電子束激發紫外光的可攜式鑑定與透視系統的製作方法

2023-11-01 17:03:07 2

電子束激發紫外光的可攜式鑑定與透視系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及成像領域，具體涉及紫外成像領域。電子束激發紫外光的可攜式鑑定與透視系統包括一紫外光源、一顯示設備以及一圖像傳感系統，紫外光源採用一電子束激發紫外光源，電子束激發紫外光源包括一電致發光半導體機構，還包括一激勵源，激勵源採用一電子槍系統。通過將傳統的鑑定與透視系統中的紫外光源替換為新型的電子束激發紫外光源，減小設備體積、降低功耗並且提高了特定波段紫外光的純度。電子束激發紫外光源通過電子束為電致發光半導體機構提供電流，並通過電極形成電流迴路。
【專利說明】電子束激發紫外光的可攜式鑑定與透視系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及成像領域，具體涉及紫外成像領域。
【背景技術】
[0002]紫外光波長比可見光短，但比X射線長的電磁輻射。紫外光在電磁波譜中範圍波 長為10-400 nm。這範圍內開始於可見光的短波極限，而與長波X射線的波長相重疊。紫外 光被劃分為A射線、B射線和C射線(簡稱UVA、UVB和UVC)，波長範圍分別為400-315nm， 315_280nm，280_190nm。
[0003]由於紫外線比一般的可見光更具有穿透能力，所以科學家也常以紫外線來進行透 視或鑑定的工作(就好像用X光來進行健康檢查一樣)。例如利用紫外線來檢查金屬上細微 的裂縫、圖畫的真偽、食品安全，甚至於在探索太空時，紫外線都可以派上用場。進行上述工 作的設備可以稱為紫外線鑑定與透視系統。
[0004]但，現有的紫外線鑑定與透視系統，體積大、價格昂貴、光源使用壽命短，難以在諸 多領域進行普及化應用。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的在於，提供一種電子束激發紫外光的可攜式鑑定與透視系統， 解決以上技術問題。
[0006]本實用新型所解決的技術問題可以採用以下技術方案來實現:
[0007]電子束激發紫外光的可攜式鑑定與透視系統包括一紫外光源、一顯示設備以及一 圖像傳感系統，其特徵在於:
[0008]所述紫外光源採用一電子束激發紫外光源，所述電子束激發紫外光源包括一電致 發光半導體機構，還包括一激勵源，所述激勵源採用一電子槍系統；
[0009]所述電致發光半導體機構設置在所述電子槍系統的靶向方向上，所述電致發光半 導體機構連接一電極；
[0010]所述電子束激發紫外光源還設有一用於透射出紫外線的光出射口。
[0011]通過將傳統的鑑定與透視系統中的紫外光源替換為新型的電子束激發紫外光源， 減小設備體積、降低功耗並且提高了特定波段紫外光的純度。電子束激發紫外光源通過電 子束為電致發光半導體機構提供電流，並通過所述電極形成電流迴路。
[0012]所述光出射口的投射朝向與所述圖像傳感系統的圖像接收朝向同向。以便於圖像 傳感系統接收反射回來的紫外光線，呈現所需要的鑑定圖像或者透視圖像。
[0013]所述光出射口的投射朝向與所述圖像傳感系統的圖像接收朝向相對，兩者之間設 有待檢測物品擺放平臺。以便於圖像傳感系統接收從待檢測物品上投射出來的紫外光線， 呈現所需要的鑑定圖像或者透視圖像。
[0014]所述電子束激發紫外光的可攜式鑑定與透視系統還包括一電源系統，所述電源系 統設有一蓄電池，和與所述蓄電池連接的充電電路。以便於移動使用。[0015]所述電致發光半導體機構生成在一反光金屬層上，並所述反光金屬層連接所述電 極。所發出的紫外光線經過反射後從光出射口射出。
[0016]或者，所述電致發光半導體機構生成在一導電透明基片上，並將所述導電透明基 片連接所述電極。所發出的紫外線經過所述導電透明基片透射後，從所述光出射口射出。
[0017]所述電致發光半導體機構包含至少兩層層疊的電致發光半導體層，構成半導體發 光結構。
[0018]這些電致發光半導體層的材料可以是晶格匹配的，也可以是晶格不匹配的。這些 電致發光半導體層可以是有應變的，也可以是沒有應變的。
[0019]相鄰的兩層所述電致發光半導體層為禁帶寬度不同的電致發光半導體層，從而在 新組成的材料的能帶結構上形成單勢能阱或是多勢能阱的結構。以便於提高轉換效率和調 控光的波長。這些勢能阱結構有利於約束半導體導帶和價帶上的載流子於特定的能量狀態 上，從而達到提聞轉換效率的目的。
[0020]所述半導體發光結構包括至少兩種不同材質的所述電致發光半導體層，且包含至 少三層所述電致發光半導體層，相鄰的兩層所述電致發光半導體層為不同材質的所述電致 發光半導體層。
[0021]具體的可以為:所述半導體發光結構包括兩種不同材質的所述電致發光半導體 層，且包含至少三層所述電致發光半導體層，相鄰的兩層所述電致發光半導體層為不同材 質的所述電致發光半導體層，即，兩種材質的所述電致發光半導體層交替排列構成層疊式 結構。
[0022]每層所述電致發光半導體層的厚度在I納米到50納米。
[0023]至少兩層所述電致發光半導體層層疊構成所述半導體發光結構，所述半導體發光 結構的厚度大於等於10nm。厚度也可以根據波段和功率的需要來具體設計。
[0024]所述電致發光半導體機構依次為第一限制層、至少兩層所述電致發光半導體層、 第二限制層，以及所述反光金屬層，所述反光金屬層上設有反光層；所述反光層的反射方向 朝向所述光出射口 ；所述第一限制層朝向所述電子槍方向。光線穿過透光的光出射口發射 到外界。
[0025]所述電致發光半導體機構還可以是一半導體紫外雷射諧振腔，所述半導體紫外激 光諧振腔內設有半導體結構，所述半導體結構生成在所述襯底上，所述襯上設有一層高禁 帶半導體層，所述高禁帶半導體層上生長有另一層禁帶寬度不同的高禁帶半導體層。
[0026]選擇禁帶寬度不同的半導體層，從而組成新的結構的能帶結構上形成勢能阱結 構。這些勢能阱結構有利於約束半導體導帶和價帶上的載流子於特定的能量狀態上，從而 達到提聞轉換效率的目的。
[0027]所述半導體結構包括至少兩種不同材質的所述高禁帶半導體層，且包含至少三層 所述高禁帶半導體層，相鄰的兩層所述高禁帶半導體層為不同材質的所述高禁帶半導體層。
[0028]具體的可以為:所述半導體結構包括兩種不同材質的所述高禁帶半導體層，且包 含至少三層所述高禁帶半導體層，相鄰的兩層所述高禁帶半導體層為不同材質的所述高禁 帶半導體層，即，兩種材質的所述高禁帶半導體層交替排列構成層疊式結構。
[0029]每層所述高禁帶半導體層的厚度在I納米到50納米。[0030]至少兩層所述高禁帶半導體層層疊構成所述半導體結構，所述半導體結構的厚度 大於等於10nm。厚度也可以根據波段和功率的需要來具體設計。
[0031]所述半導體結構中包括至少兩層II1-V族半導體材質的高禁帶半導體層。具體的 II1-V族半導體材質可以為氮化鋁、氮化鎵等氮化物系的II1-V族半導體材質。
[0032]所述半導體結構中包括一層I1-VI族半導體材質的高禁帶半導體層。I1-VI族半 導體材質可以為ZnMgSSe系的I1-VI族半導體材質。
[0033]半導體材質可以是晶格匹配的，也可以是晶格不匹配的。高禁帶半導體層可以是 有應變的，也可以是沒有應變的。為了提高轉換效率和調控雷射的波長。
[0034]在所述半導體結構一端設有高反射鏡，另一端設有一低反射鏡，所述低反射鏡外 側還設有一透明基片。以高反射鏡、低反射鏡中的一個作為所述襯底。
[0035]所述電子槍系統包括一真空腔室，自所述真空腔室一端向另一端依次排布有電子 槍、電學控制機構、電磁聚焦機構、電磁偏轉掃描機構、電致發光半導體機構、光出射口。
[0036]所述光出射口位於所述真空腔室側面，所述反光金屬層的反射方向朝向所述光出 射口。以便於光線出射。
[0037]所述電子槍發出的電子束依次經過電學控制機構、電磁聚焦機構、電磁偏轉掃描 機構，形成呈現掃描狀態的高能電子束，打入所述電致發光半導體機構，為光發射提供能量。
[0038]所述電子槍發出的電子束也可以工作在脈衝發射狀態或是連續發射狀態。這些工 作狀態的選取是根據發光材料的性能以及發光管的具體應用來決定的。
[0039]高能電子束攜帶的能量可以使它穿過作為靶的電致發光半導體機構的表面到達 能產生光的半導體發光結構。高能電子束會把能量傳遞給半導體材質中的束縛電子，從而 產生自由的電子一空穴對。在半導體材質結構比較完整的情況下，這樣產生出的自由電 子一空穴對將複合而產生光子。
[0040]所述電子槍設有發射電子的陰極，所述陰極可以是金屬、氧化物、各種納米管等材 料構成的陰極。
[0041 ] 電學控制機構可以為一高壓電加速機構，用於將電子束加速，提高能量。
[0042]所述電磁偏轉掃描機構連接有用於一掃描控制系統，所述掃描控制系統控制所述 電磁偏轉掃描機構，進而通過所述電磁偏轉掃描機構控制電子束的發射方向，進而使電子 束打在所述電致發光半導體機構的不同位置，使電致發光半導體機構中半導體發光結構的 不同位置發光，避免所述半導體發光結構因為一個位置長時間發光而造成過熱。
[0043]所述電磁偏轉掃描機構還可以採用靜電電子偏轉系統。通過靜電提供偏轉能量， 並進行偏轉控制。
[0044]所述反光金屬層下方設有一散熱底座，所述散熱底座連接一循環冷卻系統，所述 循環冷卻系統包括散熱管、熱交換系統、冷卻液，所述散熱管埋設在所述散熱底座內；所述 冷卻液設置在所述散熱管內，所述熱交換系統連接所述散熱管的入口和出口。冷卻液通過 散熱管流經散熱底座，散熱底座被冷卻，進而半導體發光結構被冷卻，冷卻液溫度上升，升 溫的冷卻液從出口離開周邊散熱管，從而進入熱交換系統，進行冷卻和冷卻液重新循環。
[0045]所述冷卻液採用絕緣、透明的冷卻液。以便循環冷卻系統隔離高電壓，省去了其他 電隔離系統的設置。所述冷卻液可以採用介質冷卻液，如3M公司製造的Fluorinert，也可以採用全氟液體或其他非導電流體。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0046]圖1為本實用新型的電致發光半導體機構結構示意圖；
[0047]圖2為本實用新型的反射式整體結構示意圖；
[0048]圖3為本實用新型的另一種電致發光半導體機構結構示意圖；
[0049]圖4為本實用新型的透射式整體結構示意圖。
【具體實施方式】
[0050]為了使本實用新型實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下 面結合具體圖示進一步闡述本實用新型。
[0051]電子束激發紫外光的可攜式鑑定與透視系統包括一紫外光源、一顯示設備以及一 圖像傳感系統，紫外光源採用一電子束激發紫外光源。
[0052]參照圖2、圖4，電子束激發紫外光源包括一電致發光半導體機構1，還包括一激勵 源，激勵源採用一電子槍系統2 ;電致發光半導體機構I設置在電子槍系統2的靶向方向 上，電致發光半導體機構I連接一電極；電子束激發紫外光源還設有一用於透射出紫外線 的光出射口 25。
[0053]通過將傳統的鑑定與透視系統中的紫外光源替換為新型的電子束激發紫外光源， 減小設備體積、降低功耗並且提高了特定波段紫外光的純度。電子束激發紫外光源通過電 子束為電致發光半導體機構I提供電流，並通過電極形成電流迴路。
[0054]光出射口 25的投射朝向與圖像傳感系統的圖像接收朝向同向。以便於圖像傳感 系統接收反射回來的紫外光線，呈現所需要的鑑定圖像或者透視圖像。
[0055]光出射口 25的投射朝向與圖像傳感系統的圖像接收朝向相對，兩者之間設有待 檢測物品擺放平臺。以便於圖像傳感系統接收從待檢測物品上投射出來的紫外光線，呈現 所需要的鑑定圖像或者透視圖像。
[0056]電子束激發紫外光的可攜式鑑定與透視系統還包括一電源系統，電源系統設有一 蓄電池，和與蓄電池連接的充電電路。以便於移動使用。
[0057]電子槍21設有發射電子的陰極，陰極可以是金屬、氧化物、各種納米管等材料構 成的陰極。
[0058]電學控制機構22可以為一高壓電加速機構，用於將電子束加速，提高能量，或者 只是調整和控制電子束方向。
[0059]電磁偏轉掃描機構24連接有用於一掃描控制系統，掃描控制系統控制電磁偏轉 掃描機構24,進而通過電磁偏轉掃描機構24控制電子束的發射方向，進而使電子束打在電 致發光半導體機構I的不同位置，使電致發光半導體機構I中半導體發光結構的不同位置 發光，避免半導體發光結構因為一個位置長時間發光而造成過熱。
[0060]電磁偏轉掃描機構24還可以採用靜電電子偏轉系統。通過靜電提供偏轉能量，並 進行偏轉控制。
[0061]反光金屬層14下方設有一散熱底座3,散熱底座3連接一循環冷卻系統26,循環 冷卻系統26包括散熱管、熱交換系統、冷卻液,散熱管埋設在散熱底座3內；冷卻液設置在散熱管內，熱交換系統連接散熱管的入口和出口。冷卻液通過散熱管流經散熱底座3，散熱 底座3被冷卻，進而半導體發光結構被冷卻，冷卻液溫度上升，升溫的冷卻液從出口離開周 邊散熱管，從而進入熱交換系統，進行冷卻和冷卻液重新循環。
[0062]冷卻液採用絕緣、透明的冷卻液。以便循環冷卻系統26隔離高電壓，省去了其他 電隔離系統的設置。冷卻液可以採用介質冷卻液，如3M公司製造的Fluorinert，也可以採 用全氟液體或其他非導電流體。
[0063]具體實施例1:
[0064]參照圖1、圖2，電致發光半導體機構I生成在一反光金屬層14上，並反光金屬層 14連接電極。所發出的紫外光線經過反射後從光出射口 25射出。
[0065]電致發光半導體機構I包含至少兩層層疊的電致發光半導體層12，構成半導體發 光結構。
[0066]這些電致發光半導體層12的材料可以是晶格匹配的，也可以是晶格不匹配的。這 些電致發光半導體層12可以是有應變的，也可以是沒有應變的。
[0067]相鄰的兩層電致發光半導體層12為禁帶寬度不同的電致發光半導體層12，從而 在新組成的材料的能帶結構上形成單勢能阱或是多勢能阱的結構。以便於提高轉換效率和 調控光的波長。這些勢能阱結構有利於約束半導體導帶和價帶上的載流子於特定的能量狀 態上，從而達到提高轉換效率的目的。
[0068]半導體發光結構包括至少兩種不同材質的電致發光半導體層12，且包含至少三層 電致發光半導體層12，相鄰的兩層電致發光半導體層12為不同材質的電致發光半導體層 12。
[0069]具體的可以為:半導體發光結構包括兩種不同材質的電致發光半導體層12，且包 含至少三層電致發光半導體層12，相鄰的兩層電致發光半導體層12為不同材質的電致發 光半導體層12，即，兩種材質的電致發光半導體層12交替排列構成層疊式結構。
[0070]每層電致發光半導體層12的厚度在I納米到50納米。
[0071]至少兩層電致發光半導體層12層疊構成半導體發光結構，半導體發光結構的厚 度大於等於10nm。厚度也可以根據波段和功率的需要來具體設計。
[0072]電致發光半導體機構I依次為第一限制層11、至少兩層電致發光半導體層1212、 第二限制層13,以及反光金屬層14,反光金屬層14上設有反光層；反光層的反射方向朝向 光出射口 25 ;第一限制層11朝向電子槍21方向。光線穿過透光的光出射口 25發射到外 界。
[0073]具體實施例2:
[0074]參照圖3、圖4，電致發光半導體機構I還可以是一半導體紫外雷射諧振腔，半導體 紫外雷射諧振腔內設有半導體結構，半導體結構生成在襯底上，襯底上設有一層高禁帶半 導體層all，高禁帶半導體層all上生長有另一層禁帶寬度不同的高禁帶半導體層al2。或 者，電致發光半導體機構I生成在一導電透明基片上，並將導電透明基片連接電極。所發出 的紫外線經過導電透明基片透射後，從光出射口 25射出。
[0075]本發明選擇禁帶寬度不同的半導體層，從而組成新的結構的能帶結構上形成勢能 阱結構。這些勢能阱結構有利於約束半導體導帶和價帶上的載流子於特定的能量狀態上， 從而達到提聞轉換效率的目的。[0076]半導體結構包括至少兩種不同材質的高禁帶半導體層all、al2，且包含至少三層 高禁帶半導體層，相鄰的兩層高禁帶半導體層all、al2為不同材質的高禁帶半導體層。
[0077]具體的可以為:半導體結構包括兩種不同材質的高禁帶半導體層，且包含至少三 層高禁帶半導體層，相鄰的兩層高禁帶半導體層all、al2為不同材質的高禁帶半導體層， 即，兩種材質的高禁帶半導體層交替排列構成層疊式結構。每層高禁帶半導體層的厚度在 10納米到40納米。至少兩層高禁帶半導體層all、al2層疊構成半導體結構，半導體結構 的厚度大於等於12nm。半導體結構的厚度根據所需的功率和波長來具體設計。
[0078]半導體結構中包括至少兩層II1-V族半導體材質的高禁帶半導體層U。具體的 II1-V族半導體材質可以為氮化鋁、氮化鎵等氮化物系的II1-V族半導體材質。半導體結構 中包括也可以是至少兩層I1-VI族半導體材質的高禁帶半導體層al2。I1-VI族半導體材 質可以為ZnMgSSe系的I1-VI族半導體材質。半導體材質可以是晶格匹配的，也可以是晶 格不匹配的。高禁帶半導體層可以是有應變的，也可以是沒有應變的。為了提高轉換效率 和調控雷射的波長。
[0079]在半導體結構一端設有高反射鏡al3,另一端設有一低反射鏡al4,低反射鏡al4 外側還設有一透明基片al5。以高反射鏡al3、低反射鏡al4中的一個作為襯底。
[0080]以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特徵和本實用新型的優點。本行 業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述 的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和範圍的前提下，本實用新型還 會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型範圍內。本實用新型 要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.電子束激發紫外光的可攜式鑑定與透視系統，包括一紫外光源、一顯示設備以及一 圖像傳感系統，其特徵在於:所述紫外光源採用一電子束激發紫外光源，所述電子束激發紫外光源包括一電致發光 半導體機構，還包括一激勵源，所述激勵源採用一電子槍系統；所述電致發光半導體機構設置在所述電子槍系統的靶向方向上，所述電致發光半導體 機構連接一電極；所述電子束激發紫外光源還設有一用於透射出紫外線的光出射口。
2.根據權利要求1所述的電子束激發紫外光的可攜式鑑定與透視系統，其特徵在於: 所述光出射口的投射朝向與所述圖像傳感系統的圖像接收朝向同向。
3.根據權利要求1所述的電子束激發紫外光的可攜式鑑定與透視系統，其特徵在於: 所述光出射口的投射朝向與所述圖像傳感系統的圖像接收朝向相對，兩者之間設有待檢測 物品擺放平臺。
4.根據權利要求1、2或3所述的電子束激發紫外光的可攜式鑑定與透視系統，其特徵 在於:所述電子束激發紫外光的可攜式鑑定與透視系統還包括一電源系統，所述電源系統 設有一蓄電池，和與所述蓄電池連接的充電電路。
5.根據權利要求4所述的電子束激發紫外光的可攜式鑑定與透視系統，其特徵在於: 所述電致發光半導體機構生成在一反光金屬層上，並所述反光金屬層連接所述電極。
6.根據權利要求4所述的電子束激發紫外光的可攜式鑑定與透視系統，其特徵在於: 所述電致發光半導體機構生成在一導電透明基片上，並將所述導電透明基片連接所述電 極。
7.根據權利要求4所述的電子束激發紫外光的可攜式鑑定與透視系統，其特徵在於: 所述電致發光半導體機構包含至少兩層層疊的電致發光半導體層，構成半導體發光結構；相鄰的兩層所述電致發光半導體層為禁帶寬度不同的電致發光半導體層，從而在新組 成的材料的能帶結構上形成單勢能阱或是多勢能阱的結構。
8.根據權利要求4所述的電子束激發紫外光的可攜式鑑定與透視系統，其特徵在於: 所述電致發光半導體機構包含至少兩層層疊的電致發光半導體層，構成半導體發光結構；所述電致發光半導體機構依次為第一限制層、至少兩層所述電致發光半導體層、第二 限制層，以及反光金屬層，所述反光金屬層上設有反光層；所述反光層的反射方向朝向所述 光出射口 ；所述第一限制層朝向所述電子槍方向。
9.根據權利要求4所述的電子束激發紫外光的可攜式鑑定與透視系統，其特徵在於: 所述電致發光半導體機構，是一半導體紫外雷射諧振腔。
10.根據權利要求9所述的電子束激發紫外光的可攜式鑑定與透視系統，其特徵在於: 所述半導體紫外雷射諧振腔內設有半導體結構，所述半導體結構生成在襯底上，所述襯底 上設有一層高禁帶半導體層，所述高禁帶半導體層上生長有另一層禁帶寬度不同的高禁帶 半導體層。
【文檔編號】G01N21/66GK203422317SQ201220712114
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年12月20日 優先權日:2012年12月20日
【發明者】張學淵, 趙健, 梁忠輝, 鍾偉傑, 唐偉, 夏忠平 申請人:上海顯恆光電科技股份有限公司