CN101614610B - 一种测量InGaAs探测器偏振敏感响应的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量InGaAs探测器偏振敏感响应的装置，它由光源系统、偏振态控制系统、光阑、待测InGaAs探测器、电流放大器和示波器组成，其中偏振态控制系统由两个格兰-汤普森棱镜组成，用于产生纯净的线偏振光；待测InGaAs探测器置于一侧开孔的圆形柯伐管壳中，并且将光源系统、偏振态控制系统、光阑和待测InGaAs探测器置于光、热屏蔽罩中，通过旋转探测器的方式，使不同振动方向的线偏振光入射到探测器的光敏面上，可得到正入射和斜入射情况下InGaAs探测器的偏振敏感响应。本发明的装置和方法简捷实用、测试精度高，并可推广应用到可见光探测器的偏振敏感响应测试中。
Description
技术领域
本发明涉及光电探测器的检测技术，具体是指一种测量InGaAs探测器偏振敏感响应的装置，它适用于测量InGaAs探测器对不同振动方向线偏振光的响应度。
背景技术
探测器是成像偏振仪中的核心器件，其性能严重影响着成像质量。在偏振成像中一般要求探测器是偏振无关的，也就是说探测器的响应度对入射光的偏振方向和偏振态是不敏感的。事实上，许多类型的光电探测器的响应是偏振相关的，而且在偏振成像应用中，光束一般是由透镜会聚到探测器光敏元上的，也就是说大部分光是斜入射到探测器上的，那么会由于光束的偏振态对探测器响应的影响而产生显著的误差。另外，在以自然光为光源的光学系统中，在经过几个光学元件的透、反射后，光束已经是部分偏振光了，此时探测器偏振响应的效果也会表现出来。
对于InGaAs探测器而言，在光正入射情况下，器件偏振敏感响应度主要是由以下原因产生的：①长波长入射光吸收长度的增加，使得由衬底反射到探测器表面的光增加；②探测器每一层之间不是严格平行的；③由于外延层和衬底热扩散系数不同而在晶体结构中产生的机械应力。在光斜入射情况下，器件偏振敏感响应度主要是由入射光中P分量和S分量反射率的差异引起的，而且一般来说，这对器件偏振敏感响应度的影响大于材料本身的影响。
虽然目前市场上销售的偏振分析仪可对光束的偏振态进行分析，但其不能用来测试光电探测器的偏振敏感响应度。另外，可通过偏振无关Ge或InGaAs探测器作为标准，来测定待测InGaAs探测器的偏振敏感响应度，但偏振无关探测器本身的制备和严格定标是十分困难的。总之，目前尚无简捷、实用的精确测量InGaAs探测器偏振敏感响应度的装置与方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简捷、实用的测量InGaAs探测器偏振敏感响应度的装置，以达到精确测量InGaAs探测器偏振敏感响应度的目的。
本发明中InGaAs探测器偏振敏感响应具体是指InGaAs探测器对不同振动方向线偏振光的响应度的差异，用(Rmax-Rmin)/R表示，其中Rmax、Rmin和R分别为相同功率、不同振动方向的线偏振光入射时探测器响应度的最大值、最小值和平均值。不同偏振态的光可以分解为两束正交线偏振光的合成。因此，掌握了光电探测器相对于各个振动方向线偏振入射光的响应度的变化就可以得出探测器相对于各种偏振态的入射光的响应度。
本发明的测量装置如附图1所示，它主要由光源系统1、偏振态控制系统2、光阑3、待测InGaAs探测器4、电流放大器5和示波器6组成，其中偏振态控制系统由第一格兰-汤普森棱镜7和第二格兰-汤普森棱镜8组成；待测InGaAs探测器4置于具有良好电磁屏蔽作用的圆形柯伐管壳9的中心位置上，管壳在入射光一侧开孔；为了降低系统的杂散光并提高测试装置内部的温度稳定性，光源系统1、偏振态控制系统2、光阑3、待测InGaAs探测器4及柯伐管壳9置于光、热屏蔽罩10中。
在本发明测量装置的光路调节过程中，采用632.8nm的可见光激光器，使第一格兰-汤普森棱镜7和第二格兰-汤普森棱镜8的中心、光阑的中心和探测器光敏元中心共轴，以确保测试的准确性；在待测InGaAs探测器4偏振敏感响应测试过程中，光源系统可选用1310nm、1342nm或1550nm的半导体激光器，或短波红外波段的单色仪系统，以得到单波长或连续波长下器件的偏振敏感响应。
在本发明测量装置的偏振态控制系统2中，采用两个消光比大于45dB的第一格兰-汤普森棱镜7和第二格兰-汤普森棱镜8，来保证获得纯净的线偏振光，同时，通过旋转第二格兰-汤普森棱镜8，可调节入射光功率，起到光学衰减片的作用。
本发明测量装置中光阑3的直径为1mm，光阑起到限制光束直径的作用，同时还可防止由探测器反射回的光照射到棱镜上发生二次反射产生杂散光。在本发明测量装置中，装有待测探测器4的柯伐管壳9置于高精度三维旋转平台上，可在YZ或XZ平面内旋转，三维旋转平台可通过步进电机由电脑控制，或手动旋转。以入射光方向作为X方向，垂直于入射光方向的平面作为YZ平面。
在本发明实际测量过程中，由光源系统1出射的光，经偏振态控制系统2后变为纯净的线偏振光，经光阑后垂直入射到待测探测器4上，探测器(4)的输出信号经电流发大器(5)放大后，在示波器(6)上显示出来。通过在YZ平面内旋转柯伐管壳9，就可在保持入射偏振光功率的情况下得到待测探测器4对不同振动方向线偏振光的响应度，从而得到正入射情况下，器件的偏振敏感响应。斜入射下器件的偏振敏感响应可通过以下方法获得：首先在XZ平面内将柯伐管壳(9)旋转一定的角度，使入射线偏振光斜入射到待测探测器4的光敏元上，然后以垂直于光敏元平面的方向为轴旋转待测探测器4，即可得到斜入射情况下器件的偏振敏感响应。
本发明的优点在于：
A.偏振态控制系统采用两个消光比大于45dB的棱格兰-汤普森镜，可保证获得纯净的线偏振光，同时第二棱格兰-汤普森镜8可调节入射光功率，起到光学衰减片的作用，确保入射光功率没有达到待测InGaAs探测器的饱和辐照功率；
B.测试装置和方法可精确测量待测InGaAs探测器在光正入射和斜入射情况下的偏振敏感响应，简捷实用、测试精度高；
C.格兰-汤普森棱镜在可见光波段亦有很高的透射比和消光比，因此采用可见光光源系统后，可将本发明中的装置和方法可推广应用于测量可见光探测器的偏振敏感响应。
附图说明
图1一种测量InGaAs探测器偏振敏感响应的装置与方法的示意图；
图中：
1——光源系统；
2——偏振态控制系统；
3——光阑；
4——待测InGaAs探测器；
5——电流放大器；
6——示波器；
7——第一格兰-汤普森棱镜；
8——第二格兰-汤普森棱镜；
9——柯伐管壳；
10——光、热屏蔽罩。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方法作详细的说明。本实施例中测试用光源为1342nm的半导体激光器，光束出射直径为2mm，具有很好的功率稳定性，功率相对起伏在±0.5％；光阑直径为1mm，待测InGaAs探测器的直径为5mm。
1.待测InGaAs探测器4置于具有良好电磁屏蔽作用的圆形Kovar管壳9的中心位置上；
2.搭建InGaAs探测器偏振敏感度测试系统。利用杆架和底座将偏振态控制系统2、光阑3、柯伐管壳9置于OTPOT24-12型光学平台的RAOB10-1型滑轨上，然后利用采用632.8nm波长的可见光激光器作为调节光源，使偏振态控制系统2中的第一格兰-汤普森棱镜7和第二格兰-汤普森棱镜8的中心、光阑3的中心和待测探测器4的光敏元中心共轴，以确保测试的准确性；
3.将调节光源置换为测试用1342nm的半导体激光器，确保出射光与棱镜格兰-汤普森7和8的中心、光阑3的中心和待测探测器4的光敏元中心共轴；
4.将待测探测器4通过引线与电流放大器5相连，响应信号经电流-电压转化、放大后由示波器6输出；
5.以出射光为轴，旋转偏振态控制系统2中的第一格兰-汤普森棱镜7，调节光功率强度，确保入射光功率不会达到待测InGaAs探测器的饱和辐照功率；
6.光源系统1、偏振态控制系统2、光阑3和待测InGaAs探测器4置于光、热屏蔽罩10中；
7.正入射情况下器件的待测探测器4测试步骤，如图1所示：在YZ平面内旋转柯伐管壳9，记录待测探测器4对不同振动方向线偏振光的响应度；斜入射下器件的偏振敏感响应的测试步骤：首先在XZ平面内旋转一定的角度，使入射线偏振光斜入射到待测探测器4的光敏元上，然后以垂直于光敏元平面的方向为轴旋转待测探测器4，记录待测探测器4对不同振动方向线偏振光的响应度；
8.数据处理，得到待测探测器4的偏振敏感响应。
Claims (5)
1.一种测量InGaAs探测器偏振敏感响应的装置，主要包括光源系统(1)、偏振态控制系统(2)、光阑(3)、电流放大器(5)和示波器(6)，其特征在于：
由光源系统(1)出射的光经偏振态控制系统(2)后变为纯净的线偏振光，经光阑(3)后垂直入射到安装在柯伐管壳(9)内的待测探测器(4)上，探测器(4)的输出信号经电流发大器(5)放大后，在示波器(6)上显示出来；通过在YZ平面内旋转柯伐管壳(9)，就可在保持入射偏振光功率的情况下得到待测探测器(4)对不同振动方向线偏振光的响应度，从而得到正入射情况下，器件的偏振敏感响应；
坐标方向规定为：以入射光方向作为X方向，垂直于入射光方向的平面作为YZ平面；
测量斜入射下器件的偏振敏感响应通过以下方法获得：首先在XZ平面内将柯伐管壳(9)旋转一定的角度，使入射线偏振光斜入射到待测探测器(4)的光敏元上，然后以垂直于光敏元平面的方向为轴旋转待测探测器(4)，即可得到斜入射情况下器件的偏振敏感响应。
2.根据权利要求1所述的一种测量InGaAs探测器偏振敏感响应的装置，其特征在于：所述的光源系统(1)采用1310nm、1342nm或1550nm的半导体激光器，或短波红外波段的单色仪。
3.根据权利要求1所述的一种测量InGaAs探测器偏振敏感响应的装置，其特征在于：所述的偏振态控制系统(2)由两只消光比大于45dB的第一格兰-汤普森棱镜(7)和第二格兰-汤普森棱镜(8)构成。
4.根据权利要求1所述的一种测量InGaAs探测器偏振敏感响应的装置，其特征在于：所述的柯伐管壳(9)安装在高精度三维旋转平台上，可在YZ或XZ平面内旋转。
5.根据权利要求1所述的一种测量InGaAs探测器偏振敏感响应的装置，其特征在于：所述的光源系统(1)、偏振态控制系统(2)、光阑(3)和待测InGaAs探测器(4)置于光、热屏蔽罩(10)中。
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