[發(fā)明專利]一種光纖型短波紅外光陷阱探測(cè)器及探測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110683676.5
• 申請(qǐng)日: 2021-06-21
• 公開（公告）號(hào): CN113418600B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫權(quán)社;任建偉;王恒飛;王少水
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所
• 主分類號(hào): G01J1/44
• 分類號(hào): G01J1/44;G01M11/00
• 代理公司: 北京天奇智新知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11340
• 代理人: 陳嵐崴

本發(fā)明提供了一種光纖型短波紅外光陷阱探測(cè)器，光纖型短波紅外光陷阱探測(cè)器，其特征在于，包括：D1、D2、D3三個(gè)鍺光電二極管、一個(gè)鍍金凹球面反射鏡M、光纖法蘭盤、電路板、BNC連接器以及高吸收腔體，其中，D1、D2、D3三個(gè)鍺光電二極管和凹球面反射鏡通過(guò)夾具固定在高吸收腔體中，光纖輸出的光纖法蘭盤進(jìn)入到高吸收腔體中，將會(huì)在D1、D2、D3三個(gè)鍺光電二極管的光敏面上發(fā)生吸收/反射作用。采用本發(fā)明技術(shù)方案，可有效減小短波紅外光纖功率量值傳遞的測(cè)量不確定度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于陷阱探測(cè)器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光纖型短波紅外光陷阱探測(cè)器。

背景技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)光輻射功率量值的高精度溯源，國(guó)內(nèi)外一些技術(shù)機(jī)構(gòu)采用不同材料、不同結(jié)構(gòu)和方法研制高量子效率陷阱探測(cè)器，例如：美國(guó)NIST采用不同四片硅探測(cè)器研制陷阱探測(cè)器，(專利號(hào)：UAA201102791)可工作在300～1100nm可見(jiàn)近紅外波，對(duì)633nm的平行光束輻射功率的精確測(cè)量；俄羅斯一家技術(shù)機(jī)構(gòu)采用兩片硅光電探測(cè)器，以11.25°夾角的楔形結(jié)構(gòu)研制的硅陷阱探測(cè)器(專利號(hào)：RU20170135739)，使入射的平行光在兩個(gè)硅光電二極管之間經(jīng)過(guò)多次吸收反射吸收等過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)平行光束輻射功率的精確測(cè)量。中科院安徽光機(jī)所采用3片銦鎵砷探測(cè)器以45度角空間組合研制的陷阱探測(cè)器(專利號(hào)CN200710020402.8)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)1064nm平行光束輻射功率的精確測(cè)量，其外量子效率達(dá)99.76％。

以上專利研制的陷阱探測(cè)器，通過(guò)多個(gè)單元探測(cè)器組合大大提高了組件對(duì)平行入射光輻射的吸收率，實(shí)現(xiàn)了對(duì)平行光束輻射功率的精確測(cè)量。但是由于采用的探測(cè)器類型及光路設(shè)計(jì)的限制，當(dāng)具有一定發(fā)散角的光束入射到該類型的陷阱探測(cè)器時(shí)，隨著入射光傳輸路徑的增加，一部分光將溢出光路，從而使其外量子效率顯著降低。

由于1550nm的激光在空間或光纖中傳輸時(shí)具有衰減系數(shù)小、不會(huì)對(duì)人眼產(chǎn)生傷害等特點(diǎn)，因此已成為光纖通信和空間激光通信系統(tǒng)首選載波信號(hào)。而載波信號(hào)的輻射功率則是通信鏈路設(shè)計(jì)核算的一個(gè)重要參數(shù)，該參數(shù)的測(cè)量不確定度大小，直接決定了系統(tǒng)研制生產(chǎn)需要投入的成本，因此降低該波段光輻射功率量值的測(cè)量不確定度成為光纖通信技術(shù)領(lǐng)域緊迫需求。

由于光纖出射的光具有一定的發(fā)散角，如G652單模光纖輸出的1550nm的光發(fā)散角(全角)近20度，通常通過(guò)熱電偶將光纖功率量值給工作標(biāo)準(zhǔn)，而工作標(biāo)準(zhǔn)通常為高穩(wěn)定的光纖功率計(jì)，最后通過(guò)與工作標(biāo)準(zhǔn)的比較，將功率量值傳遞到用戶的光纖功率計(jì)，其傳遞鏈路如圖1所示：工作標(biāo)準(zhǔn)所采用的光纖功率計(jì)基本采用單探測(cè)器，通過(guò)自聚焦透鏡將光纖輸入的發(fā)散光耦合到探測(cè)器的光敏面上，這種光接收方式最大的缺點(diǎn)是無(wú)法克服光反射、溢出以及透過(guò)率等因素對(duì)測(cè)量不確定度的影響，因此其測(cè)量不確定度很難降低。

因此研制可大大減小光反射、溢出以及透過(guò)率等因素對(duì)光纖功率測(cè)量結(jié)果影響的探測(cè)器，并通過(guò)該探測(cè)器將光纖功率量值溯源到低溫輻射計(jì)，對(duì)減小光纖功率量值傳遞的測(cè)量不確定度具有重要意義。

目前，國(guó)內(nèi)外已有多家單位研制出可測(cè)量空間準(zhǔn)直光束的陷阱探測(cè)器，解決了可見(jiàn)近紅外波段空間輻射光輻射功率量值溯源到低溫輻射計(jì)的技術(shù)難題，使可見(jiàn)近紅外波段的光輻射功率測(cè)量不確定度優(yōu)于0.05％。其中陷阱探測(cè)器通過(guò)多探測(cè)器組合和巧妙的傳輸光路設(shè)計(jì)，使633nm的外量子效率大于99.9％。

如美國(guó)NIST采用硅光電二極管發(fā)明的陷阱探測(cè)器，通過(guò)四個(gè)硅光電二極管組合成一個(gè)探測(cè)器的方法，使準(zhǔn)直光束從一個(gè)二極管反射出來(lái)后射入后一個(gè)二極管，而最后一個(gè)二極管光敏面垂直于入射光，使光線沿原路返回，又被前幾個(gè)二極管分別吸收一次，這樣光束總共被吸收了七次，使可見(jiàn)近紅外波段外量子效率提高到99.8％，其原理如圖2所示：準(zhǔn)直光束光經(jīng)過(guò)D1、D2、D3、D4七次吸收和反射，在可見(jiàn)近紅外波段總吸收率可達(dá)99％。

如圖3所示，俄羅斯一家技術(shù)機(jī)構(gòu)采用兩片硅光電探測(cè)器，以11.25°夾角的楔形結(jié)構(gòu)研制的硅陷阱探測(cè)器，使入射的平行光在兩個(gè)硅光電二極管之間經(jīng)過(guò)多次吸收反射吸收等過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)直平行光束光輻射功率的精確測(cè)量。