利用半導體折射率變化測量MeV核輻射脈沖時間寬度的裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種測量MeV核輻射脈沖時間寬度的裝置，特別是涉及一種利用半導 體折射率變化測量MeV核輻射脈沖時間寬度的裝置。
【背景技術】
[0002] 參照圖1。等傾干涉形成的基本過程如圖1所示，這是利用半導體晶片做等傾干涉 儀的原理基礎。在前后表面僅作拋光處理而不鍍膜時，反射率較低（~30%)，等傾干涉可 以近似為雙光束干涉。一束光是從半導體晶片前表面反射的光2,另一束是折射進入半導體 晶片進而從后表面反射再從前表面出射的光2"，兩束光在前表面及附近空間發生干涉。半 導體晶片折射率發生變化時，兩束光的光程差也發生變化，進而使干涉光強空間分布發生 變化。
[0003] 慣性約束核聚變（Inertial Confinement Fusion，ICF)診斷技術迫切需要高時 間分辨（皮秒，picosecond，簡寫為ps，Ips = 10 12S)的MeV核福射脈沖測量技術，傳統的 探測技術無法實現這么高的時間分辨能力。利用半導體折射率對核輻射脈沖的響應進行測 量，是近年來發展起來的一種新的探測方法，將激光通訊中高帶寬、高時間分辨記錄的優點 利用到核輻射脈沖測量領域。
[0004] 利用脈沖輻射對材料光學性質的改變效應，將核輻射脈沖強度轉換為激光強度的 變化，而激光脈沖更易于遠程高帶寬傳輸與記錄。材料對光波的響應可用復折射率分表示
[0005]
(1)
[0006] ω為光波圓頻率，η ( ω )為實折射率，表征材料對光波的相位改變，κ ( ω )表征材 料的吸收特性，與吸收系數α ( ω )有關系：α (ω) = 4π κ (ω)/λ，λ為光波波長。η ( ω ) 與κ (ω)并不獨立，由KramersLiig關系聯系：
[0007]
(2)
[0008] F為主值積分。由（2)式，吸收系數的改變必然引起光波相位的變化。
[0009] 在光波波段，材料吸收系數變化與非平衡載流子引起的帶隙收縮、帶填充或自由 載流子吸收等效應有關。對于波長長于半導體禁帶寬度的光，自由載流子吸收效應起主要 作用，引起的折射率變化△ η由Drude等離子體吸收關系描述：
[0010]
(3)
[0011] Np Ph分別為電子、空穴濃度，m P mh分別為電子、空穴的有效質量，IIif3。為電子靜止 質量，η為照射前折射率，e為電子電量，λ為探針光波長， ε。為真空介電常數，c為真空中 的光速。
[0012] 射線脈沖在半導體內產生非平衡載流子，使材料折射率發生微弱變化，非平衡載 流子經過復合過程消失后，半導體的折射率恢復原值。折射率變化通過測量干涉儀干涉光 強輸出變化實現，這樣利用這種過程就可以實現射線脈沖時間寬度的測量。上述為這種技 術的基本原理。
[0013] 這種測量技術在應用中的不足：美國利弗莫爾國家實驗室的科技人員，利用 上述原理發展了一種核輻射脈沖超快時間分辨測量技術，時間分辨達到了 lps(X-ray bang-time and fusion reaction history at picosecond resolution using RadOptic detection. Review of Scientific Instruments, 2012, Vol. 83, No. 10, 10D307)。但是，他們 使用InGaAsP量子阱材料做探測介質，這是一種在砷化鎵（GaAs)中摻雜了銦（In)、磷（P) 的多層材料，總厚度僅能生長5微米，這使得探測系統不能探測光子能量MeV的核輻射脈 沖。而探測MeV核輻射脈沖是迫切需要在ICF診斷中解決的重要問題。要探測MeV核輻射 脈沖，要求使用更厚的半導體介質以提高探測效率。目前，各種半導體在MeV核輻射脈沖作 用下折射率變化測試裝置還沒有建立，各種半導體在MeV核輻射脈沖作用下的折射率變化 規律也有待探索。
【發明內容】
[0014] 為了克服現有測量MeV核輻射脈沖時間寬度的裝置測量效率低的不足，本發明提 供一種利用半導體折射率變化測量MeV核輻射脈沖時間寬度的裝置。該裝置包括可調諧 激光器、單模光纖、光纖環行器、半導體晶片、高帶寬光電探測器和示波器。可調諧激光器 輸出激光經單模光纖導引到光纖環行器，光纖環行器的輸出口 2將激光傳輸到半導體晶體 表面，光纖環行器的輸出口 3通過長距離單模光纖與高帶寬光電探測器輸入口相連，高帶 寬光電探測器輸出口接示波器。本發明使用300微米厚的半導體晶片做探測介質，提高了 MeV核輻射脈沖的沉積效率，并使裝置輸出有效信號，解決了【背景技術】裝置進行MeV核輻射 脈沖探測時效率低的技術問題。
[0015] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種利用半導體折射率變化測量 MeV核輻射脈沖時間寬度的裝置，其特點是包括可調諧激光器、單模光纖、光纖環行器、半導 體晶片、高帶寬光電探測器和示波器。可調諧激光器輸出激光通過單模光纖與光纖環行器 的輸入口 1連接，光纖環行器的輸出口 2接另一單模光纖的一端，另一單模光纖的另一端用 FC/APC型光纖接頭貼近半導體晶片表面，光纖環行器的輸出口 3通過長距離單模光纖與高 帶寬光電探測器輸入口相連，高帶寬光電探測器輸出口接示波器。所述半導體晶片厚度為 300微米。可調諧激光器輸出激光通過單模光纖導引到光纖環行器的輸入口 1，光纖環行器 完成激光的單向傳輸。光纖環行器的輸出口 2通過單模光纖，將激光傳輸到半導體晶體表 面，半導體晶體前表面和后表面反射的激光發生干涉，一部分干涉光再次進入光纖環行器 的輸出口 2,光纖環行器的輸出口 2將干涉光環行輸出到光纖環行器的輸出口 3,經長距離 單模光纖導引到高帶寬光電探測器，高帶寬光電探測器將激光光強度變化轉換為電脈沖由 示波器記錄。
[0016] 本發明的有益效果是：該裝置包括可調諧激光器、單模光纖、光纖環行器、半導體 晶片、高帶寬光電探測器和示波器。可調諧激光器輸出激光經單模光纖導引到光纖環行器， 光纖環行器的輸出口 2將激光傳輸到半導體晶體表面，光纖環行器的輸出口 3通過長距離 單模光纖與高帶寬光電探測器輸入口相連，高帶寬光電探測器輸出口接示波器。本發明使 用300微米厚的半導體晶片做探測介質，提高了 MeV核輻射脈沖的沉積效率，并使裝置輸出 有效信號，解決了【背景技術】裝置進行MeV核輻射脈沖探測時效率低的技術問題。
[0017] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作詳細說明。
【附圖說明】
[0018] 圖1是【背景技術】等傾干涉光程差形成示意圖。
[0019] 圖2是本發明利用半導體折射率變化測量MeV核輻射脈沖時間寬度的裝置簡圖。
[0020] 圖3是圖2中FC/APC型光纖接頭與半導體表面