宽光谱多波段光电探测器件性能测试平台研制

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随着光电技术的发展,光电探测器现如今已经成为各行业重要的基础元件之一。光电探测器将待测光信号转化为电信号,经过放大器的电信号可以用来表征待测光信号的大小。在测量微弱光信号时,外界噪声干扰和不确定因素会影响测试结果,因此光电探测系统的可靠性与精确性是保障光电探测器正常工作的必要条件。由于光电探测器覆盖的光谱范围极广,从200nm的紫外探测器到14微米的长波红外探测器都各有各的用途,而市售的光电探测器测试设备通常仅针对某一种光谱波段,如:紫外-可见光探测器件测试系统、可见光-短波红外探测器测试系统、中波红外-长波红外探测器测试系统,单一测试平台难以完全覆盖整个光谱波段。为满足宽光谱、多波段光电探测器件技术研究,本文设计并建立了一套覆盖整个光谱范围的光电探测器检测平台,在同一个平台上实现了日盲紫外-可见光-短波红外-中波红外-长波红外探测器件技术指标参数的测试,论文主要工作如下:根据宽光谱、多波段光电探测器件性能测试要求,设计了宽光谱、多波段光电探测器件测试平台的总体方案,并分析了各性能参数在测试过程中干扰信号的来源,并针对这些干扰信号设计了相应的技术方案。在整体方案设计基础上,本论文将黑体炉、发光二极管、长波红外激光器和各种光学模组、测试仪表进行整合,通过光路设计,实现了日盲紫外到长波红外的全覆盖,满足了宽光谱多波段光电探测器件技术研制的测试需要;并通过电磁屏蔽层、可靠接地等技术的采用,最大限度地抑制了干扰信号对测试结果的影响,保证了测量数据的准确性,并通过与温度控制平台的整合,实现了器件环境温度从77K到室温的有效调控,满足器件性能随工作温度变化规律的测试需要。目前本平台可以达到精度在1.5%下器件电流100fA~20mA的测量,同时对于时间响应本平台最快采样速率为10μs,最大存储为10万采样点数。在测试平台建设基础上,本论文完成了本实验室所研制宽光谱多波段光电探测器件的性能测试,涵盖了日盲紫外探测器件、可见光探测器件、短波红外探测器件、长波红外探测器件,并通过与相应波段商品探测器的性能测试结果进行比对,确认了本测试平台测试结果的准确性,表明了本宽光谱多波段光电探测器件性能平台符合光电探测器件性能测试技术要求。
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