本發(fā)明涉及光學測量領域，特別是一種利用非線性修正估算光電倍增管絕對光響應率的估算光電倍增管在低光強條件下的絕對光響應率的裝置。
背景技術：
極低功率光的測量在科學研究和工業(yè)應用上有重要作用，如天文觀測、核輻射探測、生物發(fā)光探測以及譜學測量等方面，均采用光電倍增管用于光電探測器中來測量可見光區(qū)域的低功率光；最常用的精確測量絕對光響應率的方法是將待測探測器的測量結果與一個校準后的參考光源或光電探測器的數(shù)據(jù)進行對比。目前現(xiàn)有技術的缺陷是，對絕對光響應率的估計和線性度測量是分開進行的，而且是僅對于某一個光譜范圍或是某一個較窄的光功率范圍，依靠這些實驗結果不足以估算光電倍增管測量的寬功率范圍的光響應率，所述估算光電倍增管在低光強條件下的絕對光響應率的裝置能解決問題。
一個光電二極管的響應率是指其輸出的電流信號與輸入的輻射量的比值，響應率通常是輸入輻射波長的函數(shù)；如果一個光電二極管的響應率不隨輸入輻射的量而變化，則稱其為線性的，線性度是光學輻射精密測量的基本需求之一，尤其在光度學和輻射測量學領域，在線性度測量方法中，疊加法是一種基本的方法，由文獻【sanders，c.l.j.res.natlbur.stand.a1972，76，437】和文獻【sanders，c.l.appl.opt.1962，1，207】可知，測量非線性度的疊加法的原理是，兩個光源發(fā)出的光分別在待測光電二極管中產(chǎn)生的光響應為n1和n2，兩個光源的光的總和在待測光電二極管中產(chǎn)生的光響應為n12，如果n1+n2＝n12，則可以認為待測光電二極管是線性的，如果n1+n2≠n12，則非線性度可以由n12/(n1+n2)給出。以上方法中可以使用兩個不同的光源或者一個光源和兩個不同光闌。
技術實現(xiàn)要素：
為了解決上述問題，本發(fā)明利用非線性修正估算光電倍增管絕對光響應率，通過與校準后的光學衰減器得到的結果進行比較來估算，在可見光范圍的功率范圍寬，最低光功率能夠接近單光子水平。
本發(fā)明提出一種估算光電倍增管在單光子水平的光功率的可見光照射下的光響應率的方法，基于三個因素：校準后的硅光電二極管的光譜響應率；校準后的硅光電二極管的響應率向光電倍增管的轉化；硅光電二極管和光電倍增管的非線性修正。
本發(fā)明所采用的技術方案是：
所述估算光電倍增管在低光強條件下的絕對光響應率的裝置，主要包括激光器、衰減器i、暗箱、分束器i、衰減器ii、平面鏡i、快門i、快門ii、平面鏡ii、分束器ii、暗盒、硅光電二極管、待測光電倍增管，所述分束器i、衰減器ii、平面鏡i、快門i、快門ii、平面鏡ii、分束器ii、暗盒、硅光電二極管、待測光電倍增管均位于所述暗箱內(nèi)，所述硅光電二極管、待測光電倍增管位于所述暗盒內(nèi)，所述激光器發(fā)射激光經(jīng)衰減器i至分束器i，由所述激光器、衰減器i、分束器i、快門i、平面鏡ii、分束器ii、硅光電二極管組成光路i，由所述激光器、衰減器i、分束器i、衰減器ii、平面鏡i、快門ii、分束器ii、硅光電二極管組成光路ii，通過調節(jié)衰減器i和衰減器ii的參數(shù)來測量不同光功率條件下的線性度，設共有n組衰減器參數(shù)，以使得入射到所述硅光電二極管的光功率能夠在從10-6w到10-16w范圍內(nèi)變化，所述衰減器i、衰減器ii與測量系統(tǒng)的光軸均具有一定角度的傾斜以避免干涉，所述硅光電二極管在入射光功率10-6w條件下的響應率為已知。所述待測光電倍增管和所述硅光電二極管的線性測量分別在433納米、532納米、694納米的入射光波長條件下實施。
所述估算光電倍增管在低光強條件下的絕對光響應率的裝置步驟為：
一.使用所述硅光電二極管來作為校準所述待測光電倍增管的絕對光功率的參照，在入射光功率為10-6w到10-11w范圍的條件下校準所述硅光電二極管的非線性，方法依次為：通過調節(jié)平面鏡i、平面鏡ii和分束器ii來準直兩束光線并在光學感應器中心的相同點重疊，初始狀態(tài)下，快門i和快門ii均關閉，接下來，開啟快門i，測得此時所述硅光電二極管的輸出信號ia，再開啟快門ii，測得此時所述硅光電二極管的輸出信號ia+b，再關閉快門i，測得此時所述硅光電二極管的輸出信號ib，再開啟快門i，測得此時所述硅光電二極管的輸出信號i′b+a，再關閉快門ii，測得此時所述硅光電二極管的輸出信號i′a，由下式得到線性度
二.在入射光功率為10-6w到10-11w范圍的條件下校準所述待測光電倍增管的非線性，方法依次為：移除所述硅光電二極管，將所述待測光電倍增管置于原硅光電二極管的位置，通過調節(jié)平面鏡i、平面鏡ii和分束器ii來準直兩束光線并在光學感應器中心的相同點重疊，初始狀態(tài)下，快門i和快門ii均關閉，接下來，開啟快門i，測得此時待測光電倍增管的輸出信號ic，再開啟快門ii，測得此時待測光電倍增管的輸出信號ic+d，再關閉快門i，測得此時待測光電倍增管的輸出信號id，再開啟快門i，測得此時待測光電倍增管的輸出信號i′d+c，再關閉快門ii，測得此時待測光電倍增管的輸出信號i′c，由下式得到線性度
三.在入射光功率為10-11w的條件下，分別用校準后的硅光電二極管和待測光電倍增管測量入射光、且在所述光路ii中進行測量，測得校準后的硅光電二極管的光功率數(shù)據(jù)和待測光電倍增管的光功率數(shù)據(jù)進行比較，方法依次為：首先，將所述硅光電二極管置于所述光路ii中，使用校準后的硅光電二極管測量絕對入射激光功率，其次，移除硅光電二極管，將待測光電倍增管置于原硅光電二極管的位置，并測量了光電倍增管對于入射激光的光響應，其中激光照射的位置調整至與上述步驟一的線性度測量中一致，如此重復十遍，最后，計算所述待測光電倍增管測得的入射光功率與所述硅光電二極管測得的入射光功率的比例，并以此來確定光電倍增管在入射光功率為10-11w條件下的絕對響應率；
四.估算所述待測光電倍增管在入射光功率10-16w條件下的的非線性特征，并結合上述步驟三中得到的響應率-入射光功率曲線，通過擬合方法，以此估算在光功率為10-16w時的絕對光響應率；
五.最后得到所述待測光電倍增管在10-11w到10-16w范圍的絕對光響應率。
本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明能夠在可見光功率為10-11w到10-16w范圍內(nèi)估算光電倍增管的光響應率，所述計算線性度的方法能夠消除由線性度測量實驗中的衰減器產(chǎn)生的激光漂移效應，能夠消除在一系列線性度測量中衰減器透射比對波長和時間的依賴。
附圖說明
下面結合本發(fā)明的圖形進一步說明：
圖1是本發(fā)明示意圖。
圖中，1.激光器，2.衰減器i，3.暗箱，4.分束器i，5.衰減器ii，6.平面鏡i，7.快門i，8.快門ii，9.平面鏡ii，10.分束器ii，11.暗盒，12.硅光電二極管，13.待測光電倍增管。
具體實施方式
如圖1是本發(fā)明示意圖，主要包括激光器1、衰減器i2、暗箱3、分束器i4、衰減器ii5、平面鏡i6、快門i7、快門ii8、平面鏡ii9、分束器ii10、暗盒11、硅光電二極管12、待測光電倍增管13，所述分束器i4、衰減器ii5、平面鏡i6、快門i7、快門ii8、平面鏡ii9、分束器ii10、暗盒11、硅光電二極管12、待測光電倍增管13均位于所述暗箱3內(nèi)，所述硅光電二極管12、待測光電倍增管13位于所述暗盒11內(nèi)，所述激光器1發(fā)射激光經(jīng)衰減器i2至分束器i4，由所述激光器1、衰減器i2、分束器i4、快門i7、平面鏡ii9、分束器ii10、硅光電二極管12組成光路i，由所述激光器1、衰減器i2、分束器i4、衰減器ii5、平面鏡i6、快門ii8、分束器ii10、硅光電二極管12組成光路ii，通過調節(jié)衰減器i2和衰減器ii5的參數(shù)來測量不同光功率條件下的線性度，設共有n組衰減器參數(shù)，以使得入射到所述硅光電二極管12的光功率能夠在從10-6w到10-16w范圍內(nèi)變化，所述衰減器i2、衰減器ii5與測量系統(tǒng)的光軸均具有一定角度的傾斜以避免干涉，所述硅光電二極管12在入射光功率10-6w條件下的響應率為已知。所述待測光電倍增管13和所述硅光電二極管12的線性測量分別在433納米、532納米、694納米的入射光波長條件下實施。
所述估算光電倍增管在低光強條件下的絕對光響應率的裝置利用非線性修正來估算光電倍增管的絕對光響應率，能夠估算較寬功率范圍的入射光的響應率，且最低光強接近單光子水平。