專利名稱：利用相關(guān)光子進(jìn)行光輻射定標(biāo)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)輻射測量方法，涉及一種基于相關(guān)光子方法測量光電探測器量子效率的應(yīng)用研究。
背景技術(shù)：
目前光輻射傳感器的定標(biāo)一般采用兩種方法，分別建立在標(biāo)準(zhǔn)輻射源和標(biāo)準(zhǔn)探測器上，它們的共同之處是首先需要建立高精度的初級標(biāo)準(zhǔn)，之后以不同精度等級的標(biāo)準(zhǔn)器建立傳遞鏈條，直至用戶傳感器，定標(biāo)實際上就是逐級比較的過程。標(biāo)準(zhǔn)傳遞鏈保證了各種傳感器的響應(yīng)都可以溯源到一個共同的基準(zhǔn)，但它也限制了標(biāo)準(zhǔn)的工程可復(fù)現(xiàn)性和精度的有效提高，光輻射傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域和工作平臺千差萬別，往往需要設(shè)計不同的傳遞鏈，以滿足從水下輻射計到衛(wèi)星成像光譜儀的不同定標(biāo)要求。這在增加定標(biāo)難度的同時，不可避免的造成精度隨傳遞環(huán)節(jié)的增加而逐漸降低。各級標(biāo)準(zhǔn)本身的誤差會逐級傳遞，最終累積在用戶傳感器上，從國內(nèi)外的研究結(jié)果看，標(biāo)準(zhǔn)傳遞過程是限制傳感器精度的有效瓶頸之一，這在紅外波段表現(xiàn)得尤為突出，例如短波紅外(1-2.5μm)初級光譜輻亮度標(biāo)準(zhǔn)的精度可達(dá)0.2％，但國內(nèi)外空間傳感器在這一波段的精度很難優(yōu)于5％。
溫度精度控制的黑體通常被用作初級標(biāo)準(zhǔn)輻射源，它的絕對輻射度可以根據(jù)普朗克輻射定律和國際溫度標(biāo)準(zhǔn)來確定。低溫輻射計是近十年來發(fā)展起來的、目前精度最高的標(biāo)準(zhǔn)探測器，它在極低溫度下利用電加熱替代測量光熱效應(yīng)，來實現(xiàn)光輻射的絕對測量。由于精度較高，并且容易在各種平臺上與傳感器結(jié)合，基于探測器的定標(biāo)方法得到了空間遙感等應(yīng)用部門的大力推動，美、英、德等發(fā)達(dá)國家均在大力發(fā)展各波段的標(biāo)準(zhǔn)探測器技術(shù)。
相關(guān)光子定標(biāo)方法為實現(xiàn)“無標(biāo)準(zhǔn)傳遞”的輻射定標(biāo)提供了一個極好的手段，美國的Migdall小組和意大利的Brida小組利用351nm的氬離子激光器分別泵浦KDP晶體和LiIO3，產(chǎn)生了可見-遠(yuǎn)紅外的相關(guān)光子對，定標(biāo)了光電倍增管和雪崩硅光電二極管的量子效率。其中，Migdall還將結(jié)果與常規(guī)方法作了比較，差異約為2％，證實了這種方法的可行性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用相關(guān)光子進(jìn)行光輻射定標(biāo)的方法，利用了新型的BBO晶體作為非線性介質(zhì)，將量子效率定標(biāo)的測量不確定度減小到1.65％。
利用相關(guān)光子進(jìn)行光輻射定標(biāo)的方法，其特征在于由Verdi18二極管激光器泵浦MBR110鈦寶石激光器產(chǎn)生702.2nm激光，再經(jīng)MBD 200倍頻器生成窄線寬單頻的351.1nm的紫外激光，用351.1nm的紫外激光泵浦放置在黑箱內(nèi)的BBO晶體，該晶體產(chǎn)生相關(guān)光子對，分別和351.1nm的泵浦激光成8.4°，其中一束光子經(jīng)過光闌后由待定標(biāo)的計數(shù)探測器接收，另一束光子經(jīng)過光闌后再經(jīng)過窄帶濾光片后由觸發(fā)計數(shù)探測器接收，待定標(biāo)的計數(shù)探測器輸出的電信號直接輸入時間幅度轉(zhuǎn)換器，觸發(fā)探測器輸出的信號經(jīng)過延時器后輸入到時間幅度轉(zhuǎn)換器，將待定標(biāo)的計數(shù)探測器與觸發(fā)計數(shù)探測器輸出的電信號同時輸入到雙通道計數(shù)器，以分別記錄兩路信號的光子速率；時間幅度轉(zhuǎn)換器將兩路不同時間內(nèi)到達(dá)的電信號轉(zhuǎn)換成幅度信號，分別輸送到單通道分析器和多通道分析器。單通道分析器作用是選擇同步到達(dá)的光子脈沖，然后將單通道分析器輸出信號輸送到計數(shù)器中，以記錄實際到達(dá)的兩路相關(guān)信號的符合速率，符合計數(shù)速率與觸發(fā)通道光子速率比值即為待定標(biāo)計數(shù)探測器的量子效率；多道分析器的作用是便于觀察相關(guān)信號。
所述的計數(shù)探測器和觸發(fā)探測器均采用光電倍增管。
本發(fā)明的泵浦激光器采用鈦寶石激光器系統(tǒng)，它是由Verdi18二極管激光器、MBR 110鈦寶石激光器、以及MBD 200倍頻器三大模塊共同組成，產(chǎn)生窄線寬、單頻的351.1nm的紫外激光，BBO晶體系中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所生產(chǎn)。在滿足相位匹配條件和晶體色散方程的前提下，產(chǎn)生了波長、能量、時間相關(guān)的相關(guān)光子對，利用這兩個相關(guān)光子對我們進(jìn)行了光電探測器量子效率輻射定標(biāo)工作。
為了解決相關(guān)光子定位難，雜散光干擾影響較大的問題，本發(fā)明獨特的采用了參量放大方法，巧妙的尋找到我們所需要的相關(guān)光子。
本發(fā)明定標(biāo)了光電倍增管在702.2nm波段的量子效率，并且采用國際通用的標(biāo)準(zhǔn)評估手冊-《測量過程中不確定度的描述方法指南》得出了1.65％(k＝2)的測量不確定度，這也是迄今為止國內(nèi)最好的測量水平。
本發(fā)明可以定量評估光子計數(shù)探測器(如光電倍增管，雪崩二極管等)量子效率，在量子通信，醫(yī)療診斷，生物熒光，化學(xué)和材料分析等領(lǐng)域得到大量利用；可以為光子計數(shù)器探測器生產(chǎn)廠家提供定量評估量子效率的實驗平臺。


圖1是本發(fā)明光電倍增管絕對量子效率測量的光路圖。
圖2是本發(fā)明光電倍增管絕對量子效率測量的電子學(xué)裝置圖。
具體實施例方式
參見圖1、圖2。
利用相關(guān)光子進(jìn)行光輻射定標(biāo)的方法，由Verdi18二極管激光器泵浦MBR 110鈦寶石激光器產(chǎn)生702.2nm激光，再經(jīng)MBD 200倍頻器生成窄線寬、單頻的351.1nm的紫外激光，用351.1nm的紫外激光泵浦放置在鋁材黑箱內(nèi)的BBO晶體，該晶體產(chǎn)生相關(guān)光子對，分別和351.1nm激光成8.4°，其中一束光子經(jīng)過光闌后由待定標(biāo)的光電倍增管接收，另一束光子經(jīng)過光闌后再經(jīng)過窄帶濾光片后由觸發(fā)光電倍增管接收，待定標(biāo)的光電倍增管輸出的電信號直接輸入時間幅度轉(zhuǎn)換器，觸發(fā)光電倍增管輸出的信號經(jīng)過延時器后輸入到時間幅度轉(zhuǎn)換器，將待定標(biāo)的光電倍增管與觸發(fā)光電倍增管輸出的電信號同時輸入到雙通道計數(shù)器，以分別記錄兩路信號的光子速率；時間幅度轉(zhuǎn)換器將兩路不同時間內(nèi)到達(dá)的電信號轉(zhuǎn)換成幅度信號，分別輸送到單通道分析器和多通道分析器。單通道分析器作用是選擇同步到達(dá)的光子脈沖，然后將單通道分析器輸出信號輸送到計數(shù)器中，以記錄實際到達(dá)的兩路相關(guān)信號的符合速率，符合計數(shù)速率與觸發(fā)通道光子速率比值即為待定標(biāo)光電倍增管的量子效率；多道分析器的作用是便于觀察相關(guān)信號。
光電倍增管專用屏蔽罩，采用銅材料(H62)制成，極好的防止了外界的電磁場和雜散光的干擾，光電倍增管型號為光電倍增管R2949。
權(quán)利要求
1.利用相關(guān)光子進(jìn)行光輻射定標(biāo)的方法，其特征在于由Verdi18二極管激光器泵浦MBR110鈦寶石激光器產(chǎn)生702.2nm激光，再經(jīng)MBD200倍頻器生成窄線寬、單頻的351.1nm的紫外激光，用351.1nm的紫外激光泵浦放置在黑箱內(nèi)的BBO晶體，該晶體產(chǎn)生相關(guān)光子對，分別和351.1nm的泵浦激光成8.4°，其中一束光子經(jīng)過光闌后由待定標(biāo)的計數(shù)探測器接收，另一束光子經(jīng)過光闌后再經(jīng)過窄帶濾光片后由觸發(fā)計數(shù)探測器接收，待定標(biāo)的計數(shù)探測器輸出的電信號直接輸入時間幅度轉(zhuǎn)換器，觸發(fā)探測器輸出的信號經(jīng)過延時器后輸入到時間幅度轉(zhuǎn)換器，將待定標(biāo)的計數(shù)探測器與觸發(fā)計數(shù)探測器輸出的電信號同時輸入到雙通道計數(shù)器，以分別記錄兩路信號的光子速率；時間幅度轉(zhuǎn)換器將兩路不同時間內(nèi)到達(dá)的電信號轉(zhuǎn)換成幅度信號，分別輸送到單通道分析器和多通道分析器。單通道分析器作用是選擇同步到達(dá)的光子脈沖，然后將單通道分析器輸出信號輸送到計數(shù)器中，以記錄實際到達(dá)的兩路相關(guān)信號的符合速率，符合計數(shù)速率與觸發(fā)通道光子速率比值即為待定標(biāo)計數(shù)探測器的量子效率；多道分析器的作用是便于觀察相關(guān)信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的計數(shù)探測器和觸發(fā)探測器均采用光電倍增管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用相關(guān)光子進(jìn)行光輻射定標(biāo)的方法，采用了國產(chǎn)的BBO晶體，制備出高亮度的702.2nm簡并的相關(guān)光子源，分別由待定標(biāo)光子計數(shù)探測器和觸發(fā)光子計數(shù)探測器接收，利用獨特的參量放大方法精確定位光路，實現(xiàn)了對光電倍增管的量子效率的定量評估，評定了測量的不確定度為1.65％(k＝2)。為下一步全波段定標(biāo)光子計數(shù)探測器、模擬探測器做了大量的基礎(chǔ)性實驗研究。對國內(nèi)量子定標(biāo)的前言領(lǐng)域有很大的借鑒和指導(dǎo)意義。
文檔編號G01D21/00GK1936521SQ20061009690
公開日2007年3月28日 申請日期2006年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月18日
發(fā)明者李健軍, 鄭小兵, 張偉, 馮瑜 申請人:中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所