一種變功率脈衝真空紫外光強度測量儀的製作方法

2023-08-11 11:42:41 3

本實用新型涉及光強度測量儀的技術領域，具體涉及一種變功率脈衝真空紫外光強度測量儀。

背景技術：

在真空紫外能區(本申請中指50-150nm範圍)，由於空氣對光的吸收強烈，真空紫外能區的實驗必須在真空條件下完成。由於受真空腔體體積限制，探測器的尺寸必須儘可能小，而且在有效探測區域內均勻、高效。在真空紫外能區，可供選擇的探測器主要有氣體電離室、正比計數管、閃爍計數器加CCD、通道倍增管和半導體探測器(矽光電二極體)。

氣體電離室氣體電離室和閃爍計數器加CCD相機的體積大；正比計數管需加鈹(Be)窗或鋁(Al)窗；微通道板(Micro Channel plate,MCP)是通道倍增管的一種，也是該能區常用的探測器。微通道板増益高(一片的増益可達103-104)、空間分辨本領強、能量響應範圍寬、噪聲低(約在10-16A)、不受磁場影響，對偏振不敏感，有效探測面積較大且均勻。但高功率真空紫外光導致信號太強，會損壞微通道板。矽光電二極體是該能區常用的探測器，有效探測區域內均勻、高效。但在測量高功率真空紫外光時會產生飽和現象，不能準確測量光強。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種檔位可切換的金屬光強衰減裝置製作方法，其用於在真空度優於10-6Pa的真空環境下，可用於測量高至毫焦級脈衝真空紫外光信號強度。解決了現有技術中存在的不能同時測量低功率和高功率脈衝的問題。

本實用新型另一目的是提供一種使用測量電路單元和光電二極體實現對高功率脈衝真空紫外光的絕對測量方法。

本實用新型所採用的技術方案如下：一種變功率脈衝真空紫外光強度測量儀，包括真空腔體、金屬光強衰減裝置、光電二極體基座、光電二極體、真空引線裝置、直流穩壓電源、測量電路單元和示波器，金屬光強衰減裝置置於光電二極體之前，光電二極體安裝在光電二極體基座上，金屬光強衰減裝置、光電二極體基座和光電二極體置於真空腔體中；用真空引線裝置把光電二極體兩個引腳信號引出真空腔體外；兩個引腳信號接入測量電路單元信號輸入端，直流穩壓電源輸出接入測量電路單元直流輸入端，測量電路單元的信號輸出端接一示波器。

其中，金屬光強衰減裝置包括金屬光強衰減片，通過改變金屬光強衰減片的組合來獲得不同的衰減係數，用來測量變功率脈衝真空紫外光。

本實用新型的有益效果是：

本實用新型可以通過改變金屬光強衰減裝置檔位和偏壓大小，絕對測量納焦至毫焦級脈衝真空紫外光強度。對真空紫外光強度絕對測量結果的誤差小，與傳輸標準探測器測量結果比較，誤差＜5％。

附圖說明

圖1是測量裝置布局示意圖，其中，1為真空腔體，2為金屬光強衰減裝置，3為光電二極體基座，4為光電二極體，5為真空引線裝置，6為直流穩壓電源，7為測量電路單元，8為示波器。

圖2是可變檔位金屬光強衰減裝置2和光電二極體基座3組裝示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型進行詳細說明。

參見圖1，一種變功率脈衝真空紫外光強度測量儀，包括真空腔體1、金屬光強衰減裝置2、光電二極體基座3、光電二極體4、真空引線裝置5、直流穩壓電源6、測量電路單元7和示波器8，金屬光強衰減裝置2置於光電二極體4之前，光電二極體4安裝在光電二極體基座3上，金屬光強衰減裝置2、光電二極體基座3和光電二極體4置於真空腔體1中；用真空引線裝置5把光電二極體4兩個引腳信號引出真空腔體1外；兩個引腳信號接入測量電路單元7信號輸入端，直流穩壓電源6輸出接入測量電路單元7直流輸入端，測量電路單元7的信號輸出端接一示波器8。金屬光強衰減裝置2包括金屬光強衰減片，通過改變金屬光強衰減片的組合來獲得不同的衰減係數，用來測量變功率脈衝真空紫外光。

光電二極體4置於光電二極體基座3中，前面利用金屬光強衰減裝置2，對高功率的脈衝雷射進行衰減，可以根據真空紫外光功率大小調節不同衰減檔位。由於該裝置是物理阻擋式，所以對不同波長具有相同的衰減效率。金屬板四角各有一個直徑1mm的通孔，可用螺釘螺母固定，確保金屬板之間的相對位置不發生變化，進而保證衰減效率不變。

光電二極體4通過真空引線裝置5與測量電路單元7信號輸入端相連，在直流穩壓電源6的作用下，通過測量電路單元7的功能可以加不同大小的偏壓。測量電路單元7具有給光電二極體4加偏壓和採樣的作用，信號輸出端與示波器8相連。

在測量電路單元中加偏壓的作用是，增強二極體中內建電場強度，提高光電二極體對光生電子的輸出效率，使得光電二極體有更高的測量範圍。

隨著光功率的不斷升高，需要切換金屬衰減裝置的檔位，來衰減光強。金屬衰減裝置是物理阻擋式衰減，對不同波長的衰減效率是相同的。不同檔位需要用傳輸標準探測器來標定。

測量電路單元的第一個功能是給光電二極體加不同的電壓，通過加足夠的電壓，可以將所有的光生電子採集出來。測量電路單元的第二個功能是信號採樣，並將信號傳輸至示波器。

本實用新型原理在於：

一、金屬衰減裝置的標定：

使用一傳輸標準探測器，單色紫外光入射到傳輸標準探測器，設傳輸標準探測器測得的信號強度為Is。製作檔位可切換的金屬光強衰減裝置，在相同條件下將衰減裝置安裝至標準探測器之前，這時測得的信號強度為I。則該檔位衰減效率為：

二、金屬衰減裝置衰減矽光電二極體測量光強原理：

矽光電二極體受到光照射時會產生光生電子，通過引腳導出形成電流，電流經過示波器內阻轉換為電壓信號。當脈衝雷射信號照射光電二極體時，會在示波器上看到時間分辨的脈衝電壓信號。此時光生電子電量為：

其中Q為光生電子電量，R為示波器內阻，V為示波器電壓示數，t為脈衝時間。

雷射脈衝能量為：

其中E為雷射脈衝能量，Ep為該波長對應的能量，單位為eV，QE為該波長下矽光電二極體的量子效率，η為標定過的多層金屬柵網衰減效率。

三、多層金屬柵網衰減矽光電二極體測量光強操作方式

1)製作檔位可切換金屬衰減裝置；

2)用傳輸標準探測器標定金屬衰減裝置；

3)把光電二極體安裝至基座內，並將金屬衰減裝置安裝到基座；

4)把組裝好的探測器模塊安裝到真空傳動機構，將光電二極體兩個引腳通過真空引線導出至真空腔體外；

5)製作測量電路單元，並將連線；

6)打開光路系統，使光電二極體接收到光信號。