一種光探測器線性範圍的測試裝置及測試方法
2023-05-08 20:32:26 4
專利名稱：一種光探測器線性範圍的測試裝置及測試方法
技術領域：
本發明涉及一種光探測器線性範圍的測試裝置及測試方法，特別是一種光路設計簡單、成本較低並且準確度高的線性範圍測試裝置。
背景技術：
對於光探測器來說，線性範圍，即輸出動態範圍，是最重要的技術指標之一。在線性範圍內，探測器輸出信號的信號與入射光的輻通量成線性關係。探測器不能在超出線性範圍內工作。探測器線性範圍的測試需要滿足兩個條件一是能夠提供可變光強的光源；二是能夠測得探測器輸出隨光強變化的響應曲線。
測試線性範圍的最基本方法是距離平方反比法，即根據平方反比定律在光軌上通過改變光源與探測器光敏面之間的距離來測量線性，但是這種方法受制於光軌的長度，不能做大範圍內的線性測量，並且當探測器與光源距離較大時，雜散光的影響十分明顯。採用濾光片組或偏振片組的方法能夠實現大範圍內的線性測量。但是，採用濾光片組，入射光的光強受制於濾光片的特性而不能連續變化，且考慮到濾光片之間的影響，入射光強與理論值會有差異；偏振片組的方式通過改變偏振片間的夾角獲得不同強度的光，因此偏振片間夾角的微小變化可能對入射光的光強造成較大影響，導致測試結果的精確度並不高。最常用的是雙光路法，即用兩路光入射到探測器上，測試兩路光分別照射到探測器上的輸出信號之和與兩路光同時照射到探測器上的輸出信號的線性關係。但這種方法由於至少需要使用兩個光路，為避免光路間的幹擾，光路設計比較複雜，成本較高。
發明內容
本發明針對現有技術所存在的上述問題提供了一種光探測器線性範圍的測試裝置及測試方法，其要解決的技術問題在於該測試裝置及測試方法可實現入射光強在大範圍內連續變化，光路設計簡單，成本低，測試精度高。為了解決上述問題，本發明採取的技術方案如下提供一種光探測器線性範圍的測試裝置，它包括光源和探測系統，在光源和探測系統之間設有光處理系統，所述光處理系統包括減光裝置和分光裝置，所述減光裝置包括偏振片組，所述分光裝置包括一個專用減光片或者一個分光鏡片。所述專用減光片可以移出或移入測試光路，通過將專用成光片交替移出和移入測試光路產生線性範圍的兩個變量。所述分光鏡片分別與被測探測器和參考探測器光學連接，用於將入射光分成測試光和參考光，通過測試光和參考光得到線性範圍的兩個變量。所述偏振片組中偏振片間的夾角依據探測器的輸出信號強度進行調節。所述減光裝置還包括可選減光片，在測試過程中根據需要選擇使用。
上述線性範圍測試裝置中，所述減光片優選為中性減光片。上述線性範圍測試裝置中，所述光源為單色光源，或準單色光源。上述線性範圍測試裝裝中，所述測試裝置還包括單色儀，所述單色儀位於光源和光處理系統之間。本發明揭示了一種採用上述裝置測試光探測器線性範圍的方法，其具體步驟包括首先，調節光處理系統，將專用減光片移出測試光路得到被測探測器的第一輸出信號I1;然後，將專用減光片移入測試光路得到被測探測器的第二輸出信號I2;最後，通過調節光處理系統得到不同光強下的第一輸出信號和第二輸出信號，並繪製第一輸出信號與第二輸出信號之比I1A2與第一輸出信號I1的關係曲線，或繪製第一輸出信號I1與第二輸出信號I2的關係曲線。、本發明還揭示了一種採用上述裝置驗證光探測器線性範圍是否準確的方法，其具體步驟包括首先，用分光鏡片取代專用減光片，將分光鏡片分別與參考探測器和被測探測器連接；然後，通過光處理系統調節光強，測試不同光強下參考探測器與被測探測器的輸出信號；最後，繪製參考探測器輸出信號與被測探測器輸出信號的線性關係。本發明通過光處理系統中的偏振片組和可選減光片，實現了光強的大範圍連續變化；通過光處理系統調節光強，不依賴於探測器與光源間的距離，減小了測試裝置的體積，避免了因距離大導致測試精度不高的問題；測試時依據探測器的輸出信號強度改變偏振片組的夾角，避免了偏振片夾角變化對測試精度的影響；採用減光比變化或雙探測器測試線性範圍的方式，光路設計簡單，避免了多光路的幹擾，減少了光學元件的使用，提高了測試的精度；並通過分光鏡片和參考探測器對所測試的線性範圍進行驗證，更保證了測試的準確性。
圖I是本發明的光探測器線性測試裝置的原理框圖。圖2是本發明的測試裝置採用專用減光片的測試結果圖。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步描述。實施例I本發明的光探測器線性範圍測試裝置如圖I所示，本發明的光探測器線性範圍測試裝置包括光源、單色儀、光處理系統和探測系統，其中，光處理系統包括偏振片組和減光片組。測試線性範圍過程中可以採用多種光源。為了提高測試精度，最好採用單色光源或準單色光源，以保證光強變化時減光片的衰減係數固定不變。此外，也可以通過單色儀獲得單色光。為了減少雜散光的幹擾，還可以在光源和單色儀之間使用濾光片。光處理系統的作用有兩個一方面是對入射光進行不同程度的衰減；另一方面是提供線性範圍的兩個變量的產生機制。本發明的光處理系統包括減光裝置和分光裝置。減光裝置用於對入射光進行大範圍連續衰減，包括偏振片組和減光片組，偏振片組的偏振片間的夾角在測試時依據設定的探測器輸出信號的強度進行調節，從而避免了現有技術中偏振片夾角的微小變化對光強造成的較大影響；減光片組包括可選減光片，測試時根據需要選擇使用，用於配合偏振片組對光強進行衰減，優先選用中性減光片，以便對不同波長的光都適用。分光裝置用於產生線性範圍的兩個變量，包括專用減光片，專用減光片在線性範圍測試時的衰減係數保持不變，測試時可以移出或移入光路，通過專用減光片移出或移入光路產生線性範圍的兩個變量。此外，還可以用一個分光鏡片取代分光裝置中的專用減光片，以產生線性範圍的兩個變量。分光鏡片分別與參考探測器和被測探測器光學連接，將衰減後的光分成參考光與測試光。當測試線性範圍時，經減光裝置衰減後的光經過分光鏡片後同時進入參考探測器與被測探測器中，通過測試不同衰減程度光強下的參考探測器的輸出信號與被測探測器的輸出信號的線性關係得到線性範圍。這種方式不但可以用於驗證專用減光片測試被測探測器線性範圍的準確性，還可以單獨用於測試線性範圍。為了便於放置參考探測器和被測探測器，探測系統中包括測試支架，測試支架上至少有兩個測試位置。實施例2採用專用減光片測試線性範圍具體測試過程如下首先，調節減光裝置使輸入到探測器的光強剛好低於探測器 的下閾，將專用減光片移出光路，並調節減光裝置使探測器能輸出信號，記為I1 ;然後，將專用減光片移入光路，得到探測器的輸出信號I2，計算減光比I1A2的值；最後，通過減光裝置對入射光進行不同程度衰減，測試不同光強下的減光比I1A2的值，並繪製減光比I1A2與專用減光片移出光路時探測器輸出信號I1的關係曲線。以光子計數探頭為例，採用LED光源、減光比為3的專用減光片測試線性範圍，以偏離理論值10%作為最大線性的判定標準，繪製I1A2與I1的關係曲線，如圖2所示，當測試得到的I1A2 = 2. 7時，其對應的線性輸出為2. 5Mcps，說明該光子計數探頭的線性範圍在2. 5Mcps之內。
權利要求
1.一種光探測器線性範圍測試裝置，包括光源和探測系統，其特徵在於在光源和探測系統之間設有光處理系統，所述光處理系統包括減光裝置和分光裝置，所述減光裝置包括偏振片組，所述分光裝置包括一個專用減光片或者一個分光鏡片。
2.如權利要求I所述的線性範圍測試裝置，其特徵在於所述專用減光片可以移出或移入測試光路，通過將專用減光片交替移出和移入測試光路產生線性範圍的兩個變量。
3.如權利要求I所述的線性範圍測試裝置，其特徵在於所述分光鏡片分別與被測探測器和參考探測器光學連接，用於將入射光分成測試光和參考光以得到線性範圍的兩個變量。
4.如權利要求I所述的線性範圍測試裝置，其特徵在於所述偏振片組中偏振片間的夾角依據探測器的輸出信號強度進行調節。
5.如權利要求I至4中的任一項所述的線性範圍測試裝置，其特徵在於所述減光裝置還包括可選減光片，在測試過程中根據需要選擇使用。
6.如權利要求I至4中的任一項所述的線性範圍測試裝置，其特徵在於上述線性範圍測試裝置中，所述減光片為中性減光片。
7.如權利要求I至4中的任一項所述的線性範圍測試裝置，其特徵在於上述線性範圍測試裝置中，所述光源為單色光源，或準單色光源。
8.如權利要求I至4中的任一項所述的線性範圍測試裝置，其特徵在於上述線性範圍測試裝置中，所述測試裝置還包括單色儀，所述單色儀位於光源和光處理系統之間。
9.一種光探測器線性範圍的測試方法，包括如下步驟首先，調節光處理系統，將專用減光片移出測試光路得到被測探測器的第一輸出信號I1 ;然後，將專用減光片移入測試光路得到被測探測器的第二輸出信號I2 ;最後，通過調節光處理系統得到不同光強下的第一輸出信號和第二輸出信號，並繪製第一輸出信號與第二輸出信號之比I1A2與第一輸出信號I1的關係曲線，或繪製第一輸出信號I1與第二輸出信號I2的關係曲線。
10.一種光探測器線性範圍測試結果的驗證方法，包括如下步驟首先，用分光鏡片取代專用減光片，分光鏡片分別與參考探測器和被測探測器光學連接；然後，通過光處理系統調節光強，測試不同光強下參考探測器與被測探測器的輸出信號；最後，繪製參考探測器輸出信號與被測探測器輸出信號的線性關係。
全文摘要
本發明涉及一種光探測器線性範圍的測試裝置及測試方法，該測試裝置包括光源、探測系統以及位於二者之間的光處理系統，所述光處理系統包括減光裝置和分光裝置，所述減光裝置包括偏振片組，所述分光裝置包括一個專用減光片或者一個分光鏡片，通過將專用減光片交互移出、移入測試光路，或者將分光鏡片分別與參考探測器、被測探測器連接，以測試線性範圍。本發明的線性範圍測試裝置光路設計簡單、成本較低、測試精度高。
文檔編號G01M11/02GK102721528SQ201110461218
公開日2012年10月10日 申請日期2011年12月31日 優先權日2011年12月31日
發明者李妙堂, 楊慶坤, 袁秀麗, 郭維新 申請人:北京濱松光子技術股份有限公司