JP2007248062A - 短波長紫外線検出器及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】短波長紫外線の照射によって電気抵抗が変化するようなダイヤモンド薄膜光導電型の紫外線受光素子4を内部に有する短波長紫外線検出器7において、当該紫外線受光素子4は、紫外線透過窓板1を受光部として有する気密容器9に、当該紫外線透過窓板1と対向するように封入されており、当該紫外線透過窓板1の表面又は内部にバイナリーレンズが形成された紫外線透過窓板1を有していることを特徴とする短波長紫外線検出器7である。
【選択図】図1
Description
(1)零次光
(2)±n次回折光のうち紫外線受光素子を照射する光量
の総和からなることを特徴とする、短波長紫外線検出器である。
本実施形態は、耐紫外線キャップ2と耐紫外線基板3とからなる気密容器9と共に紫外線透過窓板1を用いて紫外線受光素子4を封入した後で、当該紫外線透過窓板1の表面又は内部にバイナリーレンズ8を形成することを特徴とする、短波長紫外線検出器及びその製造方法である。
本実施形態に用いる紫外線透過窓板1としては、紫外域の波長の光に対する透過率が高く、かつ表面又は内部で屈折率が変化しうるような材料を用いることが出来る。具体的には、シリカガラスやホウケイ酸ガラス,フッ素ドープシリカガラス等のガラス、フッ化カルシウム,フッ化マグネシウム,フッ化バリウム,石英やサファイヤ単結晶等の酸化物結晶を用いることが可能である。
一方で、ダイヤモンド薄膜光導電型の紫外線受光素子4としては、シリコン(100)基板上に、検出層となるダイヤモンド層が形成され、この絶縁性ダイヤモンド層の表面上に1対の櫛形電極が形成されたものを好ましく用いることが出来る。
上記手段により表面を平坦にした紫外線透過窓板1と、上記のように特徴的なダイヤモンド層からなる紫外線受光素子4は、図1(a)のような正面図と、図I1(b)のような側面図とを有するような短波長紫外線検出器7に取り付けられる。
上記のようにして短波長紫外線検出器7に紫外線透過窓材として取り付けられた紫外線透過窓板1に対して、当該表面又は内部の一定の領域に、屈折率変化領域12からなる同心円状のパターンを形成させることで、バイナリーレンズ8を形成させた。当該屈折率変化領域12の形成方法としては、切削加工,超音波加工,レーザ加工,ドライエッチング加工,インプリント加工又は鋳造等の公知の技術を用いることが出来る。
一般的には、同心円の中央からm番目にあるリングの内周の半径,及び(m−1)番目にあるリングの外周の半径を表す半径rは、
(1)当該パルスレーザ11の焦点11cの走査速度を変化させる方法
(2)当該パルスレーザ11のレーザ強度を変える方法
(3)当該透明基板1に対して当該パルスレーザ11を走査させる間隔を変える方法
を用いることが好ましい。また、バイナリーレンズ8の一部を屈折率未変化領域13で構成すると、当該屈折率未変化領域13にあたる部分に係る形成工程を省略することが出来るため好ましい。
ここで、バイナリーレンズ8によって、短波長紫外線の斜入射特性を改善させるメカニズムを、短波長紫外線が紫外線透過窓板1を透過した際に、屈折率変化領域12により受ける位相変化量が0及びπとなる、2レベルのバイナリーレンズ8の場合を例にとって説明する。
上記では、短波長紫外線検出器7の耐紫外線キャップ1に未加工の紫外線透過窓板1を接合し、当該短波長紫外線検出器7を先に組み立ててしまった後で、当該紫外線透過窓板1の表面又は内部にバイナリーレンズ8を形成する方法を説明した。しかしながら、本実施形態は上記順序に限られるものではなく、例えば、先に紫外線透過窓板1にバイナリーレンズ8を形成した後で、当該バイナリーレンズ8を短波長紫外線検出器7に設置する方法や、紫外線透過窓板1に耐紫外線キャップ2のみを先に接合した後で、当該紫外線透過窓板1にバイナリーレンズ8を形成し、これらを用いて短波長紫外線検出器7を組み立てる方法を取ることも可能である。
透明材料として、直径7mm、厚み0.2mmの単結晶サファイヤ基板を用いた。当該単結晶サファイヤ基板は予め両面を研磨した後で、耐紫外線キャップの受光窓に気密配置した。そして、当該単結晶サファイヤ基板と当該耐紫外線キャップ、耐紫外線基板によって紫外線受光素子を封止して短波長紫外線検出器を組み立てた。
ここで、当該紫外線受光素子は2mm四方の正方形の形状をした受光面を有するものであり、高配向性ダイヤモンド表面の粒子サイズが5〜8μm角に揃っているものを使用し、紫外線透過窓板の上面から紫外線受光素子までの距離は2.02mmとした。
2 耐紫外線キャップ
3 耐紫外線基板
4 紫外線受光素子
5 リード線
6 リード端子
7 短波長紫外線検出器
8 バイナリーレンズ
9 気密容器
10 載置台
11 パルスレーザ
11a レーザ発光源
11b 集光レンズ
11c 焦点
12 屈折率変化領域
13 屈折率未変化領域
Claims (8)
- 短波長紫外線の照射によって電気抵抗が変化するようなダイヤモンド薄膜光導電型の紫外線受光素子を内部に有する短波長紫外線検出器において、
当該紫外線受光素子は、紫外線透過窓板を受光部として有する気密容器に、当該紫外線透過窓板と対向するように封入されており、
当該紫外線透過窓板の表面又は内部にバイナリーレンズが形成された紫外線透過窓板を有していることを特徴とする短波長紫外線検出器。 - 当該紫外線透過窓板の材質が、サファイヤであることを特徴とする、請求項1記載の短波長紫外線検出器。
- 当該バイナリーレンズが、紫外線透過窓板の表面又は内部に形成された複数の同心円状の屈折率変化領域からなることを特徴とする、請求項1〜2記載の短波長紫外線検出器。
- 当該紫外線透過窓板が、当該紫外線透過窓板に入射する短波長紫外線の光路を、当該紫外線受光素子に達する方向に変換することを特徴とする、請求項1〜3記載の短波長紫外線検出器。
- 紫外線透過窓を透過して紫外線受光素子に達する短波長紫外線が、入射した短波長紫外線の光路が変換されずに透過する零次光と、当該紫外線透過窓板によって光路を変換された±n次回折光とから構成されていることを特徴とする、請求項1〜4記載の短波長紫外線検出器。
- 当該紫外線受光素子に到達する短波長紫外線の光量は、
(1)零次光
(2)±n次回折光のうち紫外線受光素子を照射する光量
の総和からなることを特徴とする、請求項1〜5記載の短波長紫外線検出器。 - 紫外線透過窓板と気密容器とを用いて紫外線受光素子を封入し、短波長紫外線検出器の筐体を組み立てた後で、
当該紫外線透過窓板の表面又は内部に焦点を形成するように、パルスレーザを集光照射しながら、当該パルスレーザに対して当該紫外線透過窓板を所定の速度で当該焦点を相対的に走査させ、当該焦点の走査した部分の近傍で屈折率変化領域を形成させてバイナリーレンズを有した紫外線透過窓板を形成することを特徴とする、
短波長紫外線検出器の製造方法。 - 当該紫外線透過窓板の材質が、サファイヤであることを特徴とする、請求項7記載の短波長紫外線検出器の製造方法。
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