一種基于半導(dǎo)體激光器的x射線輻射場探測裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于脈沖輻射探測領(lǐng)域，具體涉及一種基于半導(dǎo)體激光器的X射線輻射場探測裝置及探測方法。該探測裝置包括輻射探測器和激光功率測量記錄設(shè)備；輻射探測器通過光纖或者激光聚焦傳輸器件與激光功率測量記錄設(shè)備實(shí)現(xiàn)光路連通；輻射探測器包括半導(dǎo)體激光器和為半導(dǎo)體激光器提供預(yù)偏置電流的外接電源，外接電源所提供的電流大于或者等于半導(dǎo)體激光器的閾值電流。本發(fā)明利用X射線對半導(dǎo)體激光器有源區(qū)載流子直接調(diào)制，實(shí)現(xiàn)對半導(dǎo)體激光器輸出功率的擾動，通過測量輸出激光信號的變化最終獲得X射線脈沖信息，基于該方法的探測系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、超快時間響應(yīng)以及以激光為信號特征等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種基于半導(dǎo)體激光器的X射線輻射場探測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于脈沖輻射探測領(lǐng)域，具體涉及一種基于半導(dǎo)體激光器的X射線輻射場 探測裝置及探測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 脈沖X射線、中子、伽馬等電離輻射粒子脈沖時間譜是脈沖射線源和輻射場的主要 參數(shù)之一，X射線、伽馬與中子的測量通常需要轉(zhuǎn)換為帶電粒子進(jìn)行信號測量與記錄。常見 的半導(dǎo)體探測器是典型的以電流為信號特征的輻射探測器，閃爍探測器則是將射線轉(zhuǎn)換為 反沖質(zhì)子，利用質(zhì)子電離發(fā)射熒光，通過光電轉(zhuǎn)換器件輸出電流信號予以記錄，因此，現(xiàn)有 的探測方法總體上都是以電流為信號特征、采用同軸電纜傳輸信號的電流型輻射探測方 法，基于該類方法的探測系統(tǒng)時間響應(yīng)均在ns量級。隨著激光技術(shù)研究工作的逐步深入，理 論上可以實(shí)現(xiàn)ps級X射線脈沖的無損傳輸與時間譜測量。然而，在實(shí)際的實(shí)驗操作中，在X射 線或者其他輻射粒子脈沖信號轉(zhuǎn)換為激光信號以及提高相應(yīng)探測系統(tǒng)的靈敏度等探測性 能方面仍然存在著極大的困難。
[0003] 美國勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗室(LLNL)針對ICF超快X射線測量需求，研究并提 出了一種基于化合物半導(dǎo)體自由載流子折射率調(diào)制的新型輻射探測器，這是目前已經(jīng)報道 的唯一的能夠在實(shí)驗上得到驗證的輻射-光(Radoptic)探測器。其基本思路是利用外干涉 光路，在"探測臂"上加入如GaAs等半導(dǎo)體，在X射線入射半導(dǎo)體后產(chǎn)生電子-空穴對，導(dǎo)致半 導(dǎo)體折射率受到調(diào)制，引起激光干涉信號改變(相位調(diào)制引起），從而實(shí)現(xiàn)脈沖X射線的時間 譜測量。雖然實(shí)驗證明了該探測方法所建立的系統(tǒng)時間響應(yīng)能力小于l〇ps。但是由于該方 法靈敏度非常低，而且探測系統(tǒng)復(fù)雜度也很高，需要十分苛刻的技術(shù)條件和參數(shù)設(shè)置，因此 仍然難以滿足輻射探測領(lǐng)域的ps級脈沖X射線時間譜的高靈敏度測量需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決現(xiàn)有的脈沖X射線輻射場探測方法時間響應(yīng)能力差、探測靈敏度低的技 術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于半導(dǎo)體激光器的X射線輻射場探測裝置及探測方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種基于半導(dǎo)體激光器的X射線輻射場探測裝置，其特 殊之處在于:包括輻射探測器和激光功率測量記錄設(shè)備;所述輻射探測器通過光纖或者激 光聚焦傳輸器件與激光功率測量記錄設(shè)備實(shí)現(xiàn)光路連通;所述輻射探測器包括半導(dǎo)體激光 器和為半導(dǎo)體激光器提供電流的外接電源，外接電源所提供的電流略大于或者等于半導(dǎo)體 激光器的閾值電流。
[0006] 上述半導(dǎo)體激光器為條形邊發(fā)射激光器或者垂直腔面發(fā)射激光器;對于條形邊發(fā) 射激光器，X射線入射方向垂直于激光出射方向；對于垂直腔面發(fā)射激光器，X射線入射方向 平行于激光出射方向。
[0007] 上述半導(dǎo)體激光器的襯底外側(cè)設(shè)置有半導(dǎo)體輻射轉(zhuǎn)換層，半導(dǎo)體輻射轉(zhuǎn)換層的外 側(cè)設(shè)置有產(chǎn)生負(fù)高壓的金屬電極。通過增加或者改變"輻射-電子"轉(zhuǎn)換層，就可以用于伽馬 與中子等其他輻射場脈沖時間譜及強(qiáng)度的測量。負(fù)高壓用于驅(qū)動轉(zhuǎn)換層中的電子能進(jìn)入激 光二極管芯片，且進(jìn)入有源區(qū)。
[0008] 上述半導(dǎo)體輻射轉(zhuǎn)換層為GaAs、GaN或者其他寬禁帶導(dǎo)體晶體，可與微電子工藝兼 容，具體材料需根據(jù)激光二極管類型與襯底材料類型決定。
[0009] 上述半導(dǎo)體激光器外部包覆有封裝層;位于X射線入射方向的封裝層為窗口材料， 其他部位封裝層為金屬、金剛石或者其他導(dǎo)熱材料。封裝層主要實(shí)現(xiàn)遮擋灰塵與器件支撐 的作用，面向射線入射方向為窗口材料，盡可能減小束流損失，與器件接觸與支撐部分采用 導(dǎo)熱性好的材料，根據(jù)探測環(huán)境由外界冷源通過該材料提供器件制冷功能。
[0010] 上述輻射探測器還包括與半導(dǎo)體激光器接觸的具有制冷功能的溫度控制模塊，通 過導(dǎo)熱性好的封裝層為半導(dǎo)體激光器制冷。
[0011] 上述激光聚焦傳輸器件包括沿激光出射方向依次設(shè)置的透鏡一、光闌、反射鏡、透 鏡二和光快門。將輻射探測器和激光功率測量記錄設(shè)備分離設(shè)置可以獲得良好的屏蔽環(huán) 境。
[0012] 上述激光功率測量記錄設(shè)備包括通過電纜連接的光探測器和數(shù)字示波器;所述光 探測器為光電倍增管或者光電二極管，具備高靈敏度、快時間響應(yīng)的特點(diǎn)。
[0013] 上述激光功率測量記錄設(shè)備為條紋相機(jī)或者光示波器，激光信號無需轉(zhuǎn)換為電信 號便可以進(jìn)行測量。
[0014] -種基于半導(dǎo)體激光器的X射線輻射場探測方法，其特殊之處在于：包括以下步 驟：
[0015] 1】搭建基于半導(dǎo)體激光器的X射線輻射場探測裝置；
[0016] 2】通過外接電源對半導(dǎo)體激光器進(jìn)行電流注入，使半導(dǎo)體激光器工作在閾值電流 附近，通常設(shè)置為大于或者等于閾值電流；
[0017] 3】X射線垂直于波導(dǎo)層方向入射半導(dǎo)體激光器；
[0018] 4】X射線在半導(dǎo)體中產(chǎn)生的自由載流子直接注入到激光有源區(qū)，提高激光腔內(nèi)增 益，獲得輸出功率的增大；
[0019] 5】出射激光通過光纖或者激光聚焦傳輸器件傳輸至激光功率測量記錄設(shè)備，獲得 X射線脈沖時間譜。
[0020] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0021] (1)本發(fā)明利用X射線對半導(dǎo)體激光器有源區(qū)載流子直接調(diào)制，實(shí)現(xiàn)對半導(dǎo)體激光 器輸出功率的擾動，通過測量輸出激光信號的變化最終獲得X射線脈沖信息，基于該方法的 探測系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、超快時間響應(yīng)以及以激光為信號特征等優(yōu)點(diǎn)。基于該方 法的探測系統(tǒng)可以用于測量脈沖X射線時間譜以及穩(wěn)態(tài)X射線輻射場的強(qiáng)度測量。
[0022] (2)本發(fā)明利用半導(dǎo)體激光器P-Ι曲線，通過X射線入射半導(dǎo)體獲得腔內(nèi)電流密度 增益，輻射轉(zhuǎn)換層可直接利用激光器的GaAs襯底，由于半導(dǎo)體有源層載流子壽命很短，以該 方法建立的探測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)〈1 Ops的時間響應(yīng)能力。
[0023] (3)與傳統(tǒng)輻射探測系統(tǒng)相比，該探測系統(tǒng)光電測量設(shè)備與半導(dǎo)體激光器輻射轉(zhuǎn) 換裝置分離，由于激光傳輸距離和方式的優(yōu)越性，導(dǎo)致探測系統(tǒng)使用時輻射屏蔽非常容易 實(shí)施。
[0024] (4)本發(fā)明繼承了半導(dǎo)體激光器體積小、成本低、工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)，所增加的半導(dǎo) 體輻射轉(zhuǎn)換層可以很好地與現(xiàn)有制備工藝兼容，實(shí)施可行性高。
[0025] (5)本發(fā)明所建立的探測系統(tǒng)封裝完成后具備強(qiáng)抗電磁干擾能力，且光纖傳輸相 比于電流型探測器所用的同軸電纜帶寬更寬，更適合快脈沖信號的探測與傳輸。
[0026] (6)本發(fā)明選用不同斜率效率的半導(dǎo)體激光器芯片，可以容易獲得不同靈敏度的 探測裝置，以滿足不同強(qiáng)度的X射線的輻射場測量。
[0027] (7)本發(fā)明可以通過增加或者改變"輻射-電子"轉(zhuǎn)換層，就可以用于伽馬與中子等 其他輻射場脈沖時間譜及強(qiáng)度的測量，適用范圍廣。
【附圖說明】
[0028] 圖1為本發(fā)明較佳實(shí)施例的X射線輻射場探測裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖2為本發(fā)明較佳實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖3為本發(fā)明實(shí)驗驗證的X射線脈沖時間波形圖；
[0031]圖4為中子電子轉(zhuǎn)換革E1結(jié)構(gòu)不意圖；
[0032] 圖5為伽馬電子轉(zhuǎn)換靶結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033] 附圖標(biāo)記為：1-輻射探測器;2-激光功率測量記錄設(shè)備;3-激光聚焦傳輸器件;31-透鏡一;32-光闌；33-反射鏡;34-透鏡二;35-光快門；4-脈沖X射線源;5-鈍化層;6-金屬電 極一；7-P型歐姆接觸層;8-P型上限制層;9-空間限制層一；10-有源區(qū)；11-空間限制層二； 12-N型下限制層；13-N型襯底緩沖層；14-金屬電極二；15-輻射轉(zhuǎn)換層；16-金屬電極三；17-閃爍探測器。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉，能帶工程的成功應(yīng)用極大降低了半導(dǎo)體激光 器的電流閾值，根據(jù)半導(dǎo)體激光器的工作原理，無論以何種形式實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，即達(dá)到電 流密度閾值，均能獲得激光輸出。半導(dǎo)體腔內(nèi)本身就是一個非常穩(wěn)定的F-P干涉系統(tǒng)，而有 源區(qū)材料多為GaAs基化合物半導(dǎo)體，因此，利用脈沖射線入射半導(dǎo)體激光波導(dǎo)層，產(chǎn)生的電 子-空穴對可以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器有源區(qū)載流子密度調(diào)制，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器輸出功率腔 內(nèi)調(diào)制。本發(fā)明基于這一思路提出一種基于半導(dǎo)體激光器腔內(nèi)調(diào)制的脈沖X射線時間譜的 測量方法，由于半導(dǎo)體激光器有源層非常薄，基于該方法的探測系統(tǒng)時間響應(yīng)能力理論上 要好于LLNL實(shí)驗室基于外調(diào)制方式的探測系統(tǒng)。實(shí)驗結(jié)果表明該探測方法用于脈沖X射線 時間譜測量具有可行性，且證明基于該方法的探測系統(tǒng)靈敏度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有激光方法X 射線探測系統(tǒng)。另外，通過合理設(shè)計探測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該探測方法還可以用于脈沖中子、伽馬 等輻射脈沖時間譜的測量。
[0035] 該探測方法是基于半導(dǎo)體激光器工作原理來實(shí)現(xiàn)的。脈沖X射線作為小信號調(diào)制 "源"，產(chǎn)生的載流子A N(t)并因此對半導(dǎo)體激光器動態(tài)輸出的影響，可以通過載流子和光 子的速率方程來體現(xiàn)：
[0036]載流子數(shù)的速率方程：
[0038]其中No為X射線入射前有源區(qū)的載流子數(shù)密度，AN(t)為X射線引起的有源區(qū)增加 的載流子數(shù)密度，RsP為自發(fā)復(fù)合速率，Rnr為非復(fù)合速率，V是有源區(qū)的體積，Ιο為器件外界注 入電流，ni為內(nèi)量子效率，q為電子電荷量，R21-R12 = uggNP為受激發(fā)射與受激吸收導(dǎo)致的凈 增長速率，g為光增益系數(shù)，％為群速度，F(xiàn)( t)為X射線輻射引起的載流子密度速率：
[0044]其中N=No+AN(t)。根據(jù)本發(fā)明方法的基本原則，只考慮閾值以上的情況，則激光 器輸出功率：
[0046]其中AI = qVAN(t)，可以看出激光輸出功率隨時間的變化決定于X射線輻射場引 起的電流隨時間的變化量，因此當(dāng)激光二極管芯片預(yù)偏電流在閾值電流以上時，通過測量 記錄激光功率的時間-功率譜就可以獲得脈沖X射線的時間波形，這一情形對應(yīng)的激光輸出 功率分別為：
[0047]當(dāng)Iq=Ith時，激光輸出功率為：
[0049] 由于對于某一特定的器件
為常數(shù)，則P〇(t)的波形可以完整反映X射線的 時間譜信息，且呈線性關(guān)系，當(dāng)Io> Ith時，激光二極管在X射線入射前已經(jīng)發(fā)生激射，而A I (t)作為附加信號對激光信號完成調(diào)制，同樣可以反映出X射線的時間譜信息，但當(dāng)Ιο過大 時，由于其產(chǎn)生的激光功率與X射線貢獻(xiàn)的功率增量相比太大，反而會導(dǎo)致測到的脈沖信號 越小，因此預(yù)偏電流設(shè)置在閾值電流附近時信噪比最高。
[0050] 而當(dāng)Io<Ith時，即為注入電流遠(yuǎn)小于閾值電流，此時激光二極管激光功率輸出接 近于零：
，并以近乎線性的方式隨注入電流而增大，但在本 文的討論中需要考慮X射線引入的載流子密度的情況。即1〇與Ith相差不大時，盡管激光二極 管預(yù)偏注入電流小于閾值電流，但X射線貢獻(xiàn)的電流密度使得激光二極管最終工作在閾值 電流以上，此時，脈沖X射線入射產(chǎn)生的△ I(t)其中一部分需要用來"填補(bǔ)"激光二極管預(yù)偏 置電流與閾值電流之間的差值，在這一情形下，有兩種可能：1)在I『I th=- △ I (t)時，此時 激光輸出功率為：
[0052]即表明此時激光二極管輸出功率不隨時間變化，實(shí)驗上觀察不到X射線脈沖波形； 2)在0<Ith-Io<AI(t)時，此時Pc>(t)>0,即實(shí)驗上可以觀察到X射線引起的脈沖波形，但 無法完整反映脈沖X射線時間譜信息，X射線產(chǎn)生的A I(t)需要抵消閾值電流與預(yù)偏注入電 流的差值，使得實(shí)際測量到的激光功率脈沖信號只反映抵消以后的剩余載流子信號，因此， 實(shí)驗中將觀察到"截底"的脈沖信號。
[0053]半導(dǎo)體有源區(qū)很窄（1微米以下），且壽命很短。以GaAs為例，能量為40keV的X在 GaAs中載流子產(chǎn)生與復(fù)合的時間<120fs(Richard A.London,Mark E.Lowry，et al.2013, J.Appl .Phys)，由于該時間是決定探測器時間響應(yīng)能力的決定因素，因此，基于半導(dǎo)體激光 二極管(激光器)的脈沖時間譜測量方法理論上容易實(shí)現(xiàn)<l〇ps的時間響應(yīng)能力。
[0054]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明所提供的X射線輻射場探測裝置及其工作方法進(jìn)行 說明。
[0055] 參見圖1，本發(fā)明較佳實(shí)施例的探測裝置包括兩部分:輻射探測器1和激光功率測 量記錄設(shè)備2。二者相互分離設(shè)置，通常通過設(shè)計合理光路或采用光纖的手段將激光信號傳 輸?shù)竭h(yuǎn)離輻射源的地方進(jìn)行測量記錄，進(jìn)而獲得良好的屏蔽環(huán)境。本實(shí)施例中通過激光聚 焦傳輸器件3實(shí)現(xiàn)輻射探測器1和激光功率測量記錄設(shè)備2的光路連通。激光聚焦傳輸器件3 包括沿激光出射方向依次設(shè)置的透鏡一31、光闌32、反射鏡33、透鏡二34和光快門35。
[0056] 輻射探測器1包括半導(dǎo)體激光器和為半導(dǎo)體激光器提供電流的外接電源，外接電 源所提供的電流大于或者等于半導(dǎo)體激光器的閾值電流。
[0057]激光功率測量記錄設(shè)備2進(jìn)行激光信號的測量，具體可以由具備高靈敏度、快時間 響應(yīng)的光探測器實(shí)現(xiàn)，如微通道板(MCP)光電倍增管或者快響應(yīng)光電二極管，波形記錄設(shè)備 由高帶寬示波器記錄。若采用條紋相機(jī)或者光示波器等先進(jìn)激光脈沖測量記錄設(shè)備，則激 光信號無需轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)行測量。
[0058]該探測裝置以半導(dǎo)體激光器為核心器件，對于X射線入射方向垂直于有源區(qū)波導(dǎo) 軸線方向，即對于條形邊發(fā)射激光器，入射激發(fā)方向與激光出射方向垂直;而對于垂直腔面 發(fā)射激光器，X射線入射激發(fā)方向與激光出射方向平行。半導(dǎo)體激光器通常選擇直流輸出的 類型。圖2為半導(dǎo)體激光器的一種結(jié)構(gòu)示意圖，X入射方向為垂直于波導(dǎo)層方向，依次經(jīng)過器 件封裝層(金屬電極三16)、轉(zhuǎn)換靶層(輻射轉(zhuǎn)換層15)、電極接觸層(金屬電極二14)進(jìn)入半 導(dǎo)體激光結(jié)構(gòu)層(激光二極管裸管）。首先通過外接電源對激光二極管進(jìn)行電流注入，使激 光二極管工作在閾值電流以上(或附近），記錄儀器(如示波器）以此為探測器初始狀態(tài)（具 體表現(xiàn)為基線抬高）。再由X射線在半導(dǎo)體中產(chǎn)生的自由載流子直接"注入"到激光有源區(qū)， 在有源區(qū)為多量子阱材料時，幾乎所有的載流子被很好地限制在勢阱當(dāng)中，進(jìn)而提高激光 腔內(nèi)增益，獲得輸出功率的增大。當(dāng)實(shí)際裝置制備中需有半導(dǎo)體輻射轉(zhuǎn)換層11時，根據(jù)轉(zhuǎn)換 層厚度需加負(fù)高壓，用于驅(qū)動轉(zhuǎn)換層中的電子能進(jìn)入激光二極管芯片，且進(jìn)入有源區(qū)。 [0059]探測方法驗證實(shí)驗基于圖2的器件結(jié)構(gòu)，采用分別限制多量子阱激光二極管芯片， 激光波長650nm，閾值電流為20mA。具體實(shí)驗布局如圖1所示，所采用的脈沖X射線源能量在 百keV量級，脈寬(底寬）約50ns，X射線脈沖垂直出光方向入射。經(jīng)由透鏡一 31對半導(dǎo)體激光 發(fā)射光束進(jìn)行聚焦，通過光闌32濾除雜散光，采用反射鏡33改變激光傳輸方向，使激光入射 到易于屏蔽的區(qū)域被光電轉(zhuǎn)換器件測量。如果采用多通道方式記錄，則反射鏡33可以替換 為半透半反鏡，進(jìn)行任意、重復(fù)分束，再分別記錄。透鏡二34用于對激光束二次聚焦，使其可 以繼續(xù)向前傳輸。由于當(dāng)半導(dǎo)體激光器處于預(yù)偏置狀態(tài)下時，會發(fā)射熒光，為了避免光電倍 增管與高帶寬示波器處于長時間曝光狀態(tài)，加入光快門35通過定時器或者手動方式在脈沖 入射前(如提前3s)打開快門，使光傳輸?shù)焦怆姳对龉苤羞M(jìn)行測量，由泰克數(shù)字示波器(帶寬 1GHz)進(jìn)行記錄。此外，為了與現(xiàn)有成熟探測器結(jié)果進(jìn)行比對，實(shí)驗中采用X射線時間譜常用 的閃爍探測器17進(jìn)行X脈沖信號監(jiān)測。實(shí)驗結(jié)果如圖3所示的波形歸一化以后的結(jié)果?？梢?看出，所獲得的脈沖時間波形符合較好，由于實(shí)驗站沒有加入激光初始強(qiáng)度衰減，由本發(fā)明 獲得的時間譜波形基線噪聲較明顯，實(shí)際應(yīng)用中可以通過加入衰減片以及探測器件制冷來 控制噪聲。
[0060]本發(fā)明所使用的探測裝置及探測方法也可用于中子或者伽馬射線脈沖時間譜的 測量，只需要改變輻射轉(zhuǎn)換層的設(shè)計。采用如圖4所示的中子與電子轉(zhuǎn)換靶或者如圖5所示 的伽馬與電子轉(zhuǎn)換靶，可以將不帶電的中子或者伽馬轉(zhuǎn)換為電子，通過外加電場驅(qū)動電子 進(jìn)入激光二極管有源區(qū)，獲得激光二極管功率的增大。
【主權(quán)項】
1. 一種基于半導(dǎo)體激光器的X射線輻射場探測裝置，其特征在于:包括輻射探測器和激 光功率測量記錄設(shè)備;所述輻射探測器通過光纖或者激光聚焦傳輸器件與激光功率測量記 錄設(shè)備實(shí)現(xiàn)光路連通； 所述輻射探測器包括半導(dǎo)體激光器和為半導(dǎo)體激光器提供預(yù)偏置電流的外接電源，外 接電源所提供的電流大于或者等于半導(dǎo)體激光器的閾值電流。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體激光器的X射線輻射場探測裝置，其特征在于:所 述半導(dǎo)體激光器為條形邊發(fā)射激光器或者垂直腔面發(fā)射激光器;對于條形邊發(fā)射激光器，X 射線入射方向垂直于激光出射方向；對于垂直腔面發(fā)射激光器，X射線入射方向平行于激光 出射方向。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于半導(dǎo)體激光器的X射線輻射場探測裝置，其特征在于:所 述半導(dǎo)體激光器的襯底外側(cè)設(shè)置有半導(dǎo)體輻射轉(zhuǎn)換層，半導(dǎo)體輻射轉(zhuǎn)換層的外側(cè)設(shè)置有產(chǎn) 生負(fù)高壓的金屬電極。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于半導(dǎo)體激光器的X射線輻射場探測裝置，其特征在于:所 述半導(dǎo)體輻射轉(zhuǎn)換層為GaAs、GaN或者其他寬禁帶半導(dǎo)體晶體;所述半導(dǎo)體輻射轉(zhuǎn)換層與半 導(dǎo)體激光器芯片集成封裝在一起。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于半導(dǎo)體激光器的X射線輻射場探測裝置，其特征在于:所 述半導(dǎo)體激光器外部包覆有封裝層;位于X射線入射方向的封裝層為窗口材料，其他部位封 裝層為金屬、金剛石或者其他導(dǎo)熱材料。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于半導(dǎo)體激光器的X射線輻射場探測裝置，其特征在于:所 述輻射探測器還包括與半導(dǎo)體激光器接觸的具有制冷功能的溫度控制模塊。7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一所述的基于半導(dǎo)體激光器的X射線輻射場探測裝置，其特征 在于:所述激光聚焦傳輸器件包括沿激光出射方向依次設(shè)置的透鏡一、光闌、反射鏡、透鏡 二和光快門；所述激光聚焦傳輸器在激光出射方向上還設(shè)置有衰減片。8. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一所述的基于半導(dǎo)體激光器的X射線輻射場探測裝置，其特征 在于:所述激光功率測量記錄設(shè)備包括通過電纜連接的光探測器和數(shù)字示波器;所述光探 測器為光電倍增管或者其他光電轉(zhuǎn)換器件。9. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一所述的基于半導(dǎo)體激光器的X射線輻射場探測裝置，其特征 在于:所述激光功率測量記錄設(shè)備為數(shù)字示波器、條紋相機(jī)或者其他激光脈沖信號記錄設(shè) 備。10. -種基于半導(dǎo)體激光器的X射線輻射場探測方法，其特征在于:包括以下步驟： 1】搭建如權(quán)利要求1-9中任一所述的基于半導(dǎo)體激光器的X射線輻射場探測裝置； 2】通過外接電源對半導(dǎo)體激光器進(jìn)行電流注入，使半導(dǎo)體激光器工作在閾值電流以 上； 3】X射線垂直于波導(dǎo)層方向入射半導(dǎo)體激光器； 4】X射線在半導(dǎo)體或者輻射轉(zhuǎn)換層中產(chǎn)生的自由載流子直接注入到激光有源區(qū)，提高 激光腔內(nèi)增益，獲得輸出功率的增大； 5】出射激光通過光纖或者激光聚焦傳輸器件傳輸至激光功率測量記錄設(shè)備，獲得X射 線脈沖時間譜。
【文檔編號】G01T1/36GK105866822SQ201610230662
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月14日
【發(fā)明人】劉軍, 歐陽曉平, 黑東煒, 張忠兵, 譚新建, 陳亮, 翁秀峰
【申請人】西北核技術(shù)研究所