弱光探测器中复合抛物面聚光镜（CPC）的优化设计

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第34卷第5期光学技术Vo1_34No．52008年9月OPTICALTECHNIQUESep．2008文章编号：1002—1582(2008)05—0693—03弱光探测器中复合抛物面聚光镜(CPC)的优化设计王鑫，牛丽红，王淑岩(深圳大学光电子学研究所，广东深圳518060)摘要：基于非成像光学的原理，设计并研制了一种新的复合抛物面聚光镜(Compoundparabolicconcentrator，CPC)。提出基于遗传算法的聚光镜优化设计方法，将透过率作为遗传进化的目标函数，通过控制遗传算法的遗传进化方向，对CPC的结

2、构进行优化调整。仿真实验结果表明，优化后的聚光镜入射孔径lOOmm，聚光比2．5：1，轴向长度84mm。当入射角为30。时，透过率达到75％以上。将此聚光镜应用于弱光探测器中，可以较好地满足器件的需要。关键词：复合抛物面聚光器；优化设计；遗传算法；弱光探测中图分类号：TB133TN152文献标识码：A．OptimizationdesignofcompoundparabolicconcentratorintheweaklightdetectorWANGXin，NIULi—hong，WANGShu'yan(InstituteofOptoelectronicsinShenzhe

3、nUniversity，Shenzhen518060，China)Abstract：Anovdcompoundparabolicconcentrator(cpc)isdesignedanddevelopedbasedontheprincipleoftheDon—imagingoptics．Theoptimizationdesignmethodisproposedbasedonthegeneticalgorithm(GA)，thefitnessfunctionisthetransmissionrate，andtheoptimizationontheCPCstructurei

4、sachievedbycontrollingtheGAinheritanceevolutiondirection．Simulationexperimentresultsshowthatthetransmissionrateoftheoptimizedconcentratorisabove75％forincidentangleof30。．Inthiscase，theincidentdiameter，concentratingrateandaxiallengthofconcentratorare100mm，6．25，84mmrespec—tively．Theconcentra

5、torisusedinweaklightdetectorandsatisfiedresultisobtained．Keywords：compoundparabolicconcentrator；optimizationdesign；geneticalgorithm；weaklightdetector10％～20％左右，虽然Ⅲ一V族半导体透射式光阴0引言极的量子效率可以达到40％，但寿命相对较短，真弱光探测技术在高分辨率的光谱测量、非破坏空要求苛刻，制造成本较高。反射式光电阴极的量性物质分析、高速现象检测、精密分析、大气测污、生子效率是透射式光电阴极的两倍左右，且制作工艺物发

6、光、放射探测、高能物理、天文测光、光时域反相对简单，因此传统光电倍增管一般采用反射式光射、量子密钥分发系统等领域有着广泛地应用。随电阴极提高量子效率3。但是，常见的反射式光电着科研和工业的发展，许多应用场合现有弱光探测倍增管采用侧窗结构，存在光接收角小、光电响应一器已不能够完全满足应用需求。因此，需要研制具致性差等不足，迄今为止，很大程度上限制了它的应有高量子效率、高光电增益、低暗背景记数、大探测用。另外，通常PMT中阴极大小与光输入口径相面积、较快的时间响应特性、良好的抗磁场能力的弱等，为了增大光电倍增管的探测面积，必须增大阴极光探测器⋯1。面积，但是大的光电阴极必然带

7、来大的热噪声和暗光电倍增管(Photoelectronicmultipliertube，电流，影响探测阈值。PMT)是一种理想的弱光信号探测器，已成为超高因此，针对上述问题，本文将太阳能中常见的复灵敏度光检测设备中的关键部件。近年来通过不断合抛物面聚光镜(CPC)引入到PMT中，设计并研制地设计改进，性能不断提高，占据了高灵敏度光探测了一种新型的光电倍增管，该器件具有高量子效率，器市场的大部分份额]。单光子分辨率，快速时问响应特性，大角度、大面积光电倍增管常用的透射式光阴极量子效率约接收等特性。收稿日期：2007—12—10；