会员体验
专利管家（专利管理）
工作空间（专利管理）
风险监控（情报监控）
数据分析（专利分析）
侵权分析（诉讼无效）
联系我们
交流群
官方交流：
QQ群： 891211   
微信请扫码    >>>
现在联系顾问~
首页 / 专利库 / 变压器和转换设备 / 传感器 / 传感器 / 超声波传感器 / 光学读出的氮化镓基单量子阱超声波传感器

光学读出的氮化镓基单量子阱超声波传感器

阅读：416发布：2021-02-22

IPRDB可以提供光学读出的氮化镓基单量子阱超声波传感器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种光学读出的氮化镓基单量子阱超声波传感器，包括：辅助光源、氮化镓基单量子阱、窄带滤光片和Si光电管。它是利用GaN基量子阱材料作为敏感元，并且把超声波引起的敏感介质的压电场的变化转换成辐射光谱的变化，然后由光电管采集读出。通过对比有、无超声波的辐射光谱的强度来分析超声回波的强度，从而完成超声波探测的物性分析。本说明的优点是：将压电信号所引起的量子阱发射光谱作为读出信号，从而避免了直接读取对压电信号的影响，这对于提高超声波传感器的精度是及其有利的。另外敏感元采用了量子阱新型材料，这种材料的特点是体积轻巧，便于制成微型超声波探头，有利于在特殊环境下的超声波检测。，下面是光学读出的氮化镓基单量子阱超声波传感器专利的具体信息内容。

1.一种光学读出的氮化镓基单量子阱超声波传感器，包括：辅助光源(1)、 氮化镓基单量子阱(2)、窄带滤光片(3)和Si光电管(4)；其特征在于：辅助光源(1)为发光二极管，位于氮化镓基单量子阱(2)正面一侧，辅 助光源的波长应与氮化镓基单量子阱中的跃迁能级的波长相匹配；窄带滤光片 (3)置在氮化镓基单量子阱和Si光电管(4)之间，窄带滤光片的带通波段 应与量子阱中的选定波长的荧光波段一致。

2.根据权利要求1的一种光学读出的氮化镓基单量子阱超声波传感器， 其特征在于：所说的氮化镓基单量子阱依次由GaN层、InGaN层和GaN层组 成，或者依次由GaN层、AlGaN层和GaN层组成。

说明书全文

技术领域

本发明涉及超声波传感器，具体是指采用光学读出的氮化镓基单量子阱超 声波传感器。

背景技术

现有的超声波传感器的敏感元大多采用如石英、酒石酸钾钠、硫酸锂、铌 酸锂等单晶材料，或采用陶瓷材料如钛酸钡(BaTiO3)、钛酸铅(PbTiO3)、锆 钛酸铅(Pb(ZxTi1-x)O3)等。并且直接采集敏感元在超声回波的作用下所产 生的压电信号，分析被测量物体的各种性质。这种利用压电晶体或压电陶瓷制 成的超声波探头一般体积比较大，对特殊环境的探测不利，并且不适于超声波 探测器的小型化。另外，基于这种工作方式的超声波传感器一般是直接采集压 电晶体或压电陶瓷上产生的压电信号，这样信号的采集电路难免会对超声波所 形成的压电信号产生影响，从而影响探测测量的精度。
随着量子阱材料制备工艺的日趋成熟和量子阱薄膜材料轻巧的体积，如果 将其用于超声波传感器的敏感元，将会极大的降低超声波探头的体积，并且还 可以很容易的利用这种超声波探头形成面阵或线阵，从而大大提高了超声波探 测、扫描成像的精度。

发明内容

本发明的目的就是提供一种利用具有压电效应的氮化镓基单量子阱材料 作敏感元，采用光学读出的高精度的超声波传感器，避免了直接采集压电信号 的采集电路对超声波所形成的压电信号的影响。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：利用氮化镓基单量子阱材料在超 声波作用下所形成的压电场对量子阱中的能级的改变，从而影响量子阱的荧光 光谱的辐射强度和位置，通过对比荧光光谱的强度来分析超声回波的强度，从 而完成超声波探测的物性分析。
本发明的氮化镓基单量子阱超声波传感器，包括：辅助光源、氮化镓基单 量子阱、窄带滤光片和Si光电管。
辅助光源为发光二极管，位于氮化镓基单量子阱正面一侧，辅助光源的波 长应与氮化镓基单量子阱中的跃迁能级的波长相匹配。窄带滤光片置在氮化镓 基单量子阱和Si光电管之间，窄带滤光片的带通波段应与量子阱中的选定波 长的荧光波段一致，其作用是使选定波长的荧光通过滤光片由Si光电管接受， 以避免其它波长荧光的干扰。
所说的氮化镓基单量子阱由GaN层、InGaN层和GaN层或GaN层、AlGaN层和GaN层组成。
本传感器的工作过程是：首先将辅助光源的光束正入射到氮化镓基单量子 阱敏感元中，辅助光源的作用是使量子阱中的电子吸收能量跃迁到较高的能 级，它起到了一个激发源的作用。当在较高能级的电子向下跃迁时就会放出相 应频率的荧光，其出射的荧光光谱是稳定的，我们可以利用窄通滤光片选择某 一个频段的荧光作为检测的基准光源，这样一个频带对应着一对能级间的跃 迁，通过窄通滤光片可以使选定波长的光通过，以避免其它波长荧光的干扰， 由Si光电管接收。然后将超声波和辅助光源同时入射到氮化镓基单量子阱敏 感元中，由于超声波的作用使量子阱材料产生弹性形变，形成压电极化场，这 个压电极化场会叠加到原有的自发极化场上，使量子阱材料的能带畸变进一步 加大，见图3，这种能带畸变的加大必然会影响量子阱中的能级分布，能级分 布的改变会直接影响量子阱的发射光谱，使通过窄通滤光片后的光强发生改 变，这种光强的变化就会直接反映在Si光电管的电信号输出上。通过比较现 有电信号与基准信号，就可以分析得到入射超声回波的情况，进而完成对物性 的分析。
本发明可以有如下积极效果和优点：
1.由于量子阱材料阱中的能级对压电场的影响反映非常敏感，并且响应 时间又非常短，因此，本发明将大大提高超声波检测及扫描成像的精度。
2.本发明的超声波传感器采用了间接读取的方式，它是将压电信号所引 起的量子阱发射光谱作为读出信号，从而避免了直接读取对压电信号的影响， 这对于提高超声波传感器的精度是及其有利的。
3.本发明中超声波传感器的敏感元采用了量子阱新型材料，这种材料的 特点是体积轻巧，便于制成微型超声波探头，有利于在特殊环境下的超声波检 测。另外，量子阱材料可以很容易的制成阵列，这对超声波扫描成像是极为有 利的。

附图说明

图1为量子阱超声波传感器的结构和功能实施示意图；
图2为超声波在量子阱中传播时所产生的压电场；
图3为量子阱的能带示意图，(a)为没有自发极化和压电极化时的量子阱 能带示意图；(b)为存在自发极化和压电极化时的能带示意图；
图4为量子阱出射荧光的光强分布及光谱移动曲线图，其中曲线a是在没 有极化场时的光强分布，b、c两条曲线是极化场存在时的光强分布，根据极化 场的方向，相对曲线a出现了红移或蓝移。

具体实施方式

下面以GaN/InGaN/GaN单量子阱超声波传感器为实施例，结合附图对本 发明的具体实施方式作进一步的详细说明：
见图1，本发明的超声波传感器由辅助光源1、氮化镓基单量子阱2、窄带 滤光片3和Si光电管4组成。
辅助光源1对于InGaN采用蓝光管，窄带滤光片3根据本实施例选定的波 段而定。
氮化镓基单量子阱2是利用分子束外延技术在蓝宝石衬底上依次生长 GaN层、InGaN层和GaN层。InGaN层的厚度与它所探测的超声波的波长有 关，这是因为当超声波在这种材料中传播时，会受到量子阱材料中界面的反射 和折射，并在各层中形成驻波，这种驻波就会使量子阱材料产生形变，导致在 这种材料中形成压电信号及压电场。当量子阱材料的厚度等于在该层中传播的 超声波的半波长时，各层中的驻波最为完整，由它引起的压电信号也最强，如 图2所示，其中横坐标为在InGaN层中的超声波半波长与该层厚度的比值。当 k＝1时所产生的压电信号最强。一般量子阱的厚度d，即图2、3中的d在50nm。 当超声波频率在108～109Hz时，超声波的半波长就会与d很好的匹配在一起， 即图2中的K值为1的情况，这时在阱中形成完整的驻波。如果超声波的频率 低于108Hz时，在阱中同样也会形成驻波，即如图2中K＝1两侧的峰值。也 就是说可以根据不同的情况得到不同的压电极化场峰值，在超声波很宽的频段 内量子阱都会得到很好的压电极化。
图4为由Si光电管接收的量子阱出射荧光的光强分布及光谱移动曲线图， 其中曲线a是在没有极化场时的光强分布，b、c两条曲线是极化场存在时的光 强分布，根据极化场的方向，相对曲线a出现了红移或蓝移。通过比较就可以 分析得到入射超声回波的情况，进而完成对物性的分析。
相关专利内容
标题 发布/更新时间 阅读量
超声波传感器-专利编号CN110907939A 2020-05-11 910
超声波传感器-专利编号CN108431627A 2020-05-12 623
超声波传感器-专利编号CN110118595A 2020-05-11 221
超声波传感器-专利编号CN107409262A 2020-05-13 655
超声波传感器-专利编号CN110949267A 2020-05-11 733
超声波传感器-专利编号CN107462268A 2020-05-12 805
超声波传感器-专利编号CN104677399B 2020-05-12 482
超声波传感器-专利编号CN104781689B 2020-05-13 320
超声波传感器-专利编号CN107091976A 2020-05-13 137
超声波传感器-专利编号CN110431445A 2020-05-11 645
高效检索全球专利

IPRDB是专利检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，专利查询、专利分析。

电话：13651749426

侵权分析

IPRDB的侵权分析产品是IPRDB结合多位一线专利维权律师和专利侵权分析师的智慧，开发出来的一款特色产品，也是市面上唯一一款帮助企业研发人员、科研工作者、专利律师、专利分析师快速定位侵权分析的产品，极大的减少了用户重复工作量，提升工作效率，降低无效或侵权分析的准入门槛。

立即试用

超声波传感器热门专利
热门文章

IPRDB

最新中国发明专利 最新美国发明专利 技术领域 专利库 专利分类库 国际专利分类库

热门服务

会员版试用 API 数据接口 找代理 知嘟嘟专利交易 排行榜 大学排行榜 专利百科

关于我们

平台介绍 战略合作 网站地图

友情链接

知嘟嘟专利交易 国家知识产权局 中国商标网

联系方式


©2019-2023 上海吉码数字技术有限公司 版权所有，并保留所有权利 沪ICP备20016256号-6 沪公网安备31011702005475号