一种宽光谱光电测试系统

摘要

一种宽光谱光电测试系统，属于光学辐射定标测量仪器，解决现有光电探测器测试系统测试功能单一、测试对象和测试光谱范围有限的问题。本发明包括宽光谱光源、单色仪、滤光片轮、暗箱、数据采集放大电路、偏压电路、电机驱动电路和计算机，计算机加载有单色仪控制模块、滤光片轮控制模块、电机控制模块和数据采集模块，还加载有包括光谱响应度测试子模块和伏安特性测试子模块的测试功能模块。本发明将光电探测器光谱响应、伏安特性等测量参数结合在一起，实现了宽光谱范围的测量，并有效提高了测量精确度，在测试器件的范围上也进行了扩展，可以完成零偏的光电二极管和需要加一定偏压的PIN管、APD管和光电三极管的性能测试。

主权项

1.一种宽光谱光电测试系统，包括宽光谱光源(1)、单色仪(2)、滤光片轮(3)、暗箱(10)、数据采集放大电路(11)、电机驱动电路(12)和计算机(13)，暗箱(10)内装设有准直光学系统(4)、分光镜(5)、第一电动转台(14)和第二电动转台(15)，第一电动转台(14)上安装有第一标准光电探测器(6)和第二标准光电探测器(7)，第二电动转台(15)上安装有第一参考光电探测器(8)和第二参考光电探测器(9)，宽光谱光源(1)发出的光进入单色仪(2)进行分光，经滤光片轮(3)滤除高阶光谱，输出单色光，再经准直光学系统(4)准直为平行光，投射到分光镜(5)上，进行5:5分光，透射光被第一或第二标准光电探测器接收，反射光被第一参考光电探测器(8)或第二参考光电探测器(9)接收；第一标准光电探测器(6)或第二标准光电探测器(7)输出电信号和第一参考光电探测器(8)或第二参考光电探测器(9)输出电信号通过数据采集放大电路(11)送至计算机(13)进行数据处理，计算机(13)加载有单色仪控制模块、滤光片轮控制模块、电机控制模块和数据采集模块，计算机(13)通过电机控制模块控制电机驱动电路(12)驱动第一电动转台(14)和第二电动转台(15)，通过单色仪控制模块、滤光片轮控制模块和数据采集模块完成单色仪控制、滤光片轮控制和数据采集功能，其特征在于：还具有偏压电路(16)，偏压电路输入端连接计算机，偏压电路输出端连接待测光电探测器；偏压电路由控制电路和数模转换电路串联组成；控制电路由微型计算机芯片及其外围电路组成，负责与计算机进行通信，接收计算机发出的指令，并向数模转换电路输出偏置电压幅度数字信号；数模转换电路接收控制电路发出的偏置电压幅度数字信号并转换为相应偏置电压，加载在待测光电探测器上；所述分光镜(4)为宽光谱点格分光镜，光谱范围为200～2000nm波段；所述计算机加载有测试功能模块，测试功能模块包括光谱响应度测试子模块和伏安特性测试子模块；所述光谱响应度测试子模块进行下述操作：A1.驱动第一、第二电动转台：向电机控制模块发出指令，电机控制模块控制电机驱动电路(12)驱动第一电动转台(14)和第二电动转台(15)，使得第一标准光电探测器(6)或第二标准光电探测器(7)的光轴和第一参考光电探测器(8)或第二参考光电探测器(9)的光轴互相垂直；A2.输出光波：控制滤光片轮控制模块，使滤光片轮(3)转到所需测试的起始波长λ₁和截止波长λ_j所限定的波长范围内，200nm≤λ₁＜λ_j≤2000nm，以波长间隔Δλ控制单色仪(2)依次输出波长λ_i的光波，i＝1，…，j；Δλ＝5nm或10nm；A3.采集I_标(λ_i)和I_参(λ_i)：控制数据采集模块，使数据采集放大电路(11)对第一标准光电探测器(6)或第二标准光电探测器(7)输出的波长-电流信号I_标(λ_i)和第一参考光电探测器(8)或第二参考光电探测器(9)的第一轮输出波长-电流信号I_参(λ_i)依次进行采集；A4.判断I_标(λ_i)和I_参(λ_i)是否超过量程：判断I_标(λ_i)和I_参(λ_i)大小是否超过量程，是则进行操作A5，否则进行操作A6；A5.数据采集放大电路换档：控制数据采集放大电路(11)进行换档，转操作A3；A6.存储I_标(λ_i)和I_参(λ_i)：将采集的I_标(λ_i)和I_参(λ_i)传输到计算机存储，转操作A3，直至达到截止波长λ_j；A7.驱动第一电动转台：向电机控制模块发出指令，电机控制模块控制电机驱动电路(12)驱动第一电动转台(14)，使得待测光电探测器的光轴对准分光镜(5)的透射光；A8.输出光波：以波长间隔Δλ控制单色仪(2)依次输出波长λ_i的光波，i＝1，…，j；Δλ＝5nm或10nm；A9.采集I_待(λ_i)和控制数据采集模块，使数据采集放大电路(11)对待测光电探测器输出的波长-电流信号I_待(λ_i)和第一参考光电探测器(8)或第二参考光电探测器(9)的第二轮输出波长-电流信号依次进行采集；A10.判断I_待(λ_i)和是否超过量程：判断采集到的I_待(λ_i)和大小是否超过量程，是则进行操作A11，否则进行操作A12；A11.数据采集放大电路换档：控制数据采集放大电路(11)进行换档，转操作A9；A12.存储I_待(λ_i)和将采集的I_待(λ_i)和传输到计算机存储，转操作A9，直至达到截止波长λ_j；A13.计算光谱响应度：计算待测光电探测器对每个波长的光谱响应度R_待(λ_i)：式中，R_标(λ_i)为已知的标准光电探测器对λ_i的响应度，S_待为待测光电探测器光敏面面积，S_标为标准光电探测器光敏面面积，i＝1，…，j；依据R_待(λ_i)，绘制出待测光电探测器在整个测量波段的光谱响应曲线；所述伏安特性测试子模块进行下述操作：B1.驱动第一电动转台：向电机控制模块发出指令，电机控制模块控制电机驱动电路(12)驱动第一电动转台(14)，使得待测光电探测器对准分光镜(5)的透射光；B2.输出采样电压：向偏压电路发出指令，在所需测试的起始电压V₁和截止电压V_p范围内，0V≤V₁＜V_p≤15V，由偏压电路以电压间隔ΔV依次向待测光电探测器输出采样电压V_k，k＝1，…，p；ΔV＝0.15V、0.30V、0.45V；B3.采集I_待(V_k)：控制数据采集模块，使数据采集放大电路(11)对待测光电探测器的输出的电压-电流信号I_待(V_k)进行采集；B 4.判断I_待(V_k)是否超过量程：判断采集到的I_待(V_k)大小是否超过量程，是则进行操作B5，否则进行操作B6；B5.数据采集放大电路换档：控制数据采集放大电路(11)进行换档，转操作B3；B6.存储I_待(V_k)：将采集到的I_待(V_k)传输到计算机存储，转操作B3，直至达到截止电压V_p；B7.绘制伏安特性曲线：依据待测光电探测器对每个采样电压的电压-电流信号I_待(V_k)，绘制出待测光电探测器在整个测量电压范围的伏安特性曲线。