淺談UVA波段檢測技術

摘要：隨皮膚科學的發展，長波紫外線UVA對人類的傷害逐漸為人們所認識。UVA能穿透人體皮膚的角質層、表皮層及真皮層從而殃及皮下組織，且受季節、天氣及海拔影響很小，一年四季無所不在；同時，UVA對皮膚的危害具有持久性的特點，能對皮膚細胞產生持久的、累積性的光氧化損傷；此外，還能引起皮膚光致老化，侵害皮膚的免疫系統，甚至導致皮膚癌。因此，抵御UVA對皮膚所產生的危害非常重要，UVA波段檢測及處理技術的研究有著深遠的意義。

關鍵詞：UVA 系外線 檢測 處理

中圖分類號： TP751 文獻標識碼：A 文章編號1672-3791（2015）01（a）-0000-00

1 UVA波段的定義

在電磁輻射波譜中紫外線輻射的波長范圍為10-400nm。隨著波長的變化，紫外線具有各種不同的特性和效應。為了研究和應用的方便，一般人們把紫外輻射劃分為以下波段：UVA（或稱為NUV，近紫外）：400 -315nm，UVB：315-280nm，UV-C：280-200nm，真空紫外（或稱為VUV，超紫外）：200-10nm。具體紫外輻射分類如下表：

名稱縮寫波長范圍，單位內納米（nm）能量單位（電子伏特，eV）

長波紫外光，紫外光AUVA400nm-315nm3.10-3.94eV

近紫外線NUV400nm-300nm3.10-4.13eV

中波紫外線，紫外光BUVB315nm-280nm3.94-4.43eV

中波紫外線MUV300nm-200nm4.13-6.20eV

短波紫外光，紫外光CUVC280nm-100nm4.43-12.4eV

遠紫外線FUV200nm-122nm6.20-10.2eV

真空紫外線VUV200nm-100nm6.20-12.4eV

低能紫外線LUV100nm-88nm12.4-14.1eV

高能紫外線SUV150nm-10nm8.28-124eV

極紫外線EUV121nm-10nm10.2-124eV

太陽會輻射出很多紫外線，當它穿過大氣層時主要會表現出如下特點：

a）波長低于200 nm的紫外線只有在外太空中才可能存在，因為該波段的紫外線被最高的大氣層中的氧氣幾乎全部吸收，所以它不可能穿過高空大氣層。

b）波長從200nm到300nm紫外線叫做日盲，由于平流層里面臭氧層對這個波段有著很強消耗作用，因此該波段紫外輻射全部不會到達近地大氣。

c）有一個波段的紫外輻射被叫做大氣層的“紫外窗口”，它就是近紫外波段的太陽紫外輻射，它包含全部UVA波段，波長是從300nm到400nm，主要因為它不會給大氣層里氧氣消耗，能完全穿過大氣層，所有紫外輻射平均分布在近地大氣層中。

2 UVA波段檢測技術發展現狀

紅外與激光技術發展的較早，相比之下，紫外探測始于一九五幾年，跟上述兩種技術一樣，它也既可以投入軍用又可以進行民用。比如軍事方面，紫外的對抗和反對抗已經被應用的越來越多了。

1980年后，紫外技術在國外的軍事領域占據了重要的地位。AAR47報警器是首個應用紫外技術的產品，它被裝載在美軍的C-1305直升飛機和P3S運輸飛機上。1991年，海灣戰爭中各國戰備中都裝有數目不小的紫外設備。在醫療領域，紫外技術還可以直接探測皮膚病變，比如癌細胞的變化，紅血球或微生物處于正常水平等等。紫外技術具有其他技術無法比擬的優越性，因為它屬于直接探測，檢測結果精準，反應迅速，結論的顯示更為清晰明了。

國內外單獨研究UVA檢測系統，在目前來看研究較少，大多都是針對于整體紫外的探測技術研究。我們都知道日盲區在220- 280納米之間，紫外技術就是利用這個范圍工作的。日盲區是大氣中受紫外輻射影響極小的空間，在這個空間里，就算是極小的輻射信號也可以被成功的探測到。所以紫外探測系統現在大多數是指對紫外日盲區的探測，但是在這些探測系統中，毫無疑問我們可以從中找到UVA波段的一些信號檢測參考方法。

紫外探測的發展影響著眾多的領域[5，6]，涵蓋報警、商用、軍事、通信等各學習與生活的各方各面。但是在半導體材料制作領域，其發展承受了很大的制約。目前，少數的尖端企業可把這種技術進行商品化，這種現象就導致了相應的研究難度進一步加大了。

3 UVA波段檢測技術相關的應用

目前，已投入商業和軍事應用的紫外探測器，主要有紫外真空二極管、紫外光電倍增管、成像型紫外變像管、紫外增強器、紫外攝像管和固體紫外探測器等，其中常用的是光電倍增管和固體紫外探測器。其中，固體紫外探測器包括硅基紫外探測器和寬禁帶紫外探測器。

軍事應用主要有紫外告警系統、紫外線制導系統兩方面的應用。

紫外經告警系統是一種對對方來襲導彈進行預警的裝置。它主要是探測導彈低空飛行時在尾焰的紫外輻射中含有的近紫外和紫外成分，這為導彈來襲預警提供了可能性。

目前的技術已經發展到了第三代紫外告警設備，這種設備使用20世紀90年代后期發展起來的成像型紫外探測器。成像型探測器件具體可分為普通CCD器件、采用陽極結構的MCP器件、EBCCD和UV-CCD， BT-CCD等類型。成像型紫外告警設備具有定向精度高、識別能力強、探測靈敏度高和虛警率低的優點，并具有態勢估計能力。定向精度優于10。屬于該體制的告警設備有美國LITTON公司的AMAMS、法國MATRA公司和德國的宇航動力公司聯合研制的MILD-2以及以色列LAFAL公司的GUITAR-3 50型紫外告警設備等。

盡管紅外制導是目前導彈制導方案的主流，但隨著紅外光電對抗技術的日趨成熟，嚴重地威脅著紅外制導導彈的性能。為了增強制導的抗干擾能力，導彈制導技術正向雙色制導方向發展，而紅外/紫外雙色制導正是這一技術的重要代表。早在1989年，美國及北約盟軍的陸海軍裝備使用的Stingier Pest對空導彈就已采用這種紅外/紫外雙色制導技術。

另一方便，紫外探測系統用于民用的產品很少，這種狀況是由于很長的一段時間內，小型化的固體紫外探測器的生產技術并沒有實質性的突破。到2006年為止，國際市場上只有美國APA，日本HAMAMAT SU等四家公司推出了基于寬禁帶材料的紫外探測器，其面積不到1個平方毫米。基于以上情況，目前國外只有少數幾款用于個人使用的紫外探測系統，并且價格很高，銷售市場主要針對高爾夫運動愛好者用于測量球場上的太陽紫外輻射等級。

4 UVA波段檢測技術研究的意義

太陽輻射出的紫外線包括UVA、UVB和UVC三個波段，因為臭氧層能夠吸收紫外線輻射波長高達310nm，并且UV光譜中高能量、短波、強破壞性部分很難到達地球表面，于是穿透大氣層的97%-99%紫外線輻射被臭氧層阻斷了，最終進入地球表面的是所有的UVA 和極少的UVB（UVC和更高能的輻射能夠產生臭氧，并且最終形成臭氧層）。我們一直暴露于陽光下，皮膚就是我們的首要保護屏障，它避免我們收到水分丟失、化學、外部的物理、生物損傷，如輻射、外傷和微生物等。紫外線輻射剛剛能夠到達我們的皮膚，因為各種波長的紫外線所攜帶得能量是各不相同得，波長短、能量高的UVB吸收和消散的相對較快，表皮幾乎能夠完全吸收，大約10%-20%的UVB能量能夠達到乳頭層和表皮基底層。相反，攜帶能量較少、波長較長的UVA卻能夠透過表皮達到真皮層而且有大約30%-50%的能量停留在乳頭層中。

UVA、UVB、UVC這三個波段的紫外線對人體的皮膚都有影響，在之前，由于UVA 能量低所以被認為是傷害較小的，雖然UVA能夠深入皮膚，但是曬傷病不會發生，DNA并不會被UVA直接損害，但隨著生成羥基、高活性化學中間體和氧自由基等，一樣會對DNA產生破壞。并且UVA導致的DNA損害間接破壞的是DNA的單鏈結構，由于陽光直射在身體的大部分皮膚上，所以UVA能夠破壞整個身體的免疫力，同時UVA也是誘發皮膚基礎角質細胞突變的原因。

平時我們都將極大的關注給了UVB，因為它能非常迅速地讓人們的皮膚受到傷害[10-14]。隨著研究的深入，如今國際上也已有了統一的UVB保護護能力的表示方法SPF值。所以加強對UVB的整體認識是非常有必要的。

隨著氣候的變化，人類活動的破壞，越來越強的紫外輻射會到達地表，對人們的生命產生了極大的挑戰。我國早在20年前就已經開始對紫外光開展研究與探測了。就目前情況看來，雖然紫外技術應用領域較為寬泛，但是只有很少的成果可以投入到實際的生產運作之中。這也是使得關于這方面的系統設計也是鳳毛麟角。綜上所述，對UVA信號的相關理論與監測研究是非常迫切的。

5結語

UVA波段探測技術可以廣泛用于個人消費電子、軍事、通信、火災報警、氣象研究等多個方面，其產品的開發和研究不僅對上述領域有重要的影響，更有廣闊的市場前景。目前，寬禁帶材料的生產技術并不成熟，導致寬禁帶材料的紫外探測器的發展受到限制，目前只有國外的極少數公司的產品能夠實現商業化。這種狀況使得與之對應的信號處理算法和探測系統設計方案也是十分少見的，有待于進一步的研究開發。

參考文獻

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