Способ измерения спектральной чувствительности фотоэлектрических счетчиков фотонов

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЧЕТЧИКОВ ФОТОНОВ путем выделения из сплошного спектра потока излучения монохроматического излучения , ослабления потока этого язлу чения и измерения интенсивности ослабленного потока N исследуемым фотоэлектрическим счетчиком фотонов, о тл и ч а ющи и ся тем, что, с целью повышения точности, дополнительно измеряют суммарноезначение интенсивности вааелениого монохроматического потока излучения Ф(Л) и затем с постоянным шагом излучение в отдельных точках сечения, перпендикулярного продольной оси этого потока, определяют относительное-спектральное распределение (Л) яэ;лучения по потоку и по полученным данным находят искомый параметр по формуле 1 f(Л)dЛ 5(А)

СОК)З СОВЕТСНИХ

И ФЮН

РЕСПУБЛИК

3(51) G 01 N 21

ОПИСДНИЕ ИЗОБРЕТЕНИР ;, Б(Л)=(10 -10 )h () ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВМ (21) 3267911/18-25 (22) 20.03.81 (46) 07.04.83. Бюл. 9 13 (72) Б.В.Урысон (53) 535 ° 241(088.8) (56) 1. Эпштейн М.И. Измерения оптического излучения в электронике.

М., Энергия, 1975, g 12-1.

2. Patph Stair, NiER iam В., FusэеИ and NiRE.iam В., Schneider A.

Standard for Extemaly Low Values of

Spectral Jrradiance. Аррй1ей optics.

1965, 4, Ф 1, с.85-89 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЧЕТЧИКОВ. ФОТОНОВ путем выделения из сплошного спектра потока излучения монохроматического излучения„ ослабления потока этого излучения и измерения интенсивности ослабленного потока N исследуемым фоÄÄSUÄÄ1010 А тоэлектрическим счетчиком фотонов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, дополнительно измеряют суммарное"значение интенсивности выделенного монохроматинеского потока излучения ф() и затем с постоянным шагом излучение в отдельных точках сечения, перпендикулярного продольной оси этого потока, определяют относительное< спектральное распределение -Е(7l) излучения по потоку и по полученным данньм находят искомый параметр по формуле где h - -постоянная Планка) с — скорость света в вакууме;

A — длина волны монохроматического излучения.

1010525

Изобретение относится к технической физике, в частности энергетической фотометрии некогерентного излучения, и может быть использовано для градуировки фотоэлектрических счетчиков фотонов, измерения квантовой эффективности фотокатодов и т.п.

Известен способ измерения спектральной чувствительности селективных приемников излучения, основанный на измерении относительной спект- 10 ральной чувствительности исследуемого приемника и ее абсолютизации по ,измерению интегральной чувствительности приемника с известным распределением энергии в спектре jl ). 15

Однако этим способом удается измерить только спектральную характерис-, тику приемников, чувствительность которых сравнима с чувствительностью тепловых приемников излучения. 20

Наиболее близким к изобретению является способ, включающий операции выделения из потока излучения сплошного спектра потока монохроматического излучения,.ослабления этого потока, измерения сигнала от ослабленного потока фотоэлектрическим счетчиком Фотонов и суждения о зна,чении спектральной чувствительности счетчика с учетом измеренного сигйала. Согласно известному способу излучение светоизмерительной лампы накаливания, откалиброванной в единицах спектральной плотности энергетичес" кой .яркости (СПЭЯ), направляют на монохроматор с известными зависимостями коэффициента пропускания и дисперсии прибора от длины волны, а выходящий из него поток монохроматического излучения ослабляют с помощью фотометрического ослабителя 40 с известным коэффициентом ослабления. Фотометрический ослабитель образован системой диафрагм и рассеивающих сферических зеркал диаметром в несколько миллиметров. 45

На определенных длинах волн регистрируют сигнал счетчика фотонов, установленного на выходе ослабителя, и по измеренному сигналу, а также по известчым значениям СПЭЯ, коэффициента пропускания монохрома-:. тора, его дисперсии и коэффициента ослабления ослабителя судят о чувстительности счетчика на данной длине волны (2 3.

Погрешность измерения спектральной чувствительности счетчика фотонов составляет примерно 20% и обусловлена тем, что при определении спектральной чувствительности не 60 учитывается спектральное распределе ние потока на .выходе монохроматора, и, кроме того, не исключается влияние характеристик монохроматора на измеряемую величину.

f (Л)йЛ

Лй (Л) ЙЛ

ЯР)=(10 -10 )hc@(>) 7 9

e h - постоянная П гд ланка; с - скорость света в вакууме;

Л вЂ” длина волны монохроматического излучения.

Таким образом, известный способ не позволяет проводить высокоточные измерения спектральной чувствительности счетчика фотонов, поскольку для его реализации необходимо измерить коэффициент пропускания и дисперсию используемого монохроматора. Значения этих величин, определяемые целым рядом причин (свойствами оптических сред, потерями на отражение, виньетированием излучения, направлением поляризации входящего в монохроматор излучения, а также рядом причин слу-. чайного характера, например запыленностью помещения), существенно меняются в зависимости от длины волны и в пределах рабочего спектрального . диапазона прибора могут изменяться во много раз. Измерение коэффициента.пропускания весьма трудоемко, требует наличия второго монохроматора, однотипного с основным, и не дает достаточно точных результатов. К тому же полученные результаты справедливы только для тех же условий освещения входной щели (т.е. для того же положения источника, ширины щелей и поляризации излучения), при которых проводились измерения.

Цель изобретения — повышение точности измерения спектральной чувствительности фотоэлектрических счетчиков фотонов за счет учета спектрального распределения выделенного потока излучения и исключения влияния характеристик монохроматора на измеряемую величину.

Ъ

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения спектральной чувствительности фотоэлектрических счетчиков фотонов путем выделения из,сплошного спектра потока монохроматического излучения, ослабления потока этого излучения и измерения интенсивности ослабленного потока N исследуемым фотоэлектрическим счетчиком фотонов, дополнительно измеряют суммарное значение интенсивности выделенного монохроматического потока излучения

Ф(Л) и затемс постоянным шагом — из-; лучение в отдельных точках сечения, перпендикулярного: продольной оси этого потока, определяя относительное спектральное распределение Й(Л): излучения по потоку и по полученным.: данным находят искомый параметр по формуле

1010525 ф(Ъ) =

10 где q (A) — спектральная чувствительность приемника.

После этого блок 7 фотоприемников ориентируют (на чертеже показано

15 стрелкой) таким образом (показано стрелкой), чтобы плоскость фотокатода ФЭУ была перпендикулярна потоку излучения, при этом щель 9 выводят из потока. Для получения относительного спектрального распределения потока f(A) блок фотоприемников перемещают с постоянньм шагом, например 0 05-0,1 мм, перпендикулярно продольной оси потока излучения, вводят щель в поток и регистрируют сигнал ФЭУ в каждой точке. Для удобства осуществления аппаратурной реализации этой операции .используемые фотоприемники в светозащитных кожухах устанавливают на поворотном столе с двумя. фиксированными положениями и, кроме того, кожух с ФЗУ дополнительно устанавливают ,на направляющую, обеспечивающую одновременное плавное перемещение кожуха и щели 9.

КоэфФициент осдабления ослабителя выбирают в пределах 10 -10 . Выбор этих значений обусловлен целью— повысить точность измерений спектральной характеристики счетчика фотонов. В этом диапазоне значений коэффициента ослабления минимальны погрешности измерения потока излучения с помощью счетчика фотонов. При уменьшении коэффициента ослабления ниже 10 возрастают составляющие погрешности, обусловленные мертвым временем счетчика (в первую очередь ухудшается линейность световой характеристики), тогда как при его увеличении свыше 109 начинают возрастать составляющие, связанные с нестабильностью темнового тока ФЭУ и фоновьм излучением деталей, попадающих в поле зрения приемника.

На выходе ослабителя 5 устанавливают исследуемый счетчик 6 фотонов, который светогерметично стыкуют с выходом ослабителя, и с помощью счетчика б измеряют сигнал М от ослабленного, потока.

На чертеже представлен вариант конструктивной реализации предлагаемого способа.

Устройство содержит источник 1 излучения сплошного спектра,. монохроматор 2У . выходную щель 3 монохроматора, перекидное зеркало 4, фотометрический.ослабитель.5, счетчик б фотонов, блок 7 фотоприемников, фотоприемник 8 с известной спектральной чувствительностью, вертикальную щель 9 шириной порядка 0,1 мм, фотоэлектронный- умножитель (ФЭУ) 10, диафрагмы ll и 12, диффузно рассеивающие поверхности

13 и 14,. Расстояние между поверхностями 13 и 14 равно 61, коэффициенты яркости поверхностей 13 и 14

: ., и 2, диаметры диафрагм 11 и 12 соответственно d и d, расстояние между диафрагмамй 11 и 12-Р .

Способ осуществляют следующим образом.

Из йотока излучения от источ . ника 1 излучения сплошного спектра, например светоизмерительной лампы накаливания, выделяют поток монохроматического излучения длины волны А с помощью монохроматора. 2 (для этого по шкале длин волн монохроматора выставляют необходимую длину вол ны). Выделенное излучение ослабляют, для чего устанавливают перекидное зеркало 4 в положение, при котором излучение подают на вход фотометрического ослабителя 5.

Затем перекидное зеркало 4 iiepe- водят во второе положение, при ко-

:тором излучение подают на блок 7 фотоприемников. В зависимости от области спектра, в которой проводят измерения, в поток вводят фотодиод или фотоэлемент и, регистрируя ,сигнал 1, определяют суммарное зна чение интенсивности потока Ф (Л) на выходе монохроматора 2

По полученным данным определяют чув. ствительность исследуемого счетчика на выделенной длине волны по формуле

5®=(10 -10 ) пс ф(Л) АЕ(Л) и Л

Для определения спектральной чувств и тель ности в не котором диана зо не ,длин волн последовательно выделяют требуемые длины волн и на каждой из них повторяют описанную последо вательность операций.

Использование операций, свяэан55 ных с измерением энергетических характеристик потока. излучения на выходе монохроматора, а также ра.циональный выбор значения коэффициента ослабления ослабителя позволяют за счет учета спектрального рас60 пределения выделенного потока и исключения влияния характеристик монохроматора на измеряемую величину существенно снизить погрешность измерений спектральной чувствительg5 ности фотоэлектрических счетчиков фоS

1010525

Составитель С ..Непомнящая

Редактор Г.Беэвершенко Техред E.Õàðèòoí÷èê Корректор Е.Рошко

Заказ 2479/33 . Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР. по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 тонов. В результате использования

Изобретеиия появляется возможность широкого применения счетчиков фотонов о известной спектральной чувствительностью в фотометрии сверхслабых потоков излучения.