一种基于全光纤结构的日盲紫外光电探测器及其制备方法和应用

1.本发明属于光电探测技术领域，具体涉及一种基于全光纤结构的日盲紫外光电探测器及其制备方法和应用。


背景技术：

2.近年来随着物联网技术和异质集成技术的发展，未来更多具有不同功能的器件将被集成在同一基底或者系统中，这样不仅可以减少工艺成本，同时还能提升系统内各器件间信号传输的可靠性。对于日盲紫外光电探测器，由于其在工作时不受地表背景辐射的干扰，因此具有强的抗干扰能力，目前被广泛的应用于探测和传感等军用和民用领域。目前常用的日盲紫外光电探测器在线性工作模式下响应度较低、响应速度较慢、并且在实际使用中需要与其他信号传输模块搭配使用，提升了探测系统的复杂度和工艺复杂性。因此迫切需要发展具有高响应度和响应速度、并且可以同时完成信号检测和传输功能的多功能日盲紫外光电探测器。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于全光纤结构的日盲紫外光电探测器及其制备方法和应用，本发明的日盲紫外光电探测器可以同时完成信号检测和传输并且具有高的探测响应度。
4.本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
5.本发明提供一种光电探测器，所述探测器包括光波导结构，所述光波导结构选自紫外光纤，所述紫外光纤包括纤芯和包覆在纤芯外侧的包层；
6.所述光波导结构上设置有抛磨区域，所述抛磨区域经侧边抛磨得到抛磨表面，所述抛磨区域含有包层，所述抛磨区域通过所述包层传输光波信号。
7.本发明中所述侧边抛磨是指通过抛磨除去所述紫外光纤上的抛磨区域一侧的包层和纤芯后，仅保留另一侧的包层。本发明对所述抛磨不做具体限定，可选用本领域已知的抛磨方式，只要能除去纤芯即可。
8.优选地，所述抛磨区域沿径向上的厚度为所述光波导结构的厚度的30-50％，优选为40％。
9.优选地，所述抛磨区域的长度为所述光波导结构的长度的1-10％，优选为5％。
10.根据本发明的实施方案，所述光波导结构选自抗紫外老化光纤。
11.根据本发明的实施方案，所述紫外光纤具有如下性能：波长200-280nm范围内，光透过率大于90％。
12.根据本发明的实施方案，所述紫外光纤的长度为1-20cm，所述纤芯的直径为100-600μm，所述包层的厚度为110-660μm，其中，所述抛磨区域的长度为11-12mm，所述抛磨区域沿径向上的厚度为63-630μm，优选为84-504μm。
13.根据本发明的实施方案，所述探测器进一步包括复合膜和至少2个金属电极，所述金属电极设置于所述光波导结构的两侧；所述复合膜含有β-ga2o3纳米薄片层，所述β-ga2o3纳米薄片层分别与所述抛磨区域和金属电极接触连接。本发明中，所述β-ga2o3纳米薄片层用于对光波导结构中泄露的光波信号进行检测。
14.根据本发明的实施方案，所述金属电极选自au、al、ti、sn、ge、in、ni、co、pt、w、mo、cr、cu、pb等金属材料中的至少一种。
15.优选地，所述金属电极包括ti和/或au。示例性地，所述金属电极包括10-20nm的金属ti材料和100-150nm的金属au材料。
16.根据本发明的实施方案，所述金属电极固定设置在衬底上。
17.优选地，所述金属电极通过本技术领域已知的方法固定设置在衬底上，例如所述金属电极可通过真空沉积法固定设置在衬底上。进一步地，所述真空沉淀法选自磁控溅射、脉冲激光沉积和电子束沉积。示例性地，所述金属电极使用直流磁控溅射方法固定设置在衬底上。
18.优选地，所述衬底的方块电阻值不小于1000ω
·
cm。进一步地，所述衬底选自蓝宝石、石英玻璃、覆盖sio2的si中的至少一种。示例性地，所述衬底选自覆盖sio2的si，其中sio2厚度不小于200nm。
19.根据本发明的实施方案，所述金属电极平行固定设置在衬底上，所述光波导结构设置于任意两个金属电极之间；所述光波导结构的抛磨区域与所述金属电极平行设置，且所述抛磨区域的抛磨表面背离所述衬底的表面朝上设置；所述抛磨区域和所述金属电极分别与所述复合膜上的β-ga2o3纳米薄片层接触连接。
20.示例性地，所述探测器包括2个金属电极，所述金属电极的长度为3cm、宽度为1cm，2个金属电极之间的平行间隔为1.8mm。
21.根据本发明的实施方案，所述探测器中，所述复合膜完全覆盖在所述抛磨区域的抛磨表面。
22.优选地，所述复合膜的宽度大于所述抛磨区域的长度，优选地所述复合膜的宽度小于所述光波导结构的长度。
23.根据本发明的实施方案，所述复合膜包括有机层和β-ga2o3纳米薄片层。所述复合膜可通过本技术领域已知的方法制得，例如通过化学转移工艺将β-ga2o3纳米薄片层转移到所述pmma薄膜表面形成。示例性地，所述β-ga2o3纳米薄片层采用机械剥离法沿着β-ga2o3单晶材料100晶向进行剥离得到。
24.优选地，所述有机层由下述材料构成：聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)中的至少一种。
25.优选地，所述β-ga2o3纳米薄片层的厚度为100-300nm。
26.优选地，所述有机层的厚度为10-20μm。
27.根据本发明的实施方案，所述光波导结构固定在所述衬底上。
28.根据本发明示例性的实施方案，所述探测器包括紫外光纤、复合膜和2个金属电极；所述复合膜包括聚甲基丙烯酸甲酯层和β-ga2o3纳米薄片层；所述金属电极平行设置在衬底上，所述紫外光纤设置于金属电极之间；所述紫外光纤上设置有抛磨区域，所述抛磨区域与所述电极平行设置，且所述抛磨区域的抛磨表面背离所述衬底的表面朝上设置；所述
抛磨区域和金属电极分别与所述β-ga2o3纳米薄片层接触连接；所述复合膜完全覆盖在所述抛磨区域的抛磨表面上。
29.示例性地，在所述探测器中，所述紫外光纤长度20cm，所述紫外光纤的抛磨区域长度为11-12mm，抛磨区域沿径向上的厚度为84-504μm；所述金属电极包括10-20nm的金属ti材料和100-150nm的金属au材料，所述金属电极的长度和宽度分别3cm和1cm，所述2个金属电极之间的平行间隔为1.8mm；所述含有β-ga2o3纳米薄片层的复合膜的长度和宽度分别为2cm。
30.根据本发明的实施方案，所述光电探测器的检测波段选自日盲紫外光的波段。优选地，所述波段范围为200-280nm。
31.本发明还提供一种光电探测器的制备方法，所述制备方法包括：光波导结构经侧边抛磨得到抛磨区域，将复合膜中的β-ga2o3纳米薄片层分别与所述抛磨区域和金属电极接触连接。优选地，所述金属电极固定设置在衬底上。优选地，所述光波导结构、抛磨区域、复合膜、金属电极、衬底具有如上文所述含义。
32.根据本发明的实施方案，所述制备方法具体包括如下步骤：
33.(a)准备所述衬底；
34.(b)所述光波导结构经侧边抛磨得到所述抛磨区域；
35.(c)在所述衬底上设置至少2个金属电极；
36.(d)在所述衬底上固定所述光波导结构，并将所述抛磨区域的抛磨表面背离所述衬底表面朝上设置；
37.(e)将复合膜的β-ga2o3纳米薄片层一侧朝下，使所述β-ga2o3纳米薄片层完全覆盖在所述抛磨区域的抛磨表面，同时所述β-ga2o3纳米薄片层与所述金属电极接触连接，得到所述光电探测器。
38.根据本发明的实施方案，在步骤(a)中，所述衬底采用rca标准清洗工艺进行清洗。
39.根据本发明的实施方案，步骤(b)中，在侧边抛磨时，光波导材料的抛磨区域的剩余厚度为原厚度的30-50％。
40.优选地，所述光波导结构选自无芯侧边抛磨的紫外光纤，优选为抗紫外老化光纤，在波长200-280nm范围内，光透过率大于90％。
41.根据本发明的实施方案，步骤(c)中，所述金属电极通过本技术领域已知的方法得到，优选地，所述金属电极可通过真空沉积法得到。所述真空沉淀法选自磁控溅射、脉冲激光沉积和电子束沉积。示例性地，所述金属电极使用直流磁控溅射方法固定得到。所述金属电极具有如上文所述的定义。
42.示例性地，在所述衬底上溅射金属ti和/或au得到金属电极，例如先后溅射10-20nm的金属ti材料和100-150nm的金属au材料。
43.优选地，在磁控溅射前，所述衬底还要经部分刻蚀。优选地，所述刻蚀可选用本技术领域已知的刻蚀方法，优选为光刻蚀或湿法刻蚀。
44.根据本发明示例性的实施方案，步骤(c)中，所述电极的制备方法具体包括：在物理掩膜版上设置平行电极图案，并将物理掩膜版置于覆盖sio2的si衬底上对si衬底进行刻蚀，再使用直流磁控溅射方法，在被刻蚀的si衬底上溅射金属ti和/或au材料得到金属电极。优选地，所述物理掩膜版上的平行电极图案中平行电极之间的间隔为1.8mm，电极长度
3cm，宽度1cm。
45.根据本发明的实施方案，在磁控溅射后，还需在惰性气氛下，利用快速热退火工艺使所述衬底与所述金属ti和/或au的接触处形成欧姆接触，得到金属电极。
46.优选地，所述惰性气氛包括氮气、氩气、氦气或氖气中的至少一种。
47.根据本发明的实施方案，在步骤(d)中，将所述抛磨区域平行放置于所述衬底表面的金属电极之间，所述抛磨区域的抛磨表面平行于衬底表面且远离衬底的表面。
48.根据本发明的实施方案，在步骤(d)中，所述光波导结构的两端固定在所述衬底上。优选地，所述光波导结构用蓝丁胶固定在所述衬底上。
49.根据本发明的实施方案，在步骤(e)中，所述复合膜可通过本领域技术人员已知的方法制得。优选地，所述复合膜通过化学转移工艺将β-ga2o3纳米薄片层转移到所述pmma薄膜表面形成。其中，β-ga2o3纳米薄片层利用机械剥离法，从单晶β-ga2o3表面沿(100)晶向剥离得到，所述β-ga2o3纳米薄片层的厚度为100-300nm。
50.根据本发明的实施方案，在步骤(e)中，所述复合膜中的β-ga2o3纳米薄片层完全覆盖在所述抛磨区域的抛磨表面。
51.本发明还提供上述光电探测器的应用。优选地，所述光电探测器用于医学、生物学、火焰传感、臭氧监测、保密通讯、导弹制导、飞行器探测及空间紫外等技术领域的应用。
52.本发明的有益效果在于：
53.1、本发明的光电探测器，采用β-ga2o3纳米薄片层作为感光材料，由于薄片层具有大的比表面积，β-ga2o3纳米薄片层上大量的表面态可以作为光生载流子的复合中心，因此本发明制备的光电探测器响应速度较快；
54.2、本发明的光电探测器，采用侧边抛磨的光波导结构(例如经过侧边抛磨的紫外光纤)传播光波信号，一方面可以减少光波(如紫外信号)传输时的损耗，另一方面可以延长入射光波(如紫外信号)与感光材料β-ga2o3纳米薄片的光电吸收效应作用的路径，因此可以进一步提升光电探测器的响应度；
55.3、通过本发明的制备方法得到的光电探测器，采用侧边抛磨的光波导结构与含有β-ga2o3纳米薄片的复合膜集成的结构，不仅可以对光波(如日盲紫外光)信号进行检测，同时还可以对光波(如日盲紫外光)信号进行传输；同时本发明的制备方法简单、成本低廉，制备得到的光电探测器对光波(如日盲紫外光)信号具有响应度高和响应速度快的特点，并且具有优异的日盲波段选择性。
附图说明
56.图1为本发明实施例1提供的一种光电探测器制备方法流程图。
57.图2为本发明实施例2提供的一种光电探测器器件结构示意图；其中，衬底-201、纤芯-202和包层-203、蓝丁胶固定结-204、金属电极-205、β-ga2o3纳米薄片层-206、pmma层-207。
58.图3为本发明实施例2提供的一种光电探测器截面结构示意图；其中，无芯侧边抛磨的紫外光纤-200、衬底-201、金属电极-205、β-ga2o3纳米薄片层-206、pmma层-207、无芯侧边抛磨的紫外光纤-202。
具体实施方式
59.下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
60.除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
61.本发明提供一种光电探测器，所述探测器包括光波导结构，所述光波导结构选自紫外光纤，所述紫外光纤包括纤芯和包覆在纤芯外侧的包层；
62.所述光波导结构上设置有抛磨区域，所述抛磨区域经侧边抛磨得到抛磨表面，所述抛磨区域含有包层，所述抛磨区域通过所述包层传输光波信号。
63.本发明中所述侧边抛磨是指通过抛磨除去所述紫外光纤上的抛磨区域一侧的包层和纤芯后，仅保留另一侧的包层。本发明对所述抛磨不做具体限定，可选用本领域已知的抛磨方式，只要能除去纤芯即可。
64.优选地，所述抛磨区域沿径向上的厚度为所述光波导结构的厚度的30-50％，优选为40％。
65.优选地，所述抛磨区域的长度为所述光波导结构的长度的1-10％，优选为5％。
66.在一个具体的实施方式中，所述光波导结构选自抗紫外老化光纤。
67.在一个具体的实施方式中，所述紫外光纤具有如下性能：波长200-280nm范围内，光透过率大于90％。
68.在一个具体的实施方式中，所述紫外光纤的长度为1-20cm，所述纤芯的直径为100-600μm，所述包层的直径为110-660μm，其中，所述抛磨区域的长度为11-12mm，所述抛磨区域沿径向上的厚度为84-504μm。
69.在一个具体的实施方式中，所述金属电极选自au、al、ti、sn、ge、in、ni、co、pt、w、mo、cr、cu、pb等金属材料中的至少一种。
70.优选地，所述金属电极包括ti和/或au。示例性地，所述金属电极包括10-20nm的金属ti材料和100-150nm的金属au材料。
71.在一个具体的实施方式中，所述金属电极固定设置在衬底上。
72.优选地，所述金属电极通过本技术领域已知的方法固定设置在衬底上，例如所述金属电极可通过真空沉积法固定设置在衬底上。进一步地，所述真空沉淀法选自磁控溅射、脉冲激光沉积和电子束沉积。示例性地，所述金属电极使用直流磁控溅射方法固定设置在衬底上。
73.优选地，所述衬底的方块电阻值大于1000ω
·
cm。进一步地，所述衬底选自蓝宝石、石英玻璃、覆盖sio2的si中的至少一种。优选地，所述衬底选自覆盖sio2的si，其中sio2厚度不小于200nm。
74.在一个具体的实施方式中，所述金属电极平行固定设置在衬底上，所述光波导结构设置于任意两个金属电极之间；所述光波导结构的抛磨区域与所述金属电极平行设置，且所述抛磨区域的抛磨表面背离所述衬底的表面朝上设置；所述抛磨区域和所述金属电极分别与所述复合膜上的β-ga2o3纳米薄片层接触连接。
75.示例性地，所述探测器包括2个金属电极，所述金属电极的长度为3cm、宽度为1cm，
2个金属电极之间的平行间隔为1.8mm。
76.在一个具体的实施方式中，所述探测器中，所述复合膜完全覆盖在所述抛磨区域的抛磨表面。
77.优选地，所述复合膜的宽度大于所述抛磨区域的长度，优选地所述复合膜的宽度小于所述光波导结构的长度。
78.在一个具体的实施方式中，所述复合膜包括有机层和β-ga2o3纳米薄片层。所述复合膜可通过本技术领域已知的方法制得，例如通过化学转移工艺将β-ga2o3纳米薄片层转移到所述pmma薄膜表面形成。示例性地，所述β-ga2o3纳米薄片层采用机械剥离法沿着β-ga2o3单晶材料100晶向进行剥离得到。
79.优选地，所述有机层由下述材料构成：聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)中的至少一种。
80.优选地，所述β-ga2o3纳米薄片层的厚度为100-300nm。
81.优选地，所述pmma薄膜厚度为10-20μm。
82.在一个具体的实施方式中，所述光波导结构固定在所述衬底上。
83.示例性地，所述探测器包括紫外光纤、复合膜和2个金属电极；所述复合膜包括聚甲基丙烯酸甲酯层和β-ga2o3纳米薄片层；所述金属电极平行设置在衬底上，所述紫外光纤设置于金属电极之间；所述紫外光纤上设置有抛磨区域，所述抛磨区域与所述电极平行设置，且所述抛磨区域的抛磨表面背离所述衬底的表面朝上设置；所述抛磨区域和金属电极分别与所述β-ga2o3纳米薄片层接触连接；所述复合膜完全覆盖在所述抛磨区域的抛磨表面上。
84.示例性地，在所述探测器中，所述紫外光纤长度20cm，所述紫外光纤的抛磨区域长度为11-12mm，抛磨区域沿径向上的厚度为84-504μm；所述金属电极包括10-20nm的金属ti材料和100-150nm的金属au材料，所述金属电极的长度和宽度分别3cm和1cm，所述2个金属电极之间的平行间隔为1.8mm；所述含有β-ga2o3纳米薄片层的复合膜的长度和宽度分别为2cm。
85.在一个具体的实施方式中，所述光电探测器的检测波段选自日盲紫外光的波段。优选地，所述波段范围为200-280nm。
86.实施例1
87.如图1所示，为本实施例制备上述光电探测器的制备方法流程图，所述制备方法包括：
88.(a)选取表面覆盖sio2的si作为衬底；
89.(b)选取无芯侧边抛磨的紫外光纤作为光波导；
90.(c)在所述衬底上采用物理掩膜版形成金属条状电极；
91.(d)在所述衬底上的平行电极间嵌入所述无芯侧边抛磨光纤，光纤抛磨区平行于所述电极，垂直于所述衬底朝上；
92.(e)在所述光纤抛磨区表面覆盖含有β-ga2o3纳米薄片层的聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)复合薄膜，β-ga2o3纳米薄片层一侧朝下与所述电极形成接触，以完成所述光电探测的全光纤器件的制备。
93.步骤(a)具体包括：
94.(a1)选取方块电阻值大于1000ω
·
cm的覆盖sio2的si作为衬底材料；
95.(a2)采用rca标准清洗工艺对所述si衬底进行清洗。
96.步骤(b)具体包括：
97.(b1)所述的无芯侧边抛磨的紫外光纤为单模光纤；
98.(b2)所述无芯侧边抛磨的紫外光纤长度20cm，纤芯直径100-600μm，包层直径110-660μm；
99.(b3)所述无芯侧边抛磨的紫外光纤纤芯抛磨区域长度11-12mm，抛磨剩余厚度84-504μm；
100.步骤(c)具体包括：
101.(c1)使用的物理掩膜版用于实现平行电极图案，掩膜版中平行电极之间的间隔为180μm，电极长度3cm，宽度1cm；
102.(c2)使用直流磁控溅射方法，在所述衬底上先后溅射10-20nm的金属ti材料和100-150nm的金属au材料；
103.(c3)在氮气和氩气的气氛下，利用快速热退火工艺在所述衬底与所述金属ti/au材料接触处形成欧姆接触以完成所述底电极的制备。
104.步骤(d)具体包括：
105.(d1)将所述光纤的抛磨区域平行放置于所述衬底表面的平行电极内，所述抛磨区域的抛磨面平行与衬底表面且远离衬底表面；
106.(d2)将所述光纤从所述衬底表面的平行电极两端延伸出来的光纤用蓝丁胶固定在所述衬底上。
107.步骤(e)具体包括：
108.(e1)利用机械剥离法，从单晶β-ga2o3表面沿(100)晶向剥离所述β-ga2o3纳米薄片；
109.(e2)所述β-ga2o3纳米薄片厚度为100-300nm，所述pmma薄膜厚度为10-20μm，长度和宽度为2cm；
110.(e3)将所述β-ga2o3纳米薄片利用化学转移工艺转移到所述pmma薄膜表面，形成复合膜结构；
111.(e4)将所述复合膜结构转移到所述侧边抛磨的紫外光纤纤芯抛磨区域，复合膜中的β-ga2o3纳米薄片层一侧朝下，与所述平行金属电极形成接触。
112.本实施例光电探测器制备方法，制备工艺简单、成本低廉，制作的器件对日盲紫外光信号具有高的响应度和快的响应速度，具有良好的日盲波段选择性；另外可以同时完成日盲紫外光信号检测和传输功能。
113.实施例2
114.如图2和3所示，为本实施例提供的一种光电探测器器件结构的不同视角的示意图，该器件采用实施例1的制备方法制得，根据图2所示，从下到上依次包括：覆盖sio2的si衬底201、纤芯202和包层203、蓝丁胶固定结204、金属电极205、β-ga2o3纳米薄片层206、pmma层207；纤芯202和包层203构成无芯侧边抛磨的紫外光纤200；
115.所述衬底选自覆盖sio2的si，其中sio2厚度为200nm，其方块电阻值为1000ω
·
cm；
116.其中，所述金属电极205的厚度为110nm，平行电极之间的间隔为1.8mm，电极长度
3cm，宽度1cm；所述金属电极205的材料包括10-20nm的金属ti材料和100-150nm的金属au材料；
117.所述β-ga2o3纳米薄片层206的厚度为100nm、宽度为12mm；
118.所述pmma层207的厚度为10μm。
119.其中，所述无芯侧边抛磨光纤属于抗紫外老化，长度20cm，纤芯202的直径100μm，包层203的直径110μm，抛磨区域长度11mm，抛磨剩余厚度84μm。
120.其中，β-ga2o3纳米薄片层303为掺杂sn、si的n型半导体材料，电子浓度为10
17
cm-3
量级。
121.在本实施例中，所述器件工作波段为日盲紫外波段，所述波段范围为200-280nm。
122.本发明提供的光电探测器，基于全光纤结构制备得到，具有良好的日盲波段选择性，对日盲紫外信号具有高的响应度和快的响应速度，另外可以同时完成日盲紫外光信号检测和传输功能。
123.以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种光电探测器，其特征在于，所述探测器包括光波导结构，所述光波导结构选自紫外光纤，所述紫外光纤包括纤芯和包覆在纤芯外侧的包层；所述光波导结构上设置有抛磨区域，所述抛磨区域经侧边抛磨得到抛磨表面，所述抛磨区域含有包层，所述抛磨区域通过所述包层传输光波信号。2.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述抛磨区域沿径向上的厚度为所述光波导结构的厚度的30-50％，优选为40％。优选地，所述抛磨区域的长度为所述光波导结构的长度的1-10％，优选为5％。优选地，所述光波导结构选自抗紫外老化光纤。优选地，所述紫外光纤具有如下性能：波长200-280nm范围内，光透过率大于90％。优选地，所述紫外光纤的长度为1-20cm，所述纤芯的直径为100-600μm，所述包层的厚度为110-660μm，其中，所述抛磨区域的长度为11-12mm，所述抛磨区域沿径向上的厚度为63-630μm，优选为84-504μm。3.根据权利要求1或2所述的光电探测器，其特征在于，所述探测器进一步包括复合膜和至少2个金属电极，所述金属电极设置于所述光波导结构的两侧；所述复合膜含有β-ga2o3纳米薄片层，所述β-ga2o3纳米薄片层分别与所述抛磨区域和金属电极接触连接。优选地，所述金属电极选自au、al、ti、sn、ge、in、ni、co、pt、w、mo、cr、cu、pb等金属材料中的至少一种。优选地，所述金属电极包括ti和/或au。4.根据权利要求1-3任一项所述的光电探测器，其特征在于，所述金属电极固定设置在衬底上。优选地，所述衬底的方块电阻值不小于1000ω
·
cm。优选地，所述金属电极平行固定设置在衬底上，所述光波导结构设置于任意两个金属电极之间；所述光波导结构的抛磨区域与所述金属电极平行设置，且所述抛磨区域的抛磨表面背离所述衬底的表面朝上设置；所述抛磨区域和所述金属电极分别与所述复合膜上的β-ga2o3纳米薄片层接触连接。优选地，所述探测器中，所述复合膜完全覆盖在所述抛磨区域的抛磨表面。优选地，所述复合膜的宽度大于所述抛磨区域的长度，优选地所述复合膜的宽度小于所述光波导结构的长度。5.根据权利要求1-4任一项所述的光电探测器，其特征在于，所述复合膜包括有机层和β-ga2o3纳米薄片层。优选地，所述有机层由下述材料构成：聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)中的至少一种。优选地，所述β-ga2o3纳米薄片层的厚度为100-300nm。优选地，所述有机层的厚度为10-20μm。优选地，所述光波导结构固定在所述衬底上。优选地，所述光电探测器的检测波段选自日盲紫外光的波段。优选地，所述波段范围为200-280nm。6.权利要求1-5任一项所述的光电探测器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：光波导结构经侧边抛磨得到抛磨区域，将复合膜中的β-ga2o3纳米薄片层分别与所述抛
磨区域和金属电极接触连接。优选地，所述金属电极固定设置在衬底上。优选地，所述光波导结构、抛磨区域、复合膜、金属电极、衬底具有如权利要求1-6任一项中所述的含义。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：(a)准备所述衬底；(b)所述光波导结构经侧边抛磨得到所述抛磨区域；(c)在所述衬底上设置至少2个金属电极；(d)在所述衬底上固定所述光波导结构，并将所述抛磨区域的抛磨表面背离所述衬底表面朝上设置；(e)将复合膜的β-ga2o3纳米薄片层一侧朝下，使所述β-ga2o3纳米薄片层完全覆盖在所述抛磨区域的抛磨表面，同时所述β-ga2o3纳米薄片层与所述金属电极接触连接，得到所述光电探测器。8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述衬底采用rca标准清洗工艺进行清洗。优选地，步骤(b)中，在侧边抛磨时，光波导材料的抛磨区域的剩余厚度为原厚度的30-50％。优选地，在步骤(d)中，将所述抛磨区域平行放置于所述衬底表面的金属电极之间，所述抛磨区域的抛磨表面平行于衬底表面且远离衬底的表面。优选地，在步骤(d)中，所述光波导结构的两端固定在所述衬底上。优选地，所述光波导结构用蓝丁胶固定在所述衬底上。9.根据权利要求6-8任一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤(e)中，所述复合膜通过化学转移工艺将β-ga2o3纳米薄片层转移到所述pmma薄膜表面形成。其中，β-ga2o3纳米薄片层利用机械剥离法，从单晶β-ga2o3表面沿(100)晶向剥离得到，所述β-ga2o3纳米薄片层的厚度为100-300nm。优选地，在步骤(e)中，所述复合膜中的β-ga2o3纳米薄片层完全覆盖在所述抛磨区域的抛磨表面。10.权利要求1-5任一项所述的光电探测器的应用。优选地，所述光电探测器用于医学、生物学、火焰传感、臭氧监测、保密通讯、导弹制导、飞行器探测及空间紫外等技术领域的应用。

技术总结
本发明提供一种基于全光纤结构的日盲紫外光电探测器及其制备方法和应用。本发明所述的探测器包括光波导结构，所述光波导结构选自紫外光纤，所述紫外光纤包括纤芯和包覆在纤芯外侧的包层；所述光波导结构上设置有抛磨区域，所述抛磨区域经侧边抛磨得到抛磨表面，所述抛磨区域含有包层，所述抛磨区域通过所述包层传输光波信号。本发明的光电探测器采用侧边抛磨的光波导结构与含有β-Ga2O3纳米薄片的复合膜集成的结构，不仅可以对日盲紫外光信号进行检测，同时还可以对日盲紫外光信号进行传输。本发明制备得到的光电探测器对日盲紫外光信号具有响应度高和响应速度快的特点，并且具有优异的日盲波段选择性。有优异的日盲波段选择性。有优异的日盲波段选择性。


技术研发人员：董林鹏 赵岩 李鹏辉 周顺 刘卫国
受保护的技术使用者：西安工业大学
技术研发日：2022.01.26
技术公布日：2023/8/5