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探測器光譜響應度測量系統(tǒng)-DSR100
一． 探測器光譜響應度測量系統(tǒng)的簡介
光電探測器是利用具有光電效應的材料制成的將光輻射信號轉(zhuǎn)變成電信號的傳感器。大部分光電探測器在一定的光譜區(qū)域內(nèi)具有較強的光譜選擇性，所以光電探測器的光譜響應度在不同波長是不同的。因此光譜響應度是表征光電探測器性能的一個重要參數(shù)指標。另外，對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度數(shù)據(jù)，可以進一步得出材料本身的各項特性（如摻雜濃度、晶格缺陷、吸收系數(shù)、少子擴散長度等）對于光電響應能力和量子效率的影響，從而對于優(yōu)選材料、改進工藝具有指導性意義。
DSR100系列探測器光譜響應度測量系統(tǒng)，正是適應不斷增長的材料科學對檢測設備的需求而誕生的。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系統(tǒng)的特點和經(jīng)驗，采用國家標準計量方法進行測試，是光電器件、光電轉(zhuǎn)換材料科研和檢驗的*工具。
二．DSR100系列探測器光譜響應度測量系統(tǒng)的特點
◆ 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，如響應在日盲區(qū)的深紫外探測器、響應在可見光的太陽能電池、響應在近紅外的光纖傳感器、響應在中遠紅外的紅外光電傳感器，都可以在DSR100上測量光譜響應度。
◆ 開機即用的Turnkey系統(tǒng)設計，維護簡單
系統(tǒng)采用替代法的測量原理，設計成開機即用的turnkey模式，用戶不需要在實驗前對系統(tǒng)進行復雜的調(diào)試，日常維護也十分簡單。
替代法是目前國家計量單位測量探測器光譜響應度所采用的標準方法。相比于傳統(tǒng)的測試方法，替代法既簡便，準確度又高，避免了許多系統(tǒng)誤差的產(chǎn)生。采用替代法，用戶只需要定期對標準探測器進行定標即可，而傳統(tǒng)方法需要定期對系統(tǒng)各個部件進行定標，包括光源、單色儀、光路系統(tǒng)中各個光學元件等，從而導致用戶不得不拆分系統(tǒng)，標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)制法是目前國家計量單位采用的標準方法，通過選頻放大的技術(shù)，可以大幅度抑制雜散光或環(huán)境噪聲對測量精度帶來的負面影響。DSR100系統(tǒng)針對弱信號采集專門設計了*的前置放大電路，同時采用高性能的鎖相放大器進行調(diào)制法測量。鎖相放大器測量靈敏度達到2nV，動態(tài)范圍達到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信號。
◆ 全反射光路設計，優(yōu)化光斑質(zhì)量
由于各種光電探測器的光譜響應范圍不同，因此好的探測器光譜響應度測量系統(tǒng)應該是寬光譜范圍的，這樣才能具備較強的通用性。在寬光譜范圍的光學設計中，采用反射式的光路設計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。
對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安裝在杜瓦瓶內(nèi)。要把光斑準確的打在光敏面上，采用目視對準的方法無法保證性，幾乎沒有重復性可言。而采用激光監(jiān)視光路，配合CCD相機進行可視化控制，不但可以做到定位，還可以多次重復。
◆ 標準測量軟件，數(shù)據(jù)導出格式支持第三方軟件
DSR100系統(tǒng)的軟件保存所有測試 手原始數(shù)據(jù)，可供實驗人員導出成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
盡管采用調(diào)制法可以降低系統(tǒng)雜散光和背景噪聲對測量的影響，但光源本身的波動依然無法消除。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)的高重復性。右圖是典型的光源相對強度的穩(wěn)定度測量數(shù)據(jù)。
◆ 全自動測量流程
1）自動化測量流程得到高重復性
樣品的重復定位精度很大程度上決定了測量重復性，電動平移臺重復定位精度<10um，遠遠高于手動樣品定位
2）自動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)進行測量，不需要對操作人員進行復雜的培訓，特別適合工業(yè)客戶做檢測用
3）自動化測量流程提高時間利用率
系統(tǒng)在預設方案后即自動運行測量流程，可提高操作人員時間利用率
◆ 大空間樣品倉，四壁可拆卸，方便系統(tǒng)調(diào)試
特別設計的四壁方便拆卸的樣品倉，給實驗人員足夠大的空間進行樣品安裝和調(diào)試。同時，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。實驗人員的可操作性大大增強。
◆ 激光監(jiān)視光路選項，CCD圖像監(jiān)控，可對小面積的光電探測器進行定位
產(chǎn)品規(guī)格表
| 項目 | 規(guī)格及技術(shù)指標 | ||||
| 型號 | DSR100UV-A | DSR100UV-B | DSR100IR-A | DSR100IR-B | |
| 波長范圍 | 200~2500nm | 1~14μm | |||
| 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 |
| 尺寸 | Ф2~ | Ф0.3~ | Ф2~ | Ф0.3~ | |
| 光源 | 光源 | 氘燈/溴鎢燈復合光源 | 溴鎢燈/碳化硅復合光源 | ||
| 光強穩(wěn)定性 | ≤0.8% | ≤2% | |||
| 光源切換方式 | 軟件自動切換 | 軟件自動切換 | |||
| 三光柵單色儀 | 光譜分辨率 | ＜0.1nm（435.8nm@ | ＜2.5nm （2615nm@ | ||
| 掃描間隔 | 小可至0.005nm | ||||
| 輸出波長帶寬 | ＜5nm | ＜10nm | |||
| 多級光譜濾除裝置 | 根據(jù)波長自動選擇濾光片，消除多級光譜雜散光 | | |||
| 光調(diào)制頻率 | 4~400Hz | ||||
| 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 | ||||
| 標準探測器 | 標準硅探測器 （標定200~1100nm） | 標準熱釋電探測器（標定1~ | |||
| 光譜響應度測量重復性* | ≤±1.5% | ≤±5% | |||
| 光路中心高 | | ||||
| 儀器尺寸 | | ||||
| 控制機柜 | 標準4U控制柜，含計算機 | ||||
DSR100系列可選配附件
| 型 號 | 說 明 | 備 注 |
| DSR-A1 | 標準硅探測器，光敏面直徑Ф | |
| DSR-A2 | 標準銦鉀砷探測器，光敏面直徑Ф | |
| DSR-A3 | 標準熱釋電探測器，光敏面 | |
| DSR-B1 | 小型照明光源，用于樣品室內(nèi)照明 | |
| DSR-B2 | 包括532nm激光器、監(jiān)視光路、監(jiān)視相機等，用于微小面積探測器光敏面對準 | 需配合DSR-B1使用 |
| DSR-C1 | 偏壓接口附件，用于給樣品探測器外接偏置電壓， 高可承受1800V | |
| DSR-C2 | 前置放大器接口附件，用于給樣品輸出信號接外置的前置放大器 | |
| 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 | 主機含簡易樣品架一套 |
| 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 | |
| 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 | |
| OTPOT-1512 | 高精度光學平臺 | |
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