探測器光譜響應(yīng)度測量系統(tǒng)-DSR100
一． 探測器光譜響應(yīng)度測量系統(tǒng)簡介
光電探測器是利用具有光電效應(yīng)的材料制成的將光輻射信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的傳感器。大部分光電探測器在一定的光譜區(qū)域內(nèi)具有較強(qiáng)的光譜選擇性，所以光電探測器的光譜響應(yīng)度在不同波長是不同的。因此光譜響應(yīng)度是表征光電探測器性能的一個(gè)重要參數(shù)指標(biāo)。另外，對(duì)于光電材料的科研工作，通過測量并分析光電材料的光譜響應(yīng)度數(shù)據(jù)，可以進(jìn)一步得出材料本身的各項(xiàng)特性（如摻雜濃度、晶格缺陷、吸收系數(shù)、少子擴(kuò)散長度等）對(duì)于光電響應(yīng)能力和量子效率的影響，從而對(duì)于優(yōu)選材料、改進(jìn)工藝具有指導(dǎo)性意義。
DSR100系列探測器光譜響應(yīng)度測量系統(tǒng)，正是適應(yīng)不斷增長的材料科學(xué)對(duì)檢測設(shè)備的需求而誕生的。它結(jié)合了北京卓立漢光儀器有限公司給多家科研單位定制的光譜響應(yīng)系統(tǒng)的特點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)，采用國家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量方法進(jìn)行測試，是光電器件、光電轉(zhuǎn)換材料科研和檢驗(yàn)的必備工具。
二． DSR100系列的特點(diǎn)
| ◆ 寬光譜范圍（200~2500nm或1~14μm可選），適用面廣 寬光譜范圍意味著適用于各種不同樣品，如響應(yīng)在日盲區(qū)的深紫外探測器、響應(yīng)在可見光的太陽能電池、響應(yīng)在近紅外的光纖傳感器、響應(yīng)在中遠(yuǎn)紅外的紅外光電傳感器，都可以在DSR100上測量光譜響應(yīng)度。 ◆ 開機(jī)即用的Turnkey系統(tǒng)設(shè)計(jì)，維護(hù)簡單 系統(tǒng)采用替代法的測量原理，設(shè)計(jì)成開機(jī)即用的turnkey模式，用戶不需要在實(shí)驗(yàn)前對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)試，日常維護(hù)也十分簡單。 |
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替代法是目前國家計(jì)量單位測量探測器光譜響應(yīng)度所采用的標(biāo)準(zhǔn)方法。相比于傳統(tǒng)的測試方法，替代法既簡便，準(zhǔn)確度又高，避免了許多系統(tǒng)誤差的產(chǎn)生。采用替代法，用戶只需要定期對(duì)標(biāo)準(zhǔn)探測器進(jìn)行定標(biāo)即可，而傳統(tǒng)方法需要定期對(duì)系統(tǒng)各個(gè)部件進(jìn)行定標(biāo)，包括光源、單色儀、光路系統(tǒng)中各個(gè)光學(xué)元件等，從而導(dǎo)致用戶不得不拆分系統(tǒng)，標(biāo)定好部件之后還要重新組裝調(diào)試。 |
◆ 調(diào)制法測量技術(shù)，提升測量結(jié)果信噪比
| DSR100系統(tǒng)采用調(diào)制法測量技術(shù)。調(diào)制法是目前國家計(jì)量單位采用的標(biāo)準(zhǔn)方法，通過選頻放大的技術(shù)，可以大幅度抑制雜散光或環(huán)境噪聲對(duì)測量精度帶來的負(fù)面影響。DSR100系統(tǒng)針對(duì)弱信號(hào)采集專門設(shè)計(jì)了獨(dú)特的前置放大電路，同時(shí)采用高性能的鎖相放大器進(jìn)行調(diào)制法測量。鎖相放大器測量靈敏度達(dá)到2nV，動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到100dB。 通過提高測量靈敏度并且抑制噪聲，DSR100系統(tǒng)可以從背景噪聲中提取非常微弱的光電探測器響應(yīng)信號(hào)。 |
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◆ 全反射光路設(shè)計(jì)，優(yōu)化光斑質(zhì)量
由于各種光電探測器的光譜響應(yīng)范圍不同，因此好的探測器光譜響應(yīng)度測量系統(tǒng)應(yīng)該是寬光譜范圍的，這樣才能具備較強(qiáng)的通用性。在寬光譜范圍的光學(xué)設(shè)計(jì)中，采用反射式的光路設(shè)計(jì)要比透射式得到更高品質(zhì)的光束質(zhì)量和均勻光斑。在透射式的光學(xué)系統(tǒng)中，影響光束質(zhì)量和光斑品質(zhì)的重要因素是色差，色差源自于不同波長的單色光在光學(xué)材料中的折射率不同，波長范圍越寬，色差越明顯。而在反射式的光學(xué)系統(tǒng)中，由于根本不涉及折射，所以不存在色差的問題。因此采用反射式光路，成像質(zhì)量大大優(yōu)于透射式光路，從而可以得到更高均勻度的平行光斑，或者更小尺寸的匯聚光斑。
◆ 高穩(wěn)定性光源，降低背景噪聲影響
| 盡管采用調(diào)制法可以降低系統(tǒng)雜散光和背景噪聲對(duì)測量的影響，但光源本身的波動(dòng)依然無法消除。因此，在采用調(diào)制法的系統(tǒng)中，光源穩(wěn)定性反而成為系統(tǒng)噪聲的主要來源。DSR100采用高穩(wěn)定性的光源來保證系統(tǒng)的高重復(fù)性。右圖是典型的光源相對(duì)強(qiáng)度的穩(wěn)定度測量數(shù)據(jù)。 ◆ 全自動(dòng)測量流程 1)自動(dòng)化測量流程得到高重復(fù)性 樣品的重復(fù)定位精度很大程度上決定了測量重復(fù)性，電動(dòng)平移臺(tái)重復(fù)定位精度<10um，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于手動(dòng)樣品定位 2)自動(dòng)化測量流程降低了操作人員的要求 按軟件文字提示即可正確操作系統(tǒng)進(jìn)行測量，不需要對(duì)操作人員進(jìn)行復(fù)雜的培訓(xùn)，特別適合工業(yè)客戶做檢測用 3)自動(dòng)化測量流程提高時(shí)間利用率 系統(tǒng)在預(yù)設(shè)方案后即自動(dòng)運(yùn)行測量流程，可提高操作人員時(shí)間利用率 ◆ 大空間樣品倉，四壁可拆卸，方便系統(tǒng)調(diào)試 特別設(shè)計(jì)的四壁方便拆卸的樣品倉，給實(shí)驗(yàn)人員足夠大的空間進(jìn)行樣品安裝和調(diào)試。同時(shí)，也能容納一些特殊體積的探測器，比如液氮制冷的探測器、條紋變相管等。實(shí)驗(yàn)人員的可操作性大大增強(qiáng)。 |
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| 對(duì)于未來要做成陣列探測器的器件，光敏面往往非常小，特別是有些探測器還會(huì)安裝在杜瓦瓶內(nèi)。要把光斑準(zhǔn)確的打在光敏面上，采用目視對(duì)準(zhǔn)的方法無法保證精確性，幾乎沒有重復(fù)性可言。而采用激光監(jiān)視光路，配合CCD相機(jī)進(jìn)行可視化控制，不但可以做到精確定位，還可以多次重復(fù)。 |  |
◆ 標(biāo)準(zhǔn)測量軟件，數(shù)據(jù)導(dǎo)出格式支持第三方軟件
DSR100系統(tǒng)的軟件保存所有測試第一手原始數(shù)據(jù)，可供實(shí)驗(yàn)人員導(dǎo)出成txt、xls等常見格式的文檔，以便后期分析處理。
◆ 高穩(wěn)定性光源，降低背景噪聲影響
產(chǎn)品規(guī)格表
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項(xiàng)目 |
規(guī)格及技術(shù)指標(biāo) | ||||
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型號(hào) |
DSR100UV-A |
DSR100UV-B |
DSR100IR-A |
DSR100IR-B | |
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波長范圍 |
200~2500nm |
1~14μm | |||
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測試光斑 |
光斑模式 |
均勻平行光斑 |
匯聚光斑 |
均勻平行光斑 |
匯聚光斑 |
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尺寸 |
Ф2~ |
Ф0.3~ |
Ф2~ |
Ф0.3~ | |
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光源 |
光源 |
氘燈/溴鎢燈復(fù)合光源 |
溴鎢燈/碳化硅復(fù)合光源 | ||
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光強(qiáng)穩(wěn)定性 |
≤0.8% |
≤2% | |||
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光源切換方式 |
軟件自動(dòng)切換 |
軟件自動(dòng)切換 | |||
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三光柵單色儀 |
光譜分辨率 |
＜0.1nm（435.8nm@ |
＜2.5nm (2615nm@ | ||
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掃描間隔 |
最小可至0.005nm | ||||
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輸出波長帶寬 |
＜5nm |
＜10nm | |||
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多級(jí)光譜濾除裝置 |
根據(jù)波長自動(dòng)選擇濾光片，消除多級(jí)光譜雜散光 |
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光調(diào)制頻率 |
4~400Hz | ||||
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數(shù)據(jù)采集裝置靈敏度 |
鎖相放大器 2nV；直流數(shù)據(jù)采集可選 | ||||
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標(biāo)準(zhǔn)探測器 |
標(biāo)準(zhǔn)硅探測器 （標(biāo)定200~1100nm） |
標(biāo)準(zhǔn)熱釋電探測器（標(biāo)定1~ | |||
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光譜響應(yīng)度測量重復(fù)性* |
≤±1.5% |
≤±5% | |||
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光路中心高 |
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儀器尺寸 |
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控制機(jī)柜 |
標(biāo)準(zhǔn)4U控制柜，含計(jì)算機(jī) | ||||
DSR100系列可選配附件
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型 號(hào) |
說 明 |
備 注 |
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DSR-A1 |
標(biāo)準(zhǔn)硅探測器，光敏面直徑Ф |
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DSR-A2 |
標(biāo)準(zhǔn)銦鉀砷探測器，光敏面直徑Ф |
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DSR-A3 |
標(biāo)準(zhǔn)熱釋電探測器，光敏面 |
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DSR-B1 |
小型照明光源，用于樣品室內(nèi)照明 |
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DSR-B2 |
包括532nm激光器、監(jiān)視光路、監(jiān)視相機(jī)等，用于微小面積探測器光敏面對(duì)準(zhǔn) |
需配合DSR-B1使用 |
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DSR-C1 |
偏壓接口附件，用于給樣品探測器外接偏置電壓，最高可承受1800V |
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DSR-C2 |
前置放大器接口附件，用于給樣品輸出信號(hào)接外置的前置放大器 |
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DSR-F1 |
簡易樣品架，可調(diào)節(jié)前后，適用于小型光敏面的樣品 |
主機(jī)含簡易樣品架一套 |
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DSR-F2 |
三維調(diào)整樣品架，可調(diào)節(jié)前后、旋轉(zhuǎn)、升降適用于小型光敏面的樣品 |
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DSR-F3 |
杜瓦瓶固定架，適用于帶有液氮杜瓦的制冷型探測器樣品 |
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OTPOT-1512 |
高精度光學(xué)平臺(tái) |
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