200~400nm波段光电探测器光谱响应度测量装置研究

　　0　引言

　　紫外波段光谱响应度测量是和人民生活密切相关的。医学行业的紫外线消毒是最常用及有效的方法,同时紫外线可以治疗各种疾病,增加人身骨化醇,进行医疗保健。在电子行业、建筑采光、光敏胶的固化、超大集成电路的光刻和DVD技术发展等方面也拥有极为广泛的应用。另一方面,过量太阳紫外对人身体也有许多不利的影响,并引起农作物的减产,毁坏人造材料、油漆、纺织物等。

　　光电探测器的光谱响应度计量于1997年被国际光学计量组织CCPR(光度辐射咨询委员会)和BIPM(国际计量局)确定为光学计量领域的6项国际关键性比对之一。中国计量院光电探测器可见波段300~1100nm光谱响应度工作标准于1987年完成,2000年建立起近红外波段900~1600nm光谱响应度测量装置。2005年紫外波段光电探测器光谱响应度装置,紫外部分扩展到200nm,不确定度为2%~6%(k=2),并参加了国际比对。

　　1　测量原理、装置及测量过程

　　1.1　原理

　　绝对光谱响应度RP(λ)是指光电探测器信号(电流I(λ)或电压V(λ),本文采用电流信号I(λ)进行阐述)与投射在探测器上的光谱功率Φ(λ)之比:

　　光电探测器相对光谱响应度RR(λ)则是绝对光谱响应度RP(λ)在某一波长(通常RP(λ0)为最大处)归一化:

　　1.2　绝对响应度定标

　　低温辐射计的原理是电校准法。利用低温辐射计在476.5nm激光下标定出一只无窗紫敏硅光电探测器(编号为No1)在476.5nm波长的光谱响应度Rc(476.5nm)数据,采用5次测量取平均数的方法,数据见图1。

　　No1无窗紫敏硅光电探测器在476.5nm响应度的平均值为0.24778(A/W),标准偏差为3.3×10^-5。

　　1.3　紫外光谱响应度标准测量装置[1]

　　测量装置(图2)采用了功率为150W的点弧氙灯,配合相应的光路设计,可获得较强的紫外波段辐射。单色仪适用于紫外波段(光栅闪耀波长200nm,效率>65%)。使用的平面反射镜及凹面反射镜采用紫外增反铝进行镀膜,使紫外功率衰减减小到最少。调制器采用了Stanford生产的SR540调制器,斩波频率精度优于1%。

　　单色仪波长精度采用低压Hg灯在253.7、296.7、365、435.8nm特征谱线下进行波长校验,200~400nm波长准确度优于0.2nm。

　　对于氙灯来说,一般其经典曲线如图3所示。

　　200nm附近的光谱辐射功率还是远小于300nm以后的功率,这样容易产生即使当光栅设置在200nm时,其它波长的光通过单色仪内壁漫反射等形式杂散出来的光强度会接近甚至超出200nm的光强,也就是说200nm的光不纯。为了解决这一问题,在单色仪入口前采用了一块特性如图4的低通高截滤光片,极大削减了400nm以上波长的光强度,从而达到减小杂散光的目的。