CN110308504A - 冷光阑与探测器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种冷光阑，包含铝制本体，所述铝制本体包含本体侧壁与本体底壁，本体侧壁与本体底壁一体成型或紧固连接；铝制本体内部形成容纳腔；所述本体底壁位于本体侧壁沿轴向方向的一端，本体侧壁沿轴向方向的另一端设置有连接部，连接部与本体侧壁一体成型或紧固连接；所述本体侧壁上设置有凹入部，所述凹入部从本体侧壁向容纳腔中延伸，凹入部内部形成凹腔，凹腔的底壁上设置有腔底圆孔。本发明还提供了一种包含上述冷光阑的探测器系统。本发明提供的冷光阑能有效降低阻挡杂质带探测器背景杂散辐射，提高信噪比同时冷光阑加工工艺简单，且自身所发出的背景杂散辐射以及外壁反射、折射的杂散辐射对探测器影响极小可忽略不计。

Description

冷光阑与探测器系统
技术领域
本发明涉及探测设备领域，具体地，涉及一种冷光阑与探测器系统，特别是一种用于阻挡杂质带探测器降低背景杂散辐射影响的冷光阑与探测器系统。
背景技术
背景杂散辐射是限制器件性能的重要因素，降低背景杂散辐射可有效提高器件信噪比，提高探测器性能。为降低探测器背景杂散辐射可采用在杜瓦窗口处加装KRS5滤波片、在杜瓦内装冷光阑以及在冷光阑开口处装低通滤波片的方法。
现有技术，中国实用新型专利《一种激光冷光阑》(公开号：200997027Y)包括定位法兰、吸收光阑,其特点在于所述的定位法兰侧壁的环面上开设有一个进水孔和一个出水孔,定位法兰内具有与进水孔和出水孔相联通的进水通道和出水通道,定位法兰的中心处具有圆孔,圆孔孔壁的中部向内凸设有环形凸台,圆孔孔壁的前部和后部分别设有内螺纹；内壁反射面为向外倾斜的锥面。吸收光阑内壁的锥面及连接圆筒的内壁面上分别具有高吸收、高燃点的金属氧化物涂层。本发明可实现二次以上的吸收反射,具有保证选膜时强光束的快吸收和所选低阶膜的光束质量、机械复位精度高、对冷却水质要求低等优点。
通常情况下，为降低背景杂散辐射，选择在杜瓦开孔处装KRS5滤波片。KRS5滤波片可以把外界大部分杂散背景辐射过滤掉，只有波长为600nm～40μm的辐射可以穿过KRS5进入杜瓦，照射到探测器上,但是由于KRS5滤波片处于室温环境下并且正对探测器，它自身所发出的杂散辐射对探测器背景噪声的影响比较大；另外由于探测器直接放置于杜瓦中，杜瓦内壁所发出的杂散辐射也会对探测器背景噪声造成影响。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种冷光阑与探测器系统。
根据本发明提供的冷光阑，包含铝制本体，所述铝制本体包含本体侧壁(4)与本体底壁(5)，本体侧壁(4)与本体底壁(5)一体成型或紧固连接；铝制本体内部形成容纳腔；
所述本体底壁(5)位于本体侧壁(4)沿轴向方向的一端，本体侧壁(4)沿轴向方向的另一端设置有连接部，连接部与本体侧壁(4)一体成型或紧固连接；
所述本体侧壁(4)上设置有凹入部(8)，所述凹入部(8)从本体侧壁(4)向容纳腔中延伸，凹入部(8)内部形成凹腔，凹腔的底壁上设置有腔底圆孔(6)。
优选地，所述凹腔横截面形状为圆形；凹腔的侧壁上设置有环形凹槽(7)，环形凹槽(7)的横截面形状为半圆形。
优选地，所述连接部包含径内向延伸部(2)与径外向延伸部(3)；本体侧壁(4)、径外向延伸部(3)、径内向延伸部(2)依次连接；
径外向延伸部(3)外径大于本体侧壁(4)，径内向延伸部(2)内径小于本体侧壁(4)。
优选地，所述径内向延伸部(2)上设置有螺纹(1)孔，多个所述螺纹(1)孔在径内向延伸部(2)的周向方向上布置。
优选地，所述铝制本体的外壁、内壁上分别设置有第一氧化铝覆层、第二氧化铝覆层。
优选地，所述第二氧化铝覆层的表面为抛光表面；所述第二氧化铝覆层厚10μm。
优选地，所述本体侧壁(4)与本体底壁(5)的壁厚均为1mm，所述凹腔直径为11.05mm，腔底圆孔(6)直径为2mm；或者，
所述本体侧壁(4)与本体底壁(5)的壁厚均为1mm，所述凹腔直径为15.05mm，腔底圆孔(6)直径为10mm；或者，
所述本体侧壁(4)与本体底壁(5)的壁厚均为1mm，所述凹腔直径为20.05mm，腔底圆孔(6)直径为15mm。
优选地，腔底圆孔(6)位于凹腔的底壁的中心；所述环形凹槽(7)的半圆形横截面的直径为1.2mm，环形凹槽(7)的半圆形横截面的圆心到凹腔的底壁的距离为4.6mm。
本发明还提供了一种探测器系统，包含上述的冷光阑。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明提供的冷光阑能有效降低阻挡杂质带探测器背景杂散辐射，提高信噪比同时冷光阑加工工艺简单，且自身所发出的背景杂散辐射以及外壁反射、折射的杂散辐射对探测器影响极小可忽略不计。
2、本发明可在不降低目标辐射信号的情况下，大大降低背景杂散辐射对器件性能的影响，提高信噪比，降低器件噪声等效功率(NEP)，特别是用于以牛津Optista CF-V2杜瓦作为低温保持器的测试系统中，用于降低背景杂散辐射影响。
3、本发明提供的冷光阑设计方案在本体侧壁上设置有圆柱形凹腔，凹腔底壁开有腔底圆孔，可以在不影响目标辐射信号的情况下大大降低背景杂散辐射，提高信噪比，降低器件噪声等效功率(NEP)；凹腔侧壁开有环形凹槽，可用于固定金属网栅低通滤波片，因其固定在所述冷光阑上，其温度也会降到很低，约30K，从而使其自身辐射也很低，这样，进一步滤掉背景杂散辐射；若探测器响应范围5～30μm可选择2000cm-1低通滤波片。
4、由于冷光阑和低通滤波片处于杜瓦中与外界环境隔绝，温度在30K左右，其自身产生的背景杂散辐射很低；冷光阑内壁采用发黑工艺处理，可以吸收大部分红外杂散光，因此冷光阑本身所产生的辐射对器件性能造成的影响可忽略不计。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的冷光阑的示意图；
图2为探测器性能测试系统中冷光阑所处位置示意图；
图3为系统光路设计图；
图4为探测器性能测试系统中加入冷光阑前后器件背景电流对比图；
图5为探测器性能测试系统中加入冷光阑前后器件噪声对比图；
图6为探测器性能测试系统中加入冷光阑前后器件响应率对比图。
图中示出：
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明提供的一种冷光阑包含铝制本体，所述铝制本体包含本体侧壁4与本体底壁5，本体侧壁4与本体底壁5一体成型或紧固连接，铝制本体内部形成容纳腔。所述本体底壁5位于本体侧壁4沿轴向方向的一端，本体侧壁4沿轴向方向的另一端设置有连接部，连接部与本体侧壁4一体成型或紧固连接，所述本体侧壁4上设置有凹入部8，所述凹入部8从本体侧壁4向容纳腔中延伸，凹入部8内部形成凹腔，凹腔的底壁上设置有腔底圆孔6。
凹腔的侧壁上设置有环形凹槽7，环形凹槽7的横截面形状为半圆形。所述连接部包含径内向延伸部2与径外向延伸部3，本体侧壁4、径外向延伸部3、径内向延伸部2依次连接，径外向延伸部3外径大于本体侧壁4，径内向延伸部2内径小于本体侧壁4。所述径内向延伸部2上设置有螺纹1孔，多个所述螺纹1孔在径内向延伸部2的周向方向上布置。实际使用中，螺纹1孔用于与杜瓦连接。
所述铝制本体的外壁、内壁上分别设置有第一氧化铝覆层、第二氧化铝覆层，第一氧化铝覆层与第二氧化铝覆层均为黑色，可有效吸收背景杂散辐射。优选地，所述第二氧化铝覆层的表面为抛光表面；所述第二氧化铝覆层厚约为10μm，黑色氧化铝层可有效吸收背景杂散辐射。优选地，所述本体侧壁4与本体底壁5的壁厚均为1mm，所述凹腔直径为11.05mm，腔底圆孔6直径为2mm；或者，所述本体侧壁4与本体底壁5的壁厚均为1mm，所述凹腔直径为15.05mm，腔底圆孔6直径为10mm；或者，所述本体侧壁4与本体底壁5的壁厚均为1mm，所述凹腔直径为20.05mm，腔底圆孔6直径为15mm。优选地，腔底圆孔6位于凹腔的底壁的中心；所述环形凹槽7的半圆形横截面的直径为1.2mm，环形凹槽7的半圆形横截面的圆心到凹腔的底壁的距离为4.6mm。
优选实施方式：
冷光阑的本体侧壁4与本体底壁5厚度为1mm，圆柱形的凹腔高度为25mm，凹腔底壁的厚度为1mm，内径为11.05mm，外径为14mm；沿凹腔轴向方向，凹腔底壁到容纳腔侧壁距离为7mm；所述腔底圆孔6位于凹腔底壁中心，腔底圆孔6直径为2mm；所述环凹槽的半圆形横截面的直径为1.2mm，环形凹槽7的半圆形横截面的圆心到凹腔底壁距离为4.6mm；所述径外向延伸部3直径为52mm，高度为10mm；所述径内向延伸部2处于顶部中间，直径为38mm，高度为5mm，径内向延伸部2四周均匀分布4个M3螺纹1孔，螺纹1孔中心圆直径为43.8mm。
本发明提供的冷光阑，凹腔底壁有腔底圆孔6可以在不影响目标辐射信号的情况下大大降低杜瓦及KRS5所产生的杂散辐射；冷光阑内部做发黑处理可以吸收大部分其他杂散辐射，进一步降低杂散辐射对器件性能的影响，提高信噪比。冷光阑顶部均匀开有4个M3螺纹1孔，可以用于和杜瓦连接固定。
所述冷光阑在探测器性能测试系统中的位置，系统包括：电流放大器11、噪声显示设备12、KR85滤波片13、BIB探测芯片14、低温保持器15、样品架16、温控设备17及冷光阑18如图2所示。根据ZEMAX仿真软件模拟，腔底圆孔6孔径2mm时，辐射源所发出辐射经过KRS5滤波片后，可以完全通过所述腔底圆孔6，照射到探测器上，如图3所示，这样实现了既降低背景杂散辐射又没有损失辐射源所发出的能量。根据实验测试出无冷光阑与使用腔底圆孔6孔径为2mm冷光阑的背景电流对比结果如图4所示，背景电流是器件噪声的重要组成部分，背景电流越大则器件背景噪声越大，对器件性能影响越大。根据频谱仪实测背景噪声也可以验证，如图5所示，因此加入所述冷光阑可以有效降低器件背景杂散噪声，提高信噪比。根据测试结果通过公式计算出两者响应率对比，如图6所示，可以看出有无冷光阑的情况下，探测器响应率基本没有差别。本发明提供的冷光阑在器件响应率没有降低的情况下，背景杂散噪声降低，从而起到提高器件响应率，降低噪声等效功率(NEP)的目的。
本发明还提供了一种探测器系统，包含上述的冷光阑。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种冷光阑，其特征在于，包含铝制本体，所述铝制本体包含本体侧壁(4)与本体底壁(5)，本体侧壁(4)与本体底壁(5)一体成型或紧固连接；铝制本体内部形成容纳腔；
所述本体底壁(5)位于本体侧壁(4)沿轴向方向的一端，本体侧壁(4)沿轴向方向的另一端设置有连接部，连接部与本体侧壁(4)一体成型或紧固连接；
所述本体侧壁(4)上设置有凹入部(8)，所述凹入部(8)从本体侧壁(4)向容纳腔中延伸，凹入部(8)内部形成凹腔，凹腔的底壁上设置有腔底圆孔(6)。
2.根据权利要求1所述的冷光阑，其特征在于，所述凹腔横截面形状为圆形；凹腔的侧壁上设置有环形凹槽(7)，环形凹槽(7)的横截面形状为半圆形。
3.根据权利要求1所述的冷光阑，其特征在于，所述连接部包含径内向延伸部(2)与径外向延伸部(3)；本体侧壁(4)、径外向延伸部(3)、径内向延伸部(2)依次连接；
径外向延伸部(3)外径大于本体侧壁(4)，径内向延伸部(2)内径小于本体侧壁(4)。
4.根据权利要求3所述的冷光阑，其特征在于，所述径内向延伸部(2)上设置有螺纹(1)孔，多个所述螺纹(1)孔在径内向延伸部(2)的周向方向上布置。
5.根据权利要求1所述的冷光阑，其特征在于，所述铝制本体的外壁、内壁上分别设置有第一氧化铝覆层、第二氧化铝覆层。
6.根据权利要求5所述的冷光阑，其特征在于，所述第二氧化铝覆层的表面为抛光表面；所述第二氧化铝覆层厚10μm。
7.根据权利要求1所述的冷光阑，其特征在于，所述本体侧壁(4)与本体底壁(5)的壁厚均为1mm，所述凹腔直径为11.05mm，腔底圆孔(6)直径为2mm；或者，
所述本体侧壁(4)与本体底壁(5)的壁厚均为1mm，所述凹腔直径为15.05mm，腔底圆孔(6)直径为10mm；或者，
所述本体侧壁(4)与本体底壁(5)的壁厚均为1mm，所述凹腔直径为20.05mm，腔底圆孔(6)直径为15mm。
8.根据权利要求2所述的冷光阑，其特征在于，腔底圆孔(6)位于凹腔的底壁的中心；所述环形凹槽(7)的半圆形横截面的直径为1.2mm，环形凹槽(7)的半圆形横截面的圆心到凹腔的底壁的距离为4.6mm。
9.一种探测器系统，其特征在于，包含权利要求1至8中任一项所述的冷光阑。
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