CN102721528B - 一种光探测器线性范围的测试装置及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光探测器线性范围的测试装置及测试方法，该测试装置包括光源、探测系统以及位于二者之间的光处理系统，所述光处理系统包括减光装置和分光装置，所述减光装置包括偏振片组，所述分光装置包括一个专用减光片或者一个分光镜片，通过将专用减光片交互移出、移入测试光路，或者将分光镜片分别与参考探测器、被测探测器连接，以测试线性范围。本发明的线性范围测试装置光路设计简单、成本较低、测试精度高。

Description

一种光探测器线性范围的测试装置及测试方法
本发明涉及一种光探测器线性范围的测试装置及测试方法，特别是一种光路设计简单、成本较低并且准确度高的线性范围测试装置。
对于光探测器来说，线性范围，即输出动态范围，是最重要的技术指标之一。在线性范围内，探测器输出信号的信号与入射光的辐通量成线性关系。探测器不能在超出线性范围内工作。
探测器线性范围的测试需要满足两个条件：一是能够提供可变光强的光源；二是能够测得探测器输出随光强变化的响应曲线。
测试线性范围的最基本方法是距离平方反比法，即根据平方反比定律在光轨上通过改变光源与探测器光敏面之间的距离来测量线性，但是这种方法受制于光轨的长度，不能做大范围内的线性测量，并且当探测器与光源距离较大时，杂散光的影响十分明显。
采用滤光片组或偏振片组的方法能够实现大范围内的线性测量。但是，采用滤光片组，入射光的光强受制于滤光片的特性而不能连续变化，且考虑到滤光片之间的影响，入射光强与理论值会有差异；偏振片组的方式通过改变偏振片间的夹角获得不同强度的光，因此偏振片间夹角的微小变化可能对入射光的光强造成较大影响，导致测试结果的精确度并不高。
最常用的是双光路法，即用两路光入射到探测器上，测试两路光分别照射到探测器上的输出信号之和与两路光同时照射到探测器上的输出信号的线性关系。但这种方法由于至少需要使用两个光路，为避免光路间的干扰，光路设计比较复杂，成本较高。
本发明针对现有技术所存在的上述问题提供了一种光探测器线性范围的测试装置及测试方法，其要解决的技术问题在于：该测试装置及测试方法可实现入射光强在大范围内连续变化，光路设计简单，成本低，测试精度高。
为了解决上述问题，本发明采取的技术方案如下：
提供一种光探测器线性范围的测试装置，系统利用探测器测减光片的减光比的变化差异来评价光探测器的线性范围，它包括光源和探测系统，在光源和探测系统之间设有光处理系统，所述光处理系统包括减光装置和分光装置，所述减光装置包括偏振片组，所述分光装置包括一个专用减光片，专用减光片可以移出或移入测试光路，通过将专用成光片交替移出和移入测试光路产生线性范围的两个变量。
所述偏振片组中偏振片间的夹角依据探测器的输出信号强度进行调节。
上述线性范围测试装置中，所述光源为单色光源，或准单色光源。
上述线性范围测试装置中，所述测试装置还包括单色仪，所述单色仪位于光源和光处理系统之间。
上述线性范围测试装置的测试方法，其具体步骤包括：首先，调节光处理系统，将专用减光片移出测试光路得到被测探测器的第一输出信号I1；然后，将专用减光片移入测试光路得到被测探测器的第二输出信号I2；最后，通过调节光处理系统得到不同光强下的第一输出信号和第二输出信号，并绘制第一输出信号与第二输出信号之比I1/I2与第一输出信号I1的关系曲线，或绘制第一输出信号I1与第二输出信号I2的关系曲线。
本发明通过光处理系统中的偏振片组和可选减光片，实现了光强的大范围连续变化；通过光处理系统调节光强，不依赖于探测器与光源间的距离，减小了测试装置的体积，避免了因距离大导致测试精度不高的问题；测试时依据探测器的输出信号强度改变偏振片组的夹角，避免了偏振片夹角变化对测试精度的影响；采用减光比变化或双探测器测试线性范围的方式，光路设计简单，避免了多光路的干扰，减少了光学元件的使用，提高了测试的精度；并通过分光镜片和参考探测器对所测试的线性范围进行验证，更保证了测试的准确性。
图1是本发明的光探测器线性测试装置的原理框图。
图2是本发明的测试装置采用专用减光片的测试结果图。
下面结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1本发明的光探测器线性范围测试装置
如图1所示，本发明的光探测器线性范围测试装置包括光源、单色仪、光处理系统和探测系统，其中，光处理系统包括偏振片组和减光片组。
测试线性范围过程中可以采用多种光源。为了提高测试精度，最好采用单色光源或准单色光源，以保证光强变化时减光片的衰减系数固定不变。此外，也可以通过单色仪获得单色光。为了减少杂散光的干扰，还可以在光源和单色仪之间使用滤光片。
光处理系统的作用有两个：一方面是对入射光进行不同程度的衰减；另一方面是提供线性范围的两个变量的产生机制。本发明的光处理系统包括减光装置和分光装置。减光装置用子对入射光进行大范围连续衰减，包括偏振片组和减光片组，偏振片组的偏振片间的夹角在测试时依据设定的探测器输出信号的强度进行调节，从而避免了现有技术中偏振片夹角的微小变化对光强造成的较大影响；减光片组包括可选减光片，测试时根据需要选择使用，用于配合偏振片组对光强进行衰减，优先选用中性减光片，以便对不同波长的光都适用。分光装置用于产生线性范围的两个变量，包括专用减光片，专用减光片在线性范围测试时的衰减系数保持不变，测试时可以移出或移入光路，通过专用减光片移出或移入光路产生线性范围的两个变量。
此外，还可以用一个分光镜片取代分光装置中的专用减光片，以产生线性范围的两个变量。分光镜片分别与参考探测器和被测探测器光学连接，将衰减后的光分成参考光与测试光。当测试线性范围时，经减光装置衰减后的光经过分光镜片后同时进入参考探测器与被测探测器中，通过测试不同衰减程度光强下的参考探测器的输出信号与被测探测器的输出信号的线性关系得到线性范围。这种方式不但可以用于验证专用减光片测试被测探测器线性范围的准确性，还可以单独用于测试线性范围。为了便于放置参考探测器和被测探测器，探测系统中包括测试支架，测试支架上至少有两个测试位置。
实施例2采用专用减光片测试线性范围
具体测试过程如下：首先，调节减光装置使输入到探测器的光强刚好低于探测器的下阈，将专用减光片移出光路，并调节减光装置使探测器能输出信号，记为I1；然后，将专用减光片移入光路，得到探测器的输出信号I2，计算减光比I1/I2的值；最后，通过减光装置对入射光进行不同程度衰减，测试不同光强下的减光比I1/I2的值，并绘制减光比I1/I2与专用减光片移出光路时探测器输出信号I1的关系曲线。
以光子计数探头为例，采用LED光源、减光比为3的专用减光片测试线性范围，以偏离理论值10％作为最大线性的判定标准，绘制I1/I2与I1的关系曲线，如图2所示，当测试得到的I1/I2＝2.7时，其对应的线性输出为2.5Mcps，说明该光子计数探头的线性范围在2.5Mcps之内。

Claims (5)

1.一种光探测器线性范围测试装置，包括光源和探测系统，其特征在于：系统利用探测器测减光片的减光比的变化差异来评价光探测器的线性范围，在光源和探测系统之间设有光处理系统，所述光处理系统包括减光装置和分光装置，所述减光装置包括偏振片组，所述分光装置包括一个专用减光片，专用减光片可以移出或移入测试光路，通过将专用减光片交替移出和移入测试光路产生线性范围的两个变量。
2.如权利要求1所述的线性范围测试装置，其特征在于：所述偏振片组中偏振片间的夹角依据探测器的输出信号强度进行调节。
3.如权利要求1所述的线性范围测试装置，其特征在于：上述线性范围测试装置中，所述光源为单色光源，或准单色光源。
4.如权利要求1所述的线性范围测试装置，其特征在于：上述线性范围测试装置中，所述测试装置还包括单色仪，所述单色仪位于光源和光处理系统之间。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的线性范围测试装置的测试方法，包括如下步骤：首先，调节光处理系统，将专用减光片移出测试光路得到被测探测器的第一输出信号I1；然后，将专用减光片移入测试光路得到被测探测器的第二输出信号I2；最后，通过调节光处理系统得到不同光强下的第一输出信号和第二输出信号，并绘制第一输出信号与第二输出信号之比I1/I2与第一输出信号I1的关系曲线，或绘制第一输出信号I1与第二输出信号I2的关系曲线。
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