光探测器脉冲激光响应度温度特性测量与分析

　　0　引言

　　热偶型、热释电型和光电型探测器是光辐射测量的三种常用探测器,其响应度由探测器内光电转换效率和电信号传递函数决定。在连续光测量时,影响光 探测器电信号传递的等效电参数存在的容抗分量的变化对响应度没有影响,其响应度特性取决于内光电转换效率。在脉冲测量时,探测器等效电参数存在的容抗分量 变化将影响响应度,影响大小取决于被测光脉冲宽度和测量电路的频率特性。

　　硅光电探测器是用于微弱光辐射和脉冲光辐射测量的主要器件,影响光探测器等效电参数容抗分量的主要因素是温度,实验证明,硅光电探测器在连续光 辐射测量时,响应度的温度系数通常很小[1],标定后可在较宽温度范围使用而不必考虑其带来的误差,而在脉冲测量时,响应度的温度系数可增大1个数量级以 上,使用时必须考虑温度变化带来的测量误差。

　　1　测量装置

　　将探测器置于开口的高低温恒温控制箱内,温度控制精度为±0·1℃,入射激光束经正交取样监视器后入射到恒温箱内的光探测器,在15~45℃的范围内,通过改变恒温箱温度测量探测器脉冲激光响应度的温度特性。

　　激光能量监测采用的正交取样是一种可消除激光偏振态变化对分束比影响的高精度分光监测方法,实验表明分束比稳定度可优于0·1%。测量原理如图1所示。

　　其中,正交取样器结构如图2所示,正交取样的原理如下:

　　3个反射片均由相同的材料和工艺制成,具有相同的尺寸和光学性质,设其对s分量偏振光的反射率和透射率分别为Rs和1-Rs,对p分量偏振光的反射率和透射率分别为Rp和1-Rp将入射光分解为s分量和p分量,即:

　　则:

　　由式(3)、(5)可知,P3和P5都和入射激光P成正比,且都与入射激光偏振态相同。测量时,光探测器能量显示值除以正交取样的能量监测值可消除入射激光强度波动带来的测量误差。

　　2　测量结果

　　三种光探测器测量结果分别列于表1~3。

　　三种不同原理探测器的脉冲激光响应度的温度特性如图3所示。

　　3　结果分析

　　实验表明,热释电传感器和半导体热偶传感器在室温环境条件下(20℃±5℃)响应度的相对偏差小于2%,用光电二极管探测器测量连续激光时,响应度随温度的变化很小,当测量脉冲激光时,响应度随温度的升高而变大,这是由于光电二极管探测器结电容的影响造成的。

　　光电二极管结电容C由势垒电容CT和扩散电容CD组成,对于常用P+N型突变结传感器[2],