專利名稱：高精度通道式光譜輻照度計的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高精度通道式光譜輻照度測量裝置。
通常，由硅光電二極管組成的光譜照度計，都是采用一片硅光電二極管加上前端光學系統(tǒng)和后端信號處理顯示等輔助電路構成的。
由于單片硅光電二極管固有的表面特性使然(當光束入射角為0°-45°度之間變化時，其表面反射率有1％-5％的變化)，如果被測光束的入射角與照度計定標時的入射角不一致，因反射不同造成的能量損失也會有差異，從而使測量的精度下降而達不到現(xiàn)代高精度光輻射測量的要求，其測量不確定度通常只能達到百分之幾的水平。
低溫絕對輻射計雖然可以提供目前最高的準確度(~0.02％)，但其高昂的價格(十萬美元以上)、復雜的運行過程及高運行費用，限制了它的廣泛應用，通常低溫絕對輻射計只是作為輻射計量的初級標準加以使用。硅光電二極管自校準技術的出現(xiàn)，雖然在使用的便捷性和準確性上獲得了較大的突破，但仍受到種種限制，該技術在近二十幾年來其實用性進展非常緩慢。
一種高精度通道式光譜輻照度計，包括孔徑光闌，濾光片， I/V變換器，其特征是濾光片后安裝有光陷阱探測器，所述的光陷阱探測器由多片光敏感器件構成。
光陷阱探測器由三片硅光電二極管列陣構成，面向入射光的第一片硅光電二極管列陣垂直于第三片硅光電二極管列陣，且與第二片硅光電二極管列陣成45度角；第二片硅光電二極管列陣和第三片硅光電二極管列陣成45度角。
I/V變換器由高精度運算放大器和阻容網(wǎng)絡構成，I/V變換器的輸入端和光陷阱探測器的輸出端電連接。
其中光陷阱部分使用三片平面型硅光電二極管，根據(jù)鏡反射原理使入射到第一塊硅光電二極管上的反射光打到第二塊硅光電二極管，第二塊硅光電二極管上的反射光再打到第三塊硅光電二極管上，而第三塊硅光電二極管上的反射光再循原路返回到第二塊硅光電二極管上并由此在第二塊硅光電二極管上產(chǎn)生的反射光再打到第一塊硅光電二極管上。這樣，在每塊硅光電二極管上因反射而損失掉部分光線將被其下一塊硅光電二極管所接收，依次類推。原理如下。
在單個二極管中有If＝η(1-ρ)(λe/hc)·P于是在該結(jié)構中有If＝[η1(1-ρ1)+η2ρ2(1-ρ1)+η3ρ1ρ2(1-ρ3)+η2ρ1ρ2ρ3(1-ρ2)+η1ρ1ρ2ρ2ρ3(1-ρ1)]·(λe/hc)·P其中If為光生電流；P為入射光功率；λ為入射光波長；hPlaηk常數(shù)；c真空光速；η1、η2、η3分別為1#、2#、3#的內(nèi)量子效率；ρ1、ρ2是入射角為45°時1#、2#的反射率，ρ3為垂直入射時3#的反射率。
為了容易看清，(事實上，由于使用的是同種類型的二極管)η1、η2、η3基本相同，可以近似地認為它們相等，對于ρ1、ρ2、ρ3也認為它們相等，則上式可以簡化為If＝η(1-ρ5)(λe/hc)·P這樣就形成了一個光陷阱，與單片硅光電二極管相比，其表面反射率大大降低了，同時，該三片式結(jié)構也能大大降低單一器件對輻射的偏振敏感性，即最大限度地降低硅光電二極管探測器件表面反射率因入射角的不同對測量所帶來的影響和偏振敏感性引起的輻射測量的不確定因素，從而可以大大提高測量精度。
根據(jù)定義，輻照度是指照射到單位面積的面元上的輻射通量。光陷阱部分采用絕對低溫輻射計(目前光輻射計量領域不確定度最優(yōu)的裝置)對其響應度R定標；濾光片的透過率T和精密孔徑D可以精確測量得到。至此可以嚴格按照光照度的定義式，計算得到該光譜輻照度計的照度輸出值。
通過換用光學系統(tǒng)中不同波長的濾光片，可以實現(xiàn)對不同波長光譜輻照度的高精度測量。
圖2為本實用新型結(jié)構原理圖。
圖3為本實用新型光陷阱探測器結(jié)構示意圖。
本實用新型高精度通道式光譜輻照度計由孔徑光闌1、濾光片2、光陷阱探測器3、I/V變換器4構成。入射光經(jīng)孔徑光闌1、濾光片2后轉(zhuǎn)換成光譜中某位置波長的一定通量的光束，經(jīng)光陷阱探測器3，將光能轉(zhuǎn)換成相應的光電流信號，光電流經(jīng)I/V轉(zhuǎn)換器4轉(zhuǎn)換成對應于照度值的電壓信號。
光陷阱探測器3由三片平面型硅光電二極管構成，第一片硅光電二極管面向入射光和第三片硅光電二極管垂直并和第二片硅光電二極管成45°角，第二片硅光電二極管和第三片硅光電二極管成45°角，這樣由濾光片2來的入射光在光陷阱中多次反射和接收，使入射光的轉(zhuǎn)換能量損失最小，從而轉(zhuǎn)換效率最高。
經(jīng)性能檢測，該光陷阱的接受面正入射時反射率小于千分之二，較之單片硅光電二極管(20~30％)下降了二個數(shù)量級；偏振敏感性為0.00142％。經(jīng)測量該光譜輻照度計在測量光譜輻照度時的不確定度為0.7％。
該照度計測量光譜輻照度的不確定度達到千分之七。
權利要求1.一種高精度通道式光譜輻照度計，包括孔徑光闌，濾光片，I/V變換器，其特征是濾光片后安裝有光陷阱探測器，光陷阱探測器由多片光敏感器件構成。
2.權利要求1所述的高精度通道式光譜輻照度計，其特征是光陷阱探測器由三片硅光電二極管列陣構成，面向入射光的第一片硅光電二極管列陣垂直于第三片硅光電二極管列陣，且與第二片硅光電二極管列陣成45度角；第二片硅光電二極管列陣和第三片硅光電二極管列陣成45度角。
3.權利要求1所述的高精度通道式光譜輻照度計，其特征是I/V變換器由高精度運算放大器和阻容網(wǎng)絡構成，I/V變換器的輸入端和光陷阱探測器的輸出端電連接。
專利摘要本實用新型公開了一種高精度通道式光譜輻照度計?？蓪崿F(xiàn)對不同波長光譜輻照度的高精度測量，它由孔徑光闌、濾光片、光陷阱探測器、I/V變換器構成。特別是光陷阱探測器由三片硅光電二極管按一定的幾何結(jié)構排列構成，第一片硅光電二極管垂直于第三片硅光電二極管，并與第二片硅光電二極管成45°角，第二片硅光電二極管與第三片硅光電二極管成45°角，最大限度地降低了硅光電二極管表面反射率因入射角的不同對測量的影響以及偏振敏感性引起的輻射測量的不確定因素，從而大大提高了光譜輻照度測量的精度，該照度計測量光譜輻照度的不確定度可達千分之七。
文檔編號G01J1/04GK2597965SQ03220048
公開日2004年1月7日 申請日期2003年2月22日 優(yōu)先權日2003年2月22日
發(fā)明者李照州, 鄭小兵, 吳浩宇 申請人:中國科學院安徽光學精密機械研究所