Устройство для градуировки фотоприемников по спектральной чувствительности Советский патент 1987 года по МПК G01J1/10 

11

Изобретение относится к спектро- фотометрий и предназначено для гр)а- дуировки фотоприемников по абсолютной спектральной чувствительности к потоку излучения и энергетической освещенности, используемьга; и качестве первичйых преобразователей в измерителях спектральной плотности потока излучения и спектральной плотности энерг етической освещенности в спектральном диапазоне от вакуумного УФ до далекого ИК.

Целью изобретения является расширение спектрального и динамического диапазонов и повышение точности измерений.

На чертеже изображена схема устройства для 1 радуировки фотоприемников по спектральной чувствительности.

Устройство содержит монохроматический осветитель 1, состоящий из излучателя 2 и монохроматора 3, расположенную по ходу излучения фокусирующую оптическую систему 4, опорный фотоприемник 5, выполненный в виде спектрорадиометра, состоящего из расположенного по ходу излучения входного фокусирующего поворотного зеркала 6, монохроматора 7, поляризатора 8, фотоприемника 9 и механизма 10 вращения поворотного зеркала, а также апертурную диафрагму 11, держатель фотоприемников с механизмом ввода-вывода градуируемого фотоприемника 12 и эталонный источник 13. Кроме того на чертеже показаны выходная щель t4 монохроматора монохроматического осветителя, входная щель 15 монохроматора 7 спектрорадиометра и поляризатор 16,

Механизм 10 вращения входного фокусирующего поворотного зеркала обеспечивает вращение и установку входного фокусирующего поворотного зеркала 6 в двух положениях. Область излучения эталонног о источника-нако- пительного кольца 13 - оптически сопряжена с плоскостью входной щели 15 при одном из фиксированных изделий зеркала 6. Оптически сопряженными являются щели 14 и 15, Апертур- ная диафрагма 11 спектрорадиометра жестко связана с механизмом 10 вращения входного поворотного зеркала 6 и может устанавливаться в двух фиксированных положениях вместе с механизмом 12 ввода-вывода градуи72

руемого фотоприемника, также жестко связанного с механизмом 10.В одном из фиксированных положений апертурная диафрагма 11 выделяет

часть излучения из накопительного кольца, в другом положении (на чертеже показано пунктиром) диафрагма работает в монохроматическом пучке, в этом случае плоскость апёртурной

диафрагмы 11 совпадает с задней фокальной плоскостью фокусирующей оптической системы 4.

Фокусирующая оптическая система 4 выполнена в виде вогнутого сферического зеркала, образующего с зер- Кешом 6 афокальную оптическую систему с увеличением равным единице, т.е. оба зеркала 6 и 4 имеют равные фокусные расстояния. Направления

главных пропусканий поляризаторов 8 и 16 совпадают.

Устройство работает следующим образом. I

Зеркало 6 устанавливается в первое положение, при котором излучение из накопительного кольца проходит через апертурную диафрагму 11 и отражается зеркалом 6 на входную

щель 15 монохроматора 7, настроенного на длину волны . Зеркало 6 создает изображение точки 13 на щели 15. Измеряют сигналы спектрорадиометра i 1 о положениях

поляризатора 8 спектрорадиометра, ориентированного соответственно параллельно и перпендикулярно плоскости электронной орбиты. Затем зеркало 6 устанавливают во второе фиксированное положение, при котором излучение с Дд из монохроматического осветителя проходит через апертурную диаф- рагму 11 и, отразившись от зеркала 6, направляется в щель 14. При этом

зеркала 4 и 6 создают изображение входной щели 14 монохроматора 3 на входной щели 15 монохроматора 7.Фотоприёмником 9 измеряются сигналы i () и i |(Яо) при положениях

поляризаторов, ориентированных соответственно параллельно и перпендикулярно плоскости электронной орбиты. Затем механизмом ввода-вывода градуируемый фотоприемник зводится в монохроматический пучок с длиной волны j,. Размер ее приемной площадки должен превышать размеры апёртурнойдиафрагмы 11.В этом случае монохроматический пуЧок излучения полностью перехваты3131423

вается приемной площадкой фотсприемв

ника и измеряются его сигналы i ifUo) лр

J. о

и 1 (Др) при положениях поляризатора 8 монохроматического осветителя соответственно параллельно и перпендикулярно плоскости электронной орбиты.

Чувствительность градуируемого фотоприемника 8(Лд) может быть определена из соотношений:

5

fO

25

)

.(1)

sTcv

i JL(O)

Ef, (Д(,)л,Ф ;

(3) ij. (Го) (о).

.

и E

рина

ЛЛ

10

где Л - спектj - расчетная спектральная плотность энергетической освещенности на апертурной диафрагме 11 создаваемая синхротронным излучением накопительного электронного коль .ца, соответственно для компонентов поляризации, совпадающих с плоскостью электронной орбиты и перпенди9 Э

кулярных ей. Расчет Ец и Е может быть произведен из измерений значений тока электронов (или числа ускоряемых электронов), энергии электронов, радиуса электронной орбиты и геометрии, в которой используется синхротронное излучение. Величина fiAjA определяется по результатам дополнительных измерений сигнала спектрорадиометра при сканировании монохроматической линии монохроматором 7. При этом может быть использован монохроматический поток Aj, создаваемый монохроматическим осветителем предлагаемого устройства, если его спектральная ши- гл й

ральная ширина, выделяемая монохро- матором 7 .

Расчетные соотношения (1) -. (3) справедливы, егли выделяемые моно- хроматорами 7 и 3 спектральные интервалы ЛД и дД связаны между

14237

5

fO

И

20

собой соотношением и выходная щель монохроматора 7 втрое и более раз превышает ширину входной спектральной щели 14.

Пример. В качестве монохро- маторов 7 и 3 использованы идентичные монохроматоры, собранные по схе- ме Эберта типа МДР-23 со сменными решетками, обеспечивающими спектральный диапазон 0,112-1000 мкм. Все устройство заключено в вакуумно- плотный корпус и вакуумируется.В качестве источника 1 излучения не- пользуется набор излучателей: в области спектра 0,1 - 0,3 мкм - дейте- риевая лампа ВМФ-25; в области спектра 0,3 - 2,5 мкм - светоизмеритель- ная лампа СИ6-40, в области спектра 2,5 - 50 мкм - нихромовая спираль, в области спектра 50-1000 мкм - ртутная лампа ДРТ-400. В качестве фотоприемника 9 спектрометра используются сменные фотоприемники:в области спектра 0,112-0,3 мкм - ФЗУ-142; 25 0,3-1,2 мкм - фотодиод ФД-24К (или ФЭУ-100, ФЭУ-62); -1,2-5,0 мкм - охлаждаемый фотодиод InSb; 5,0-9,0 мкм - охлаждаемое сопротивление Ge-Au;10- 1000 мкм - оптико-акустический эле- . мент Галея. Для отсечения высших порядков спектра дополнительно вместе с монохроматорами используются отрезающие светофильтры (интерферен- . ционные и отражательные). Поляризато- ры - сменные: в ИК области - дифракционные решетки,,работающие на пропускание; в видимой области - поляроидные пленки, в УФ области - отражательный поляризатор. Зеркала 6 и 4 сферические с радиусом кривизны 1000 мм (f 500 мм).

30

35

40

В качестве эталонного источника используется накопительное электронное кольцо Пламя-1. Расстояние от излучающей точки кольца 13 до апертурной диафрагмы 5.000 мм. Размер. излучающей области кольца 3 мм. Зеркало 6 создает уменьшенное изображение (1:10) области 13 на входной щели 15. Размер выходной щели 14-0,1 мм. Размер входной щели 15 0,1 мм, размер выходной щели монохроматора 7 1,0-3,0 мм.

Введение в устройство предлагае- мой конструкции спектрометра вместе : с эталонным источником 13, выполненным в виде накопительного кольца, позволяет увеличить спектральный

диапазон измерений. В приведенном примере реализации он составляет 0,112-1000 мкм, т.е. 4 декады по длинам волн.

Чувствительность прёдлаг аемого устройства также увеличилась, поскольку чувствительность спектрора- диометра существенно выше, чем чувствительность й звестных опорных приемников, так как практически полностью исключены составляющие систематической .погрешности, связанные с поляризацией излучения, неэквивалентностью освещения опорного и градуируемого фотоприемников и дру- г ими геометрическими факторами,а также наилучшим образом сог ласованы специфические свойства такого источника излучения, как накопительное кольцо с монохроматическим осветителем.

, Сог ласование геометрических размеров пучка-излучения достигается объединением оптической системы 4 с входным фокусирующим поворотным зеркалом 6 в афокальную оптическую систему, что позволяет сформировать монохроматический пучок на апертур- ной диафраг ме 11 с угловыми размерами, равными угловому размеру пучка синхротронного излучения. И в тоже время появляется возможность использовать пучок с большой угловой апер- , хроматора, второго поляризатора и

турой на выходе монохроматического осветителя. Использование одной и той же апертурной диафрагмы 11 для (Обоих сравниваемых пучков и установ- ка ее в фокальной плоскости фокусирующей оптической системы исключают составляющие погрешности, связанные с геометрией..При этом существенно упрощаются юстировка и согласование угловых апертур сравниваемых пучков синхротронног о излучения и монохроматического осветителя. Возможность использования большой уг ловой апертуры монохроматического осветителя увеличивает монохроматическую освещенность для приведенного примера реализации в 100 раз, так как если размер апертурной диафрагм а 50 мм, то относительное отверстие для пучка синхротронного излучения составляет 1/100, а относительное отверстие для пучка монохроматического излучения из монохроматора осветителя 1/10 и может быть увелифотоприемника, эталонный источник излучения выполнен в виде электрон Hoi o накопительног о кольца,держатель градуируемого фотоприемника

40 расположен между апертурной диафра мой и входным фокусирующим поворот ным зеркалом, причем апертурная диафрагма, держатель градуируемог фотоприемника с механизмом ввода-в

45 вода г радуируемого фотоприемника и входное фокусирующее поворотное зе кало жестко связаны между собой и механизмом, обеспечивающим последо вательно оптическую связь опорного

50 фотоприемника с монохроматическим осветителем и эталонным источником излучения, при этом входное фокуси рующее поворотное зеркало образует с фокусирующей оптической системой

55 афокальную оптическую систему, апе турная диафраг ма расположена в зад ней фокальной плоскости фокусирующей оптической системы, излучающа область эталонного источника излучено в 2-3 раза за счет выбора солее короткофокусньЕх зеркал 6. и 4.

Формула изобретения

Устройство для градуировки фотоприемников по спектральной чувствительности, содержащее монохроматический осветитель, состоящий из изO лучателя и монохроматора, расположенные последовательно по ходу излучения фокусирующую оптическую систему, апертурную диафрагму и держатель градуируемого фотоприемника с

5 механизмом ввода-вывода градуируемого фотоприемника из монохроматического пучка излучения, а также зта- лонный источник излучения и механизм, обеспечивающий последователь0 но оптическую связь опорного фотоприемника с монохроматическим осветителем и эталонным источником излучения, отличающееся тем, что, ,с целью расширения спект5 рального и динамического диапазонов измерений и повьшения точности, монохроматический осветитель дополнитель- но содержит поляризатор,установленный . мезкду источником излучения и монохрома0 тором, опорньм фотоприемник вьшолнен в виде спектрорадиометра, состоящего из расположенных последовательно по ходу излучения входного фокусирующего поворотного зеркала 5моно-.

, хроматора, второго поляризатора и

фотоприемника, эталонный источник излучения выполнен в виде электрон- Hoi o накопительног о кольца,держатель градуируемого фотоприемника

40 расположен между апертурной диафрагмой и входным фокусирующим поворотным зеркалом, причем апертурная диафрагма, держатель градуируемого фотоприемника с механизмом ввода-вы45 вода г радуируемого фотоприемника и входное фокусирующее поворотное зеркало жестко связаны между собой и с механизмом, обеспечивающим последовательно оптическую связь опорного

50 фотоприемника с монохроматическим осветителем и эталонным источником излучения, при этом входное фокуси- рующее поворотное зеркало образует с фокусирующей оптической системой

55 афокальную оптическую систему, апертурная диафраг ма расположена в задней фокальной плоскости фокусирующей оптической системы, излучающая область эталонного источника излучения и выходная щель монохроматора монохроматического осветителя являются оптически сопряженными относительно соответственно входного фокусирующего поворотного зеркала и

афокальной оптической системы с входной спектральной щелью монохроматора спектрорадиометра, а оба поляризатора ориентированы таким образом,что направления их осей совпадают.

Изобретение относится к области энерг-етической спектрофотометрии и может быть применено в качестве исходного средства для метрологической аттестации первичных преобразователей и измерителей потока излучения и энергетической освещенности. Целью изобретения является расширение спектрального и динамического диапазонов и повьппение точности измерений. Устройство реализует метод замещения градуируемого приемника опорным, в качестве опорного приемника применен спектрорадиометр,калибруемый по эталонному источнику. Новым в устройстве является создание конструкции, сог ласующей угловые поляризационные и динамические характеристики эталонного источника излучения - синхротронного источника излучения накопительного кольца и монохроматического осветителя за счет тог о, что фокусирующее поворотное зеркало спектрорадиометра образует . с фокусирующей оптической системой монохроматического осветителя афо- кальную оптическую систему. 1 ил. с (Л со 4: to со

IS

Редактор А.Лежнина

Составитель В.Калечиц

Техред В.Кадар Корректор Е.Рошко

Заказ 2205/44 Тираж 777 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4.