一种新型电校准光辐射探测器特性的研究

　　1　引言

　　在从紫外到红外的很宽的光谱范围里,热电堆、热释电和测辐射热计(bolometer)等电校准辐射计的光谱响应很平坦,因此它们被广泛用于光辐射测量。电校准辐射计的基本原理是通过测量产生与光加热导致相同温升的电加热功率来等效测量光功率。理想的探测器应具有均匀的空间响应:探测器灵敏面上的不同位置具有相同响应度。除去探测器接收面制造上的不均匀性外,由于辐射和对流造成的能量损失,电校准辐射计表现出空间响应的不均匀性[1~5]。

　　当相同光束入射到探测器灵敏面的不同位置时,电校准辐射计给出不同的响应。另外,当光束的功率分布或光斑大小不同时,探测器的响应度一般也不一样。由此将导致测量误差,有时还是很大的误差。探测器的线性也是一项重要的指标,如果探测器非线性,则在不同的辐照度下探测器具有不同的绝对响应度,不进行必要的修正将引入测量误差。科学技术的发展对光学测量的精确度提出了越来越高的要求。要达到较高的测量精度,必须对探测器的面响应不均匀性、线性等特性予以足够的重视。

　　本文对一种设计为满足计量、测试部门精度要求的新型精密电校准辐射计的面响应不均匀性、线性及其绝对响应度等特性进行了研究。该辐射计是Wandel & Goltermann公司生产的OMS 100,探头为薄膜热电堆型OTP-100。本文给出了面响应不均匀性、线性和绝对响应度的测量结果,并提出了对面响应不均匀性修正的有效方法。

　　2　测量系统

　　图1为整个测量系统的示意图。光源是633nm波长的氦氖激光器。激光功率控制器用于控制通过的激光功率的大小,并且稳定激光光束通过的功率。激光光束经空间滤波器,在探测器表面形成稍微汇聚的一定大小的光斑。一个分束器将一部分光反射到反馈探测器,该输出信号接到激光功率控制器;另一个分束器将一部分光反射到监测探测器以监测系统的稳定性。光路中放入一个电动快门以方便测量暗电流。

　　激光光束垂直入射到探测器的灵敏面。探测器窗口为楔形,前后表面呈1.5°夹角,以消除干涉的影响。被测探测器安装在计算机控制的二维精密移动平台上。因为热电堆探测器对环境温度非常敏感,实验过程中,实验室温度恒温在22±0.2℃。除了激光器以外,系统其他光学部分及探测器都置于一个内部涂黑的光屏蔽箱里,一方面减小了杂散光的影响,另一方面显著提高了箱内温度的稳定性。整个系统是以计算机为核心的全自动测量系统。计算机通过GPIB接口控制精密工作台的二维扫描、快门的开关、激光功率水平的调整和监视、被测探测器的测量信号及其温度的数据采集。测量程序是用可视化编程语言HP-VEE 4.0编写的。