专利名称：高精度通道式光谱辐照度计的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高精度通道式光谱辐照度测量装置。
通常，由硅光电二极管组成的光谱照度计，都是采用一片硅光电二极管加上前端光学系统和后端信号处理显示等辅助电路构成的。
由于单片硅光电二极管固有的表面特性使然(当光束入射角为0°-45°度之间变化时，其表面反射率有1％-5％的变化)，如果被测光束的入射角与照度计定标时的入射角不一致，因反射不同造成的能量损失也会有差异，从而使测量的精度下降而达不到现代高精度光辐射测量的要求，其测量不确定度通常只能达到百分之几的水平。
低温绝对辐射计虽然可以提供目前最高的准确度(~0.02％)，但其高昂的价格(十万美元以上)、复杂的运行过程及高运行费用，限制了它的广泛应用，通常低温绝对辐射计只是作为辐射计量的初级标准加以使用。硅光电二极管自校准技术的出现，虽然在使用的便捷性和准确性上获得了较大的突破，但仍受到种种限制，该技术在近二十几年来其实用性进展非常缓慢。
一种高精度通道式光谱辐照度计，包括孔径光阑，滤光片， I/V变换器，其特征是滤光片后安装有光陷阱探测器，所述的光陷阱探测器由多片光敏感器件构成。
光陷阱探测器由三片硅光电二极管列阵构成，面向入射光的第一片硅光电二极管列阵垂直于第三片硅光电二极管列阵，且与第二片硅光电二极管列阵成45度角；第二片硅光电二极管列阵和第三片硅光电二极管列阵成45度角。
I/V变换器由高精度运算放大器和阻容网络构成，I/V变换器的输入端和光陷阱探测器的输出端电连接。
其中光陷阱部分使用三片平面型硅光电二极管，根据镜反射原理使入射到第一块硅光电二极管上的反射光打到第二块硅光电二极管，第二块硅光电二极管上的反射光再打到第三块硅光电二极管上，而第三块硅光电二极管上的反射光再循原路返回到第二块硅光电二极管上并由此在第二块硅光电二极管上产生的反射光再打到第一块硅光电二极管上。这样，在每块硅光电二极管上因反射而损失掉部分光线将被其下一块硅光电二极管所接收，依次类推。原理如下。
在单个二极管中有If＝η(1-ρ)(λe/hc)·P于是在该结构中有If＝[η1(1-ρ1)+η2ρ2(1-ρ1)+η3ρ1ρ2(1-ρ3)+η2ρ1ρ2ρ3(1-ρ2)+η1ρ1ρ2ρ2ρ3(1-ρ1)]·(λe/hc)·P其中If为光生电流；P为入射光功率；λ为入射光波长；hPlaηk常数；c真空光速；η1、η2、η3分别为1#、2#、3#的内量子效率；ρ1、ρ2是入射角为45°时1#、2#的反射率，ρ3为垂直入射时3#的反射率。
为了容易看清，(事实上，由于使用的是同种类型的二极管)η1、η2、η3基本相同，可以近似地认为它们相等，对于ρ1、ρ2、ρ3也认为它们相等，则上式可以简化为If＝η(1-ρ5)(λe/hc)·P这样就形成了一个光陷阱，与单片硅光电二极管相比，其表面反射率大大降低了，同时，该三片式结构也能大大降低单一器件对辐射的偏振敏感性，即最大限度地降低硅光电二极管探测器件表面反射率因入射角的不同对测量所带来的影响和偏振敏感性引起的辐射测量的不确定因素，从而可以大大提高测量精度。
根据定义，辐照度是指照射到单位面积的面元上的辐射通量。光陷阱部分采用绝对低温辐射计(目前光辐射计量领域不确定度最优的装置)对其响应度R定标；滤光片的透过率T和精密孔径D可以精确测量得到。至此可以严格按照光照度的定义式，计算得到该光谱辐照度计的照度输出值。
通过换用光学系统中不同波长的滤光片，可以实现对不同波长光谱辐照度的高精度测量。
图2为本实用新型结构原理图。
图3为本实用新型光陷阱探测器结构示意图。
本实用新型高精度通道式光谱辐照度计由孔径光阑1、滤光片2、光陷阱探测器3、I/V变换器4构成。入射光经孔径光阑1、滤光片2后转换成光谱中某位置波长的一定通量的光束，经光陷阱探测器3，将光能转换成相应的光电流信号，光电流经I/V转换器4转换成对应于照度值的电压信号。
光陷阱探测器3由三片平面型硅光电二极管构成，第一片硅光电二极管面向入射光和第三片硅光电二极管垂直并和第二片硅光电二极管成45°角，第二片硅光电二极管和第三片硅光电二极管成45°角，这样由滤光片2来的入射光在光陷阱中多次反射和接收，使入射光的转换能量损失最小，从而转换效率最高。
经性能检测，该光陷阱的接受面正入射时反射率小于千分之二，较之单片硅光电二极管(20~30％)下降了二个数量级；偏振敏感性为0.00142％。经测量该光谱辐照度计在测量光谱辐照度时的不确定度为0.7％。
该照度计测量光谱辐照度的不确定度达到千分之七。
权利要求1.一种高精度通道式光谱辐照度计，包括孔径光阑，滤光片，I/V变换器，其特征是滤光片后安装有光陷阱探测器，光陷阱探测器由多片光敏感器件构成。
2.权利要求1所述的高精度通道式光谱辐照度计，其特征是光陷阱探测器由三片硅光电二极管列阵构成，面向入射光的第一片硅光电二极管列阵垂直于第三片硅光电二极管列阵，且与第二片硅光电二极管列阵成45度角；第二片硅光电二极管列阵和第三片硅光电二极管列阵成45度角。
3.权利要求1所述的高精度通道式光谱辐照度计，其特征是I/V变换器由高精度运算放大器和阻容网络构成，I/V变换器的输入端和光陷阱探测器的输出端电连接。
专利摘要本实用新型公开了一种高精度通道式光谱辐照度计。可实现对不同波长光谱辐照度的高精度测量，它由孔径光阑、滤光片、光陷阱探测器、I/V变换器构成。特别是光陷阱探测器由三片硅光电二极管按一定的几何结构排列构成，第一片硅光电二极管垂直于第三片硅光电二极管，并与第二片硅光电二极管成45°角，第二片硅光电二极管与第三片硅光电二极管成45°角，最大限度地降低了硅光电二极管表面反射率因入射角的不同对测量的影响以及偏振敏感性引起的辐射测量的不确定因素，从而大大提高了光谱辐照度测量的精度，该照度计测量光谱辐照度的不确定度可达千分之七。
文档编号G01J1/04GK2597965SQ03220048
公开日2004年1月7日 申请日期2003年2月22日 优先权日2003年2月22日
发明者李照州, 郑小兵, 吴浩宇 申请人:中国科学院安徽光学精密机械研究所