專利名稱：一種光電探測器絕對光譜響應率的標定方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光電探測器響應率參數(shù)的標定方法，尤其是一種利用探測器光譜響應特性實現(xiàn)絕對光譜響應率的標定方法。
背景技術：
光電探測器是一種將光信號轉換為電信號的傳感器，區(qū)別于傳統(tǒng)的熱探測器，因具有響應時間快、靈敏度高等特點，廣泛地用于光學測量領域，由于其具有波長選擇性，即響應率隨所探測的光譜變化，因而其絕對光譜響應率即在特定波長下的絕對響應率參數(shù)的精確測量成為一個技術難題。光電探測器的絕對光譜響應率Ra是指在指定波長λ下，探測器所產(chǎn)生的信號S 與入射的該波長光功率？入的比值，Rx = S/PA，要實現(xiàn)其絕對測量需要測量得到入射到探測器的該波長的光功率？入和光電探測器產(chǎn)生的信號S?，F(xiàn)有的光譜響應率測量法主要是相對測量法，通常將黑體、能斯特燈、硅碳棒等寬譜光源發(fā)出光經(jīng)過光柵分光后入射到探測器，并根據(jù)探測器響應的電壓或電流信號幅值，計算得到較為準確的相對光譜響應值。但由于上述光源的光強很弱，再經(jīng)過波長分光后其功率更弱，故很難精確測量得到分光后的光功率，而根據(jù)寬譜光源的輻射特性并結合光柵衍射參數(shù)計算得到的絕對輻射功率值，由于計算環(huán)節(jié)和影響因素多，也難以得到精確的光源絕對功率值，最終影響到探測器在指定波長下的絕對響應率測量和標定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種光電探測器絕對光譜響應率的標定方法，解決現(xiàn)有絕對標定方法中由于寬譜光源分光后功率太弱而引起的標定不確定度較大的問題。本發(fā)明的技術解決方案是一種光電探測器絕對光譜響應率的標定方法，包括以下步驟[1]測量光電探測器的相對響應率幅值序列寬譜光源經(jīng)過光譜分光后入射到探測器光敏面，測量得到探測器在λ min λ _ 光譜區(qū)間內(nèi)的按照波長順序排布的相對響應率幅值序列ki，其中包含特定波長入 相對應的幅值km和kn ；所述的λ m為需要標定的波長，λ η為與需要標定的波長臨近的激光器的波長；[2]測量光電探測器在波長為λ η時的絕對響應率用波長為λη的激光器入射到探測器光敏面，測量得到光電探測器在波長λη下的絕對響應率^lll ；[3]計算光電探測器在波長為λω時的絕對響應率&4 按照公式A4i = \ ■ K /、計算得到光電探測器在波長λ m的絕對響應率。上述測量光電探測器在波長λ η時的絕對響應率^^的步驟為
[1]在激光入射光路上沿激光入射方向先后準直布置光闌孔、光電探測器，所述光闌孔的孔徑略小于探測器光敏面；[2]測量得到波長λ n激光束經(jīng)過光闌孔后探測器的輸出信號U ；[3]在探測器前采用光功率計測量得到光闌孔后的激光功率P ；[4]計算得到光電探測器在波長λ η下絕對響應率=UIP ο上述的光闌由兩個已知刻度且縫隙寬度可調節(jié)的狹縫相互垂直拼接而得。上述寬譜光源為黑體源、鎢燈、硅碳棒、能斯特燈或石英加熱管。上述激光器為固體激光器、0. 532 μ m固體激光器、1. 06 μ m固體激光器、 1. 55 μ m半導體激光器、2. Oym光纖激光器、3. 39 μ mHe-Ne激光器、10. 6ym 二氧化碳激光器或中遠紅外波段量子級聯(lián)激光器。本發(fā)明具有的有益效果1、本發(fā)明采用波長替代的方法，利用了同一寬譜波段內(nèi)不同波長的激光器測得探測器單點絕對響應率值，再結合寬譜光源測得的探測器相對響應率序列，計算得到了探測器在指定波長下的絕對響應率值，克服了由于寬譜光源功率太弱無法絕對標定探測器響應率參數(shù)，激光器波長又與指定的波長有差異的標定問題，實現(xiàn)了光電探測器絕對光譜響應率的標定。2、本發(fā)明的光電探測器絕對光譜響應率的標定方法可用于紫外、可見光和紅外波段，具有廣泛的適用性。


圖1為本發(fā)明光電探測器在波長λ η下絕對響應率^lli測量光路圖；圖2為本發(fā)明由兩只相互垂直的寬度可調節(jié)狹縫板拼接的光闌示意圖；其中1-激光器；2-光功率計；3-光闌；4-探測器光敏面；5-光電探測器；6_垂直狹縫調節(jié)板；7-垂直狹縫調節(jié)旋鈕；8-垂直狹縫；9-水平狹縫調節(jié)旋鈕；10-水平狹縫調節(jié)板；11-水平狹縫；12-光闌孔。
具體實施例方式為了克服了現(xiàn)有絕對標定方法中由于寬譜光源分光后功率太弱而引起標定不確定度較大的問題，本發(fā)明采用的思路是利用寬譜光源分光法測量光電探測器在某個光譜波段內(nèi)的相對響應系數(shù)，而采用在該波段內(nèi)穩(wěn)定輸出的激光源測量得到光電探測器的絕對響應率，再根據(jù)前面的相對響應系數(shù)得到整個光譜波段內(nèi)的絕對響應率值，從而得到探測器在該工作波長的絕對響應率值。本發(fā)明波長替代標定法的具體步驟如下一、采用寬譜光源按照光譜分光后入射到探測器的光敏面，測量得到探測器在 λ min λ max光譜區(qū)間內(nèi)的相對響應率幅值，得到一個按照波長順序排布的數(shù)據(jù)序列Ici，其中包含特定波長λη相對應的幅值，其中波長λ m為需要標定的探測器的工作波長。由于寬譜光源如黑體源、鎢燈、硅碳棒、能斯特燈、石英加熱管等經(jīng)過分光后盡管其輸出功率比較小，難以準確測量，但是其具有輸出光譜較寬、輸出功率穩(wěn)定等特點，故準確得到該光譜波段內(nèi)的相對響應率系數(shù)，光譜分光的方法通常采用光柵分光，工作原理同現(xiàn)有的光柵光譜儀產(chǎn)品，其光譜寬度可達數(shù)ym。二、將波長為λη的激光器入射到探測器光敏面，測量得到光電探測器在波長λη 下絕對響應率^iil，其中λ η為選定的穩(wěn)定輸出的激光器波長。隨著激光技術的發(fā)展，近幾年出現(xiàn)了多種波長的穩(wěn)定輸出、功率較大的激光器， 比如266nm固體激光器、532nm固體激光器、1. 06 μ m固體激光器1. 55 μ m半導體激光器、 2. Oym光纖激光器、3. 39 μ mHe-Ne激光器、10. 6 μ m 二氧化碳激光器、中遠紅外波段量子級聯(lián)激光器等，這些激光器的波長范圍從紫外到遠紅外波段，包含了整個光電探測器響應波段，且激光器的輸出穩(wěn)定、功率較大，而步驟一中的寬譜光源光譜寬度較寬，故總可以選擇到適合波長的激光器和寬譜光源，使激光器工作波長和需標定的探測器波長均在寬譜光源的波段范圍內(nèi)。由于所選的激光器的功率較大，輸出穩(wěn)定，則可以準確測量得到該激光波長下的絕對響應率；對于輸出穩(wěn)定度不高的激光器，在測量中可以采用分光監(jiān)測的方法。三、計算得到探測器在波長λω的絕對響應率=Rxn -kJK·’本發(fā)明的波長替代法，利用了同一寬譜波段內(nèi)不同波長的激光器測得探測器單點絕對響應率值，再結合寬譜光源測得的探測器相對響應率序列，計算得到了探測器在指定波長下的絕對響應率值，克服了由于寬譜光源功率太弱無法絕對標定探測器響應率參數(shù)， 激光器波長又與指定的波長有差異的標定問題，可用于紫外、可見光和紅外波段，具有廣泛地適用性。光電探測器在激光波長λ η下的絕對響應率^^的測量方法具體如下如圖1所示，在激光入射光路上沿激光入射方向先后準直布置光闌孔3、光電探測器5，所述光闌孔3的孔徑略小于探測器光敏面4。首先測量得到激光束經(jīng)過光闌孔3后探測器5的輸出信號U，其次，在探測器5和光闌孔3之間光路上插入光功率計2，測量得到光闌孔3后的激光功率P，最后計算得到光電探測器5在波長λη下絕對響應率= UIPo由于探測器5的光敏面積有限，故在探測器5前增加準直的小孔徑光闌孔3，確保通過光闌孔3后的光全部照射到探測器光敏面4上，從而確保激光功率測量的準確性。光闌3可以采用普通的圓孔光闌3，也可以采用如圖2所示的兩只相互垂直的縫隙寬度可調節(jié)狹縫板拼接而成。通過垂直狹縫調節(jié)旋鈕7和水平狹縫調節(jié)旋鈕9的調節(jié)可使得垂直狹縫調節(jié)板6和水平狹縫調節(jié)板10移動，實現(xiàn)垂直狹縫8和水平狹縫11的寬度調節(jié)，最終形成方形光闌孔12，滿足不同探測器光敏面的需求。如果垂直狹縫調節(jié)旋鈕7和水平狹縫調節(jié)旋鈕9均帶有刻度，則還可以精確測量得到狹縫的面積。需要說明的是，上述寬譜光源并不僅限于技術方案中提及的黑體源、鎢燈、硅碳棒、能斯特燈、石英加熱管，也包括其他譜段寬且輸出穩(wěn)定的光源；絕對標定的激光器也不僅限于技術方案中提及的幾種波長的激光器，也包括其他波長的激光器。以上變化均在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種光電探測器絕對光譜響應率的標定方法，其特征在于包括以下步驟[1]測量光電探測器的相對響應率幅值序列寬譜光源經(jīng)過光譜分光后入射到探測器光敏面，測量得到探測器在Xmin λ_光譜區(qū)間內(nèi)的按照波長順序排布的相對響應率幅值序列ki，其中包含特定波長λη相對應的幅值km和kn ；所述的λ m為需要標定的波長，λ η為與需要標定的波長臨近的激光器的波長；[2]測量光電探測器在波長為入 時的絕對響應率用波長為λη的激光器入射到探測器光敏面，測量得到光電探測器在波長的絕對響應率；[3]計算光電探測器在波長為λm時的絕對響應率&& 按照公式^Im =rK ImZ^計算得到光電探測器在波長XmW絕對響應率。
2.根據(jù)權利要求1所述的光電探測器絕對光譜響應率的標定方法，其特征在于所述測量光電探測器在波長λ 時的絕對響應率的步驟為[1]在激光入射光路上沿激光入射方向先后準直布置光闌孔、光電探測器，所述光闌孔的孔徑略小于探測器光敏面；[2]測量得到波長λn激光束經(jīng)過光闌孔后探測器的輸出信號U;[3]在探測器前采用光功率計測量得到光闌孔后的激光功率P；[4]計算得到光電探測器在波長λn下絕對響應率= UIPo
3.根據(jù)權利要求2所述的光電探測器絕對光譜響應率的標定方法，其特征在于所述的光闌由兩個已知刻度且縫隙寬度可調節(jié)的狹縫相互垂直拼接而得。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述的光電探測器絕對光譜響應率的標定方法，其特征在于所述寬譜光源為黑體源、鎢燈、硅碳棒、能斯特燈或石英加熱管。
5.根據(jù)權利要求4所述的光電探測器絕對光譜響應率的標定方法，其特征在于所述激光器為266nm固體激光器、0. 532 μ m固體激光器、1. 06 μ m固體激光器、1. 55 μ m半導體激光器、2. 0 μ m光纖激光器、3. 39 μ mHe-Ne激光器、10. 6 μ m 二氧化碳激光器或中遠紅外波段量子級聯(lián)激光器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光電探測器絕對光譜響應率的標定方法，利用寬譜光源分光法測量光電探測器在某個光譜波段內(nèi)的相對響應系數(shù)，而采用在該波段內(nèi)穩(wěn)定輸出的激光源測量得到光電探測器的絕對響應率，再根據(jù)測量得到相對響應系數(shù)得到整個光譜波段內(nèi)的絕對響應率值，從而得到探測器工作波長的絕對響應率值。該方法克服了現(xiàn)有絕對標定方法中由于寬譜光源分光后功率太弱的問題，減小了標定不確定度，可用于紫外、可見光和紅外波段。
文檔編號G01D18/00GK102384761SQ20111023317
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月15日 優(yōu)先權日2011年8月15日
發(fā)明者馮剛, 馮國斌, 宇文璀蕾, 張磊, 王平, 閆燕, 陳紹武, 馬志亮 申請人:西北核技術研究所