RU2727347C1 - Device for calibration of photodiode receivers by absolute power of radiation flux - Google Patents

Device for calibration of photodiode receivers by absolute power of radiation flux Download PDF

Info

Publication number
RU2727347C1
RU2727347C1 RU2019133116A RU2019133116A RU2727347C1 RU 2727347 C1 RU2727347 C1 RU 2727347C1 RU 2019133116 A RU2019133116 A RU 2019133116A RU 2019133116 A RU2019133116 A RU 2019133116A RU 2727347 C1 RU2727347 C1 RU 2727347C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation
absolute
power
radiometer
photodetector
Prior art date
Application number
RU2019133116A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Петрович Ходунков
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева"
Priority to RU2019133116A priority Critical patent/RU2727347C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2727347C1 publication Critical patent/RU2727347C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02Details
    • G01J1/0295Constructional arrangements for removing other types of optical noise or for performing calibration
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for

Abstract

FIELD: measuring equipment.SUBSTANCE: invention relates to measurement equipment and concerns device for calibration of photodiode receivers by absolute power of radiation flux. Device comprises a signal measurement unit, a monochromatic radiator, a neutral absorbing filter arranged in series along the radiation path, first and second polarisers, a photodetector and an absolute cryogenic radiometer. Radiometer consists of an entrance window of the Brewster and a receiving cavity having a heat absorption coefficient close to unity within a given accuracy. Photodetector and the radiometer are mounted on a position translator which enables input / output from a monochromatic radiation beam. First polariser is installed on the holder with the possibility of accurate positioning of its angular position for change of the polarization axis. Axis of the second polariser is parallel to the plane of incidence of radiation at the inlet window of the absolute cryogenic radiometer at the Brewster angle.EFFECT: technical result consists in improvement of calibration accuracy, simplification of device design, expansion of graduated range in terms of power and reduction of measurement duration.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для градуировки фотодиодных приемников по абсолютной мощности потока излучения в инфракрасном диапазоне и может быть использовано в метрологии для первичной аттестации фотодиодных измерителей мощности и энергетической яркости излучающих объектов.The invention relates to measuring equipment, is intended for calibration of photodiode receivers by the absolute power of the radiation flux in the infrared range and can be used in metrology for the primary certification of photodiode meters of power and radiance of emitting objects.

Известен способ измерения квантовой эффективности фотоприемников, в котором используют устройство, включающее измерительную фотоячейку с единичной квантовой эффективностью (Авт. свид. СССР, №1562711, МКИ G01J 1/04, опубл. 1990).A known method of measuring the quantum efficiency of photodetectors, which uses a device that includes a measuring photocell with a single quantum efficiency (Auth. Certificate of the USSR, No. 1562711, MKI G01J 1/04, publ. 1990).

Также известен способ градуировки измерителя спектральной освещенности по абсолютной чувствительности, в котором используют устройство с дополнительным осветителем, выполненным в виде интегрирующей сферы и отверстии в ней (Авт. свид. СССР, №1257412, МКИ G01J 1/16, опубл. 1986).Also known is a method for calibrating a spectral illumination meter by absolute sensitivity, which uses a device with an additional illuminator made in the form of an integrating sphere and a hole in it (USSR Inventor's Certificate, No. 1257412, MKI G01J 1/16, publ. 1986).

Известно устройство для измерения спектральной чувствительности фотоприемника, в состав которого входят источник излучения, расположенные последовательно по ходу излучения на одной оптической оси первую фокусирующая система, монохроматор, вторая фокусирующая система, оптический коммутатор и фотоприемник (Авт. свид. СССР, №1758446, МКИ G01J 1/04, опубл. 1992).A device for measuring the spectral sensitivity of a photodetector is known, which includes a radiation source, located in series along the course of radiation on one optical axis, the first focusing system, a monochromator, a second focusing system, an optical switch and a photodetector (Inventor's Certificate of the USSR, No. 1758446, MKI G01J 1/04, publ. 1992).

Известно устройство для калибровки фотоприемников, в состав которого входят два излучателя (галогеновая лампа и модель абсолютно черного тела), двойной монохроматор, блок фокусирующей оптики, вакуумная камера для фотоприемников, блок оптических фильтров, сменные апертуры, модулятор и набор зеркал (Дунаев А.Ю., Крутиков В.Н., Морозова С.П., Саприцкий В.И. Установка для калибровки фотоприемников в диапазоне длин волн 0,25-14 мкм // Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции «Метрологическое обеспечение фотоники», 14-17 апреля 2015, Москва, ФГУП «ВНИИОФИ» С. 27-30.). Недостатки данного устройства заключаются в дополнительной погрешности измерений, возникающей из-за использования неполяризованного излучения, часть которого отражается от входного окна вакуумной камеры. Неучет данного отражения или его учет путем введения некоего поправочного коэффициента дополнительно повышает погрешность измерений. Кроме того, устройство довольно громоздко и требует длительного времени для подготовки и выполнения измерений.A device for calibrating photodetectors is known, which includes two emitters (a halogen lamp and a model of an absolutely black body), a double monochromator, a focusing optics unit, a vacuum chamber for photodetectors, an optical filter unit, replaceable apertures, a modulator and a set of mirrors (Dunaev A.Yu. ., Krutikov V.N., Morozova S.P., Sapritsky V.I. Installation for calibrating photodetectors in the wavelength range of 0.25-14 μm // Abstracts of the All-Russian Scientific and Technical Conference "Metrological support of photonics", 14- April 17, 2015, Moscow, FSUE "VNIIOFI" S. 27-30.). The disadvantages of this device lie in the additional measurement error arising from the use of unpolarized radiation, part of which is reflected from the entrance window of the vacuum chamber. Disregarding this reflection or taking it into account by introducing a certain correction factor further increases the measurement error. In addition, the device is rather bulky and takes a long time to prepare and perform measurements.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для градуировки фотоприемников по спектральной чувствительности (прототип), содержащее монохроматический осветитель, состоящий из излучателя и монохроматора, расположенные по ходу излучения фокусирующую оптическую систему, апертурную диафрагму и держатель градуируемого фотоприемника с механизмом ввода-вывода градуируемого фотоприемника из монохроматического пучка излучения, а также эталонный источник излучения и механизм, обеспечивающий последовательно оптическую связь опорного фотоприемника с монохроматическим осветителем и эталонным источником излучения, при этом монохроматический осветитель дополнительно содержит поляризатор, установленный между источником излучения и монохроматором, опорный фотоприемник выполнен в виде спектрорадиометра, состоящего из расположенных последовательно по ходу излучения входного фокусирующего поворотного зеркала, монохроматора, второго поляризатора и фотоприемника, эталонный источник излучения выполнен в виде электронного накопительного кольца, держатель градуируемого фотоприемника расположен между апертурной диафрагмой и входным фокусирующим поворотным зеркалом, причем апертурная диафрагма, держатель градуируемого фотоприемника с механизмом ввода-вывода градуируемого фотоприемника и входное фокусирующее поворотное зеркало жестко связаны между собой и с механизмом, обеспечивающим последовательно оптическую связь опорного фотоприемника с монохроматическим осветителем и эталонным источником излучения, при этом входное фокусирующее поворотное зеркало образует с фокусирующей оптической системой афокальную оптическую систему, апертурная диафрагма расположена в задней фокальной плоскости фокусирующей системы, излучающая область эталонного источника излучения и выходная щель монохроматора монохроматического осветителя являются оптически сопряженными относительно соответственно входного фокусирующего поворотного зеркала и афокальной оптической системы с входной спектральной щелью монохроматора спектрорадиометра, а оба поляризатора ориентированы таким образом, что направления их осей совпадают (Авт. свид. СССР, №1314237, МКИ G01J 1/10, опубл. 1987).The closest to the proposed one in terms of technical essence is a device for calibrating photodetectors in spectral sensitivity (prototype), containing a monochromatic illuminator consisting of an emitter and a monochromator, a focusing optical system, aperture diaphragm and a holder of a calibrated photodetector with an input-output mechanism for a calibrated photodetector located along the radiation path from a monochromatic radiation beam, as well as a reference radiation source and a mechanism that provides consistently optical communication of the reference photodetector with a monochromatic illuminator and a reference radiation source, while the monochromatic illuminator additionally contains a polarizer installed between the radiation source and the monochromator, the reference photodetector is made in the form of a spectroradiometer, consisting from an input focusing rotary mirror, a monochromator, a second polarizer and a photodetector arranged in series in the direction of radiation, the reference is the radiation point is made in the form of an electronic storage ring, the holder of the calibrated photodetector is located between the aperture diaphragm and the input focusing swivel mirror, and the aperture diaphragm, the holder of the calibrated photodetector with the input-output mechanism of the calibrated photodetector and the input focusing swivel mirror are rigidly connected to each other and to the mechanism providing sequentially optical communication of the reference photodetector with the monochromatic illuminator and the reference radiation source, while the input focusing rotary mirror forms an afocal optical system with the focusing optical system, the aperture diaphragm is located in the rear focal plane of the focusing system, the emitting region of the reference radiation source and the output slit of the monochromator of the monochromatic illuminator are optically conjugated with respect to the input focusing rotary mirror and the afocal optical system with the input spectrum the monochromator of the spectroradiometer, and both polarizers are oriented in such a way that the directions of their axes coincide (Auth. wit. USSR, No. 1314237, MKI G01J 1/10, publ. 1987).

Общие недостатки всех перечисленных способов и устройств, включая прототип, заключаются в следующем:The general disadvantages of all the listed methods and devices, including the prototype, are as follows:

Во всех устройствах используется эталонный источник излучения, излучаемая мощность которого известна с некоторой погрешностью, поэтому при передаче значения мощности к исследуемому фотоприемнику данная погрешность суммируется с погрешностью измерений и увеличивает суммарную погрешность градуировки.All devices use a standard radiation source, the radiated power of which is known with some error, therefore, when transmitting the power value to the investigated photodetector, this error is added to the measurement error and increases the total calibration error.

Кроме того, в перечисленных устройствах исследуемый фотоприемник сравнивается с эталонным фотоприемником, спектральная чувствительность которого также известна с некоторой погрешностью. Это дополнительно увеличивает погрешность измерений.In addition, in the above devices, the investigated photodetector is compared with a reference photodetector, the spectral sensitivity of which is also known with some error. This further increases the measurement error.

Не все из перечисленных устройств позволяют выполнять измерения в широком диапазоне изменения мощности потока излучения, падающего на исследуемый фотоприемник. Поэтому с помощью данных устройств сложно получить ватт-амперную характеристику фотодиодного приемника, которая является важной характеристикой при последующем выборе режима работы приемника для его эксплуатации.Not all of the listed devices allow measurements in a wide range of variation in the power of the radiation flux incident on the investigated photodetector. Therefore, with the help of these devices it is difficult to obtain the watt-ampere characteristic of the photodiode receiver, which is an important characteristic in the subsequent selection of the operating mode of the receiver for its operation.

Цель изобретения - повышение точности градуировки с одновременным упрощением конструкции устройства, расширение градуируемого диапазона по мощности и сокращение длительности измерений.The purpose of the invention is to improve the accuracy of the calibration while simplifying the design of the device, expanding the calibrated power range and reducing the duration of measurements.

Указанная цель достигается тем, что устройство для градуировки фотодиодных приемников по абсолютной мощности потока излучения, содержит блок измерения сигналов, монохроматический излучатель, расположенные последовательно по ходу излучения нейтральный поглощающий фильтр, первый и второй поляризаторы, фотоприемник и абсолютный криогенный радиометр, состоящий из расположенных последовательно по ходу излучения входного окна Брюстера и приемной полости, обладающей, в пределах заданной точности, коэффициентом поглощения теплового излучения, близким к единице, при этом фотоприемник и абсолютный криогенный радиометр установлены на трансляторе положения, обеспечивающем ввод-вывод их из монохроматического пучка излучения, первый поляризатор установлен на держателе с возможностью точного позиционирования его углового положения для изменения оси поляризации, а ось второго поляризатора параллельна плоскости падения излучения на входное окно абсолютного криогенного радиометра под углом Брюстера.This goal is achieved by the fact that the device for calibrating photodiode receivers according to the absolute power of the radiation flux contains a signal measuring unit, a monochromatic emitter, a neutral absorbing filter located in series along the radiation path, the first and second polarizers, a photodetector and an absolute cryogenic radiometer, consisting of located in series along the radiation path of the Brewster entrance window and the receiving cavity, which, within the specified accuracy, has a thermal radiation absorption coefficient close to unity, while the photodetector and the absolute cryogenic radiometer are installed on a position translator that provides their input-output from the monochromatic radiation beam, the first polarizer is installed on the holder with the possibility of precise positioning of its angular position to change the polarization axis, and the axis of the second polarizer is parallel to the plane of incidence of radiation on the input window of the absolute cryogenic radiometer at the Brewster angle.

На фиг. 1 изображена схема устройства для градуировки фотодиодных приемников по абсолютной мощности потока излучения.FIG. 1 shows a diagram of a device for calibrating photodiode receivers by the absolute power of the radiation flux.

Устройство содержит монохроматический излучатель 1, нейтральный поглощающий фильтр 2, первый поляризатор с держателем для углового позиционирования 3, второй поляризатор 4, транслятор положения 5, абсолютный криогенный радиометр 6, состоящий из входного окна Брюстера 7 и приемной полости 8, исследуемый фотодиодный приемник 9, блок измерения и обработки сигналов 10.The device contains a monochromatic emitter 1, a neutral absorbing filter 2, a first polarizer with a holder for angular positioning 3, a second polarizer 4, a position translator 5, an absolute cryogenic radiometer 6, consisting of a Brewster entrance window 7 and a receiving cavity 8, the investigated photodiode receiver 9, a unit signal measurement and processing 10.

Монохроматический излучатель 1 представляет собой либо лазер с фиксированной мощностью и длиной волны излучения, либо лазер с фиксированной мощностью и регулируемой (задаваемой) длиной волны, например, лазер типа суперконтинуум. Нейтральный поглощающий фильтр 2 выполняет функцию согласования динамического диапазона мощности фотодиодного приемника и мощности излучения монохроматического излучателя 1. Требуемый коэффициент пропускания фильтра 2 рассчитывается исходя из значения максимальной мощности Pmax, которую необходимо измерить абсолютным криогенным радиометром, например, равной 1 мВт. При этом учитывают, что мощность потока излучения, прошедшего последовательно через два поляризационных светофильтра, равна:Monochromatic emitter 1 is either a laser with a fixed power and wavelength of radiation, or a laser with a fixed power and adjustable (set) wavelength, for example, a supercontinuum laser. Neutral absorbing filter 2 performs the function of matching the dynamic range of the power of the photodiode receiver and the radiation power of the monochromatic emitter 1. The required transmittance of the filter 2 is calculated based on the value of the maximum power P max , which must be measured with an absolute cryogenic radiometer, for example, equal to 1 mW. In this case, it is taken into account that the power of the radiation flux that has passed sequentially through two polarizing filters is equal to:

Figure 00000001
Figure 00000001

гдеWhere

α - угол между плоскостями поляризации светофильтров. Максимальное значение мощности потока излучения наблюдается, когда плоскости поляризации светофильтров параллельны, т.е. при α=0 → Pmax=1/2Р0. Минимальное значение соответствует случаю, когда плоскости поляризации взаимно перпендикулярны, т.е. при α=90° → Pmin=0. С учетом этого, максимальная мощность излучения, которое попадает на первый поляризатор 3, должна быть равна Р0=2Pmax, т.е. в рассматриваемом примере Р0=2 мВт. Коэффициент пропускания kф нейтрального светофильтра 2 рассчитывают по соотношению:α is the angle between the polarization planes of the filters. The maximum value of the radiation flux power is observed when the polarization planes of the filters are parallel, i.e. at α = 0 → P max = 1 / 2Р 0 . The minimum value corresponds to the case when the polarization planes are mutually perpendicular, i.e. at α = 90 ° → P min = 0. Taking this into account, the maximum radiation power that falls on the first polarizer 3 should be equal to P 0 = 2P max , i.e. in the example under consideration, P 0 = 2 mW. The transmittance k f of the neutral light filter 2 is calculated by the ratio:

kф10,k f = P 1 / P 0 ,

где Р1 - мощность монохроматического излучателя 1 (лазера).where Р 1 is the power of the monochromatic emitter 1 (laser).

Пусть, например, задана фиксированная мощность монохроматического излучателя 1, равная 100 мВт, в этом случае коэффициент пропускания фильтра 2 должен составлять kф10=100/2=50. Для мощности излучателя 10 мВт, коэффициент пропускания фильтра 2 должен составлять kф10=10/2=5. Поляризаторы 3,4 поляризуют входное излучение в задаваемой плоскости, при этом плоскость поляризации первого поляризатора 3 изменяема путем его вращения относительно оптической оси, а плоскость поляризации второго поляризатора 4 неизменна и установлена параллельно плоскости падения излучения на входное окно абсолютного криогенного радиометра под углом Брюстера. Абсолютный криогенный радиометр 6 выполняет функцию измерения абсолютной мощности падающего излучения, прошедшего без отражения через окно Брюстера 7 и полностью поглощенного приемной полостью 8. Коэффициент поглощения излучения абсолютным криогенным радиометром составляет не менее 0.9999, а погрешность измерения мощности не превышает 0,01%. Фотодиодный приемник 9 может состоять как из одного, так и из нескольких фотодиодов, например, 3-х фотодиодный трап-детектор. Блок измерения сигналов 10 предназначен для измерения фототока исследуемого фотодиодного приемника и мощности излучения, поглощенного абсолютным криогенным радиометром.Let, for example, set the fixed power of the monochromatic emitter 1, equal to 100 mW, in this case the transmittance of the filter 2 should be k f = P 1 / P 0 = 100/2 = 50. For an emitter power of 10 mW, the transmittance of filter 2 should be k f = P 1 / P 0 = 10/2 = 5. Polarizers 3,4 polarize the input radiation in a given plane, while the plane of polarization of the first polarizer 3 is changeable by rotating it about the optical axis, and the plane of polarization of the second polarizer 4 is unchanged and installed parallel to the plane of incidence of radiation on the input window of the absolute cryogenic radiometer at the Brewster angle. The absolute cryogenic radiometer 6 performs the function of measuring the absolute power of the incident radiation that passed without reflection through the Brewster window 7 and was completely absorbed by the receiving cavity 8. The absorption coefficient of radiation by the absolute cryogenic radiometer is no less than 0.9999, and the power measurement error does not exceed 0.01%. The photodiode receiver 9 can consist of one or several photodiodes, for example, a 3-photodiode trap detector. Signal measuring unit 10 is designed to measure the photocurrent of the investigated photodiode receiver and the radiation power absorbed by the absolute cryogenic radiometer.

Измерение величины спектральной чувствительности фотодиодного приемника к потоку излучения заключается в измерении на заданной длине волны мощности излучения, поглощенного приемной полостью радиометра с последующим облучением этим излучением исследуемого фотоприемника, измерением его сигнала и расчетом его спектральной чувствительности по соотношению:The measurement of the spectral sensitivity of the photodiode receiver to the radiation flux consists in measuring at a given wavelength of the radiation power absorbed by the receiving cavity of the radiometer, followed by irradiation of the investigated photodetector with this radiation, measuring its signal and calculating its spectral sensitivity according to the ratio:

Figure 00000002
Figure 00000002

где Iф - фототок, генерируемый фотодиодным приемником от падающего излучения, А; Р(λ) - спектральная мощность падающего излучения, Вт; S(λ) - спектральная чувствительность фотодиодного приемника излучения, калибруемого по току, А/Вт.where I f - photocurrent generated by the photodiode receiver from the incident radiation, A; P (λ) —the spectral power of the incident radiation, W; S (λ) - spectral sensitivity of the photodiode detector of radiation, calibrated by current, A / W.

Получение ватт-амперной характеристики фотодиодного приемника заключается в получении зависимостей фототока приемника и его спектральной чувствительности от мощности падающего излучения в диапазоне от минимальной мощности, эквивалентной мощности шума, до максимальной, эквивалентной мощности насыщения фотодиода.Obtaining the watt-ampere characteristic of a photodiode receiver consists in obtaining the dependences of the receiver's photocurrent and its spectral sensitivity on the power of the incident radiation in the range from the minimum power, equivalent noise power, to the maximum, equivalent saturation power of the photodiode.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

С помощью монохроматического излучателя 1 генерируется монохроматического излучение на заданной длине волны λ. Проходя через фильтр 2, оно ослабляется в kф раз и поступает на вход первого поляризатора 3, где поляризуется под заданным углом α1. Значением угла си задается требуемая мощность излучения, для этого поляризатор 3 поворачивается на заданный угол. Поляризованное излучение с выхода поляризатора 3 поступает на вход второго поляризатора 4, проходя через который, поляризуется под углом α1 и поступает на входное окно, ориентированное под углом Брюстера. При этом угол поляризации второго поляризатора 4 α1 с заданной точностью равен углу Брюстера, т.е. плоскость поляризации излучения, падающего на входное окно Брюстера совпадает с плоскостью, проходящей через продольную ось эллипса входного окна Брюстера 7 и центр входного апертуры приемной полости 8. Поляризованное излучение пройдя через окно Брюстера попадает в приемную полость 8, где происходит ее нагрев и замещение мощности падающего излучения электрической мощностью Р(λ), которая измеряется блоком измерения сигналов 10. Таким образом, с помощью абсолютного криогенного радиометра 6 измеряется абсолютная мощность падающего в него излучения. Затем с помощью транслятора положения 5 абсолютный криогенный радиометр 6 выводят из пучка излучения и в него вводят градуируемый фотодиодный приемник 9, с помощью блока 10 измеряют фототок Iф приемника 9. Рассчитывают спектральную чувствительность фотодиодного приемника 9, расчет выполняют по соотношению (1).With the help of a monochromatic emitter 1, monochromatic radiation is generated at a given wavelength λ. Passing through filter 2, it is attenuated by a factor of k f and enters the input of the first polarizer 3, where it is polarized at a given angle α 1 . The value of the angle si sets the required radiation power; for this, the polarizer 3 is rotated by a given angle. Polarized radiation from the output of polarizer 3 enters the input of the second polarizer 4, passing through which, it is polarized at an angle α 1 and enters the input window oriented at the Brewster angle. In this case, the polarization angle of the second polarizer 4 α 1 with a given accuracy is equal to the Brewster angle, i.e. the plane of polarization of radiation incident on the Brewster entrance window coincides with the plane passing through the longitudinal axis of the ellipse of the Brewster entrance window 7 and the center of the entrance aperture of the receiving cavity 8. The polarized radiation passing through the Brewster window enters the receiving cavity 8, where it is heated and the power of the incident radiation with electric power P (λ), which is measured by the signal measuring unit 10. Thus, using the absolute cryogenic radiometer 6, the absolute power of the incident radiation is measured. Then, using the translator of position 5, the absolute cryogenic radiometer 6 is removed from the radiation beam and a calibrated photodiode receiver 9 is introduced into it, the photocurrent I f of the receiver 9 is measured with the help of unit 10. The spectral sensitivity of the photodiode receiver 9 is calculated, the calculation is performed according to relation (1).

Для получения ватт-амперной характеристики с помощью первого поляризатора 3 (путем его вращения) задают разные требуемые мощности излучения и для каждой мощности выполняют операции, перечисленные выше.To obtain the watt-ampere characteristic, using the first polarizer 3 (by rotating it), different required radiation powers are set, and the operations listed above are performed for each power.

Для измерения спектральной чувствительности и ватт-амперной характеристики фотоприемника 9 для другой длины волны либо используют другой монохроматический излучатель (лазер), либо, если используется лазер суперконтинуум, с помощью органа регулировки изменяют длину волны и выполняют измерения согласно операциям, описанным выше.To measure the spectral sensitivity and the watt-ampere characteristic of the photodetector 9 for a different wavelength, either use another monochromatic emitter (laser), or, if a supercontinuum laser is used, the wavelength is changed with the help of the regulator and measurements are performed according to the operations described above.

Одновременное использование в устройстве двух поляризаторов с одной стороны, позволяет выполнять плавную регулировку мощности в диапазоне от 0 до Pmax, и обеспечивает широкий диапазон градуировки по мощности. В частности, с помощью предлагаемого устройства можно измерять спектральную чувствительность при мощностях излучения от 1 мкВт до 1 мВт. При этом дискретность измерений может быть очень мала -существующие прецизионные держатели для поляризаторов обеспечивают чувствительность углового позиционирования не хуже 5 угловых секунд, что соответствует шагу по мощности: ΔP=Pmax(1-cos2(Δα))=1-cos2(5''=l,9⋅10-6 мкВт. Это позволяет получать точную ватт-амперную характеристику фотоприемника.The simultaneous use of two polarizers in the device on one side allows for smooth power adjustment in the range from 0 to P max , and provides a wide range of power calibration. In particular, using the proposed device, it is possible to measure the spectral sensitivity at radiation powers from 1 μW to 1 mW. At the same time, the measurement resolution can be very small - the existing precision holders for polarizers provide angular positioning sensitivity not worse than 5 arc seconds, which corresponds to the power step: ΔP = P max (1-cos 2 (Δα)) = 1-cos 2 (5 '' = l, 9⋅10 -6 µW. This allows obtaining an accurate watt-ampere characteristic of the photodetector.

С другой стороны, применение установленных последовательно двух поляризаторов сводит к минимуму погрешность измерений, обусловленную отражением излучения от входного окна Брюстера, которое в данном устройстве не превышает 0,03% от падающей мощности.On the other hand, the use of two polarizers installed in series minimizes the measurement error caused by the reflection of radiation from the Brewster entrance window, which in this device does not exceed 0.03% of the incident power.

В сравнении с аналогами и прототипом предложенное устройство имеет более простую и надежную конструкцию, позволяет существенно сократить длительность измерений, при этом обеспечивает высокую точность измерений, характеризуемую относительной погрешностью, которая не превышает 0,05%.In comparison with analogs and the prototype, the proposed device has a simpler and more reliable design, can significantly reduce the duration of measurements, while providing high measurement accuracy, characterized by a relative error that does not exceed 0.05%.

Claims (1)

Устройство для градуировки фотодиодных приемников по абсолютной мощности потока излучения, содержащее блок измерения сигналов, монохроматический излучатель, расположенные последовательно по ходу излучения нейтральный поглощающий фильтр, первый и второй поляризаторы, фотоприемник и абсолютный криогенный радиометр, состоящий из расположенных последовательно по ходу излучения входного окна Брюстера и приемной полости, обладающей, в пределах заданной точности, коэффициентом поглощения теплового излучения, близким к единице, при этом фотоприемник и абсолютный криогенный радиометр установлены на трансляторе положения, обеспечивающем ввод-вывод их из монохроматического пучка излучения, первый поляризатор установлен на держателе с возможностью точного позиционирования его углового положения для изменения оси поляризации, а ось второго поляризатора параллельна плоскости падения излучения на входное окно абсолютного криогенного радиометра под углом Брюстера.A device for calibrating photodiode receivers according to the absolute power of the radiation flux, containing a signal measurement unit, a monochromatic emitter, a neutral absorbing filter located in series along the radiation path, the first and second polarizers, a photodetector and an absolute cryogenic radiometer, consisting of a Brewster input window located in series along the radiation path and a receiving cavity, which, within a given accuracy, has a thermal radiation absorption coefficient close to unity, while the photodetector and an absolute cryogenic radiometer are mounted on a position translator, which provides their input-output from a monochromatic radiation beam, the first polarizer is mounted on a holder with the possibility of precise positioning its angular position to change the polarization axis, and the axis of the second polarizer is parallel to the plane of incidence of radiation on the input window of the absolute cryogenic radiometer at the Brewster angle.
RU2019133116A 2019-10-16 2019-10-16 Device for calibration of photodiode receivers by absolute power of radiation flux RU2727347C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019133116A RU2727347C1 (en) 2019-10-16 2019-10-16 Device for calibration of photodiode receivers by absolute power of radiation flux

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019133116A RU2727347C1 (en) 2019-10-16 2019-10-16 Device for calibration of photodiode receivers by absolute power of radiation flux

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2727347C1 true RU2727347C1 (en) 2020-07-21

Family

ID=71741099

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019133116A RU2727347C1 (en) 2019-10-16 2019-10-16 Device for calibration of photodiode receivers by absolute power of radiation flux

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2727347C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2746699C1 (en) * 2020-10-13 2021-04-19 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева" Device for calibration of camera receivers by absolute power of radiation stream

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1314237A1 (en) * 1985-12-27 1987-05-30 Предприятие П/Я В-8584 Device for calibrating photodetectors against spectral response
SU1562711A1 (en) * 1987-12-21 1990-05-07 Черновицкое Отделение Института Проблем Материаловедения Ан Усср Method of measuring quant effectiveness of photodetectors
US20140035779A1 (en) * 2012-07-31 2014-02-06 Radiometrics Corporation Highly accurate calibration of microwave radiometry devices
CN108180999A (en) * 2017-12-28 2018-06-19 中国科学院合肥物质科学研究院 Infrared detector absolute response degree robot scaling equipment and method based on laser scanning

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1314237A1 (en) * 1985-12-27 1987-05-30 Предприятие П/Я В-8584 Device for calibrating photodetectors against spectral response
SU1562711A1 (en) * 1987-12-21 1990-05-07 Черновицкое Отделение Института Проблем Материаловедения Ан Усср Method of measuring quant effectiveness of photodetectors
US20140035779A1 (en) * 2012-07-31 2014-02-06 Radiometrics Corporation Highly accurate calibration of microwave radiometry devices
CN108180999A (en) * 2017-12-28 2018-06-19 中国科学院合肥物质科学研究院 Infrared detector absolute response degree robot scaling equipment and method based on laser scanning

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2746699C1 (en) * 2020-10-13 2021-04-19 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева" Device for calibration of camera receivers by absolute power of radiation stream

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6130753A (en) Laser optical density measurement system
CN105387933B (en) A kind of broadband Brewster window regulating device and method
Das et al. Very long optical path-length from a compact multi-pass cell
RU2727347C1 (en) Device for calibration of photodiode receivers by absolute power of radiation flux
JP4091214B2 (en) Terahertz wave spectrometer
RU2746699C1 (en) Device for calibration of camera receivers by absolute power of radiation stream
Theocharous et al. High-accuracy, infrared, spectral responsivity scale
CN107076667B (en) Laser beam blocking element and spectroscopic system comprising such an element
US3669547A (en) Optical spectrometer with transparent refracting chopper
CN111693257B (en) Array collimation laser parameter detection device
CN106840391A (en) Broadband, large range laser power meter calibrating installation
RU2807168C1 (en) Method for measuring quantum efficiency of infrared photodiode receivers
TW200530564A (en) Wavelength meter
Anderson et al. A new detector-based spectral emission scale
Kropotov et al. Application of Spectral Devices in the Optical Engineering and Scientific Research
Samedov et al. Filter-radiometer-based realization of candela and establishment of photometric scale at UME
RU2803971C1 (en) Unit for testing photodetectors
CN113310574B (en) Superconducting single photon detector detection efficiency testing device and method
EP0600636A1 (en) Self-calibrated power meter
Kirkwood et al. Calibration of initial measurements from the full aperture backscatter system on the National Ignition Facility
Dunaev et al. Monochromatic Radiation Source Based on a Supercontinuum Laser for Measurement of Spectral Sensitivity of Radiation Detectors in the Range 0.9–1.6 μm with the Use of an Absolute Cryogenic Radiometer
CN111562002B (en) High-flux high-resolution high-contrast polarization interference spectrum imaging device and method
SU152091A1 (en) Instrument for measuring the indicatrix of dispersion
CN117470780B (en) Generalized terahertz time-domain ellipsometry detection system capable of acquiring Jones matrix in real time
Bukshtab et al. Direct Attenuation Measurements