专利名称：高精度光谱辐射亮度计的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于光陷阱的光谱辐射亮度测量装置。
背景技术：
到目前为止，光谱辐射亮度的测量通常都是由光谱辐射度一级或二级标准传递进行标定后的光谱辐射计实现。由于其传递方法的局限，其测量不确定度。一般为2.5％-6％。
通常，光谱辐射计，都是采用一单元光电探测器件或列阵式光电探测器件加上前置光路构成，由于单片硅光电二极管或列阵式光电探测器件固有的表面特性使然(在光束正入射至45度角入射之间，其表面反射率有1-5％的变化)，如果测量的光束入射角不能与定标的入射角保持一致的话，将因为反射的不同而造成的能量损失也不同，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。
低温绝对辐射计可以提供目前最高的准确度，加上前置光路可实现高精度的光谱辐射亮度的测量，但其高昂的价格(十万美元以上)和复杂的运行过程及高运行费用，使其广泛应用受到了极大的限制，通常只是作为一辐射计量的初级标准加以使用。
实用新型内容本实用新型的目的在于使用普通硅光电器件结合高清度前置光学系统构成高精度光谱辐射亮度计。
高精度光谱辐射亮度计主要由高精度前置光学系统和硅光电二极管陷阱探测器以及高精度I/V变换电路构成。其具体结构是一种高精度光谱辐射亮度计，包括视场光阑，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(3)的输入端和光陷阱探测器的输出端电连接。
本实用新型的光陷阱探测器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；hPlank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-ρ°)(λe/hc)·P这样就形成了一个光陷阱，其结果是相当于大大降低了单块硅光电二极管的表面反射率，同时，该三片式结构也能降低单一器件对辐射的偏振敏感性，从而最大限度地降低由此而引起的辐射测量的不确定度。
根据定义，辐射亮度是指离开、到达或穿过某一表面单位立体角、单位投影面积上的辐射通量。
L＝d./dA.cos..d.
光谱辐射亮度则是指特定波长位置(一定带宽)处的辐射亮度。
符号L.，单位为w/m2.sr.··因此，要精确测定到达辐射计入瞳处的辐射亮度，则必须精密测定圆形孔径光阑(入瞳)面积、视场光阑面积和窄带滤光片的透过率。孔径光阑和视场光阑共同作用确定了接受立体角，窄带滤光片则确定了测量的波长位置及带宽。以目前的技术水平，以上各项检测均可达到0.1％的以下误差。


图1为本实用新型光陷阱探测器结构示意图。
图2是本实用新型结构原理图。
具体实施方式
参见图1、图2。
高精度光谱辐射亮度计由前置光路系统1，陷阱探测器2，I/V转换器3构成，前置光路系统1由视场光阑4，孔径光阑5，滤光片6构成。
视场光阑4和孔径光阑5的面积确定了接受光的立体角。滤光片6用以确定光谱中特定波长位置，陷阱探测器2由三片硅光电二极管构成，其几何结构如附图1所示第一片硅光电二极管与第三片硅光电二极管所在的平面垂直，并与第二片所在平面成45°角，第二片与第三片所在平面成45°角。三片硅管均为特制的Hamatsu S1337-11型无窗口硅光电二极管，有效光敏面积10×10mm2。
陷阱探测器2的光电流馈至高精度I/V变换器3的输入端，转换成相应的电压输出。
高精度光谱辐射亮度计由低温绝对辐射计对其光谱响应度标定。
经性能检测，陷阱探测器接受正入射时的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％，陷阱探测器通过低温绝对辐射计进行光谱功率响应的绝对标定，可达到小于0.03％的不确定度。配以精密的前置光学系统，最终可达到对亮度源1％以下的辐亮度检测不确定度。
权利要求1.一种高精度光谱辐射亮度计，包括视场光阑，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。
2.权利要求1所述的高精度光谱辐射亮度计，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所述的高精度光谱辐射亮度计，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(3)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光谱辐射亮度计。它由视场光阑、孔径光阑、滤光片、陷阱探测器、高精度I/V转换器构成。特别是陷阱探测器使用三片硅光电二极管以一定的结构排列，使入射光能在其中进行多次反射与吸收以降低单片硅光电二极管表面反射率对测量精度的影响，同时该三片式结构也能降低单一器件对辐射的偏振敏感性，从而最大限度地降低由此而引起的辐射测量的不确定度，本实用新型可实现1％以下不确定度对光源的高精度检测。
文档编号G01J1/00GK2643297SQ03220050
公开日2004年9月22日 申请日期2003年2月22日 优先权日2003年2月22日
发明者吴浩宇, 郑小兵, 李照洲, 李双 申请人:中国科学院安徽光学精密机械研究所