CN102507144A - 紫外传感增强膜变频效率的测试方法 - Google Patents

Abstract

一种紫外传感增强膜变频效率的测试方法，A)变频效率定义为薄膜表面发生波长转换的紫外光子数与入射到薄膜的紫外光子数之比：B)计算薄膜表面入射紫外修正光子数C)计算出立体角修正数SA＝2πr(1-cosθ)；D)计算出样品表面发生波长转换的紫外光子E)将Photons_emitted和Photons_incident代入公式(1)求得变频效率CE。本发明通过采用直接对功率进行测量的方式，省去了光电转换这一环节，有效的克服现有技术对紫外增强膜变频效率测试方法测量精度不高的弊端，本发明技术方案基于对准确性、操作性、稳定性等方面进行综合性技术考虑，所采用的测试方法，不仅大大减小了误差，有效提高了测量的准确性，而且操作方便，稳定性强。

Description

紫外传感增强膜变频效率的测试方法

技术领域

本发明涉及一种紫外传感增强膜变频效率的测试方法。

背景技术

变频效率是衡量很多器件的重要参数，变频效率或称变频效率QE(Quantum Efficiency)，传统的对变频效率的测试方法，采用对每一个入射的光子所能产生和收集的电子数来计算，需要把经过反射损失而不能透射到硅片的光子、光电转化、电子和光子的传输效率的变化、转化电流的效率等考虑进去。例如由电子科技集团44研究所提供的512×512面阵CCD中电荷信号由AOpin输出。CCD收集的电子注入到电荷放大器，经该放大器读出由光子产生的电流，输出电压引脚AOpin应当连接上-18V的电源以导走电流放大器的输入门电路的电流。因此，通过测量流过输出引脚AOpin的电流就可以计算出CCD由于光照收集到的电子数目。在输出引脚AOpin和-18V之间接入1M欧的导通电阻，输出电压经该电阻后产生衰减，测量流经该电阻的电流或者电压即可计算量子效率QE，为了方便计算，CCD设置为TDI模式，即CCD产生的电荷包通过恒定的传输频率从一个线阵列转移到下一个线阵列。同时，不能让CCD传感器进入到饱和状态，因为进入到饱和状态产生的电荷包中就有电荷丢失，因为难以，从而使计算不准确。

发明内容

本发明公开了一种紫外传感增强膜变频效率的测试方法，通过采用直接对功率进行测量的方式，省去了光电转换这一环节，可以有效克服现有技术对紫外增强膜变频效率测试方法测量精度不高的弊端，本发明技术方案基于对准确性、操作性、稳定性等方面进行综合性技术考虑，所采用的测试方法，不仅大大减小了误差，有效提高了测量的准确性，而且操作方便，稳定性强。

一种紫外传感增强膜变频效率的测试方法：其特点是：

A)变频效率是反映荧光粉或荧光粉薄膜发光效率的一个物理量，在对紫外变频方面而言变频效率定义为薄膜表面发生波长转换的紫外光子数与入射到薄膜的紫外光子数之比，也可以定义为光能量或光功率之比，此处定义为紫外光子数之比：

$\mathrm{CE}=\frac{{\mathrm{Photons}}_{\mathrm{emitted}}}{{\mathrm{Photons}}_{\mathrm{incident}}}---\left(1\right)$

CE表示为变频效率，Photons_emitted表示入射到薄膜表面的紫外光子数，Photons_incident表示薄膜表面发射出的可见光子数；

B)由公式： ${\mathrm{Photons}}_{\mathrm{incident}}=\frac{P_{\mathrm{in}}\×{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{UV}}}{\mathrm{hc}}---\left(2\right)$ 计算出薄膜表面入射紫外修正光子数Photons_incident，其中P_in为光功率计示数，λ_UV为紫外光波长，h为普朗克常量，c为光速；

C)但是对于出射光子数，由于受激发射的光子具有各向同性特性，即发射光并不循着入射光的方向，而只是部分地进入光功率计，所以在计算薄膜表面发射出的可见光子数时，需要考虑未被光功率计测量到的那部分光子数，有很多未探测到的光子，故引入立体角修正因子SA_correction；

${\mathrm{SA}}_{\mathrm{correction}}={\∫}_0^{{\mathrm{\θ}}_1}r\sin \mathrm{\θd\θ}{\∫}_0^{2\mathrm{\π}}\mathrm{d\φ}---\left(3\right)$

其中θ为薄膜发光点发射光线中垂直于光功率计探测面的光线与被光功率计探测面边缘接收的光线的夹角，r为发射点光源到光功率计的距离，φ为方位角；

经公式(3)计算，得到立体角修正数：SA＝2πr(1-cosθ)    (4)；

D)计算出样品表面发生波长转换的紫外光子数Photons_emitted

${\mathrm{Photons}}_{\mathrm{emitted}}=\frac{P_{\mathrm{em}}\×{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{vis}}}{\mathrm{hc}\×\mathrm{SA}\×T}---\left(5\right)$

其中：P_em为光功率计测得的出射光功率，λ_vis为发射出的可见光波长，h为普朗克常量，c为光速，SA为薄膜表面发射点到光功率计测试面的立体角修正数，T为薄膜透过率。

E)将Photons_emitted和Photons_incident代入公式(1)中求得变频效率CE。

本发明通过采用直接对功率进行测量的方式，省去了光电转换这一环节，不仅有效克服了现有技术对紫外增强膜变频效率测试方法测量精度不高的弊端，而且基于对准确性、操作性、稳定性等方面进行综合性技术考虑，所采用的测试方法，大大减小了误差，有效提高了测量的准确性，且操作方便，稳定性强。

附图说明

图1为本发明修正函数计算示意图。

具体实施方式

以下结合附图与实施例对本发明加以详细说明。

以360nm单色光入射到紫外变频薄膜为例，计算其变频效率

1)给出变频效率定义为：薄膜表面发生波长转换的紫外光子数与入射到薄膜的紫外光子数之比具体表示为公式(1)

$\mathrm{CE}=\frac{{\mathrm{Photons}}_{\mathrm{emitted}}}{{\mathrm{Photons}}_{\mathrm{incident}}}---\left(1\right)$

2)计算薄膜表面入射紫外修正光子数Photons_incident

由公式(2)

计算薄膜表面入射紫外修正光子数Photons_incident，其中P_in为光功率计示数，λ_UV为紫外光波长，h为普朗克常量，c为光速。

实验中测得P_in＝29.4μW，此时λ_UV＝360nm，h＝6.626196×10^-34J·s，c＝3.0×10⁸m/s，代入公式(2)中得到Photons_incident＝5.324×10¹³

C)计算出立体角修正数SA

根据公式(4)SA＝2πr(1-cosθ)，

如图1所示，θ为薄膜发光点发射光线中垂直于光功率计探测面的光线与被光功率计探测面边缘接收的光线的夹角，r为发射点光源到光功率计的距离。

实际应用中，薄膜面至探测面r＝59mm，OP-2UV型紫外光功率计的探测口径为7.9mm，

此时θ＝3.83，SA＝8.28×10^-4

D)计算出样品表面发生波长转换的紫外光子数Photons_emitted

由公式(5)

计算出样品表面发生波长转换的紫外光子数Photons_emitted；P_em光功率计测得的出射光功率，λ_vis为发射出的可见光波长，h为普朗克常量，c为光速，SA为薄膜表面发射点到光功率计测试面的立体角修正数，T为薄膜透过率。

测得P_em＝0.25μW，由于此紫外薄膜受紫外光激发的发射光峰值位于523nm附近，并且523nm的光子占400nm～670nm全部光子数的比例(0.01747)，λ_vis＝523nm，SA＝8.28×10^-4，经测量所用紫外薄膜在523nm的透射率T＝78％，h＝6.626196×10^-34J·s，c＝3.0×10⁸m/将各参数代入公式(5)得到Photons_emitted＝1.779×10¹³

E)将Photons_emitted和Photons_incident代入公式(1)中求得变频效率CE。

Photons_incident＝5.324×10¹³，Photons_emitted＝1.779×10¹³，得到CE＝33.41％

CE表示为变频效率，Photons_emitted表示入射到薄膜表面的紫外光子数，Photons_incident表示薄膜表面发射出的可见光子数。

Claims (1)

1.一种紫外传感增强膜变频效率的测试方法，其特征在于：

A)首先计算变频效率CE

变频效率是反映荧光粉或荧光粉薄膜发光效率的一个物理量，定义为薄膜表面发生波长转换的紫外光子数与入射到薄膜的紫外光子数之比：

$\mathrm{CE}=\frac{{\mathrm{Photons}}_{\mathrm{emitted}}}{{\mathrm{Photons}}_{\mathrm{incident}}}---\left(1\right)$

CE表示为变频效率，Photons_emitted表示入射到薄膜表面的紫外光子数，Photons_incident表示薄膜表面发射出的可见光子数；

B)计算薄膜表面入射紫外修正光子数Photons_incident

${\mathrm{Photons}}_{\mathrm{incident}}=\frac{P_{\mathrm{in}}\×{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{UV}}}{\mathrm{hc}}---\left(2\right)$

其中P_in为光功率计示数，λ_UV为紫外光波长，h为普朗克常量，c为光速；

C)计算出立体角修正数SA

但是对于出射光子数，由于受激发射的光子具有各向同性特性，即发射光并不循着入射光的方向，而只是部分地进入光功率计，所以在计算薄膜表面发射出的可见光子数时，需要考虑未被光功率计测量到的那部分光子数，有很多未探测到的光子，故引入立体角修正因子SA_correction

${\mathrm{SA}}_{\mathrm{correction}}={\∫}_0^{{\mathrm{\θ}}_1}r\sin \mathrm{\θd\θ}{\∫}_0^{2\mathrm{\π}}\mathrm{d\φ}---\left(3\right)$

其中θ为薄膜发光点发射光线中垂直于光功率计探测面的光线与被光功率计探测面边缘接收的光线的夹角，r为发射点光源到光功率计的距离，φ为方位角；

经公式(3)计算，得到立体角修正数：SA＝2πr(1-cosθ)    (4)

D)计算出样品表面发生波长转换的紫外光子数Photons_emitted

${\mathrm{Photons}}_{\mathrm{emitted}}=\frac{P_{\mathrm{em}}\×{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{vis}}}{\mathrm{hc}\×\mathrm{SA}\×T}---\left(5\right)$

其中：P_em为光功率计测得的出射光功率，λ_vis为发射出的可见光波长，h为普朗克常量，c为光速，SA为薄膜表面发射点到光功率计测试面的立体角修正数，T为薄膜透过率；

E)将Photons_emitted和Photons_incident代入公式(1)中求得变频效率CE。

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