CN100494883C - 一种测量小光斑尺寸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量小光斑尺寸的方法，采用半导体光伏探测器，根据半导体光伏探测器光电流大小与入射光强度成正比的原理，通过改变入射光在半导体光探测器边缘处移动时所导致半导体光探测器的电流响应度的变化，测量出入射光斑的尺寸大小。利用本发明，能够测量出入射光斑的尺寸大小，并且简单、可行，对于实验室相关的光学测量具有很好的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及光学测量和半导体光电子学技术领域，尤其涉及一种测量小光斑尺寸的方法。
背景技术
光学测量和半导体光电子学是当今世界上比较活跃的两个科技领域，在这个两个领域中都涉及到一个共同的问题：光斑的尺寸。在很多情况下，都需要光斑聚焦到很小的尺寸，才能进行下一步的实验，有些情况下，甚至还需要知道光斑的具体尺寸。
但是，目前一般的测量方法很难测量出光斑的尺寸大小，从而阻碍了科学实验的发展。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种测量小光斑尺寸的方法，以测量出光斑的尺寸大小。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种测量小光斑尺寸的方法，该方法采用半导体光伏探测器，根据半导体光伏探测器的光电流大小与入射光强度成正比的原理，通过改变入射光在半导体光伏探测器边缘处移动时所导致半导体光伏探测器的电流响应度的变化，测量出入射光斑的尺寸大小。
上述测量小光斑尺寸的方法具体包括：
A、在带有精密光学移动平台的样品架上固定半导体光伏探测器，并将该半导体光伏探测器连接到数据采集系统，实时监测该半导体光伏探测器的光电流大小；
B、调节光路，将入射光的光斑尺寸调节到小于半导体光伏探测器的光敏面；
C、移动精密光学移动平台，使入射光光斑垂直照射到半导体光伏探测器上，并处于靠近半导体光伏探测器光敏面的边缘位置；
D、移动精密光学移动平台，半导体光伏探测器的光电流开始会处于稳定的值，当半导体光伏探测器的光电流刚好要下降时，记录此时精密光学移动平台上的刻度；
E、继续移动精密光学移动平台，半导体光伏探测器的光电流会继续下降，当半导体光伏探测器的光电流刚好下降到0时，记录此时精密光学移动平台上的刻度；
F、将记录的所述两个刻度值相减，得到入射光斑的尺寸大小。
所述半导体光伏探测器为空间响应均匀的肖特基结构或者pin结构半导体光伏探测器。
所述半导体光伏探测器的响应截止波长大于入射光斑的波长。
所述半导体光伏探测器在测试过程中为零偏压工作。
所述半导体光伏探测器的光敏面为正方形结构。
所述入射光斑的尺寸小于半导体光伏探测器的光敏面积。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的这种测量小光斑尺寸的方法，采用半导体光伏探测器，根据半导体光伏探测器的光电流大小与入射光强度成正比的原理，通过改变入射光在半导体光伏探测器边缘处移动时所导致半导体光伏探测器的电流响应度的变化，能够测量出入射光斑的尺寸大小。
2、本发明提供的这种测量小光斑尺寸的方法，简单、可行，对于实验室相关的光学测量具有很好的实用价值。
3、本发明提供的这种测量小光斑尺寸的方法，对于半导体光电子学特别是新型半导体光伏探测器的分析和计量具有很好的实用价值。
附图说明
图1为本发明提供的测量小光斑尺寸的方法流程图；
图2为本发明提供的测量前入射光斑调节到靠近半导体光伏探测器的光敏面边缘处的示意图；
图3为本发明提供的半导体探测器的光电流刚开始下降时与光斑的相对位置的示意图；
图4为本发明提供的半导体探测器的光电流刚好下降到0时与光斑的相对位置的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明的核心思想是：该方法采用半导体光伏探测器，根据半导体光伏探测器的光电流大小与入射光强度成正比的原理，通过改变入射光在半导体光伏探测器边缘处移动时所导致半导体光伏探测器的电流响应度的变化，能够测量出入射光斑的尺寸大小。
本发明根据半导体光伏探测器中光电流大小与入射光强度成正比的原理，提出了采用半导体光伏探测器测量小光斑尺寸的方法，通过移动精密光学移动平台，改变入射光在半导体光伏探测器的位置，得到半导体光伏探测器从最大值刚开始下降时和刚好下降到0时精密光学移动平台走过的距离，这个距离值就是小光斑的直径。
在入射光不是特别强的情况下，半导体光伏探测器的光电流大小与光强成正比。当光斑完全照射到半导体光伏探测器的光敏面时，光电流最大；当光斑一部分照射到光敏面，另外一部分没有照射到半导体光伏探测器上时，光电流减小；当光斑完全脱离光敏面时，半导体光伏探测器的光电流为0。当入射光斑和半导体光伏探测器发生相对位移的时候，半导体光伏探测器的光电流的大小会随着光斑照射到光敏面的多少而变化。因此，只要测量出半导体光伏探测器从最大值刚开始下降时和刚好下降到0时的相对位移，就能得到小光斑的尺寸大小，即小光斑的直径。
如图1所示，图1为本发明提供的测量小光斑尺寸的方法流程图，该方法包括以下步骤：
步骤101：在带有精密光学移动平台的样品架上固定半导体光伏探测器，并将该半导体光伏探测器连接到数据采集系统，实时监测该半导体光伏探测器的光电流大小；
步骤102：调节光路，将入射光的光斑尺寸调节到小于半导体光伏探测器的光敏面；
步骤103：移动精密光学移动平台，使入射光光斑垂直照射到半导体光伏探测器上，并处于靠近半导体光伏探测器光敏面的边缘位置；
步骤104：移动精密光学移动平台，半导体光伏探测器的光电流开始会处于稳定的值，当半导体光伏探测器的光电流刚好要下降时，记录此时精密光学移动平台上的刻度；
步骤105：继续移动精密光学移动平台，半导体光伏探测器的光电流会继续下降，当半导体光伏探测器的光电流刚好下降到0时，记录此时精密光学移动平台上的刻度；
步骤106：将记录的所述两个刻度值相减，得到半导体光伏探测器的光电流刚好为最大值和刚好为0的精密光学移动平台移动的间距大小，这个间距值就是小光斑的直径，即得到入射光斑的尺寸大小。
上述半导体光伏探测器为空间响应均匀的肖特基结构或者pin结构半导体光伏探测器，半导体光伏探测器的响应截止波长大于入射光斑的波长，半导体光伏探测器在测试过程中为零偏压工作，半导体光伏探测器的光敏面为正方形结构。另外，上述入射光斑的尺寸小于探测器的光敏面积。
基于图1所述的测量小光斑尺寸的方法流程图，以下结合具体的实施例对本发明测量小光斑尺寸的方法进一步详细说明。
本发明提出了采用半导体光伏探测器测量小光斑尺寸的方法，具体实施过程如下：首先半导体光伏探测器固定在带有精密光学移动平台的样品架上，并把半导体光伏探测器接到数据采集系统，能实时监测半导体光伏探测器的光电流大小；然后调节光路，把入射光的光斑尺寸调节到小于半导体光伏探测器的光敏面，移动精密光学移动平台，使入射光光斑垂直照射到半导体光伏探测器上，并处于靠近半导体光伏探测器光敏面的边缘位置。具体如图2所示，图2为本发明提供的测量前入射光斑调节到靠近半导体光伏探测器的光敏面边缘处的示意图。
正式测量开始，移动精密光学移动平台，半导体光伏探测器的光电流开始会处于平稳状态，当半导体光伏探测器的光电流刚好要下降的时候，把此时的精密光学移动平台上的刻度记录下来。具体如图3所示，图3为本发明提供的半导体光伏探测器的光电流刚开始下降时与光斑的相对位置的示意图。
继续移动精密光学移动平台，半导体光伏探测器的光电流会继续下降，当半导体光伏探测器的光电流刚好下降到0的时候，把此时的精密光学移动平台上的刻度记录下来。具体如图4所示，图4为本发明提供的半导体光伏探测器的光电流刚好下降到0时与光斑的相对位置的示意图。
随后把两个刻度值相减，就得到了得到半导体光伏探测器的光电流刚好为最大值和刚好为0的精密光学移动平台移动的间距大小，这个间距值即等于小光斑的直径。
为了进一步说明本发明提供的技术方案，下面以测量波长为500nm的紫外光的光斑尺寸为例，具体如下：
首先pin结构Si探测器固定在带有精密光学移动平台的样品架上(光敏面尺寸为1.1mm×1.1mm)，并接到数据采集系统，然后调节光路，把波长500nm的入射光的光斑尺寸调节到小于探测器的光敏面，移动精密光学移动平台，使入射光光斑垂直照射到探测器上，并处于靠近探测器光敏面的边缘位置。正式测量才开始，移动精密光学移动平台，探测器光电流开始会处于平稳状态，当探测器光电流刚好要下降的时候，把此时的精密光学移动平台上的刻度记录下来。继续移动精密光学移动平台，探测器光电流会继续下降，当探测器光电流刚好下降到0的时候，把此时的精密光学移动平台上的刻度记录下来。随后把两个刻度值相减，如果相减得到的差值为100nm，则这个入射光光斑的直径即为100nm。
本发明提供的采用半导体光伏探测器测量小光斑尺寸的方法，根据半导体光伏探测器种光电流大小与入射光强度成正比的原理，通过改变入射光在半导体光伏探测器边缘处移动时候所导致半导体光伏探测器的光电流的变化，能够测量出入射光斑的尺寸大小。这种方法简单、可行，对于实验室相关的光学测量具有很好的实用价值。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1、一种测量小光斑尺寸的方法，其特征在于，该方法采用半导体光伏探测器，根据半导体光伏探测器的光电流大小与入射光强度成正比的原理，通过改变入射光在半导体光伏探测器边缘处移动时所导致半导体光伏探测器的电流响应度的变化，测量出入射光斑的尺寸大小；该方法具体包括：
A、在带有精密光学移动平台的样品架上固定半导体光伏探测器，并将该半导体光伏探测器连接到数据采集系统，实时监测该半导体光伏探测器的光电流大小；
B、调节光路，将入射光的光斑尺寸调节到小于半导体光伏探测器的光敏面；
C、移动精密光学移动平台，使入射光光斑垂直照射到半导体光伏探测器上，并处于靠近半导体光伏探测器光敏面的边缘位置；
D、移动精密光学移动平台，半导体光伏探测器的光电流开始会处于稳定的值，当半导体光伏探测器的光电流刚好要下降时，记录此时精密光学移动平台上的刻度；
E、继续移动精密光学移动平台，半导体光伏探测器的光电流会继续下降，当半导体光伏探测器的光电流刚好下降到0时，记录此时精密光学移动平台上的刻度；
F、将记录的所述两个刻度值相减，得到入射光斑的尺寸大小。
2、根据权利要求1所述的测量小光斑尺寸的方法，其特征在于，所述半导体光伏探测器为空间响应均匀的肖特基结构或者pin结构半导体光伏探测器。
3、根据权利要求2所述的测量小光斑尺寸的方法，其特征在于，所述半导体光伏探测器的响应截止波长大于入射光斑的波长。
4、根据权利要求1所述的测量小光斑尺寸的方法，其特征在于，所述半导体光伏探测器在测试过程中为零偏压工作。
5、根据权利要求1所述的测量小光斑尺寸的方法，其特征在于，所述半导体光伏探测器的光敏面为正方形结构。
6、根据权利要求1所述的测量小光斑尺寸的方法，其特征在于，所述入射光斑的尺寸小于半导体光伏探测器的光敏面积。
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