几乎所有的有害长波长热辐射的内部光学涂层或表面改性。

在至少一个实施例中，护罩窗114可以包括被配制、构造和施加以通过期望工作NIR范围内的波长和/或阻挡其它不期望波长的一个或多个涂层116。涂层116可以进一步被极化以限制入射在腔室112和检测器110的内表面上的外部辐射。涂层116可以是任何操作适当的涂层或滤波器技术，诸如电介质、抗反射、二向色或褶皱涂层和滤波器。可以选择涂层116以使得能实现涂层工作波长范围，至少包括检测器110和光谱仪102的期望工作NIR范围。例如，涂层116可以具有大约0.4至2.5微米或1.0至1.31微米的涂层工作波长范围。在某些实施例中，涂层116可以进一步包括短通滤波器或带通滤波器涂层以阻挡高于或在期望工作波长范围外的波长处的辐射。作为一个实例，涂层工作波长范围可以是适用于拉曼光谱学的范围，并且大多数有害热辐射将在高于拉曼范围的波长处。涂层116使得窗114能够阻挡或者至少减弱来自周围硬件和场景的大量有害辐射，即负责将热量以及因此背景噪声传送到检测器110的辐射。在至少一个实施例中，涂层116可以包括在指定范围中至少部分地反射、吸收和/或散射辐射或其组合的层。

在根据本公开的至少一个实施例中，护罩100可以包括冷却设备120，如图1中所示。冷却设备120使得腔室112能够被冷却到对于检测器110适当的工作温度(即，期望检测器温度)。在包括护罩窗114的实施例中，冷却设备120使得能实现护罩窗114和腔室112的冷却。在某些实施例中，冷却设备120可以是固态冷却器。在此类实施例中，冷却设备120可以是被构造成在施加电压电位时根据电流的方向跨越n-p结将热量从设备的一侧传递到另一侧的半导体热电(TE)设备(即，珀耳帖设备)，诸如热电冷却器(TEC)。某些此类设备被设计成作为冷却器或加热器最高效地操作。然而，冷却设备120可以是可被用作加热或者冷却的温度控制器的热电热泵。

在至少一个实施例中，冷却设备120可以是循环压缩膨胀冷却器。例如，冷却设备120可以是具有再生器以方便来自护罩100的热传递的闭式循环斯特林(Stirling)热泵。一种这种设备已经由台湾的微星国际有限公司制造出来。可替选地，冷却设备120可以是使用逆卡诺循环来方便来自护罩100的热传递的闭式循环卡诺热泵。在另外的实施方式中，冷却设备120可以是使用与腔室112热连通的液化气体的低温冷却器(即，制冷机)。在这种实施例中，液化气体可以包括但不限于氮气、二氧化碳、甲烷、乙烷、氧气、氢气等中的一种或多种。

冷却设备120可以被配置成产生最小热泵送容量以使护罩100冷却到期望护罩温度并且以使检测器110维持在期望检测器温度下。冷却设备120可以具有能够具有大约-20℃至-120℃的冷却范围的热泵送容量。在某些应用(诸如用于拉曼光谱学的应用)中，冷却范围可能至少延伸到-60℃。在至少一个实施例中，冷却设备120可以是具有两级或更多级并且与单级冷却器相比能够具有较大的热泵送容量的多级冷却设备。例如，冷却设备120可以具有能够跨越第一级产生第一温度差以产生第一冷却温度的第一级，以及能够跨越第二级产生第二温度差以产生第二冷却温度的第二级，其中第二冷却温度低于第一冷却温度。另外，冷却设备120可具有各自能够产生附加温度差以产生甚至更低的冷却温度的附加级，从而增加冷却设备120的总冷却容量。

护罩100可以进一步包括设置在腔室112与冷却设备120之间的具有相对高的导热率的热界面材料以改进热接触，减小热阻并且方便其之间的热传递。热界面材料可以是热流体、热油脂或膏、弹性热导体或在熔融状态下施加的焊剂。在并入热流体、热油脂或焊剂的实施例中，可以在至少配合表面上施加材料。在并入弹性热导体(诸如金属或金属氧化物填充的弹性体)的实施例中，材料可以被放置在配合表面之间并通过组装保持就位。

腔室112和冷却设备120可以包括贯穿件118以向检测器110传送电力和/或从检测器110传送信号并且以使得能够控制冷却设备120。此类贯穿件118可以经过杜瓦瓶104的底部部分，如图1中所示。

图2图示根据本公开的另一实施例的辐射护罩200。如图2中所示，护罩200可以包括具有第一级221和第二级222的多级冷却设备220。护罩200可以包括具有在壁中与冷却设备220相邻的底部开口213的腔室212。开口213可以被构造成使得冷却设备220的至少一部分(例如，第二级222)能够至少部分地通过腔室212突出。开口213使得能实现多级冷却设备220的腔室212和其它级之间的接触和直接热连通。在图2中，腔室212与第一级221直接热连通。在这种实施例中，冷却设备220可使腔室212冷却到基本上由第一级221驱动的低于环境或周围温度的中间温度，并且冷却设备220可以进一步使检测器110冷却到基本上由第二级222驱动的低于中间温度的目标温度。在某些实施例中，第一级221可以是具有多于两级的多级TE堆的中间级并且第二级222可以是最后级。

具有开口213的腔室212为多级冷却设备220的第一级221提供高效且有效的热界面，这使得护罩200能够在介于外部环境温度与检测器110的期望工作温度的温度中间的期望中间温度下操作。在这样做时，第二级222上的热负载减小了，使得能实现冷却设备220的更高效操作和/或检测器110的更低工作温度。利用多级冷却设备220，在某个中间护罩温度下可以存在收益递减点，在所述某个中间护罩温度以下来自护罩200的热辐射相对于较冷检测器110的固有暗电流不再显著。在至少一个实施例中，冷却设备220可以是具有两级或更多级并且与单级热电冷却器相比能够具有较大的热泵送容量的多级热电冷却器(即，TEC堆)。示例性TEC由马洛工业公司和TE技术公司等制造。

参考图1，在本公开的某些实施例中，杜瓦窗106、护罩窗116和检测器110可以相对地极接近。在这种实施例中，通过具有涂层116的单独的护罩窗114促进的对减弱有害入射辐射的改进可能是有限的，因为护罩窗114上的涂层116(例如，电介质滤波器涂层)必须操作以有效地防止外部辐射到达检测器110所需较大的立体角。在此类实施例中，可以让孔113打开(即，可以省略护罩窗114)，从而在检测器110与杜瓦瓶窗106之间不留下光学材料(护罩窗或护罩窗涂层)。

图3图示根据本公开的另一实施例的包围护罩200的杜瓦瓶304。如图3中所示，护罩200不必包括护罩窗。在此类实施例中，杜瓦瓶304可以包括具有涂层316的杜瓦瓶窗306。具有涂层316的杜瓦瓶窗306减弱可能难以在杜瓦窗306、腔室212和检测器110相对地极接近的情况下过滤的有害入射辐射。

取决于杜瓦窗306的组成，涂层316可以与涂层116相同或基本上相同。因此，涂层316可以具有大约0.4至2.5微米的涂层工作波长范围。在某些实施例中，涂层316可以进一步包括短通滤波器或带通滤波器涂层以阻挡高于或在期望工作波长范围外的波长处的辐射。作为一个实例，涂层工作波长范围可以是适用于拉曼光谱学的范围，并且大多数有害热辐射将在高于拉曼范围的波长处。涂层316使得杜瓦瓶窗306能够阻挡或者至少减弱来自周围硬件和场景的大量有害辐射，即负责将热量以及因此背景噪声传送到检测器110的辐射。

在根据本公开的另一实施例中，在图4中示出了辐射护罩400。在图4中，护罩400被示出为设置在杜瓦瓶104内，并且未示出光谱仪102。护罩400可以包括具有开口413的腔室412。护罩400可以进一步包括多级冷却设备420，所述多级冷却设备420包括第一级421和第二级422，所述第二级422具有被配置成使得能够将检测器110的至少一部分放置成与第一级421热连通但与第二级422和腔室412隔离的开口或空隙423，所述腔室412可以接触第二级422。在这种实施例中，冷却设备420可以被配置为使得检测器110位于与腔室412不同的平面上，如图4中所示。开口413使得能实现腔室412与多级冷却设备420的较冷级之间的接触和直接热连通，从而使得能够腔室421能够被冷却到比检测器110低的温度。

如图4中所示，腔室412可以与第二级422直接热连通，所述第二级422可以比第一级421更冷。在这种实施例中，冷却设备420可以使检测器110冷却到基本上由第一级421驱动的低于环境温度或周围温度的中间温度，并且冷却设备420可以进一步使腔室412冷却到基本上由第二级422驱动的低于中间温度的目标温度。在某些实施例中，第一级421可以是具有多于两级的多级冷却器的中间级并且第二级422可以是最后级。

具有开口或空隙423的冷却设备420以及具有开口413的腔室412提供到多级冷却设备420的第二级422的高效且有效的热界面，这使得护罩400能够在低于检测器110的期望工作温度的期望温度下操作。在这样做时，由腔室412发射的潜在干扰辐射减小，从而改进检测器110的信噪比。利用多级冷却设备420，在某个护罩温度下可以存在收益递减点，在所述护罩温度以下来自护罩400的热辐射相对于检测器110的固有暗电流不再显著。

虽然已经在本文中相当详细地描述了用于NIR检测器的辐射护罩的各种实施例，但是这些实施例仅仅作为本文中所描述的本公开的非限制性示例被提供。因此将理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以做出各种改变和修改，并且等同物可以取代其元件和步骤。实际上，本公开不旨在为详尽的或者限制所公开的主题的范围。

Claims (29)

1.一种用于近红外检测器的辐射护罩，包括：

腔室，所述腔室包括孔和具有至少一个检测器元件的近红外检测器，所述腔室由导热材料组成，所述检测器被设置在所述腔室内并与所述孔相对；以及

冷却设备，所述冷却设备与所述腔室热接触并且被构造成降低所述腔室的温度以减少来自所述腔室的入射在所述检测器上的有害辐射的发射，其中，所述孔被配置成使得所述检测器能够从摄谱仪接收期望工作波长范围中的电磁信号。

2.根据权利要求1所述的辐射护罩，其中，所述期望工作波长范围是0.4至2.5微米，并且所述电磁信号是拉曼信号。

3.根据权利要求1所述的辐射护罩，所述辐射护罩还包括覆盖所述腔室中的所述孔的窗，其中，所述窗由玻璃、玻璃陶瓷、金刚石、结晶石英、硅、锗、氮化镓晶体、氮化铝晶体、光学超材料、透明陶瓷或其组合组成。

4.根据权利要求1所述的辐射护罩，所述辐射护罩还包括覆盖所述腔室中的所述孔的窗，其中，所述窗包括能够选择性地通过所述期望工作波长范围和/或阻挡在所述期望工作波长范围外的波长处的辐射的一个或多个涂层。

5.根据权利要求1所述的辐射护罩，其中，所述腔室被设置在包括与所述孔和所述检测器光学上对准的杜瓦瓶窗的真空杜瓦瓶内，其中，所述杜瓦瓶窗包括能够选择性地通过所述期望工作波长范围和/或阻挡在所述期望工作波长范围外的波长处的辐射的一个或多个涂层。

6.根据权利要求1所述的辐射护罩，其中，所述腔室由金属、金属合金、非金属、陶瓷、玻璃、单晶材料、多晶材料和/或复合材料组成。

7.根据权利要求6所述的辐射护罩，其中，所述腔室材料具有大于30瓦每米开尔文的导热率。

8.根据权利要求6所述的辐射护罩，其中，所述腔室材料具有大于100瓦每米开尔文的导热率。

9.根据权利要求1所述的辐射护罩，其中，所述腔室由碳的同素异形体组成，所述腔室包括壁，所述壁具有从所述壁的外表面处的碳的单晶或多晶同素异形体过渡到所述壁的内表面处的柱或尖顶的阵列的厚度，其中，所述柱或尖顶成比例并分布以使在所述检测器的所述工作波长范围中的辐射的吸收最大化。

10.根据权利要求1所述的辐射护罩，其中，所述腔室具有在所述红外范围中发射率小于0.1、0.3或0.5的内表面。

11.根据权利要求10所述的辐射护罩，其中，所述内表面包括表面处理。

12.根据权利要求1所述的辐射护罩，其中，所述腔室具有带表面处理的内表面，所述表面处理在所述工作波长范围中具有大于0.5、0.7或0.9的吸收率。

13.根据权利要求1所述的辐射护罩，其中，所述腔室具有在所述红外范围中发射率小于0.2和/或反射率大于0.8的外表面。

14.根据权利要求13所述的辐射护罩，其中，所述外表面包括表面处理。

15.根据权利要求1所述的辐射护罩，其中，所述检测器是砷化镓铟、砷化铟、硅、锗、硅化锗、硫化铅、硒化铅或碲化镉汞检测器。

16.根据权利要求1所述的辐射护罩，其中，所述检测器是多元件检测器。

17.根据权利要求1所述的辐射护罩，其中，所述冷却设备是固态冷却器、循环压缩膨胀冷却器或低温冷却器。

18.根据权利要求1所述的辐射护罩，其中，所述腔室包括在壁中与所述冷却设备相邻的开口并且所述冷却设备是多级冷却设备，所述多级冷却设备包括与所述腔室热接触并且能够操作来使所述腔室冷却到中间温度的第一级以及与所述检测器热接触并且能够操作来使所述检测器冷却到低于所述中间温度的目标温度的第二级。

19.根据权利要求1所述的辐射护罩，其中，所述腔室包括在壁中与所述冷却设备相邻的开口并且所述冷却设备是多级冷却设备，所述多级冷却设备包括与所述检测器热接触并且能够操作来使所述检测器冷却到中间温度的第一级以及与所述腔室热接触并且能够操作来使所述腔室冷却到低于所述中间温度的目标温度的第二级。

20.一种拉曼光谱系统，包括：

摄谱仪，所述摄谱仪被配置成产生近红外光学范围中的拉曼光谱；

检测器，所述检测器被配置成接收所述光谱并且输出表示具有期望工作波长范围的所述光谱的电信号，其中，所述检测器被设置在辐射护罩中，所述护罩包括由导热材料组成的腔室并且包括与所述检测器处于相对关系中的开口，使得所述检测器能够通过所述开口从所述摄谱仪接收所述拉曼光谱；以及

冷却设备，所述冷却设备与所述腔室接触以降低所述腔室的温度来减少来自所述腔室的、所述检测器否则将被暴露于的有害辐射的发射。

21.根据权利要求20所述的系统，所述系统还包括覆盖所述腔室中的所述开口的窗，其中，所述窗由玻璃、玻璃陶瓷、金刚石或透明陶瓷构造。

22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述窗包括一个或多个涂层以通过感兴趣的所述期望工作波长范围或者阻挡在感兴趣的所述期望工作波长范围外的波长处的辐射。

23.根据权利要求20所述的系统，其中，所述腔室被设置在包括与进入所述腔室的所述开口光学对准的杜瓦瓶窗的真空杜瓦瓶内。

24.根据权利要求23所述的系统，其中，所述杜瓦瓶窗包括一个或多个涂层以通过所述期望工作波长范围或者阻挡在所述期望工作波长范围外的波长处的辐射。

25.根据权利要求20所述的系统，其中，所述腔室由金属、金属合金、非金属、陶瓷、玻璃、单晶材料、多晶材料和/或复合材料组成。

26.根据权利要求20所述的系统，其中，所述腔室材料具有大于100瓦每米开尔文的导热率。

27.根据权利要求20所述的系统，其中，所述腔室具有发射率小于0.1、0.3或0.5的内表面和反射率大于0.5、0.7或0.9的外表面。

28.根据权利要求20所述的系统，其中，所述冷却设备是多级设备，所述多级设备包括与所述腔室热接触并且能够操作来使所述腔室冷却到中间温度的第一级以及与所述检测器热接触并且能够操作来使所述检测器冷却到低于所述中间温度的目标温度的第二级。

29.根据权利要求20所述的系统，其中，所述冷却设备是多级设备，所述多级设备包括与所述检测器热接触并且能够操作来使所述检测器冷却到中间温度的第一级以及与所述腔室热接触并且能够操作来使所述腔室冷却到低于所述中间温度的目标温度的第二级。