CN109673168B - 多结型探测器装置和使用方法 - Google Patents

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Abstract

公开了新颖的多结型探测器装置和使用方法，其包括：壳体；被定位在壳体内的至少一个安装件系统本体；在安装件系统本体中形成的至少一个光束收集区域；其中，具有第一波长响应度范围的第一探测器被定位在安装件系统本体上，且具有第二波长响应度范围的至少第二探测器被定位在安装件系统本体上、与第一探测器光学连通。

Description

多结型探测器装置和使用方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年8月2日提交的、名称为“Multi-Junction Detector Deviceand Method of Use（多结型探测器装置和使用方法）”的美国临时专利申请序列号62/370,204的优先权，该文献的内容通过引用以其整体并入本文中。
背景技术
光电二极管是现今使用中的最常用的光电探测器。目前，其被用于任何类型的应用中，且正迅速被并入到许多额外的应用中。大体上，光电二极管为光电倍增管或者类似的装置提供了紧凑、坚固（rugged）、低成本的替代方案。
当前，光电二极管由多种材料制造，每种材料都提供在限定的电磁光谱范围内的灵敏性。例如，如在图1中示出地，当利用具有从大约180 nm至大约1100 nm的波长的信号照射时，硅基光电二极管和光电探测器通常产生显著的光电流。相比之下，如在图2中示出地，当利用具有从大约800 nm至大约1800 nm的波长的信号照射时，锗基光电二极管产生显著的光电流。
目前，各种应用利用硅基光电二极管和锗基光电二极管两者来测量具有广光谱特征（例如，从大约180 nm至大约1800 nm）的光学信号。如在图3-图5中所示出，在过去已经利用多种途径来构造并入有硅基光电二极管和锗基光电二极管两者的装置或系统。例如，如在图3中所示出，现有技术系统包括分光途径，其包括依赖于波长的镜或滤镜（filter）以分离处于期望波长的入射光。虽然在过去，该途径被证明为多少是有用的，但是已经识别出多种缺点。例如，如在图4中所示出，在镜从吸收入射广光谱光过渡至透射入射广光谱光的点处，存在明显的依赖于波长的响应度间隙（responsivity gap）。
作为响应，如在图5中所示出，研发了替代性现有技术的途径，其利用多层或夹层（sandwich）探测器，其中，光电二极管包括被施加到锗基探测器的本体的硅基探测器。再次，如在图6中所示出，使用夹层探测器途径，在硅基探测器从吸收入射广光谱光过渡至透射入射广光谱光的点处，呈现显著的依赖于波长的响应度间隙。
进一步地，取决于入射信号的波长，这些装置的响应度不同。例如，虽然硅基光电探测器能够探测具有从大约180 nm至1100 nm的波长的信号，但是最高响应度是从大约850nm至大约1000 nm。因此，广光谱范围的测量通常需要多个光电探测器，每个光电探测器使用由不同材料制造的光电二极管来制造。因此，并入有由各种材料制造的多个光电探测器的系统可能是大的且不必要地复杂的。
因此，存在对于多结型（multi-junction）探测器装置的持续需求，该多结型探测器装置能够在多种波长处在带有非常少（如果存在的话）的光谱间隙或不连续的情况下以高响应度探测入射信号，由此提供平滑、连续的光谱测量。
发明内容
本申请涉及新颖的多结型探测器装置和使用方法。在一个实施例中，本申请公开了具有至少一个壳体的多结型探测器装置。至少一个安装件系统本体可以被定位在壳体内。可以在安装件系统本体中形成至少一个光束收集（beam dump）区域。具有第一波长响应度范围的第一探测器可以被定位在安装件系统本体上。进一步地，具有至少第二波长响应度范围的至少第二探测器可以被定位在安装件系统本体上、与第一探测器光学连通。在使用期间，第一探测器可被构造成吸收入射光学信号的在第一波长响应度范围内的部分，且第二探测器可被构造成吸收入射光学信号的在第二波长响应度范围内的部分，且将光学信号的至少部分反射至光束收集区域。
在另一实施例中，多结型探测器可包括至少一个安装件系统本体。具有第一波长响应度范围的至少第一探测器可以被定位在安装件系统本体上。第一探测器可被构造成吸收入射光学信号的第一光谱范围的光，且将未被吸收的光反射至联接到安装件系统本体或被定位成靠近安装件系统本体的至少第二探测器。第二探测器具有至少第二波长响应度范围，且与第一探测器光学连通。第二探测器可被构造成吸收在第二光谱范围内的光，且将光学信号的未被吸收部分反射到与第二探测器光学连通的至少一个光束收集区域。
在另一实施例中，本申请涉及多结型探测器装置。该多结型探测器装置可包括至少一个壳体，该壳体被构造成在其中容纳至少一个积分球并将至少一个积分球牢固地定位在其中。在一个实施例中，至少一个探测器装置可以被定位在积分球内。例如，第一探测器、至少第二探测器可以被定位在至少一个积分球内或者被定位成靠近至少一个积分球，其中第一探测器具有第一波长响应度范围，且被构造成吸收来自入射光学信号的光，并且生成第一响应度信号，至少第二探测器具有至少第二波长响应度范围，且被构造成吸收光并且生成第二响应度信号。进一步地，至少一个电路可以与第一和第二探测器中的至少一者通信，且被构造成从至少第一和第二探测器接收至少第一和第二响应度信号。此外，多结型探测器装置可包括至少一个处理器装置，该处理器装置被构造成与至少一个电路电连通（communication），且被构造成接收至少第一和第二响应度信号，并且将至少第一和第二响应度信号组合成扩展范围的信号，其中，扩展范围的信号在扩展的波长范围上展现大致线性的光谱响应。
通过考虑下文的具体实施方式，如本文中公开的新颖多结型探测器装置的实施例的其他特征和优势将变得显而易见。
附图说明
将借助于附图更详细地解释多结型探测器装置的各种实施例，在附图中：
图1示出如在现有技术中已知的典型硅光电二极管的光谱响应的曲线图；
图2示出如在现有技术中已知的典型锗光电二极管的光谱响应的曲线图；
图3示出如在现有技术中已知的用于使用硅基和锗基光电二极管的组合的设备的示意图；
图4示出如在图3中示出的冷镜（cold mirror）布置中使用的组合的硅&锗光电二极管的光谱响应的曲线图；
图5示出如在现有技术中已知的具有多层或夹层构造的硅和锗光电二极管的组合的示意图；
图6示出如在现有技术中已知的在图5中示出的多层或夹层布置中使用的组合的硅&锗光电二极管的光谱响应的曲线图；
图7示出多结型探测器装置的实施例的上透视图（elevated perspective view）；
图8示出多结型探测器装置的实施例的上透视图，其中，内部部件被定位在如所示出的的壳体内；
图9示出多结型探测器装置的实施例的分解视图；
图10示出多结型探测器装置的实施例的分解视图；
图11示出多结型探测器装置的实施例的侧视图；
图12示出多结型探测器装置的实施例的详细侧视图；
图13示出多结型探测器装置的实施例的示意性表示，其示出分别被锗和硅光电二极管局部吸收和局部反射的光学信号；
图14示出多结型探测器装置的实施例的光谱响应度的曲线图；
图15示出多结型探测器装置的实施例的示意性图解，其中，电路路径别构造成并联；
图16示出多结型探测器装置的替代性实施例的电示意图，其中，并联电路路径中的光电二极管是反向偏压的；
图17示出多结型探测器装置的实施例的电示意图，其中，并联电路路径的输出被馈送至运算放大器；
图18示出多结型探测器装置的实施例的电示意图，其中，并联电路路径的输出被馈送至电压偏压的运算放大器；
图19示出多结型探测器装置的实施例的电示意图，其中，并联电路路径是电压偏压的，且连接至运算放大器；
图20示出使用单个积分球的多结型探测器装置的实施例的详细视图，其中，示出了在壳体内的内部部件位置；以及
图21示出使用多个积分球的多结型探测器装置的实施例的详细视图，其中，示出在壳体内的内部部件位置。
具体实施方式
本申请涉及多结型探测器装置的若干实施例。在一些实施例中，多结型探测器装置包括在其中的第一探测器和至少第二探测器，但是本领域技术人员将理解，任何数目和类型的探测器装置可以与多结型探测器装置一起使用。而且，在一些实施例中，第一探测器装置可以具有第一光谱响应度范围，而第二探测器装置可以具有第二光谱响应度范围。可选地，第一和第二光谱响应度范围可以是相同的或不同的。
图7和图8示出多结型探测器装置的示例性实施例的各种视图。如在图7中示出地，探测器装置10包括至少一个探测器本体12。在所示出的实施例中，由第一探测器壳体本体14和第二探测器壳体本体16形成探测器装置本体12，但是本领域技术人员将理解，任何数目的探测器壳体本体可以被用于形成探测器装置本体12。在所示出的实施例中，第一探测器壳体本体14和第二探测器壳体本体16中的至少一者由铝构造成。在另一实施例中，第一和第二探测器壳体本体14、16中的至少一者可以由任何类型的材料制造，包括铝、钢、各种合金、复合材料、Delrin®、各种聚合物等。
再次参考图7和图8，在所示出的实施例中，探测器装置本体12可包括至少一个联接构件18，其被构造成将第一探测器本体壳体14联接至第二探测器本体壳体16，以协作地形成探测器装置本体12。在所示出的实施例中，联接构件18包括带螺纹的螺钉，但是本领域技术人员将理解，任何类型的联接装置可以被用于将第一探测器本体壳体14联接至第二探测器本体壳体16以形成探测器装置本体12。例如，联接构件18可以包括至少一个摩擦配合装置、锁销装置、或类似的装置。
再次参考图7和图8，可以在探测器装置本体12上形成一个或多个孔口22。在所示出的实施例中，在探测器装置本体12的第一探测器壳体本体14的至少一个表面上形成单个孔口22。例如，可以在第一探测器壳体本体14的第一表面20上形成孔口22。可选地，可以在探测器装置本体12上的各种地点处形成任何数目的孔口。进一步地，一个或多个凸缘构件24或类似的装置可以联接或以其他方式形成在第一探测器壳体本体14、第二探测器壳体本体16中的至少一者或两者上。在所示出的实施例中，凸缘构件24可包括被定位在其上的至少一个对准辅助件或目标26。可选地，凸缘构件24在将探测器装置10联接至工件支撑件、光学安装件、支架等方面中可以是有用的。
图8-图12示出探测器装置10的内部部件的各种视图。如所示出的，在第一探测器壳体本体14和第二探测器壳体本体16中的至少一者内形成至少一个壳体腔30。在所示出的实施例中，通过第一和第二探测器壳体本体14、16协作地形成单个壳体腔30。可选地，可以通过第一探测器壳体本体14和/或第二探测器壳体本体16中的至少一者在探测器本体12内形成多个壳体腔。因此，单个探测器本体12可被构造成在其中包含多个探测器系统。
如在图8-图10中所示出，至少一个接口联接构件56被构造成将探测器装置10联接到至少一个处理器、计算机、电源和/或类似的接口，该接口联接构件可以联接第一和第二探测器壳体本体14、16中的至少一者。例如，如在图9和图10中所示出，在一个实施例中，接口联接构件56的至少部分可以被定位在被形成在探测器本体12中的壳体腔30内或者经由至少一个接口联接构件通路74与该壳体腔30连通。在所示出的实施例中，接口联接构件56包括带螺纹构件，其被构造成具有联接至其的至少一个导管（conduit）（未示出）。可选地，任何数目和/或类型的接口联接构件56可以被用于将任何数目的外部处理装置（未示出）联接至探测器装置10。在另一实施例中，接口联接构件56可以包括一个或多个夹或类似的摩擦配合装置，其被构造成将一个或多个导管联接至探测器装置10。在另一实施例中，探测器装置10可被构造成无线地联接至一个或多个外部处理器、计算机、网络、电源等。因此，接口联接构件56可以包括无线通信装置、蓝牙装置、感应式充电系统和/或类似的通信系统。因此，探测器装置10可包括内部处理能力、控制器等。
再次参考图8-图12，至少一个探测器系统安装件本体40和至少一个第二探测器安装件本体60协作地形成至少一个探测器支撑组件52，其被构造成将一个或多个探测器紧固和定位在探测器本体12内。在一个实施例中，探测器系统安装件本体40和第二探测器安装件本体60中的至少一者由铝制造，但是本领域技术人员将理解，探测器系统安装件本体40和第二探测器安装件本体60可以由任何类型的材料制造，包括但不限于钢、铜、合金、钛、复合材料、陶瓷材料、聚合物、塑料、尼龙、Delrin®等。探测器系统安装件本体40和第二探测器安装件本体60中的至少一者可被构造成被定位在壳体腔30内。例如，在所示出的实施例中，探测器系统安装件本体40被构造成将第一探测器42和至少第二探测器66支撑在被形成在探测器系统安装件本体40中的壳体腔30内。例如，在一个实施例中，第一探测器42包括至少一个锗探测器，而第二探测器66包括至少一个硅探测器。可选地，可以在探测器装置10中使用任何数目和类型的探测器。例如，在替代性实施例中，第一和第二探测器42、66可以包括砷化镓铟（InGaAs）探测器，而第二探测器包括碲镉汞（HgCdTe）探测器。任何类型的探测器，包括但不限于，锗（Ge）、硅（Si）、砷化镓（GaAs）、硫化铅(II)（PbS）、碲镉汞（HgCdTe）、氮化镓（GaN）、碲锌镉（CdZnTe）、磷化镓（GaP）和类似的探测器可以与探测器装置10一起使用。可选地，探测器中的至少一者可以包括至少一个光电倍增装置。在另一实施例中，探测器装置10可包括任何类型的探测器，包括但不限于，有源像素传感器、图像传感器、辐射热测量仪、电荷耦合装置、粒子探测器、摄影（photographic）板、低温探测器、气体电离探测器、反向偏压LED、光学探测器、热电探测器、高莱探测器（Golay cells）、热电偶、热敏电阻、光敏电阻、光伏电池、光电二极管、光电导装置、光电晶体管、量子点光电导体和光电二极管、半导体探测器、硅漂移探测器等。可选地，第一和第二探测器42、66可以分别由相同或不同的材料制造。因此，第一和第二探测器42、66分别可以共享或可以不共享相同的光谱响应度。
在图8-图13中示出的实施例中，第一探测器42被定位在探测器接收区域44上或者以其他方式联接至探测器接收区域44，探测器接收区域被形成在探测器系统安装件本体40上。在一个实施例中，第一探测器42可以被定位成与对准目标26大致共平面，对准目标26位于被定位在第二壳体本体16的外部表面上的凸缘构件24上。因此，用户可以将入射信号聚焦在凸缘构件24上的对准辅助件26位置上，然后横向地重新定位探测器装置10，使得入射信号穿过在第一壳体本体14上形成的孔口22，且入射在第一探测器42上。在所示出的实施例中，探测器接收区域44被定位成关于入射信号82成角度且平行于第一探测器42（见图11）。在一个实施例中，第一探测器42被构造成将入射在其上的光的至少部分反射到被定位在第二探测器安装件本体60上的第二探测器66上。
如在图8-图12中所示出，探测器系统安装件本体40可包括至少一个安装件接收表面46，其被构造成使至少一个第二探测器安装件本体60联接至其。在一个实施例中，安装件接收表面46包括大体平坦表面，其被构造成使第二探测器安装件本体60可拆卸地联接至其。因此，安装件接收表面46可包括在其中形成的一个或多个紧固件凹座或接收器54，紧固件接收器54被构造成接收至少一个紧固件28。如在图9和图10中所示出，紧固件28可被构造成穿过在第二探测器安装件本体60上形成的安装件联接区域64，且被牢固地保持在被形成在探测器系统安装件本体40的安装件接收表面46上的紧固件凹座54内。紧固件28还可被构造成穿过被形成在第二探测器壳体本体16中的一个或多个紧固件接收器72，且被牢固地保持在被形成在安装件接收表面59上的紧固件凹座58内。因此，探测器系统安装件本体40和第二探测器安装件本体60可以联接至第二探测器安装件壳体本体16。可选地，第二探测器安装件本体60可以使用任何类型的替代性联接装置或方法来联接至探测器系统安装件本体40。例如，第二探测器安装件本体60可以使用摩擦配合装置、滑动配合装置、磁性联接装置、销、闩锁、粘合剂、环氧树脂、燕尾件特征、机械联接特征和方法等联接至探测器系统安装件本体40。在另一实施例中，探测器系统安装件本体40和第二探测器安装件本体60可以形成单件本体。
再次参考图8-图12，探测器系统安装件本体40可包括至少一个光束收集区域或类似的能量耗散阱（trap）或机构48。在使用期间，光束收集区域48被构造成在其中接收光学辐射，以及吸收和/或耗散所反射的能量。例如，在所示出的实施例中，光束收集区域48包括被形成在探测器系统安装件本体40中的至少一个安装件本体壁50。例如，在所示出的实施例中，安装件本体壁50包括邻近于平坦表面的拱形表面，其被构造成将光学辐射接收和保持在探测器系统安装件本体40内。替代性地，安装件本体壁50可以具有变化半径的拱形形状、多边形形状、多面体形状或被构造成将光反射到光束收集区域48中的任何其他形状。在一个实施例中，安装件本体壁50包括被施加到其的至少一个耗散特征或材料，耗散特征被构造成耗散入射到其上的光学辐射。在另一实施例中，安装件本体壁50可包括被施加到其的至少一种反射增强材料。可选地，任何数目的额外能量耗散材料、特征和/或装置可以被定位在安装件本体壁50上或靠近安装件本体壁50，这些额外能量耗散材料被构造成减少或防止不想要的被反射的能量传播至光源、第一探测器42和/或第二探测器66中的至少一者。可选地，光束收集区域48、探测器系统安装件本体40和/或第二探测器安装件本体60的至少部分包括在其上形成的或与其连通的热耗散特征、装置、和/或系统。因此，光束收集区域48、探测器系统安装件本体40和/或第二探测器安装件本体60可以充当散热器。
如在图8-图12中所示出，第二探测器安装件本体60可包括至少一个探测器安装区域62，其被构造成使一个或多个探测器联接至其或被定位在其上。如上文中所述，任何类型的探测器66可以联接至探测器联接区域62，包括但不限于硅（Si）、锗(Ge)、砷化镓铟（InGaAs）、碲锌镉（CdZnTe）、碲镉汞（HgCdTe）、砷化镓（GaAs）、硫化铅(II)（PbS）、氮化镓（GaN）和磷化镓（GaP）探测器。在所示出的实施例中，探测器66被定位在第二探测器安装表面68上，被定位成靠近在探测器系统安装件本体40上形成的探测器接收器区域44。进一步地，如上文中所述，被定位在第二探测器安装表面68上的第二探测器66被构造成接收入射在第一探测器42上且被第一探测器反射的光的至少部分，第一探测器42被定位在于探测器系统安装件本体40上形成的探测器接收区域44上。
如在图11和图12中所示出，在使用期间，进入的光学信号82入射在第一探测器42上，第一探测器42被定位在探测器系统安装件本体40的探测器接收区域44上。第一探测器42可以生成与其响应度成比例的输出信号（光学信号、电信号等），该输出信号可以经由联接至接口联接构件56的至少一个导管92被发送至一个或多个电路、处理器、网络、计算机等。因此，第一探测器42可以经由至少一个内部导管92或类似的通信（连通）装置与接口联接构件56通信。如所示出的，第一探测器42靠近第二探测器66被成角度地定位，第二探测器66被定位在第二探测器安装件本体60的第二探测器接收表面68上。因此，入射在第一探测器42上的光学信号82的至少部分可以从第一探测器42的表面被反射，且入射在第二探测器66上，类似于第一探测器42，第二探测器66可以经由至少一个内部导管94或通信装置与接口联接构件56通信。因此，联接至接口联接构件56的第二探测器66可以与一个或多个处理器、网络、计算机等通信。
再次参考图11和图12，响应于入射到其上的经反射的光82，第二探测器66可以生成至少一个输出信号。在更具体的实施例中，第一探测器42可以包括具有从大约800 nm至大约1800 nm的期望光谱响应度的锗探测器，而第二探测器包括具有从大约180 nm至大约1100 nm的期望光谱响应度的硅探测器。探测器42、66可以被构造成测量信号82的各种特征，包括但不限于，波长、功率、光谱特征等。因此，可以使用本文中所描述的探测器装置10准确地测量包括从大约180 nm至大约1800 nm的任何数目的波长的进入的信号82的光谱特征。例如，具有从大约180 nm至大约1100 nm的波长的入射信号的部分将被反射离开大致不响应于在该光谱范围内的光的第一探测器42的表面，且被反射到高度（highly）响应于从大约180 nm至大约1100 nm的光的第二探测器66。相比之下，将通过第一探测器42测量具有大约800 nm至大约1800 nm的波长的进入的信号82，第一探测器42高度响应于具有从大约800nm至大约1800 nm的波长的光。之后，被反射到第二探测器66上的具有从大约800 nm至大约1800 nm的波长的任何光将被第二探测器66的表面反射至光束收集区域48，第二探测器66大致不响应于具有大于大约1100 nm的波长的光。因此，在不需要用户在多个探测器之间切换的情况下，用户可以容易地且准确地表征从大约紫外波长（大约180 nm）至红外波长（大约1800 nm）的入射信号82的光谱响应度和/或探测器系统10的探测器响应。例如，图14用图形示出本文中所描述的探测器装置10的理论光谱响应度与实际光谱响应度的比较。如所示出的，与现有技术探测器构造不同，本文中所描述的探测器装置10在从大约900 nm至大约1100 nm的响应度中不会展现光谱间隙。可选地，虽然上文中公开的实施例涉及并入有两个探测器的构造，但是本领域技术人员将理解，本文中所描述的探测器装置10可以容易地适于将任何数目的探测器并入在其中。图10-图12和图15-图19示出可以与上文中描述的探测器装置一起使用的电路的各种实施例。与现有技术系统不同，在图15-图19中示出的电路的各种实施例被构造成对第一探测器42和第二探测器66的输出求和，以产生上文中描述的探测器装置10的响应度（见图14）的图形表示。例如，如在图15中所示出，在一个实施例中，电路100包括并联的多个电路路径102、104和106。每个电路路径102、104和106包括至少一个探测器或光电二极管D1、D2、Dx和与每个探测器相关联的至少一个电阻器Rl、R2和Rx。因此，第一电路路径102包括探测器D1和电阻器Rl，第二电路路径104包括探测器D2和电阻器R2，且第三电路路径106包括探测器Dx和电阻器Rx。各个电路路径经由一个或多个导管108联接至一个或多个放大器和/或输出部件110。本领域技术人员将理解，任何数目的电路路径可以与探测器系统10一起使用。进一步地，本领域技术人员将理解，电路路径中的至少一者可包括任何数目的额外或替代性部件，包括但不限于，二极管、电阻器、电容器、三极管、运算放大器、放大器等。可选地，输出装置110可以包括至少一个放大器或类似的装置。在另一实施例中，输出装置110包括至少一个处理器、分析装置和/或计算机。本领域技术人员将理解，任何类型的装置可以用作输出装置，包括但不限于，外部电路、计算机网络、放大器、处理装置等。
图16示出与上文中示出的探测器装置10一起使用的电路装置的替代性实施例。类似于在先实施例，在图16中示出的电路114包括并联的多个电路路径116、118、和120。电路路径116、118和120包括至少一个反向偏压探测器或光电二极管D1、D2、Dx、以及与每个探测器相关联的至少一个电阻器Rl、R2和Rx。各个电路路径116、118和120经由一个或多个导管122联接至一个或多个放大器和/或输出部件124。本领域技术人员将理解，任何数目的电路路径可以与探测器系统10一起使用。进一步地，本领域技术人员将理解，电路路径中的至少一者可包括任何数目的额外或替代性部件，包括但不限于，二极管、电阻器、电容器、三极管、运算放大器、放大器等。
类似于在先实施例，输出装置124可以包括至少一个放大器或类似的装置。在另一实施例中，输出装置124包括至少一个处理器、分析装置和/或计算机。本领域技术人员将理解，任何类型的装置可以用作输出装置，包括但不限于，外部电路、计算机网络、放大器、处理装置等。
图17-图19示出电路的各种实施例，其包括在其中的至少一个运算放大器（在下文中称作运放（op-amp）），其可以与上文中描述的探测器装置一起使用。如在图17中示出地，在一个实施例中，电路128包括并联的多个电路路径130、132和134。每个电路路径130、132和134包括至少一个探测器或光电二极管D1、D2、Dx、和与每个探测器相关联的至少一个电阻器Rl、R2和Rx。各个电路路径经由一个或多个导管136联接至一个或多个运放138。运放138可包括至少一个增益或反馈电路140，该增益或反馈电路具有被定位在其中的一个或多个电阻器R增益或其他部件。示例性其他部件包括但不限于在本领域中已知的电容器、电感器、二极管和其他无源和/或有源部件。至少一个输出装置142可以包括运放138的输出。在一个实施例中，输出装置142包括至少一个处理器、分析装置和/或计算机。本领域技术人员将理解，任何类型的装置可以用作输出装置，包括但不限于，外部电路、计算机网络、放大器、处理装置等。
图18示出用于与上文中示出的探测器装置10一起使用的电路的替代性实施例。如所示出的，电路150包括并联的多个电路路径152、154和156。类似于在先实施例，每个电路路径152、154和156包括至少一个探测器或光电二极管D1、D2、Dx、和与每个探测器相关联的至少一个电阻器Rl、R2和Rx。各个电路路径经由一个或多个导管158联接至一个或多个运放160。运放160可包括至少一个增益或反馈电路162，增益或反馈电路具有被定位在其中的一个或多个电阻器R增益或其他部件。进一步地，运放160的至少一个输入164是电压偏压的，其中输入164提供偏压电压V偏压。至少一个输出装置166联接到运放160的输出。在一个实施例中，输出装置166包括至少一个处理器、分析装置和/或计算机。本领域技术人员将理解，任何类型的装置可以用作输出装置，包括但不限于，外部电路、计算机网络、放大器、处理装置等。
图19示出用于与上文中示出的探测器装置10一起使用的电路的另一实施例。如所示出的，电路168包括并联的多个电路路径172、174和176。类似于在先实施例，每个电路路径172、174和176包括至少一个探测器或光电二极管D1、D2、Dx、和与每个探测器相关联的至少一个电阻器Rl、R2和Rx。进一步地，电路路径172、174和176中的至少一者与提供偏压电压V偏压的至少一个电压偏压装置170连通。各个电路路径172、174、和176经由一个或多个导管178联接至一个或多个运放180。运放180可包括至少一个增益或反馈电路182，该增益或反馈电路具有被定位在其中的一个或多个电阻器R增益或其他部件。进一步地，至少一个输出装置184联接到运放180的输出。在一个实施例中，输出装置184包括至少一个处理器、分析装置和/或计算机。本领域技术人员将理解，任何类型的装置可以用作输出装置，包括但不限于，外部电路、计算机网络、放大器、处理装置等。
图20示出使用带有积分球本体192和至少一个积分球表面194的壳体191的多结型探测器装置190的实施例，该至少一个积分球表面194被形成在积分球本体192中且限定至少一个体积193。在所示出的实施例中，积分球本体192由Spectralon®制造。替代性地，积分球本体192可以由铝、青铜、铜、钢、耐蚀钢、塑料、复合材料等制造。在所示出的实施例中，积分球表面194被涂布有至少一个涂层195。示例性涂层195包括PTFE（特氟隆®）、烧结PTFE、Spectralon®、Spectraflect®Delrin®、Infragold®、银、金、铬或通常与积分球一起使用的其他涂层。替代性地，可以通过由喷砂（bead blasting）或者类似的处理对积分球表面194抛光或粗糙化来修改积分球表面194，以便获得输入光学信号的期望反射或者漫射。在所示出的实施例中，表面194和/或涂层195被构造成在至少180 nm至1800 nm的光谱范围上是高度反射性的。此外，表面194或涂层195被构造成遵循至少朗伯分布、高斯分布或者其组合或者其他高度散射分布而是高度散射的，其散射从表面法线偏离在0度和等于或小于90度之间的入射光学信号200。替代性地，可以不存在被施加到表面194的涂层。在所示出的实施例中，端口208和210在积分球本体192中形成在积分球本体192的相对两侧上，且与体积193光学连通。替代性地，任何数目的端口可以在积分球本体192中在任何地方以任何取向形成，与体积193光学连通。在所示出的实施例中，第一探测器204被置于端口208中，且至少第二探测器198被置于端口210中。在所示出的实施例中，一个或多个光学元件196和202分别被置于端口210和208中。光学元件196和202可以被用于调整相应探测器198和204的光谱响应。示例性光学元件196和202包括但不限于光学漫射器、光学滤镜、偏振器、波片、棱镜、光栅、透镜等。替代性地，光学元件196和202可以包括多个子元件，其被堆叠、彼此结合、结合至探测器表面、或根本不使用。入射光学信号200通过在积分球本体192中形成的至少一个入口端口206进入积分球本体192，且入射到积分球表面194和/或涂层195上。积分球表面194或涂层195反射和/或漫射在体积193内的入射光学信号200。通过第一探测器198吸收具有第一光谱范围的光，且通过第二探测器204吸收具有第二光谱范围的光。例如，入射信号的具有从大约180 nm至大约1100 纳米的波长范围的部分可以被反射离开大致不响应于在该光谱范围内的光的第一探测器198的表面，且被第二探测器204吸收，第二探测器204响应于从大约180 nm至大约1100 nm的光。相比之下，将通过第一探测器198吸收具有大约800 nm至大约1800 nm的波长范围的进入的信号，第一探测器198响应于具有从大约800 nm至大约1800 nm的波长的光。第一探测器198可以生成与其响应度成比例的输出信号（光学信号、电信号等），该输出信号可以经由联接至接口联接构件56的至少一个导管212发送至一个或多个处理器、网络、计算机等。因此，第一探测器198可以经由至少一个内部导管212或类似的通信装置与接口联接构件56通信。入射在第一探测器198上的光学信号200的至少部分可以从第一探测器198的表面被反射，且入射在第二探测器204上，类似于第一探测器198，第二探测器204可以经由至少一个内部导管210或通信装置与接口联接构件56通信。因此，联接至接口联接构件56的第二探测器204可以与一个或多个处理器、网络、计算机等通信。本领域技术人员将理解，任何积分球构造、任何数目或类型的探测器、或任何数目或类型的光学元件可以被用于测量入射光学信号。
图21示出使用壳体221的多结型探测器装置220的实施例，壳体221带有积分球本体222、被形成在积分球本体222中且限定第一体积223的第一积分球表面224、被形成在积分球本体222中且限定第二体积227的至少第二积分球表面228。在所示出的实施例中，在第一体积223和第二体积227之间形成至少一个孔口225，以使得第一体积223和第二体积227光学连通。替代性地，第一体积223和第二体积227可以被定位成彼此紧密靠近，使得入射光学信号230的一部分可以从体积223散射到体积227中。在所示出的实施例中，至少一个光学元件226被置于孔口225中。替代性地，可以没有光学元件被置于孔口225中。示例性光学元件226包括但不限于诸如磨砂玻璃或毛玻璃或者塑料的光学漫射器、玻璃或塑料形成的工程漫射器；光学滤镜、偏振器、波片、棱镜、光栅、透镜、非线性晶体、可饱和吸收器、涂布磷光体的基材等。至少一个入射光信号203通过在积分球本体222中形成的至少一个端口232进入第一体积223，且通过积分球表面224或涂层219反射和/或漫射，使得入射光的至少部分通过孔口225进入第二体积227。积分球表面228或涂层229反射和/或漫射在第二体积227内的入射光信号230。通过第一探测器244吸收具有第一光谱范围的光，且通过第二探测器238吸收具有第二光谱范围的光。例如，入射信号的具有从大约180 nm至大约1100 纳米的波长范围的部分将被反射离开大致不响应于在该光谱范围内的光的第一探测器244的表面，且被第二探测器238吸收，第二探测器238响应于从大约180 nm至大约1100 nm的光。相比之下，将通过第一探测器244吸收具有大约800 nm至大约1800 nm的波长范围的进入的信号，第一探测器244响应于具有从大约800 nm至大约1800 nm的波长的光。第一探测器244可以生成与其响应度成比例的输出信号（光学信号、电信号等），该输出信号可以经由联接至接口联接构件56的至少一个导管246被发送至一个或多个处理器、网络、计算机等。因此，第一探测器244可以经由至少一个内部导管246或类似的通信装置与接口联接构件56通信。入射在第一探测器244上的光学信号230的至少部分可以从第一探测器244的表面反射，且入射在第二探测器238上，类似于第一探测器244，第二探测器238可以经由至少一个内部导管248或通信装置与接口联接构件56通信。因此，联接至接口联接构件56的第二探测器238可以与一个或多个处理器、网络、计算机等通信。本领域技术人员将理解，任何积分球构造、任何数目或类型的探测器、或任何数目或类型的光学元件可以被用于测量入射光学信号。
本文中公开的实施例说明了本发明的原理。在本发明的范围内，可以采用其他修改。相应地，在本申请中公开的装置不限于与在本文中示出和描述的那些精确地相同。

Claims (23)

1.一种多结型探测器装置，所述多结型探测器装置包括：
至少一个壳体；
被构造成被定位在所述壳体内的至少一个安装件系统本体；
在所述安装件系统本体中形成的至少一个光束收集区域；
第一探测器，所述第一探测器具有第一波长响应度范围且被定位在所述安装件系统本体上，所述第一探测器被构造成吸收入射光学信号的在所述第一波长响应度范围内的部分，且被构造成反射所述入射光学信号的在至少第二波长响应度范围内的部分；以及
至少第二探测器，所述至少第二探测器被定位在所述安装件系统本体上、与所述第一探测器光学连通，所述第二探测器被构造成吸收所述光学信号在所述第二波长响应度范围内的部分，且将所述光学信号的至少部分反射至所述光束收集区域。
2.根据权利要求1所述的多结型探测器装置，其中，所述光束收集区域具有拱形形状。
3.根据权利要求1所述的多结型探测器装置，其中，所述光束收集区域具有变化半径的拱形形状。
4.根据权利要求1所述的多结型探测器装置，其中，所述光束收集区域具有多边形形状。
5.根据权利要求1所述的多结型探测器装置，其中，所述光束收集区域具有多面体形状。
6.根据权利要求1所述的多结型探测器装置，其中，所述第一探测器具有从800纳米至1800纳米的波长响应度范围。
7.根据权利要求1所述的多结型探测器装置，其中，所述第一探测器是锗基探测器。
8.根据权利要求1所述的多结型探测器装置，其中，所述第一探测器是探测器的阵列。
9.根据权利要求1所述的多结型探测器装置，其中，所述第一探测器或所述第二探测器中的至少一者选自包括如下的组：硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓铟（InGaAs）、砷化镓（GaAs）、硫化铅(II)（PbS）、碲镉汞（HgCdTe）、氮化镓（GaN）、磷化镓（GaP）和碲锌镉（CdZnTe）。
10.根据权利要求1所述的多结型探测器装置，其中，所述第二探测器具有从180纳米至1100纳米的波长响应度范围。
11.根据权利要求1所述的多结型探测器装置，其中，所述至少第二探测器是硅基探测器。
12.根据权利要求1所述的多结型探测器装置，其中，所述第二探测器是探测器的阵列。
13.根据权利要求1所述的多结型探测器装置，其中，至少一个额外探测器被定位在所述安装件系统本体上，且与所述第一探测器和所述第二探测器中的至少一者光学连通。
14.根据权利要求1所述的多结型探测器装置，其中，所述第一探测器和所述第二探测器中的至少一者电连接到处理器装置。
15.一种多结型探测器装置，所述多结型探测器装置包括：
至少一个安装件系统本体；
具有第一波长响应度范围的第一探测器，所述第一探测器被定位在所述安装件系统本体上，且被构造成吸收入射光学信号的第一光谱范围的光，并且被构造成反射第二光谱范围的光；
至少第二探测器，所述至少第二探测器具有至少第二波长响应度范围，所述至少第二探测器与所述第一探测器光学连通，且被构造成吸收所述光学信号的第二光谱范围的光，并且将所述光学信号的未被吸收部分反射到与所述至少第二探测器光学连通的至少一个光束收集区域，所述至少一个光束收集区域在所述安装件系统本体中形成。
16.根据权利要求15所述的多结型探测器装置，其中，所述光束收集区域具有拱形形状、变化半径的拱形形状、多边形形状、或多面体形状。
17.根据权利要求15所述的多结型探测器装置，其中，所述第一探测器具有从800纳米至1800纳米的波长响应度范围。
18.根据权利要求15所述的多结型探测器装置，其中，所述第一探测器是锗基探测器。
19.根据权利要求15所述的多结型探测器装置，其中，所述第一探测器是探测器的阵列。
20.根据权利要求15所述的多结型探测器装置，其中，所述第一探测器或所述第二探测器选自包括如下的组：硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓铟（InGaAs）、砷化镓（GaAs）、硫化铅(II)（PbS）、碲镉汞（HgCdTe）、氮化镓（GaN）、磷化镓（GaP）和碲锌镉（CdZnTe）。
21.根据权利要求15所述的多结型探测器装置，其中，所述至少第二探测器具有从180纳米至1100纳米的波长响应度范围。
22.根据权利要求15所述的多结型探测器装置，其中，所述第二探测器是硅基探测器。
23.根据权利要求15所述的多结型探测器装置，其中，所述第二探测器是探测器的阵列。
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