本发明涉及光学测量领域，特别是一种利用非线性修正估算光电倍增管绝对光响应率的估算光电倍增管在低光强条件下的绝对光响应率的装置。
背景技术：
极低功率光的测量在科学研究和工业应用上有重要作用，如天文观测、核辐射探测、生物发光探测以及谱学测量等方面，均采用光电倍增管用于光电探测器中来测量可见光区域的低功率光；最常用的精确测量绝对光响应率的方法是将待测探测器的测量结果与一个校准后的参考光源或光电探测器的数据进行对比。目前现有技术的缺陷是，对绝对光响应率的估计和线性度测量是分开进行的，而且是仅对于某一个光谱范围或是某一个较窄的光功率范围，依靠这些实验结果不足以估算光电倍增管测量的宽功率范围的光响应率，所述估算光电倍增管在低光强条件下的绝对光响应率的装置能解决问题。
一个光电二极管的响应率是指其输出的电流信号与输入的辐射量的比值，响应率通常是输入辐射波长的函数；如果一个光电二极管的响应率不随输入辐射的量而变化，则称其为线性的，线性度是光学辐射精密测量的基本需求之一，尤其在光度学和辐射测量学领域，在线性度测量方法中，叠加法是一种基本的方法，由文献【sanders，c.l.j.res.natlbur.stand.a1972，76，437】和文献【sanders，c.l.appl.opt.1962，1，207】可知，测量非线性度的叠加法的原理是，两个光源发出的光分别在待测光电二极管中产生的光响应为n1和n2，两个光源的光的总和在待测光电二极管中产生的光响应为n12，如果n1+n2＝n12，则可以认为待测光电二极管是线性的，如果n1+n2≠n12，则非线性度可以由n12/(n1+n2)给出。以上方法中可以使用两个不同的光源或者一个光源和两个不同光阑。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明利用非线性修正估算光电倍增管绝对光响应率，通过与校准后的光学衰减器得到的结果进行比较来估算，在可见光范围的功率范围宽，最低光功率能够接近单光子水平。
本发明提出一种估算光电倍增管在单光子水平的光功率的可见光照射下的光响应率的方法，基于三个因素：校准后的硅光电二极管的光谱响应率；校准后的硅光电二极管的响应率向光电倍增管的转化；硅光电二极管和光电倍增管的非线性修正。
本发明所采用的技术方案是：
所述估算光电倍增管在低光强条件下的绝对光响应率的装置，主要包括激光器、衰减器i、暗箱、分束器i、衰减器ii、平面镜i、快门i、快门ii、平面镜ii、分束器ii、暗盒、硅光电二极管、待测光电倍增管，所述分束器i、衰减器ii、平面镜i、快门i、快门ii、平面镜ii、分束器ii、暗盒、硅光电二极管、待测光电倍增管均位于所述暗箱内，所述硅光电二极管、待测光电倍增管位于所述暗盒内，所述激光器发射激光经衰减器i至分束器i，由所述激光器、衰减器i、分束器i、快门i、平面镜ii、分束器ii、硅光电二极管组成光路i，由所述激光器、衰减器i、分束器i、衰减器ii、平面镜i、快门ii、分束器ii、硅光电二极管组成光路ii，通过调节衰减器i和衰减器ii的参数来测量不同光功率条件下的线性度，设共有n组衰减器参数，以使得入射到所述硅光电二极管的光功率能够在从10-6w到10-16w范围内变化，所述衰减器i、衰减器ii与测量系统的光轴均具有一定角度的倾斜以避免干涉，所述硅光电二极管在入射光功率10-6w条件下的响应率为已知。所述待测光电倍增管和所述硅光电二极管的线性测量分别在433纳米、532纳米、694纳米的入射光波长条件下实施。
所述估算光电倍增管在低光强条件下的绝对光响应率的装置步骤为：
一.使用所述硅光电二极管来作为校准所述待测光电倍增管的绝对光功率的参照，在入射光功率为10-6w到10-11w范围的条件下校准所述硅光电二极管的非线性，方法依次为：通过调节平面镜i、平面镜ii和分束器ii来准直两束光线并在光学感应器中心的相同点重叠，初始状态下，快门i和快门ii均关闭，接下来，开启快门i，测得此时所述硅光电二极管的输出信号ia，再开启快门ii，测得此时所述硅光电二极管的输出信号ia+b，再关闭快门i，测得此时所述硅光电二极管的输出信号ib，再开启快门i，测得此时所述硅光电二极管的输出信号i′b+a，再关闭快门ii，测得此时所述硅光电二极管的输出信号i′a，由下式得到线性度
二.在入射光功率为10-6w到10-11w范围的条件下校准所述待测光电倍增管的非线性，方法依次为：移除所述硅光电二极管，将所述待测光电倍增管置于原硅光电二极管的位置，通过调节平面镜i、平面镜ii和分束器ii来准直两束光线并在光学感应器中心的相同点重叠，初始状态下，快门i和快门ii均关闭，接下来，开启快门i，测得此时待测光电倍增管的输出信号ic，再开启快门ii，测得此时待测光电倍增管的输出信号ic+d，再关闭快门i，测得此时待测光电倍增管的输出信号id，再开启快门i，测得此时待测光电倍增管的输出信号i′d+c，再关闭快门ii，测得此时待测光电倍增管的输出信号i′c，由下式得到线性度
三.在入射光功率为10-11w的条件下，分别用校准后的硅光电二极管和待测光电倍增管测量入射光、且在所述光路ii中进行测量，测得校准后的硅光电二极管的光功率数据和待测光电倍增管的光功率数据进行比较，方法依次为：首先，将所述硅光电二极管置于所述光路ii中，使用校准后的硅光电二极管测量绝对入射激光功率，其次，移除硅光电二极管，将待测光电倍增管置于原硅光电二极管的位置，并测量了光电倍增管对于入射激光的光响应，其中激光照射的位置调整至与上述步骤一的线性度测量中一致，如此重复十遍，最后，计算所述待测光电倍增管测得的入射光功率与所述硅光电二极管测得的入射光功率的比例，并以此来确定光电倍增管在入射光功率为10-11w条件下的绝对响应率；
四.估算所述待测光电倍增管在入射光功率10-16w条件下的的非线性特征，并结合上述步骤三中得到的响应率-入射光功率曲线，通过拟合方法，以此估算在光功率为10-16w时的绝对光响应率；
五.最后得到所述待测光电倍增管在10-11w到10-16w范围的绝对光响应率。
本发明的有益效果是：
本发明能够在可见光功率为10-11w到10-16w范围内估算光电倍增管的光响应率，所述计算线性度的方法能够消除由线性度测量实验中的衰减器产生的激光漂移效应，能够消除在一系列线性度测量中衰减器透射比对波长和时间的依赖。
附图说明
下面结合本发明的图形进一步说明：
图1是本发明示意图。
图中，1.激光器，2.衰减器i，3.暗箱，4.分束器i，5.衰减器ii，6.平面镜i，7.快门i，8.快门ii，9.平面镜ii，10.分束器ii，11.暗盒，12.硅光电二极管，13.待测光电倍增管。
具体实施方式
如图1是本发明示意图，主要包括激光器1、衰减器i2、暗箱3、分束器i4、衰减器ii5、平面镜i6、快门i7、快门ii8、平面镜ii9、分束器ii10、暗盒11、硅光电二极管12、待测光电倍增管13，所述分束器i4、衰减器ii5、平面镜i6、快门i7、快门ii8、平面镜ii9、分束器ii10、暗盒11、硅光电二极管12、待测光电倍增管13均位于所述暗箱3内，所述硅光电二极管12、待测光电倍增管13位于所述暗盒11内，所述激光器1发射激光经衰减器i2至分束器i4，由所述激光器1、衰减器i2、分束器i4、快门i7、平面镜ii9、分束器ii10、硅光电二极管12组成光路i，由所述激光器1、衰减器i2、分束器i4、衰减器ii5、平面镜i6、快门ii8、分束器ii10、硅光电二极管12组成光路ii，通过调节衰减器i2和衰减器ii5的参数来测量不同光功率条件下的线性度，设共有n组衰减器参数，以使得入射到所述硅光电二极管12的光功率能够在从10-6w到10-16w范围内变化，所述衰减器i2、衰减器ii5与测量系统的光轴均具有一定角度的倾斜以避免干涉，所述硅光电二极管12在入射光功率10-6w条件下的响应率为已知。所述待测光电倍增管13和所述硅光电二极管12的线性测量分别在433纳米、532纳米、694纳米的入射光波长条件下实施。
所述估算光电倍增管在低光强条件下的绝对光响应率的装置利用非线性修正来估算光电倍增管的绝对光响应率，能够估算较宽功率范围的入射光的响应率，且最低光强接近单光子水平。