CN104142226B - 一种ccd器件量子效率测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种CCD器件量子效率测量装置及方法，其中装置包括CCD器件绝对量子效率测量装置及CCD器件相对量子效率测量装置；所述CCD器件绝对量子效率测量装置，用于测量CCD器件在632.8nm波长点上绝对量子效率；所述CCD器件相对量子效率测量装置，用于测量CCD器件在300nm～1100nm波长范围内的相对量子效率。本发明采用632.8nm激光器将光经过稳功率系统后打入到积分球内部进行绝对定标，而且可根据不同CCD器件选用不同输出功率的激光器，就没有光功率较小的问题，也没有光损失，并且标准探测器在632.8nm波长点上是直接溯源到低温辐射计，这样就减少中间环节，提高了测量不确定度。

Description

一种CCD器件量子效率测量装置及方法

技术领域

本发明属于量子效率测量技术领域，尤其涉及的是一种CCD器件绝对量子效率及相对量子效率测量装置及方法。

背景技术

国内目前是通过卤素灯、积分球、标准探测器、窄线宽滤光片得到某一波长点的量子效率，再通过测量CCD器件的相对光谱响应计算得到整个响应波段的量子效率，此方法得到CCD器件量子效率的方法缺点是，在得到某一波长点绝对量子效率时选用窄线宽的滤光片来实现，从目前调研情况来看，好的窄线宽的滤光片线宽一般在10nm左右，并且光通过滤一般在60％左右，对光能量损失较大。从而测量得到的CCD器件量子效率准确度降低，无法满足高质量测试要求。

国外目前是通过氙灯(或卤素灯)光源、单色仪、标准探测器、积分球主要设备来测量CCD器件的量子效率，该方法对标准探测器的标定要求较高，一般标准探测器是溯源到低温辐射计，但低温辐射计只有有限的波长点，632.8nm最为成熟，无法对全波段高精度测量。根据积分球的辐射原理，在CCD器件绝对量子效率测量过程中，CCD器件需要和积分球保持一定的距离。这样在测量波长小于400nm时，CCD器件和标准探测器响应功率过小，重复性差。另一方面单色仪输出单色光的带宽在几个纳米之间，在高精度绝对量子效率测试时就会产生较大的误差，无法满足高精度CCD器件绝对量子效率的测试。

目前，对于CCD器件量子效率的测量国内也有这方面的研究，从测量方法可知其测量的精度和重复性较差，无法满足高精度CCD器件量子效率的测量和校准。

目前对于CCD器件绝对量子效率的测量方法为，由积分球、光源、窄带滤光片、标准探测器、单色仪等设备组成，也是采用先在某一点对CCD器件量子效率进行绝对测量，再对CCD器件整个响应波长范围进行相对量子效率测量，最后计算得到整个CCD器件绝对量子效率。测量时先将CCD器件放置在距离积分球输出一定位置处，使CCD器件工作在最佳状态，通过控制系统得到CCD器件的响应信号，再将标准探测器放置在同样的位置处，得到辐射光功率，控制系统通过软件就可以得到某一点的绝对量子效率。再测量得到CCD器件的相对量子效率，通过得到某一点绝对量子效率和整个响应波段相对量子效率就可以得到整个波段CCD器件量子效率。

上述方法之中测量CCD器件绝对量子效率，首先是通过窄线宽滤光片得到某一波长点的量子效率，再通过测量CCD器件的相对光谱响应计算得到整个响应波段的绝对量子效率，此方法得到CCD器件量子效率的方法缺点是，在得到某一波长点绝对量子效率时选用窄线宽的滤光片来实现，从目前调研情况来看，好的窄线宽的滤光片线宽一般在10nm左右，并且光通过滤一般在60％左右，对光能量损失较大。从而测量得到的CCD器件量子效率准确度降低，无法满足高质量测试要求。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种CCD器件绝对量子效率及相对量子效率测量装置及方法。

本发明的技术方案如下：

一种CCD器件量子效率测量装置，其中，包括CCD器件绝对量子效率测量装置及CCD器件相对量子效率测量装置；所述CCD器件绝对量子效率测量装置，用于测量CCD器件632.8nm波长点上绝对量子效率；所述CCD器件相对量子效率测量装置，用于测量CCD器件300nm～1100nm波长范围内的相对量子效率。

所述的CCD器件量子效率测量装置，其中，所述CCD器件绝对量子效率测量装置由激光器、稳功率系统、连续光衰减片依次连接后与积分球相连接，所述激光器用于输出632.8nm波长的光源；所述稳功率系统用于对光起到稳定的效果，所述连续光衰减片用于对光进行衰减使CCD器件接收的光在积分球的线性范围内；所述积分球还分别与光波长计及屏蔽室相连接，所述光波长计用于对积分球输出的光进行测量；所述屏蔽室用于对杂散光进行屏蔽，避免杂散光对测量的影响，所述光波长计与控制系统相连接，所述控制系统用于对所述光波长计测量的波长进行读取；所述CCD器件、标准探测器与数据采集系统连接后再与所述控制系统相连接，所述数据采集系统用于对CCD信号的采集和标准探测器信号的采集；三维精密位移台与所述控制系统相连，所述控制系统用于对所述三维精密位移台进行位置调整，使所述CCD器件及所述标准探测器位于最佳位置。

所述的CCD器件量子效率测量装置，其中，所述屏蔽室内有所述标准探测器、所述CCD器件及所述三维精密位移台，所述标准探测器用于测量辐射功率；所述CCD器件用于输出CCD器件的响应信号；所述三维精密位移台，用于调整所述CCD器件及所述标准探测器的位置；所述CCD器件设置与所述数据采集系统相连接。

所述的CCD器件量子效率测量装置，其中，所述积分球直径为50cm；所述积分球输出口径为12cm；所述标准探测器采用UV100；所述激光器输出功率10mW。

所述的CCD器件量子效率测量装置，其中，将632.8nm激光器发出的激光，通过稳功率系统进行稳定后，使激光器的稳定性优于0.005％，连续光衰减片对光进行光衰减，使光辐射功率在CCD器件的线性范围内，打入到积分球内，通过调节所述屏蔽室内的所述三维精密位移台使所述CCD器件放置在距离积分球输出口60cm位置处，通过所述控制系统改变CCD器件曝光时间或通过改变连续可调光衰减片改变CCD器件接收的光强得到所述CCD器件的增益，再通过所述控制系统得到所述CCD器件的响应信号后，将所述标准探测器通过三维精密位移台调整在相同的位置，得到辐射光功率后，通过已知标准探测器的面积，得到光辐射照度，通过公式计算得到632.8nm波长点上的绝对量子效率qE_λ。

所述的CCD器件量子效率测量装置，其中，所述绝对量子效率qE_λ的计算公式为：其中，I为CCD器件响应信号输出；A为CCD传感器表面区域的面积；t_exp为曝光时间；E是标准探测器表面的辐射照度，由标准探测器定标，单位W/m2，h为普朗克常数，c为真空中的光速，λ为积分球辐射光的波长，G为所述CCD器件增益系数单位为DN/e-，表示每个电子转换成的数字量。

所述的CCD器件量子效率测量装置，其中，所述CCD器件相对量子效率测量装置由光源、单色仪、光纤束依次连接后与积分球相连接，所述光源采用氙灯做为光源，用于产生宽光谱光源；所述单色仪用于对输入到单色仪的宽光谱光源进行分光，产生单色光；所述光聚焦系统用于对单色仪输出的单色光进行汇聚，使光汇聚到光纤束中；所述积分球与光波长计及屏蔽室相连接，所述光波长计用对积分球输出的波长进行测量；所述屏蔽室用于对杂散光进行屏蔽，避免杂散光对测量的影响；所述光波长计与控制系统相连接，所述控制系统用于对光波长计测量的实际波长进行读取；所述CCD器件、标准探测器与数据采集系统连接后再与所述控制系统相连接，所述数据采集系统用于对CCD器件信号的采集和标准探测器信号的采集；三维精密位移台与控制系统相连，所述控制系统用于对三维精密位移台进行位置调制，使CCD器件及标准探测器位于最佳位置。

所述的CCD器件量子效率测量装置，其中，所述屏蔽室内设置有标准探测器、CCD器件及三维精密位移台，所述标准探测器用于测量辐射功率，所述CCD器件用于输出CCD器件的响应信号，所述三维精密位移台，用于调整CCD器件及标准探测器位于最佳位置处，所述CCD器件与所述数据采集系统相连接。

所述的CCD器件量子效率测量装置，其中，所述光源为500W的氙灯；所述积分球直径为50cm；所述积分球输出口径为12cm；所述标准探测器采用UV100；所述光纤束采用19根硫系玻璃光纤组成，每根光纤直径达100μm。

所述的CCD器件量子效率测量装置，其中，测量时先通过所述三维精密位移台将所述CCD器件放置在积分球输出口处，首先通过控制系统设置所述单色仪输出波长范围为300nm～1100nm，步进为5nm，通过控制系统得到每个波长下CCD器件的响应信号，再将标准探测器放置在同样的位置处，在相同波长范围及步进情况下，得到每个波长的辐射光功率，进一步得到300nm～1100nm范围内，步进为5nm的量子效率，再对得到的量子效率进行归一化处理，就得到CCD器件相对量子效率QE_λ。

所述的CCD器件量子效率测量装置，其中，所述相对量子效率QE_λ的计算公式为：其中，I表示CCD器件响应信号输出，A表示CCD传感器表面区域的面积，t_exp是曝光时间，E是标准探测器表面的辐射照度，可由标准探测器定标，单位W/m2，h表示普朗克常数，c表示真空中的光速，λ表示积分球辐射光的波长，K为将QE_λ的最大值调整为1的归一化常数。

一种CCD器件量子效率测量方法，其中，包括CCD器件绝对量子效率测量方法，用于测量CCD器件在632.8nm波长点上绝对量子效率；及CCD器件相对量子效率测量方法，用于测量CCD器件在300nm～1100nm波长范围内的相对量子效率。

所述的CCD器件量子效率测量方法，其中，所述CCD器件绝对量子效率测量方法，包括以下步骤：

步骤1：将632.8nm激光通过稳功率系统，再通过连续可调光衰减片后打入到积分球内；

步骤2：调节三维精密位移台使CCD器件放置在距离积分球输出面60cm位置处；

步骤3：通过连续可调光衰减片改变光强或通过控制系统改变曝光时间得到CCD器件的增益；

步骤4：通过连续可调光衰减片改变光强或通过控制系统改变曝光时间使CCD器件工作在线性范围内；

步骤5：获取CCD器件的响应信号；

步骤6：获取辐射光功率，通过已知的标准探测器面积，就能够得到光辐照度；

步骤7：计算得到激光器发出的激光上的某一点的绝对量子效率qE_λ。

所述的CCD器件量子效率测量方法，其中，所述步骤5之前，通过三维精密位移台使标准探测器移动到相同位置。

所述的CCD器件量子效率测量方法，其中，所述绝对量子效率qE_λ的计算公式为：其中，I为所述CCD器件响应信号输出，A为CCD传感器表面区域的面积，t_exp为曝光时间，E是标准探测器表面的辐射照度，由标准探测器定标，单位W/m2，h为普朗克常数，c为真空中的光速，λ为积分球辐射光的波长，G为所述CCD器件增益系数单位为DN/e-，表示每个电子转换成的数字量。

所述的CCD器件量子效率测量方法，其中，所述CCD器件相对量子效率测量方法，包括以下步骤：

步骤1：通过三维精密位移台将CCD器件放置在积分球输出口处；

步骤2：设置单色仪输出波长范围为300nm～1100nm，步进为5nm，得到每个波长下CCD器件的响应信号；

步骤3：将标准探测器放置在同样的位置处，在相同波长范围及步进情况下，得到每个波长的辐射光功率，进一步得到300nm～1100nm范围内，步进为5nm的量子效率；

步骤4：对得到的量子效率进行归一化处理，得到所述CCD器件相对量子效率QE_λ。

所述的CCD器件量子效率测量方法，其中，所述相对量子效率QE_λ的计算公式为：其中，I表示CCD器件响应信号输出，A表示CCD传感器表面区域的面积，t_exp是曝光时间，E是标准探测器表面的辐射照度，可由标准探测器定标，单位W/m2，h表示普朗克常数，c表示真空中的光速，λ表示积分球辐射光的波长，K为将QE_λ的最大值调整为1的归一化常数。

采用上述方案，这种632.8nm激光器将光经过稳功率系统后打入到积分球内部进行绝对定标，而且可根据不同CCD器件选用不同输出功率的激光器，就没有光功率较小的问题，也没有光损失，并且标准探测器在632.8nm波长点上是直接溯源到低温辐射计，这样就减少中间环节，提高了测量不确定度；另一方面激光器线宽非常小，一般可忽略不计，这样就减少了输出光带宽对测量的影响。在积分球出口处测量CCD器件的相对量子效率，这样就避免了在距离积分球辐射面测量量子效率功率较小的问题，特别是波长小于400nm时，这样就大大提高了光功率，另一方面也可调节单色仪的狭缝了减少带宽对测量的影响，提高CCD器件量子效率测量重复性及准确度。

附图说明

图1为本发明绝对测量装置的结构示意图。

图2为本发明相对测量装置的结构示意图。

图3为本发明绝对测量方法流程图。

图4为本发明相对测量方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示，一种CCD器件绝对量子效率测量装置，用于测量CCD器件在632.8nm波长点上绝对量子效率；所述CCD器件绝对量子效率测量装置由激光器101、稳功率系统102、连续光衰减片103(也可为连续可调光衰减片)依次连接后与积分球104相连接，所述激光器101用于输出632.8nm波长的光；所述稳功率系统102用于对光起到稳定的效果，所述连续光衰减片103用于对光进行衰减使CCD器件21接收的光在积分球104的线性范围内；所述积分球104还设置分别与光波长计106及屏蔽室105相连接，所述光波长计106用于对积分球104输出的光进行测量；所述屏蔽室105用于对杂散光进行屏蔽，避免杂散光对测量的影响，所述光波长计106还设置与控制系统107相连接，所述控制系统107用于对所述光波长计106测量的波长进行读取；所述CCD器件21、标准探测器20(也可采用探测器)与数据采集系统108连接后再与所述控制系统107相连接，所述数据采集系统108用于对CCD信号的采集和标准探测器信号的采集；三维精密位移台22与所述控制系统107相连，所述控制系统用于对所述三维精密位移台进行位置调整，使所述CCD器件及所述标准探测器20位于最佳位置，CCD器件21的上部。

上述中，所述屏蔽室105内设置有所述标准探测器20、所述CCD器件21及所述三维精密位移台22，所述标准探测器20用于测量辐射功率；所述CCD器件21用于输出CCD器件的响应信号；所述三维精密位移台22，用于调整所述CCD器件21及所述标准探测器20的位置；所述CCD器件21设置与所述数据采集系统108相连接。

上述装置中，所述积分球104直径为50cm；所述积分球104输出口径为12cm；所述标准探测器20采用UV100；所述激光器101输出功率10mW。

上述装置中，将632.8nm激光器101发出的激光，通过稳功率系统102进行稳定后，使激光器101的稳定性优于0.005％，连续光衰减片103进行光衰减，使光辐射功率在CCD器件的线性范围内，打入到积分球内，通过调节所述屏蔽室内105的所述三维精密位移台22使所述CCD器件21放置在距离积分球104输出口60cm位置处，通过所述控制系统107改变CCD器件21曝光时间或通过改变连续可调光衰减片改变CCD器件21接收的光强得到所述CCD器件21的增益，再通过所述控制系统107得到所述CCD器件21的响应信号后，将所述标准探测器20通过位三维精密移台22调整在相同的位置，得到辐射光功率后，通过已知标准探测器的面积，得到光辐射照度，通过公式计算得到激光器发出的激光上的某一点的绝对量子效率qE_λ。

上述中的计算公式为：其中，I为CCD器件响应信号输出；A为CCD传感器表面区域的面积；t_exp为曝光时间；E是标准探测器表面的辐射照度，由标准探测器定标，单位W/m2，h为普朗克常数，c为真空中的光速，λ为积分球辐射光的波长，G为所述CCD器件增益系数单位为DN/e-，表示每个电子转换成的数字量。

进一步而言：

绝对量子效率测量装置主要采用光源、He-Ne激光器101、稳功率系统102、积分球104、单色仪、光纤束、标准探测器20等主要设备组成，采用替代法测量CCD器件的量子效率。其中光源采用500W的氙灯，积分球直径为50cm，输出口直径12cm。标准探测器采用UV100，光纤束采用19根硫系玻璃光纤组成，每根光纤直径达100μm，激光器输出功率10mW。

本发明可以测量的CCD器件相对量子效率波长范围为：300nm～1100nm，步进5nm，绝对量子效率测量波长点为：632.8nm。

本发明采用替代法测量CCD器件绝对量子效率，测量原理框图如图1所示。将632.8nm激光打入到积分球内，测量时先通过调节三维精密位移台使CCD器件放置在距离积分球输出面60cm位置处，并使CCD器件工作在最佳状态，通过改变光强或曝光时间得到CCD器件的增益，通过控制系统得到CCD器件的响应信号，再将标准探测器放置在同样的位置处，得到辐射光功率，控制系统通过软件就可以得到某一点的绝对量子效率。测量方程为公式一：

${\mathrm{qE}}_{\mathrm{\λ}}=\frac{1}{G}\×\frac{I}{E}\×\frac{h\·c}{\mathrm{\λ}\·A\·t_{\exp }}$

式中：I表示CCD器件响应信号输出，A是CCD传感器表面区域的面积，t_exp是曝光时间，E是传感器表面的辐射照度，可由标准探测器定标，单位W/m2，h表示普朗克常数，c表示真空中的光速，λ表示积分球辐射光的波长，G为CCD器件增益系数单位为DN/e-，表示每个电子转换成的数字量。

实施例2

如图2的示，本发明中CCD器件相对量子效率测量装置，由光源101、单色仪102、光纤束103依次连接后与积分球104相连接，所述光源101采用氙灯做为光源，用于产生宽光谱光源；所述单色仪102用于对输入到单色仪102的宽光谱光源进行分光，产生单色光；所述光聚焦系统用于对单色仪102输出的单色光进行汇聚，使光汇聚到光纤束103中；所述积分球104分别与光波长计106及屏蔽室105相连接，所述光波长计106用对积分球104输出的波长进行测量；所述屏蔽室105用于对杂散光进行屏蔽，避免杂散光对测量的影响；所述光波长计106设置与控制系统107相连接，所述控制系统107用于对光波长计106测量的实际波长进行读取；所述CCD器件21、探测器20(也可以为标准探测器)与数据采集系统108连接后再与所述控制系统107相连接，所述数据采集系统108用于对CCD器件信号的采集和标准探测器信号的采集；所述三维精密位移台22与控制系统107相连，所述控制系统107用于对三维精密位移台22进行位置调制，使CCD器件21及标准探测器20位于最佳位置。

上述装置中，所述屏蔽室105内设置有标准探测器20、CCD器件21及三维精密位移台22，所述标准探测器20用于测量辐射功率，所述CCD器件21用于输出CCD器件的响应信号，所述三维精密位移台22，用于调整CCD器件21及标准探测器20位于最佳位置处，所述CCD器件21设置与所述数据采集系统108相连接。

上述装置中，所述光源101为500W的氙灯；所述积分球104直径为50cm；所述积分球104输出口径为12cm；所述标准探测器20采用UV100；所述光纤束103采用19根硫系玻璃光纤组成，每根光纤直径达100μm。

上述装置中，测量时先通过所述三维精密位移台22将所述CCD器件21放置在积分球104输出口处，首先通过控制系统107设置所述单色仪102输出波长范围为300nm～1100nm，步进为5nm，通过控制系统107得到每个波长下CCD器件的响应信号，再将标准探测器20放置在同样的位置处，在相同波长范围及步进情况下，得到每个波长的辐射光功率，进一步得到300nm～1100nm范围内，步进为5nm的量子效率，再对得到的量子效率进行归一化处理，就得到所述CCD器件21相对量子效率QE_λ。

上述中，所述相对量子效率QE_λ的计算公式为：其中，I表示CCD器件响应信号输出，A表示CCD传感器表面区域的面积，t_exp是曝光时间，E是标准探测器表面的辐射照度，可由标准探测器定标，单位W/m2，h表示普朗克常数，c表示真空中的光速，λ表示积分球辐射光的波长，K为将QE_λ的最大值调整为1的归一化常数。

CCD器件相对量子效率测量也是采用替代法来实现的，测量时先通过三维精密位移台22将CCD器件21放置在积分球104输出面处，并使CCD器件21工作在最佳状态，首先通过控制系统设置单色仪102输出波长范围为(300nm～1100nm)，步进为5nm，通过控制系统107得到每个波长下CCD器件1的响应信号，再将标准探测器20放置在同样的位置处，在相同波长范围及步进情况下，得到每个波长的辐射光功率，控制系统107得到300nm～1100nm范围内，步进为5nm的量子效率，再对得到的量子效率进行归一化处理，就得到CCD器件相对量子效率。测量公式为：

${\mathrm{QE}}_{\mathrm{\λ}}=K\×\frac{I}{E}\×\frac{h\·c}{\mathrm{\λ}\·A\·t_{\exp }}$

式中：I表示CCD器件响应信号输出，A是CCD传感器表面区域的面积，t_exp是曝光时间，E是传感器表面的辐射照度，可由标准探测器定标，单位W/m2，h表示普朗克常数，c表示真空中的光速，λ表示积分球辐射光的波长，K为将QE_λ的最大值调整为1的归一化常数。

通过得到632.8nm波长点的绝对量子效率和(300nm～1100nm)相对量子效率就可以得到整个波长范围内的绝对量子效率。

进一步而言，本发明针对现有技术存在的问题，提供一种采用He-Ne激光器在632.8波长点上，在距积分球面一定距离处绝对标定，在积分球面处测量整个响应波长范围内的CCD器件相对量子效率。采用这种632.8nm激光器将光经过稳功率系统后打入到积分球内部进行绝对定标，而且可根据不同CCD器件选用不同输出功率的激光器，就没有光功率较小的问题，也没有光损失，并且标准探测器在632.8nm波长点上是直接溯源到低温辐射计，这样就减少中间环节，提高了测量不确定度。另一方面激光器线宽非常小，一般可忽略不计，这样就减少了输出光带宽对测量的影响。在积分球出口处测量CCD器件的相对量子效率，这样就避免了在距离积分球辐射面测量量子效率功率较小的问题，特别是波长小于400nm时，这样就大大提高了光功率，另一方面也可调节单色仪的狭缝了减少带宽对测量的影响，提高CCD器件量子效率测量重复性及准确度。

优选的，如图2所示，本发明主要采用光源、He-Ne激光器、稳功率系统、积分球、单色仪、光纤束、标准探测器等主要设备组成，采用替代法测量CCD器件的量子效率。其中光源采用500W的氙灯，积分球直径为50cm，输出口直径12cm。标准探测器采用UV100，光纤束采用19根硫系玻璃光纤组成，每根光纤直径达100μm，激光器输出功率10mW。

该技术可以测量的CCD器件相对量子效率波长范围为：300nm～1100nm，步进5nm，绝对量子效率测量波长点为：632.8nm

本发明针对现有技术存在的问题，在积分球出口处测量CCD器件的相对量子效率，这样就避免了在距离积分球辐射面测量量子效率功率较小的问题，特别是波长小于400nm时，这样就大大提高了光功率，另一方面也可调节单色仪的狭缝减少带宽对测量结果的影响，提高CCD器件量子效率测量重复性及准确度。

实施例3

一种CCD器件量子效率测量方法，其中，包括CCD器件绝对量子效率测量方法，用于测量CCD器件在632.8nm波长点上绝对量子效率；及CCD器件相对量子效率测量方法，用于测量CCD器件在300nm～1100nm波长范围内的相对量子效率。

进一步而言，如图3所示，所述的CCD器件量子效率测量方法，其中，所述CCD器件绝对量子效率测量方法，包括以下步骤：

步骤1：将632.8nm激光通过稳功率系统，再通过连续光衰减片后打入到积分球内；

步骤2：调节三维精密位移台使CCD器件放置在距离积分球输出面60cm位置处；

步骤3：通过连续光衰减片改变光强或通过控制系统改变曝光时间得到CCD器件的增益；

步骤4：通过连续可调光衰减片改变光强或通过控制系统改变曝光时间使CCD器件工作在线性范围内；

步骤5：获取CCD器件的响应信号；

步骤6：获取辐射光功率，通过已知的标准探测器面积，就可以得到辐照度；

步骤7：计算得到激光器发出的激光上的某一点的绝对量子效率qE_λ。

所述的CCD器件量子效率测量方法，其中，所述步骤5之前，通过三维精密位移台使标准探测器移动到相同位置。

所述的CCD器件量子效率测量方法，其中，所述绝对量子效率qE_λ的计算公式为：其中，I为所述CCD器件响应信号输出，A为CCD传感器表面区域的面积，t_exp为曝光时间，E是标准探测器表面的辐射照度，由标准探测器定标，单位W/m2，h为普朗克常数，c为真空中的光速，λ为积分球辐射光的波长，G为所述CCD器件增益系数单位为DN/e-，表示每个电子转换成的数字量。

进一步而言，如图4所示，所述的CCD器件量子效率测量方法，其中，所述CCD器件相对量子效率测量方法，包括以下步骤：

步骤1：通过三维精密位移台将CCD器件放置在积分球输出口处；

步骤2：设置单色仪输出波长范围为300nm～1100nm，步进为5nm，得到每个波长下CCD器件的响应信号；

步骤3：将标准探测器放置在同样的位置处，在相同波长范围及步进情况下，得到每个波长的辐射光功率，进一步得到300nm～1100nm范围内，步进为5nm的量子效率；

步骤4：对得到的量子效率进行归一化处理，得到所述CCD器件相对量子效率QE_λ。

所述的CCD器件量子效率测量方法，其中，所述相对量子效率QE_λ的计算公式为：其中，I表示CCD器件响应信号输出，A表示CCD传感器表面区域的面积，t_exp是曝光时间，E是标准探测器表面的辐射照度，可由标准探测器定标，单位W/m2，h表示普朗克常数，c表示真空中的光速，λ表示积分球辐射光的波长，K为将QE_λ的最大值调整为1的归一化常数。

采用上述方案，这种632.8nm激光器将光经过稳功率系统后打入到积分球内部进行绝对定标，而且可根据不同CCD器件选用不同输出功率的激光器，就没有光功率较小的问题，也没有光损失，并且标准探测器在632.8nm波长点上是直接溯源到低温辐射计，这样就减少中间环节，提高了测量不确定度；另一方面激光器线宽非常小，一般可忽略不计，这样就减少了输出光带宽对测量的影响。在积分球出口处测量CCD器件的相对量子效率，这样就避免了在距离积分球辐射面测量量子效率功率较小的问题，特别是波长小于400nm时，这样就大大提高了光功率，另一方面也可调节单色仪的狭缝来减少带宽对测量的影响，提高CCD器件量子效率测量重复性及准确度。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (15)

1.一种CCD器件量子效率测量装置，其特征在于，包括CCD器件绝对量子效率测量装置及CCD器件相对量子效率测量装置；所述CCD器件绝对量子效率测量装置，用于测量CCD器件632.8nm波长点上绝对量子效率；所述CCD器件相对量子效率测量装置，用于测量CCD器件300nm～1100nm波长范围内的相对量子效率；

所述CCD器件绝对量子效率测量装置由激光器、稳功率系统、连续光衰减片依次连接后与积分球相连接，所述激光器用于产生632.8nm波长的光源；所述稳功率系统用于对光起到稳定的效果，所述连续光衰减片用于对光进行衰减使CCD器件接收的光在积分球的线性范围内；所述积分球还分别与光波长计及屏蔽室相连接，所述光波长计用于对积分球输出的光进行测量；所述屏蔽室用于对杂散光进行屏蔽，避免杂散光对测量的影响，所述光波长计还设置与控制系统相连接，所述控制系统用于对所述光波长计测量的波长进行读取；所述CCD器件、标准探测器与数据采集系统连接后再与所述控制系统相连接，所述数据采集系统用于对CCD信号的采集和标准探测器信号的采集；三维精密位移台与所述控制系统相连，所述控制系统用于对所述三维精密位移台进行位置调整，使所述CCD器件及所述标准探测器位于最佳位置。

2.如权利要求1所述的CCD器件量子效率测量装置，其特征在于，所述屏蔽室内设置有所述标准探测器、所述CCD器件及所述三维精密位移台，所述标准探测器用于测量辐射功率；所述CCD器件用于输出CCD器件的响应信号；所述三维精密位移台，用于调整所述CCD器件及所述标准探测器的位置；所述CCD器件与所述数据采集系统相连接。

3.如权利要求2所述的CCD器件量子效率测量装置，其特征在于，所述积分球直径为50cm；所述积分球输出口径为12cm；所述标准探测器采用UV100；所述激光器输出功率10mW。

4.如权利要求3所述的CCD器件量子效率测量装置，其特征在于，将632.8nm激光器发出的激光，通过稳功率系统进行稳定后，使激光器的稳定性在0.005％-0.1％范围内，连续光衰减片进行光衰减使光辐射功率在CCD器件的线性范围内，打入到积分球内，通过调节所述屏蔽室内的所述三维精密位移台使所述CCD器件放置在距离积分球输出口60cm位置处，通过所述控制系统改变CCD器件曝光时间或通过改变连续光衰减片改变CCD器件接收的光强得到所述CCD器件的增益，再通过所述控制系统得到所述CCD器件的响应信号后，将所述标准探测器通过三维精密位移台调整在相同的位置，得到辐射光功率后，通过已知标准探测器的面积，得到光辐射照度，通过公式计算得到激光器发出的激光上的某一点的绝对量子效率qE_λ。

5.如权利要求4所述的CCD器件量子效率测量装置，其特征在于，所述绝对量子效率qE_λ的计算公式为：其中，I为CCD器件响应信号输出；A为CCD传感器表面区域的面积；t_exp为曝光时间；E是标准探测器表面的辐射照度，由标准探测器定标，单位W/m2，h为普朗克常数，c为真空中的光速，λ为积分球辐射光的波长，G为所述CCD器件增益系数，单位为DN/e-，表示每个电子转换成的数字量。

6.如权利要求1所述的CCD器件量子效率测量装置，其特征在于，所述CCD器件相对量子效率测量装置由光源、单色仪、光纤束依次连接后与积分球相连接，所述光源采用氙灯做为光源，用于产生宽光谱光源；所述单色仪用于对输入到单色仪的宽光谱光源进行分光，产生单色光；光聚焦系统用于对单色仪输出的单色光进行汇聚，使光汇聚到光纤束中；所述积分球还设置分别与光波长计及屏蔽室相连接，所述光波长计用对积分球输出的波长进行测量；所述屏蔽室用于对杂散光进行屏蔽，避免杂散光对测量的影响；所述光波长计设置与控制系统相连接，所述控制系统用于对光波长计测量的实际波长进行读取；所述CCD器件、标准探测器与数据采集系统连接后再与所述控制系统相连接，所述数据采集系统用于对CCD器件信号的采集和标准探测器信号的采集；三维精密位移台与控制系统相连，所述控制系统用于对三维精密位移台进行位置调制，使CCD器件及标准探测器位于最佳位置。

7.如权利要求6所述的CCD器件量子效率测量装置，其特征在于，所述屏蔽室内设置有标准探测器、CCD器件及三维精密位移台，所述标准探测器用于测量辐射功率，所述CCD器件用于输出CCD器件的响应信号，所述三维精密位移台，用于调整CCD器件及标准探测器位于最佳位置处，所述CCD器件设置与所述数据采集系统相连接。

8.如权利要求7所述的CCD器件量子效率测量装置，其特征在于，所述光源为500W的氙灯；所述积分球直径为50cm；所述积分球输出口径为12cm；所述标准探测器采用UV100；所述光纤束采用19根硫系玻璃光纤组成，每根光纤直径达100μm。

9.如权利要求8所述的CCD器件量子效率测量装置，其特征在于，测量时先通过所述三维精密位移台将所述CCD器件放置在积分球输出口处，首先通过控制系统设置所述单色仪输出波长范围为300nm～1100nm，步进为5nm，通过控制系统得到每个波长下CCD器件的响应信号，再将所述标准探测器放置在同样的位置处，在相同波长范围及步进情况下，得到每个波长的辐射光功率，进一步得到300nm～1100nm范围内，步进为5nm的量子效率，再对得到的量子效率进行归一化处理，就得到所述CCD器件相对量子效率QE_λ。

10.如权利要求9所述的CCD器件量子效率测量装置，其特征在于，所述相对量子效率QE_λ的计算公式为：其中，I表示CCD器件响应信号输出，A表示CCD传感器表面区域的面积，t_exp是曝光时间，E是标准探测器表面的辐射照度，可由标准探测器定标，单位W/m2，h表示普朗克常数，c表示真空中的光速，λ表示积分球辐射光的波长，K为将QE_λ的最大值调整为1的归一化常数。

11.一种CCD器件量子效率测量方法，其特征在于，包括CCD器件绝对量子效率测量方法，用于测量CCD器件在632.8nm波长点上绝对量子效率；及CCD器件相对量子效率测量方法，用于测量CCD器件在300nm～1100nm波长范围内的相对量子效率；

包括以下步骤：

步骤1：将632.8nm激光通过稳功率系统，再通过连续光衰减片后打入到积分球内；

步骤2：调节三维精密位移台使CCD器件放置在距离积分球输出面60cm位置处；

步骤3：通过连续光衰减片改变光强或通过控制系统改变曝光时间得到CCD器件的增益；

步骤4：通过连续光衰减片改变光强或通过控制系统改变曝光时间使CCD器件工作在线性范围内；

步骤5：获取CCD器件的响应信号；

步骤6：获取辐射光功率，通过已知的标准探测器面积，就能够得到辐照度；

步骤7：计算得到激光器发出的激光上的某一点的绝对量子效率qE_λ。

12.如权利要求11所述的CCD器件量子效率测量方法，其特征在于，所述步骤5之前，通过三维精密位移台使标准探测器移动到相同位置。

13.如权利要求12所述的CCD器件量子效率测量方法，其特征在于，所述绝对量子效率qE_λ的计算公式为：其中，I为所述CCD器件响应信号输出，A为CCD传感器表面区域的面积，t_exp为曝光时间，E是标准探测器表面的辐射照度，由标准探测器定标，单位W/m2，h为普朗克常数，c为真空中的光速，λ为积分球辐射光的波长，G为所述CCD器件增益系数，单位为DN/e-，表示每个电子转换成的数字量。

14.如权利要求11所述的CCD器件量子效率测量方法，其特征在于，所述CCD器件相对量子效率测量方法，包括以下步骤：

步骤1：通过三维精密位移台将CCD器件放置在积分球输出口处；

步骤2：设置单色仪输出波长范围为300nm～1100nm，步进为5nm，得到每个波长下CCD器件的响应信号；

步骤3：将标准探测器放置在同样的位置处，在相同波长范围及步进情况下，得到每个波长的辐射光功率，进一步得到300nm～1100nm范围内，步进为5nm的量子效率；

步骤4：对得到的量子效率进行归一化处理，得到所述CCD器件相对量子效率QE_λ。

15.如权利要求14所述的CCD器件量子效率测量方法，其特征在于，所述相对量子效率QE_λ的计算公式为：其中，I表示CCD器件响应信号输出，A表示CCD传感器表面区域的面积，t_exp是曝光时间，E是标准探测器表面的辐射照度，可由标准探测器定标，单位W/m2，h表示普朗克常数，c表示真空中的光速，λ表示积分球辐射光的波长，K为将QE_λ的最大值调整为1的归一化常数。