專利名稱：光探測器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一個基于熒光染料的光探測器，這些熒光染料被嵌入透明聚合物薄片及纖維之中。
已知，在光水平輻射進一個含有熒光染料的光波導的場合下，發生熒光輻射。通過全反射，這個熒光輻射可以被引到光波導的端面(參見Tanaka等，SpIE，840卷，“用于活動平臺的纖維光學系統”，p19)。
目的在于發現一個光探測器，由于其大的探測器表面，這個光探測器對污染是不敏感的及在光的接收區域里不需要任何電源線。
因此，本發明涉及一個光探測器，它是由一個板狀光吸收體及至少一個與此光吸收體相連的光被導組成。
這個板狀光吸收體可以有任何可選擇的形狀;圓形和長方形較好，特別是圓形，它可以是一個板或片，或者可以由一個光波導的扁平束組成，這些光波導又可以熔合在一起成為一個板。板或片較好。厚度是0.1-5mm，0.25-1.0mm較好。這個板狀體由一透明聚合物組成，如聚碳酸脂，聚氯乙烯，聚苯乙烯或有機玻璃。
至少有一個光波導被連在板狀光吸收體上，這個光波導連在一個邊緣上較好。這個光波導可以終止在這個邊緣上或沿著此邊緣相連。較可取的是沿著此邊緣相連;因而這個光波導在其窄邊圍繞著板狀體。
這個光波導可以是市場上方便買到的纖維，較為可取的是此纖維由一透明聚合物芯子如聚碳酸脂，聚苯乙烯或有機玻璃，及一帶有低折射率的聚合物外殼組成。聚合物外殼以一氟化丙烯酸鹽為好。
光波導同板狀體同樣厚是有利的，以0.25到1.0mm厚為較好。一個單個光波導也可以由一束光波導來取代。
板狀體及光波導在每種場合至少含有一種熒光染料;在這種場合，板染料的輻射波長范圍必須與光波導染料的吸收波長范圍重疊。在這個光波導的場合，染料不但可放在芯子而且也可放在外殼或者同時放在二者之中。合適的熒光染料特別是有機化合物如二萘嵌苯染料，苯呫噸(benzoxanfhenes)，另一種是無機化合物如硫化鋅。
如果具有合適光波的光，如從電燈或是一個發光二極管發出的光碰在板狀體上，那么在這個體中射出熒光，這個熒光通過全反射被高效地引到邊緣。這個全反射發生在所有板狀體-空氣邊界表面上。然而，這個板狀體也可以被涂上一個具有低折射率的透明涂層。在這個板狀體的邊緣，高強度的熒光碰在光導纖維上。如果體纖維里的染料互相協調，使體中染料的光譜輻射范圍與光導纖維染料的光譜吸收范圍相一致，則來自板狀體的光引起光波導內的熒光輻射，在光波導內，熒光輻射通過全反射在其部分內被引導并在光波導的末端顯露出來。在那里設置一個光敏半導體元件，例如一個硅二極管，它探測此輻射。這個二極管可以是小面積的，因而是低噪聲的。
為了避免附加光引起光波導可能的干擾輻射在光波導遠離板狀體的邊上用一個吸收包層如一個黑色金屬薄片圍起來。用于防止機械或化學應力或者用于控制全反射的透明涂層可以被應用到板狀體或光波導。為了越過一個很大的距離將光信號傳送到半導體元件上，由聚合物或玻璃組成的低衰耗光波導可以被連到熒光光波導的末端上。
附圖顯示了根據本發明的光探測器的最佳實施例。
圖1，圖示了一個光探測器，在這個探測器中一個薄圓板(1)在邊緣上被一光波導夾住，光波導的二個末端通向一個光敏半導體元件(3)。
圖2，圖示了一個光探測器，在此探測器中摻有熒光染料的小塑料板1被粘接在一個光波導(2)上。
圖3，圖示了一個光探測器，在此探測器中板狀體(1)由光波導的一個扁平束組成并直接匯合進一束光波導(2)中。
圖4，圖示了二個根據圖3的光探測器，每個都包含由光波導的一個扁平束組成的一個板狀體(1)，此光波導直接匯合成一光波導圓形束(2)，并被嵌入、水平排列在一個由透明鑄塑樹脂組成的塊體(3)里。塊體(3)的側面4對紫外線(uv)輻射是敏感的。
本發明的探測器的優點在于-非常大的敏感表面成為可能，此外，這個表面可以用薄膜表面的適當遮攔以任意方式來設計。例如非透明金屬薄片或粘附片可以被用于此遮攔。
-探測器的非常小的總厚度，小到大約0.1mm。
-純光操作，即在光探測區里不需任何電源線。因而，用在X-區也是可能的。
-由于這個大的靈敏表面，這個探測器對污染是不敏感的。因此，對于應用于光柵或光學纖維轉數器(revolntioncounters)是非常合適的。
-由于這個大的探測表面，不需或只需輕微的調整力。
-由于這個大的探測器表面的結果，具有帶大面積光源的好靈敏性。
-從板狀體的所有二個邊的光探測是可能的。即使有用的光只從一邊進入，另一端可以用一個不透明涂層來復蓋。
-通過染料濃度的適當選擇，只探測小部分的測量光是可能的，但是要讓主要部分通過探測器以便進一步檢測。因而探測器可被用于強度或時間參考。
-在板狀體的熒光染料的吸收區域，探測器的光譜靈敏性是有選擇性的，并且可以通過這個染料的選擇與測量問題相適應。
-通過摻雜了不同的熒光染料的多元板狀體的串聯接，從各種光譜區來的光可以被分離以及被選擇地探測。由于這個原因探測器可用作接收器，在如下結構里即數字編碼信息按不同波長在一個光波導里被傳遞，并且為了在這個接受器(波長多元通路)上讀出信息，波長通道必須被分離開來。
例1.
一個摻有綠色有機熒光染料的圓形聚碳酸，脂薄片(0.45mm厚，直徑為60mm)，與圖1相一致，被一個光波導所環繞，這個光波導的聚碳酸脂芯子摻有一個紅色熒光染料。薄片的輻射范圍是460-620nm，最大值在500nm。光波導染料的吸收范圍是在500-600nm，最大值在570nm。其輻射范圍發生在590-720nm，最大值在610nm。在2米的距離上照射該探測器，用這種方式該探測器可用做光柵，它可以指示出當一個人通過時光束的遮斷。另外，探測器的相對靈敏度被作為從薄片來的光輻射區域的一個功能來測定。很明顯，探測器是很均勻的并且在其全表面上所指示的強度波動只在±5%以內。
例2將一個直徑1mm的有機玻璃光波導，根據圖2，在其窄邊，施加到一個小的有機玻璃盤上，這個有機玻璃盤的寬度為1cm，高度為0.5cm，厚度為1mm，并被摻雜一個熒光染料。這個染料的最大吸收值是在560nm;最大輻射值在605nm。這個小盤被放在一個帶有一個孔隙的旋轉圓盤前面，并且這個盤帶有一個綠色發光二極管(λ＝565nm)的另一邊被照射。這種結構表示了一個光轉數器，在這個光轉數器中，盤的轉速用光束的周期性遮斷的方法來測定。
例3直徑為1mm的有機玻璃光波導在其外殼內摻有由CaSiO3Mn，pb，或是2nS∶Cu組成的熒光顏料。這個外殼是由折射率為1.42的一個氟化丙烯酸脂組成。將Mn，pb，Cn作為激活劑分別加入，是為了在小于320nm或是320-400nm的波長范圍內實現這些顏料的最佳激發。當具有這些波長的UV(紫外線)光被輻射出時，分別產生紅和綠色熒光而且這些熒光被引至纖維末端。當發紅光的纖維受到光照時，小于320nm的UV(紫外線)輻射被檢測，這個輻射被稱作UV-B輻射，在相對長的皮膚輻射這種場合，會引起有害腫瘤。
對于另一個纖維，它在320-400nm的范圍是敏感的，它被激發出熒光，出現無害的UV-A輻射，這由在纖維末端的綠光束指示。這就導致獲得一個用于監控日光洛室和太陽床的簡單的UV(紫外線)探測器。
實施這樣一個探測器的一個實際規則在于，根據圖3的一個發紅光探測器及一個類似的發綠光的探測器被水平放置并被嵌入一個由一透明鑄塑樹脂組成的塊狀體內;在這種場合，這個塊狀體的一個側面對UV光(紫外線)是敏感的，參見圖4。
權利要求
1.一種光探測器，其特征在于由一個板狀光吸收體和至少一個與之相連的光波導組成。
2.根據權利要求1所述的光探測器，其特征為光波導在板狀體的邊緣與之相連。
3.根據權利要求1所述的光探測器，其特征在于板狀體是圓形的。
4.根據權利要求1所述的光探測器，其特征在于板狀體的厚度為0.1-5mm。
5.根據權利要求1所述的光探測器，其特征在于板狀體和光波導是由一個透明聚合物組成。
6.根據權利要求1所述的光探測器作為光柵使用。
全文摘要
一個新型的光探測器，由一個板狀吸收體和至少一個與之相連的光波導組成。光探測器所有的二部分都包含一種熒光染料，因此被照射的光被轉化成一個熒光輻射。這個輻射通過全反射被引導至一個光敏半導體元件并在那里被測量。這個光探測器作為光柵、光學纖維轉數器或UV(紫外線)探測器是合適的。
文檔編號G01D5/26GK1042013SQ89107519
公開日1990年5月9日 申請日期1989年9月27日 優先權日1988年9月28日
發明者沃尼·羅夫, 約享·庫坦丁, 皮特·赫伯萊西默, 榮根·泰斯 申請人:赫徹斯特股份公司