基于可调谐激光的探测器响应定标装置关键技术研究

来源 :中国计量大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wiltonx
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自激光器问世以来,各种类型的激光器被研制,并带动了各种基于激光光源的应用发展。相比于其它光源,激光光源具有高功率、高单色性、宽光谱和极低的波长不确定度。随着激光技术的发展,之前基于灯-单色仪系统的定标装置逐渐被基于激光光源的装置所替代。近些年来,国际上德国、英国、美国等许多发达国家的科研机构相继建立了基于激光光源的测量装置,促进了光电产业的发展和产品质量的提升,实现了探测器、遥感仪器光谱响应度高精度定标和特性测量研究。(1)提出了通过将脉冲光转换成连续光的方案来避免脉冲光高峰值功率而导致探测器的非线性饱和问题。通过示波器和高速光电探测器的组合测试了激光光源的脉冲情况,原始激光脉冲的周期大约为12.5ns,脉冲宽度约为130fs。通过使用不同长度光纤组成的光纤束可以将脉冲光转换成连续光从而使脉冲峰值功率降低,同时基于光纤的脉冲展宽器具有性能稳定和效率高的优势。并且制作了由100根光纤组成的脉冲光展宽器,通过实验测试并分析了激光脉冲经过展宽器后的输出光束,高峰值功率脉冲被转换成许多小脉冲,脉冲宽度在时域上进行了展开,峰值功率得到了降低。分析了原始脉冲展宽前后对硅光电探测器输出信号的影响,当原始激光输入时,探测器输出信号抖动范围为6μV;而经过100根光纤展宽器的激光输出对应的探测器输出信号抖动为1.4μV,信号抖动降低了约76.7%。在此基础上,提出了使用200根光纤并对其进行两两配对的方法来优化连续光在时域上强度分布不均匀的问题。经过200根光纤展宽器的激光输出对应的探测器输出信号抖动为1μV,信号抖动得到了进一步降低,相较于原始脉冲对应的探测器信号抖动降低了83.3%。因此通过光纤束将脉冲光转换成连续光不仅能够降低脉冲的高峰值功率,而且可以优化探测器输出信号的抖动幅度,该脉冲展宽器在探测器响应定标中具有积极的作用。(2)提出了基于微透镜阵列使入射激光束整形从而实现用于探测器定标的均匀光场。结合宽光谱可调谐激光光源,单个紧凑型微透镜阵列具有结构简单,能量利用率高的优点,因此针对该光学系统进行了软件仿真模拟。通过使用微透镜阵列建模仿真,在理论上得到了不均匀性为0.2%的均匀光场,满足目标需求。基于微透镜阵列搭建了一套激光匀束整形光路,通过均匀性扫描仪测量了感兴趣范围20mm×20mm的数据,在波长600nm时得到了较好的均匀辐射场,其不均匀性为0.24%,与理论结果具有较好的一致性。理论推导分析了不均匀性低的辐射场能够降低定标测量的相对标准不确定度,因此高度均匀辐射场在高精度的定标应用上具有重要的作用,在计量领域具有积极的意义。(3)搭建了一套基于掺钛蓝宝石激光器的可调谐激光系统,掺钛蓝宝石激光光源可连续输出在680nm-1080nm范围内的波长,通过结合光学参量振荡器(OPO)和激光参量振荡器倍频器(SHG+THG+FHG)可产生连续可调谐的宽带光谱,该激光系统可以覆盖190nm-4000nm的波段范围,其中平均光谱功率约为1000m W。结合脉冲转连续光转换器和光学匀束准直光路,搭建了基于该可调谐激光光源的探测器响应定标装置,该装置具有波长精度高、易于调整、光谱带宽窄、信噪比高等优点。
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