专利名称：测量条纹管最小探测能量密度的装置及其测量方法
技术领域：
本发明涉及一种测量条纹管最小探测能量密度的装置及其测量方法。
背景技术：
条纹管激光成像雷达是一种以条纹管作为探测器的高灵敏度、高帧频、大视场的四维成像雷达，它能够在一个激光脉冲成像周期内收集目标的多点距离信息和表面强度信息。自从1999年出现以来，已经在地形地貌、大气中目标探测、水下目标探测等方面得到了广泛的应用。而且发展出了闪光式成像的多狭缝条纹管激光成像雷达和能够采集目标表面偏振信息的偏振条纹管激光雷达。作为一种远距离激光雷达的探测器，条纹管的光电阴极对光的响应能力对整个雷达系统的探测距离有直接的影响。经过多年的发展，条纹相机已经能够对快速微弱信号响应，探测能力已经接近单光子水平了。条纹相机制造行业内普遍认为条纹相机最小探测能 量密度在可见波段(532nm)达到I X 10_13J/cm2。为了计算激光雷达系统的探测距离，需要测量得到一个更加精确的数值。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前的测量条纹管最小探测能量密度还不够用精确的问题，本发明提供一种测量条纹管最小探测能量密度的装置及其测量方法。测量条纹管最小探测能量密度的装置，它包括激光器、衰减片组、窄带滤光片、光子计数器、分束镜、衰减片和计算机；激光器发射的激光经过衰减片组入射至窄带滤光片，经窄带滤光片过滤后的激光入射至分束镜，经分束镜的透射的光入射至衰减片，透过衰减片的光入射至被测条纹管的光电阴极，经分束镜的反射的光入射至光子计数器，被测条纹管的成像信号输出端与计算机的成像信号输入端连接，光子计数器的计数信号输出端与计算机的计数信号输入端连接。基于上述装置测量条纹管最小探测能量密度的方法，它包括如下步骤步骤一打开激光器，利用能量计测量入射至条纹管光电阴极上的光能量，调整衰减片组的衰减率，使入射光能足够触发能量计，并能区分光能总量的0. 1%的变化，再利用刀口仪测量此时条纹管光电阴极上的光斑半径《 ；步骤二 调整衰减片组的衰减率，使条纹管光电阴极上的入射光能量接近其探测极限；步骤三在步骤二的条件下，读取光子计数器上的光子数；步骤四根据步骤三中测得的光子计数器上的光子数计算光斑总能量I，然后根据所述光斑总能量I和步骤一中测得的条纹管光电阴极上的光斑半径《，利用公式
I = tdBrA.e^dr ,计算出最小探测能量密度A。
Jo Jo本发明的方法利用本发明所述的测量条纹管最小探测能量密度的装置测量条纹管最小探测能量密度，得到了比较精确的能量密度数值，数量级可以达到10_18。
图I为本发明的装置的结构示意图。图2为光电倍增管光子计数器作为光能测量探测器对于不同波长的量子效率曲线。其中，UV glass为加装紫外玻璃时双碱光电阴极的量子效率曲线；bialkali为未加装紫外玻璃时双碱光电阴极的量子效率曲线，两条曲线在532nm处的量子效率曲线是相同的。图3为在条纹管光电阴极位置的入射光强空间分布情况。其中，两个横坐标代表条纹管光电阴极位置，垂直坐标为光强。图4为在图3的条件下在条纹管光电阴极位置的经过峰值的入射光强分布曲线。其中，D为实际采集的经过峰值的入射光强分布曲线，C为基模高斯光束经处理后的经过峰 值的入射光强分布曲线，横坐标为沿剖面方向的方位坐标，纵坐标为光斑沿剖面的强度。图5为用Klem_5m图像分析软件得到的图像；其中的顶部表格的横坐标和右侧表格的纵坐标表示CCD的像素位置，其他两个坐标分别表示取样线位置的图像强度值，取样位置为图中相垂直的两条线所在位置。图6为条纹管探测能量密度在水平方向上的能量变化曲线。
具体实施例方式具体实施方式
一下面结合图I说明本实施方式，测量条纹管最小探测能量密度的装置，它包括激光器7、衰减片组I、窄带滤光片2、光子计数器3、分束镜4、衰减片5和计算机6 ;激光器7发射的激光经过衰减片组I入射至窄带滤光片2，经窄带滤光片2过滤后的激光入射至分束镜4，经分束镜4的透射的光入射至衰减片5，透过衰减片5的光入射至被测条纹管的光电阴极，经分束镜4的反射的光入射至光子计数器3，被测条纹管的成像信号输出端与计算机6的成像信号输入端连接，光子计数器3的计数信号输出端与计算机6的计数信号输入端连接。
具体实施方式
二本实施方式为对具体实施方式
一所述的测量条纹管最小探测能量密度的装置的进一步说明，分束镜4的反射与透射比为3:1。
具体实施方式
三本实施方式为对具体实施方式
一所述的测量条纹管最小探测能量密度的装置的进一步说明，所述衰减片5为1/12衰减片。。
具体实施方式
四本实施方式为对具体实施方式
一所述的测量条纹管最小探测能量密度的装置的进一步说明，窄带滤光片2为532nm窄带滤光片。激光经过衰减片组I衰减到足够小，输入到以532nm窄带滤光片为窗口的密闭暗箱中，在暗箱中光束经过分束镜按一定比例分别分给光子计数器和条纹管，其中光子计数器作为能量探测器来使用。在这里，532nm窄带滤光片不仅仅起到过滤激光束中1064nm基频分量的作用，而且还有滤除外界环境杂散光的功能。尽管还是会有一些532nm的杂散光会通过它进入到暗箱中，但可以通过测量杂散光能量，并从最终结果中去除，使之不会对最终测量结果有明显的影响。分束镜4经过实际测量得到反射透射比为3:1，这里将较强的反射光交由光子计数器来测量。这样的分配以及条纹管前加入的衰减片综合作用结果，是使得光子计数器所获得的能量显著大于条纹管光电阴极上的能量，有助于弱化光子计数器测量误差对最终计算结果的影响。适当设置光子计数器和条纹管与光源的距离，确保二者感光面上的光斑直径明显小于两个探测器的感光面直径，以保证绝大部分入射光能都被接收到。
具体实施方式
五本实施方式为对具体实施方式
一所述的测量条纹管最小探测能量密度的装置的进一步说明，光子计数器5为光电倍增管光子计数器。在这里选用光子计数器来记录光能量是因为，在最小探测能量密度的精确测量中，需要一种能够对接近单光子能量的入射光响应，并且精确记录微弱的光能量差异的探测仪器，而光子计数器就是这样一种高灵敏度探测仪器。和常见的能量计相比，光子计数器的精确探测能力要高得多。目前主要有两种模式光子计数器，盖格模式的雪崩二极管光子 计数器和光电倍增管光子计数器，后者相对于前者更为灵敏。因此，本实施方式采用一只光电倍增管光子计数器作为光能测量探测器。它的主要参数如表I所示，对于不同波长的量子效率如图2所示。从图中可以看出光子计数器在532nm处的量子效率约为8%。所述光电倍增管光子计数器的型号为DM0060C。表I光子计数器DM0060C参数
权利要求
1.测量条纹管最小探测能量密度的装置，其特征在于，它包括激光器(7)、衰减片组(I)、窄带滤光片(2 )、光子计数器(3 )、分束镜(4)、衰减片(5 )和计算机(6 );激光器(7 )发射的激光经过衰减片组(I)入射至窄带滤光片(2)，经窄带滤光片(2)过滤后的激光入射至分束镜(4)，经分束镜(4)的透射的光入射至衰减片(5)，透过衰减片(5)的光入射至被测条纹管的光电阴极，经分束镜(4)的反射的光入射至光子计数器(3)，被测条纹管的成像信号输出端与计算机(6)的成像信号输入端连接，光子计数器(3)的计数信号输出端与计算机(6)的计数信号输入端连接。
2.根据权利要求I所述的测量条纹管最小探测能量密度的装置，其特征在于，分束镜(4)的反射与透射比为3:1。
3.根据权利要求I所述的测量条纹管最小探测能量密度的装置，其特征在于，所述衰减片(5)为1/12衰减片。
4.根据权利要求I所述的测量条纹管最小探测能量密度的装置，其特征在于，窄带滤光片(2)为532nm窄带滤光片。
5.根据权利要求I所述的测量条纹管最小探测能量密度的装置，其特征在于，光子计数器(3)为光电倍增管光子计数器。
6.基于权利要求I所述的测量条纹管最小探测能量密度的装置的测量方法，其特征在于， 步骤一打开激光器(7)，利用能量计测量入射至条纹管光电阴极上的光能量，调整衰减片组(I)的衰减率，使入射光能足够触发能量计，并能区分光能总量的0. 1%的变化，再利用刀口仪测量此时条纹管光电阴极上的光斑半径《 ； 步骤二 调整衰减片组(I)的衰减率，使条纹管光电阴极上的入射光能量接近其探测极限； 步骤三在步骤二的条件下，读取光子计数器(3)上的光子数； 步骤四根据步骤三中测得的光子计数器(3)上的光子数计算光斑总能量I，然后根据所述光斑总能量I和步骤一中测得的条纹管光电阴极上的光斑半径《，利用公式
7.基于权利要求I所述的测量条纹管最小探测能量密度的装置的测量方法，其特征在于，根据步骤三中测得的光子计数器上的光子数计算光斑总能量I的方法为
全文摘要
测量条纹管最小探测能量密度的装置及其测量方法，涉及一种测量条纹管最小探测能量密度的测量装置及其测量方法。目前的测量条纹管最小探测能量密度还不够用精确的问题。测量条纹管最小探测能量密度的装置，激光经过衰减片组衰减到足够小，经过窄带滤光片的光束经分束镜按一定比例分别分给光子计数器和条纹管。基于上述装置的方法，利用能量计和刀口仪测量此时条纹管光电阴极上的光斑半径ω；调整衰减片组的衰减率，使条纹管光电阴极上的入射光能量接近其探测极限，此时读取光子计数器上的光子数N信号；根据测得的光子数N信号计算光斑总能量I，利用公式计算最小探测能量密度A。它用于测量条纹管最小探测能量密度。
文档编号G01N21/47GK102735651SQ20121024532
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月16日 优先权日2012年7月16日
发明者孙剑锋, 王骐, 郜键, 魏靖松 申请人:哈尔滨工业大学