探测器光谱灵敏度的一种测量方法

　　1　引　言

　　在光辐射测量系统中探测器的性能指标非常重要,随着光电子技术的不断进步,为研制高精度的光辐射测量仪器提供了可能。但这必须要以探测器性能指标的高精度测量为前提,否则电子设备的高精度会被探测器性能指标存在大的误差而抵消。探测器的主要性能指标之一为光谱灵敏度。

　　探测器的光谱灵敏度是指对某一特定波长而言,单位入射功率作用下探测器的输出信号,一般为电压信号。它可分为绝对光谱灵敏度和相对光谱灵敏度。对绝对光谱灵敏度的测量是比较复杂的,因为它对测量系统的要求很严格。在许多应用中绝对光谱灵敏度的实际意义并非很大,因此,通常测量相对光谱灵敏度就可满足使用要求。对探测器光谱灵敏度的测量有多种方法,其中典型的有单束两步法、旋转反射镜法及摆动反射镜法等。

　　2　原理和装置

　　按照光谱灵敏度的定义,若探测器对波长λ的光辐射通量(λ)产生的输出电流或电压量为I(λ),则其光谱灵敏度为

　　单位为A/W,它与积分灵敏度的关系为

　　由上式可知,只有当S′(λ)不为零的光谱区才是式中的积分范围,亦即探测器的可用范围。在实际工作中,常用的是S′(λ)随波长的相对变化,称为探测器的相对光谱灵敏度S(λ),它定义为探测器的绝对光谱灵敏度S′(λ)与其在光谱响应范围内的最大绝对光谱灵敏度S′(λ)max之比,即

　　探测器的相对光谱灵敏度S(λ)是一个无量纲的量。

　　图1是本系统采用的单束两步法测量装置示意图。

　　光源W发出的复色光经凹面反射镜M1、M2聚焦于单色器的入射狭缝S1处,由单色器出射狭缝S2射出的单色辐射经消二级光谱滤光器F及聚焦镜L后,依此入射到参考探测器DR或样品探测器DS上。U为斩光器,可以将入射光辐射调制为一定的频率。单色光的波长由微机通过接口驱动步进电机来加以改变,出射的单色光被探测器接收、其输出的电信号送入锁相放大器的输入端,而参考信号频率由斩光器提供。锁相放大器可将载于调制频率上的光信号捡出,将其变为直流量,通过R232C接口送入微机。对于参考探测器及样品探测器分别测得的数据进行处理,即可得到样品探测器的光谱灵敏度的数据。

　　设参考探测器的光电流(或光电压)为ir(λ),则

　　式中p(λ)为光源的光源功率分布;τ(λ)为系统的透射比,Sr(λ)为参考探测器的光谱灵敏度。设样品探测器的光电流为is(λ),则