专利名称：一种光电探测器绝对光谱响应的校准方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光电探测器的测试，尤其是涉及一种光电探测器绝对光谱响应测试的校准方法。
背景技术：
光电探测器是光电转换器件，在光谱测量中，光电探测器的光谱特性是器件选择的重要依据，因此光电探测器光谱响应测试在光电探测器的生产、检测和应用等领域有着良好的应用前景。响应度是光电探测器最重要的性能参数，也是其它参数计算的重要依据之一。光电探测器的光谱响应度分为绝对和相对两类。绝对光谱响应度Rtc (λ )是指在某一特定波长λ处，光电探测器输出的电流与其接收到的辐射通量的比值
/(β)ΜΦ(Λ) = —— (A W )(I)
Φ(/ )实验过程中，一般光测量相对光谱响应，再进一步校准得到绝对光谱响应补入。校准过程中入射光斑小于或等于器件的光敏面积，辐射功率被器件完全接收。一般以低温辐射计为初级标准进行高精度光辐射定标和标准传递补入，而以校准过的高灵敏度光电探测器作为传递标准进行待测探测器的相对和绝对光谱响应测量。实际测量中，一般选用激光作为绝对响应校准用光源补入，因为激光光束发散角很小，一般经过聚焦等光路调整后，全部辐射能能够落在光电探测器的接收面上，直接可以测定其辐射功率。但是辐射场入射光斑由于像差等原因往往不能聚焦到很小，直接测量绝对光谱辐通量响应度RtcU)对于光敏面积小的光电探测器难度较大；对于红外波段光电探测器，聚焦就更困难；而对于带有放大功能的光电探测器，由于激光功率较大，容易出现饱和。另一方面，单色光均匀性和光斑大小与标准探测器之间的匹配度也会进一步引起测试误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光电探测器绝对光谱响应的校准方法及其装置。这里我们利用LED光谱参数可调、稳定的优点作为校准用光源，使辐照度均匀的辐射场面积大于光电探测器的有效光敏面积，并利用标定过的已知绝对光谱辐照度的标准光电探测器测量校准光源LED的辐照度，然后在已知照度下测量待测光电探测器接收到的总辐射功率，通过计算得到待测光电探测器的绝对光谱响应度及外量子效率，使待测光电探测器绝对光谱响应校准不受有效光敏面积限制，扩大了系统的使用范围。本发明所述一种光电探测器绝对光谱响应校准装置设有光栅光谱仪、光电采集电路、计算机、待测光电探测器、标准光谱辐照度探头、圆形套筒、平行光会聚透镜组、LED光源、LED温控夹具和LED稳流源。所述光电采集电路的输入端接光栅光谱仪的输出端，所述光电采集电路的输出端接计算机的输入端口 ；LED光源固定在LED温控夹具上，所述平行光会聚透镜组设在LED光源的前方并固定在圆形套筒上，待测光电探测器或标准光谱辐照度探头固定在圆形套筒内，待测光电探测器的光敏面积上的辐照度与标准光谱福照度探头探测到的辐照度一致；LED光源与LED稳流源连接。本发明所述光电探测器绝对光谱响应的校准方法，采用所述一种光电探测器绝对光谱响应校准装置，所述校准方法包括以下步骤I)测量出待测光电探测器的相对光谱响应，得到待测光电探测器的相对光谱响应曲线；2)把标准光谱辐照度探头和LED光源固定在圆形套筒里，点亮LED和开启LED温控夹具，待温度稳定后测出不同电流下LED的光谱辐照度分布。3)把标准光谱辐照度探头卸掉，将待测光电探测器通过底座固定在圆形套筒中，使其感光处和原来标准光谱辐照度探头处于同一位置；
4)待测光电探测器的响应电流经带有精密电流表的光电采集电路采集不同波长光照下的响应电流值，并送给计算机处理；5)已知相对光谱响应和待测光电探测器在LED光源的照射下的响应电流可以计算出待测光电探测器的绝对光谱响应度，最终绘出响应度-波长曲线即为待测光电探测器的绝对光谱响应曲线并计算相应波长下的外量子效率。已知绝对光谱辐照度的标准光电探测器和待测光电探测器，在相同的辐照度E(A)下产生不同的电流值13和It (下标s，t分别表示标准光电探测器和待测光电探测器)，此时入射到标准光电探测器和待测光电探测器表面的辐射功率分别为Φ3 = SsXE(A) (W) (2)Φ, = StXE(A ) (ff) (3)其中Ss、St分别表示标准光电探测器和待测光电探测器的有效光敏面积。按照公式(1)，此时标准光电探测器和待测光电探测器的绝对光谱辐通量响应度分别为(A ) = = —-77~7~ (AW)(4)
Φ 5 Ss χ E(X)!iU) = ~=· 一、(A/W)(5)
Φ, S, χ /(/.)其中Rs(X)为标准光电探测器的标定值。式(4)和(5)相比可得到待测光电探测器的绝对光谱辐响应度为
r n D/r, Rr(A)X/, xS,,R,{A)=—^—~^--(A/ W)(6)
Is^St量子效率的计算公式为
1.24x^(/)(A/W)η =-——-(7)
Λ(μη 但是，实验中由于位置偏差或是光斑大小不能完全覆盖待测光电探测器芯片等客观原因，从而测得的光谱辐响应度往往只是相对值。对于上述实验，一般采用的是单色性较好的激光光源作为校准光源，通过校准某一波长下待测光电探测器的绝对光谱响应度就可以得到待测光电探测器在整个光谱范围的绝对响应度。但是这种传统的实验方法存在一定的缺点由于激光光斑面积必须要聚焦到小于待测光电探测器的光敏面积，从而限制了光敏面积较小的光电探测器的校准工作；对于红外波段光电探测器，聚焦就更困难；而对于带有放大功能的光电探测器，由于激光功率较大，容易出现饱和。另一方面，单色光均匀性和光斑大小与标准探测器之间的匹配度也会进一步引起测试误差。本发明所述光电探测器绝对光谱响应校准装置的实验原理如下由于LED发光光谱在可见光范围内是连续的，而不是单色光。因此先用标准光谱辐照度探头探测出LED在可见光谱范围内辐照度分布艮(λ )，则在整个辐射光谱范围内，总的辐照度为
权利要求
1.一种光电探测器绝对光谱响应校准装置，其特征在于设有光栅光谱仪、光电采集电路、计算机、待测光电探测器、标准光谱辐照度探头、圆形套筒、平行光会聚透镜组、LED光源、LED温控夹具和LED稳流源； 所述光电采集电路的输入端接光栅光谱仪的输出端，所述光电采集电路的输出端接计算机的输入端口 ；LED光源固定在LED温控夹具上，所述平行光会聚透镜组设在LED光源的前方并固定在圆形套筒上，待测光电探测器或标准光谱辐照度探头固定在圆形套筒内，待测光电探测器的光敏面积上的辐照度与标准光谱福照度探头探测到的辐照度一致；LED光源与LED稳流源连接。
2.光电探测器绝对光谱响应的校准方法，其特征在于采用如权利要求I所述一种光电探测器绝对光谱响应校准装置，所述校准方法包括以下步骤 1)测量出待测光电探测器的相对光谱响应，得到待测光电探测器的相对光谱响应曲线.-^4 ， 2)把标准光谱辐照度探头和LED光源固定在圆形套筒里，点亮LED和开启LED温控夹具，待温度稳定后测出不同电流下LED的光谱辐照度分布； 3)把标准光谱辐照度探头卸掉，将待测光电探测器通过底座固定在圆形套筒中，使其感光处和原来标准光谱辐照度探头处于同一位置； 4)待测光电探测器的响应电流经带有精密电流表的光电采集电路采集不同波长光照下的响应电流值，并送给计算机处理； 5)已知相对光谱响应和待测光电探测器在LED光源的照射下的响应电流可以计算出待测光电探测器的绝对光谱响应度，最终绘出响应度-波长曲线即为待测光电探测器的绝对光谱响应曲线并计算相应波长下的外量子效率。
全文摘要
一种光电探测器绝对光谱响应的校准方法及其装置，涉及光电探测器的测试。设有光栅光谱仪、光电采集电路、计算机、待测光电探测器、标准光谱辐照度探头、套筒、会聚透镜组、光源、LED温控夹具和LED稳流源。测出待测光电探测器相对光谱响应得相对光谱响应曲线；把探头和光源固定在套筒里，点亮LED和开启夹具，测出不同电流下LED的光谱辐照度分布；把探头卸掉，将待测光电探测器固定在套筒中，待测光电探测器响应电流经光电采集电路采集不同波长光照下的响应电流值，并送给计算机；已知相对光谱响应和待测光电探测器在LED光源的照射下的响应电流可计算出待测光电探测器的绝对光谱响应度。最终绘出响应度-波长曲线。
文档编号G01D18/00GK102914323SQ20121039573
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月17日 优先权日2012年10月17日
发明者吕毅军, 朱丽虹, 陈国龙, 高玉琳, 陈忠 申请人:厦门大学