專(zhuān)利名稱(chēng)：一種光電探測(cè)器絕對(duì)光譜響應(yīng)的校準(zhǔn)方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電探測(cè)器的測(cè)試，尤其是涉及一種光電探測(cè)器絕對(duì)光譜響應(yīng)測(cè)試的校準(zhǔn)方法。
背景技術(shù)：
光電探測(cè)器是光電轉(zhuǎn)換器件，在光譜測(cè)量中，光電探測(cè)器的光譜特性是器件選擇的重要依據(jù)，因此光電探測(cè)器光譜響應(yīng)測(cè)試在光電探測(cè)器的生產(chǎn)、檢測(cè)和應(yīng)用等領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。響應(yīng)度是光電探測(cè)器最重要的性能參數(shù)，也是其它參數(shù)計(jì)算的重要依據(jù)之一。光電探測(cè)器的光譜響應(yīng)度分為絕對(duì)和相對(duì)兩類(lèi)。絕對(duì)光譜響應(yīng)度Rtc (λ )是指在某一特定波長(zhǎng)λ處，光電探測(cè)器輸出的電流與其接收到的輻射通量的比值
/(β)ΜΦ(Λ) = —— (A W )(I)
Φ(/ )實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，一般光測(cè)量相對(duì)光譜響應(yīng)，再進(jìn)一步校準(zhǔn)得到絕對(duì)光譜響應(yīng)補(bǔ)入。校準(zhǔn)過(guò)程中入射光斑小于或等于器件的光敏面積，輻射功率被器件完全接收。一般以低溫輻射計(jì)為初級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行高精度光輻射定標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)傳遞補(bǔ)入，而以校準(zhǔn)過(guò)的高靈敏度光電探測(cè)器作為傳遞標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行待測(cè)探測(cè)器的相對(duì)和絕對(duì)光譜響應(yīng)測(cè)量。實(shí)際測(cè)量中，一般選用激光作為絕對(duì)響應(yīng)校準(zhǔn)用光源補(bǔ)入，因?yàn)榧す夤馐l(fā)散角很小，一般經(jīng)過(guò)聚焦等光路調(diào)整后，全部輻射能能夠落在光電探測(cè)器的接收面上，直接可以測(cè)定其輻射功率。但是輻射場(chǎng)入射光斑由于像差等原因往往不能聚焦到很小，直接測(cè)量絕對(duì)光譜輻通量響應(yīng)度RtcU)對(duì)于光敏面積小的光電探測(cè)器難度較大；對(duì)于紅外波段光電探測(cè)器，聚焦就更困難；而對(duì)于帶有放大功能的光電探測(cè)器，由于激光功率較大，容易出現(xiàn)飽和。另一方面，單色光均勻性和光斑大小與標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器之間的匹配度也會(huì)進(jìn)一步引起測(cè)試誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種光電探測(cè)器絕對(duì)光譜響應(yīng)的校準(zhǔn)方法及其裝置。這里我們利用LED光譜參數(shù)可調(diào)、穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)作為校準(zhǔn)用光源，使輻照度均勻的輻射場(chǎng)面積大于光電探測(cè)器的有效光敏面積，并利用標(biāo)定過(guò)的已知絕對(duì)光譜輻照度的標(biāo)準(zhǔn)光電探測(cè)器測(cè)量校準(zhǔn)光源LED的輻照度，然后在已知照度下測(cè)量待測(cè)光電探測(cè)器接收到的總輻射功率，通過(guò)計(jì)算得到待測(cè)光電探測(cè)器的絕對(duì)光譜響應(yīng)度及外量子效率，使待測(cè)光電探測(cè)器絕對(duì)光譜響應(yīng)校準(zhǔn)不受有效光敏面積限制，擴(kuò)大了系統(tǒng)的使用范圍。本發(fā)明所述一種光電探測(cè)器絕對(duì)光譜響應(yīng)校準(zhǔn)裝置設(shè)有光柵光譜儀、光電采集電路、計(jì)算機(jī)、待測(cè)光電探測(cè)器、標(biāo)準(zhǔn)光譜輻照度探頭、圓形套筒、平行光會(huì)聚透鏡組、LED光源、LED溫控夾具和LED穩(wěn)流源。所述光電采集電路的輸入端接光柵光譜儀的輸出端，所述光電采集電路的輸出端接計(jì)算機(jī)的輸入端口 ；LED光源固定在LED溫控夾具上，所述平行光會(huì)聚透鏡組設(shè)在LED光源的前方并固定在圓形套筒上，待測(cè)光電探測(cè)器或標(biāo)準(zhǔn)光譜輻照度探頭固定在圓形套筒內(nèi)，待測(cè)光電探測(cè)器的光敏面積上的輻照度與標(biāo)準(zhǔn)光譜福照度探頭探測(cè)到的輻照度一致；LED光源與LED穩(wěn)流源連接。本發(fā)明所述光電探測(cè)器絕對(duì)光譜響應(yīng)的校準(zhǔn)方法，采用所述一種光電探測(cè)器絕對(duì)光譜響應(yīng)校準(zhǔn)裝置，所述校準(zhǔn)方法包括以下步驟I)測(cè)量出待測(cè)光電探測(cè)器的相對(duì)光譜響應(yīng)，得到待測(cè)光電探測(cè)器的相對(duì)光譜響應(yīng)曲線；2)把標(biāo)準(zhǔn)光譜輻照度探頭和LED光源固定在圓形套筒里，點(diǎn)亮LED和開(kāi)啟LED溫控夾具，待溫度穩(wěn)定后測(cè)出不同電流下LED的光譜輻照度分布。3)把標(biāo)準(zhǔn)光譜輻照度探頭卸掉，將待測(cè)光電探測(cè)器通過(guò)底座固定在圓形套筒中，使其感光處和原來(lái)標(biāo)準(zhǔn)光譜輻照度探頭處于同一位置；
4)待測(cè)光電探測(cè)器的響應(yīng)電流經(jīng)帶有精密電流表的光電采集電路采集不同波長(zhǎng)光照下的響應(yīng)電流值，并送給計(jì)算機(jī)處理；5)已知相對(duì)光譜響應(yīng)和待測(cè)光電探測(cè)器在LED光源的照射下的響應(yīng)電流可以計(jì)算出待測(cè)光電探測(cè)器的絕對(duì)光譜響應(yīng)度，最終繪出響應(yīng)度-波長(zhǎng)曲線即為待測(cè)光電探測(cè)器的絕對(duì)光譜響應(yīng)曲線并計(jì)算相應(yīng)波長(zhǎng)下的外量子效率。已知絕對(duì)光譜輻照度的標(biāo)準(zhǔn)光電探測(cè)器和待測(cè)光電探測(cè)器，在相同的輻照度E(A)下產(chǎn)生不同的電流值13和It (下標(biāo)s，t分別表示標(biāo)準(zhǔn)光電探測(cè)器和待測(cè)光電探測(cè)器)，此時(shí)入射到標(biāo)準(zhǔn)光電探測(cè)器和待測(cè)光電探測(cè)器表面的輻射功率分別為Φ3 = SsXE(A) (W) (2)Φ, = StXE(A ) (ff) (3)其中Ss、St分別表示標(biāo)準(zhǔn)光電探測(cè)器和待測(cè)光電探測(cè)器的有效光敏面積。按照公式(1)，此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)光電探測(cè)器和待測(cè)光電探測(cè)器的絕對(duì)光譜輻通量響應(yīng)度分別為(A ) = = —-77~7~ (AW)(4)
Φ 5 Ss χ E(X)!iU) = ~=· 一、(A/W)(5)
Φ, S, χ /(/.)其中Rs(X)為標(biāo)準(zhǔn)光電探測(cè)器的標(biāo)定值。式(4)和(5)相比可得到待測(cè)光電探測(cè)器的絕對(duì)光譜輻響應(yīng)度為
r n D/r, Rr(A)X/, xS,,R,{A)=—^—~^--(A/ W)(6)
Is^St量子效率的計(jì)算公式為
1.24x^(/)(A/W)η =-——-(7)
Λ(μη 但是，實(shí)驗(yàn)中由于位置偏差或是光斑大小不能完全覆蓋待測(cè)光電探測(cè)器芯片等客觀原因，從而測(cè)得的光譜輻響應(yīng)度往往只是相對(duì)值。對(duì)于上述實(shí)驗(yàn)，一般采用的是單色性較好的激光光源作為校準(zhǔn)光源，通過(guò)校準(zhǔn)某一波長(zhǎng)下待測(cè)光電探測(cè)器的絕對(duì)光譜響應(yīng)度就可以得到待測(cè)光電探測(cè)器在整個(gè)光譜范圍的絕對(duì)響應(yīng)度。但是這種傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法存在一定的缺點(diǎn)由于激光光斑面積必須要聚焦到小于待測(cè)光電探測(cè)器的光敏面積，從而限制了光敏面積較小的光電探測(cè)器的校準(zhǔn)工作；對(duì)于紅外波段光電探測(cè)器，聚焦就更困難；而對(duì)于帶有放大功能的光電探測(cè)器，由于激光功率較大，容易出現(xiàn)飽和。另一方面，單色光均勻性和光斑大小與標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器之間的匹配度也會(huì)進(jìn)一步引起測(cè)試誤差。本發(fā)明所述光電探測(cè)器絕對(duì)光譜響應(yīng)校準(zhǔn)裝置的實(shí)驗(yàn)原理如下由于LED發(fā)光光譜在可見(jiàn)光范圍內(nèi)是連續(xù)的，而不是單色光。因此先用標(biāo)準(zhǔn)光譜輻照度探頭探測(cè)出LED在可見(jiàn)光譜范圍內(nèi)輻照度分布艮(λ )，則在整個(gè)輻射光譜范圍內(nèi)，總的輻照度為
權(quán)利要求
1.一種光電探測(cè)器絕對(duì)光譜響應(yīng)校準(zhǔn)裝置，其特征在于設(shè)有光柵光譜儀、光電采集電路、計(jì)算機(jī)、待測(cè)光電探測(cè)器、標(biāo)準(zhǔn)光譜輻照度探頭、圓形套筒、平行光會(huì)聚透鏡組、LED光源、LED溫控夾具和LED穩(wěn)流源； 所述光電采集電路的輸入端接光柵光譜儀的輸出端，所述光電采集電路的輸出端接計(jì)算機(jī)的輸入端口 ；LED光源固定在LED溫控夾具上，所述平行光會(huì)聚透鏡組設(shè)在LED光源的前方并固定在圓形套筒上，待測(cè)光電探測(cè)器或標(biāo)準(zhǔn)光譜輻照度探頭固定在圓形套筒內(nèi)，待測(cè)光電探測(cè)器的光敏面積上的輻照度與標(biāo)準(zhǔn)光譜福照度探頭探測(cè)到的輻照度一致；LED光源與LED穩(wěn)流源連接。
2.光電探測(cè)器絕對(duì)光譜響應(yīng)的校準(zhǔn)方法，其特征在于采用如權(quán)利要求I所述一種光電探測(cè)器絕對(duì)光譜響應(yīng)校準(zhǔn)裝置，所述校準(zhǔn)方法包括以下步驟 1)測(cè)量出待測(cè)光電探測(cè)器的相對(duì)光譜響應(yīng)，得到待測(cè)光電探測(cè)器的相對(duì)光譜響應(yīng)曲線.-^4 ， 2)把標(biāo)準(zhǔn)光譜輻照度探頭和LED光源固定在圓形套筒里，點(diǎn)亮LED和開(kāi)啟LED溫控夾具，待溫度穩(wěn)定后測(cè)出不同電流下LED的光譜輻照度分布； 3)把標(biāo)準(zhǔn)光譜輻照度探頭卸掉，將待測(cè)光電探測(cè)器通過(guò)底座固定在圓形套筒中，使其感光處和原來(lái)標(biāo)準(zhǔn)光譜輻照度探頭處于同一位置； 4)待測(cè)光電探測(cè)器的響應(yīng)電流經(jīng)帶有精密電流表的光電采集電路采集不同波長(zhǎng)光照下的響應(yīng)電流值，并送給計(jì)算機(jī)處理； 5)已知相對(duì)光譜響應(yīng)和待測(cè)光電探測(cè)器在LED光源的照射下的響應(yīng)電流可以計(jì)算出待測(cè)光電探測(cè)器的絕對(duì)光譜響應(yīng)度，最終繪出響應(yīng)度-波長(zhǎng)曲線即為待測(cè)光電探測(cè)器的絕對(duì)光譜響應(yīng)曲線并計(jì)算相應(yīng)波長(zhǎng)下的外量子效率。
全文摘要
一種光電探測(cè)器絕對(duì)光譜響應(yīng)的校準(zhǔn)方法及其裝置，涉及光電探測(cè)器的測(cè)試。設(shè)有光柵光譜儀、光電采集電路、計(jì)算機(jī)、待測(cè)光電探測(cè)器、標(biāo)準(zhǔn)光譜輻照度探頭、套筒、會(huì)聚透鏡組、光源、LED溫控夾具和LED穩(wěn)流源。測(cè)出待測(cè)光電探測(cè)器相對(duì)光譜響應(yīng)得相對(duì)光譜響應(yīng)曲線；把探頭和光源固定在套筒里，點(diǎn)亮LED和開(kāi)啟夾具，測(cè)出不同電流下LED的光譜輻照度分布；把探頭卸掉，將待測(cè)光電探測(cè)器固定在套筒中，待測(cè)光電探測(cè)器響應(yīng)電流經(jīng)光電采集電路采集不同波長(zhǎng)光照下的響應(yīng)電流值，并送給計(jì)算機(jī)；已知相對(duì)光譜響應(yīng)和待測(cè)光電探測(cè)器在LED光源的照射下的響應(yīng)電流可計(jì)算出待測(cè)光電探測(cè)器的絕對(duì)光譜響應(yīng)度。最終繪出響應(yīng)度-波長(zhǎng)曲線。
文檔編號(hào)G01D18/00GK102914323SQ20121039573
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月17日
發(fā)明者呂毅軍, 朱麗虹, 陳國(guó)龍, 高玉琳, 陳忠 申請(qǐng)人:廈門(mén)大學(xué)