硅光电探测器光谱响应度测量标准装置
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硅光电二极管的光谱响应测量及其响应时间研究
Modern Physics 现代物理, 2020, 10(5), 73-78Published Online September 2020 in Hans. /journal/mphttps:///10.12677/mp.2020.105008硅光电二极管的光谱响应测量及其响应时间研究曾丽娜，李林*，李再金，杨红，李功捷，赵志斌，李志波，乔忠良，曲轶，刘国军海南师范大学，物理与电子工程学院，海南省激光技术与光电功能材料重点实验室，海南海口收稿日期：2020年8月11日；录用日期：2020年8月27日；发布日期：2020年9月3日摘要在气流和温度稳定，卤素灯照明为背景光的环境下，当硅光电二极管未达到最大响应时测量了硅光电二极管对入射光波长为400 nm至1050 nm的光谱响应。
分析了硅光电二极管的光谱响应的影响条件和硅光电二极管的光谱响应规律。
在测光电路中采用不同的负载电阻和偏置电压测试硅光电二极管的响应时间，解释了硅光电二极管的物理特性。
关键词硅光电二极管，光谱响应，时间响应Study on Measurement of Spectral Response and Response Time of Silicon PhotodiodesLina Zeng, Lin Li*, Zaijin Li, Hong Yang, Gongjie Li, Zhibin Zhao, Zhibo Li, Zhongliang Qiao, Yi Qu, Guojun LiuKey Laboratory of Laser Technology and Optoelectronic Functional Materials of Hainan Province, College of Physics and Electronic Engineering, Hainan Normal University, Haikou HainanReceived: Aug. 11th, 2020; accepted: Aug. 27th, 2020; published: Sep. 3rd, 2020AbstractThe spectral response of Silicon photodiodes with incident light wavelengths of 400 nm to 1050 nm is measured when Silicon photodiodes do not reach maximum response in the background *通讯作者。
硅光电探测器光谱响应度测量标准装置
硅光电探测器光谱响应度测量标准装置张建民林延东邵晶樊其明(中国计量科学研究院，北京100013)摘要本文介绍了硅光电探测器光谱响应度测量的原理和装置，描述了相对和绝对光谱响应度标定方法，详细分析了引起标定误差的因素和误差合成，简要分析了国际比对结果。
本装置的波长范围为300～1000nm，相对光谱响应的不确定度(1σ)为0.21%～0.86%，绝对光谱响应的不确定度(1σ)为0.25%～0.87%。
关键词：光电探测器相对光谱响应度绝对光谱响应度硅半导体材料和硅光电器件工艺的发展，使硅光电探测器的灵敏度、温度系数、表面均匀性和稳定性等都达到了相当完善的程度。
它已经在光学测量方面成为普遍采用的传感器，在光度、色度、光谱辐射和激光辐射等精密光学测量领域尤其受到重视。
几乎在所有的测量中均要求精确测定它的光谱响应度，因此，建立硅光电探测器的光谱响应度测量标准装置是十分必要的〔1，2〕。
1 测量原理光电探测器的光谱响应度分为绝对的和相对的两类〔3〕。
绝对光谱响应度又分为辐通量响应度和辐照度响应度。
绝对光谱辐通量响应度定义为：在规定的波长λ上，光电探测器输出的短路电流I(λ)与入射到该探测器的辐通量(功率)之比：(λ)定义为：在规定的波长λ上，光电探测器输绝对光谱辐照度响应度RE出的短路电流I(λ)与照射到该探测器表面的辐照度E(λ)之比：上进行归一相对光谱响应度R(λ)系指绝对光谱响应度在某一特定波长λ化的光谱响应度：硅光电探测器光谱响应度的测量和标定分两步进行：首先，在光谱响应度标准装置上，通过与无光谱选择性参考探测器的比较，标定相对光谱响应度；然后在相同装置上，通过与陷阱二极管保存的激光功率标准的比较，标定绝对光谱响应度。
1.1 硅光电探测器光谱响应度测量标准装置在此装置上既能标定硅光电探测器的相对光谱响应度，又能标定绝对光谱响应度。
装置的光路图如图1所示，用溴钨灯做辐射源L1，其色温在3000～3200K，由凹面反射镜M1将L1的灯丝成像在棱镜-光栅双单色仪Mn的入射狭缝上。
200_400nm波段光电探测器光谱响应度测量装置研究
波长 收系数 ( %)
( %) 数 ( %) 数 ( %)
(nm) ( %)
波长 ( %)
装调 辐射计 均值不
( %)
随机不 不确定 确定度
确定度 度 ( %) ( %)
B类 ( %)
A类 ( %)
标准 不确 定度
2 Uc ( %)
( %)
( %)
B类 B类 B类 B类 B类 B类 B类 B类 A类 A类
图 1 47615nm 波长下 No1 无窗紫敏硅光电 探测器 5 次绝对定标数据
No1 无窗紫敏硅光电探测器在 47615nm 响应 度的平均值为 0124778 (A/ W) ,标准偏差为 313 × 10 - 5 。 113 紫外光谱响应度标准测量装置[1 ]
测量装置 (图 2) 采用了功率为 150W 的点弧氙 灯 ,配合相应的光路设计 ,可获得较强的紫外波段辐 射 。单 色 仪 适 用 于 紫 外 波 段 ( 光 栅 闪 耀 波 长 200nm ,效率 > 65 %) 。使用的平面反射镜及凹面反 射镜采用紫外增反铝进行镀膜 ,使紫外功率衰减减 小到最少 。调制器采用了 Stanford 生产的 SR540 调制器 ,斩波频率精度优于 1 %。
260 0106 - 4 E - 06 0. 1 0. 03 0. 05 0. 01 0. 2 0. 1 0. 8 0. 8 0. 26 1. 1 1. 14 2. 28
·1 4 ·
计量技术 20081No 2
测量与设备
送计算机处理 。单色仪 、旋转平台 、滤光片轮驱动器 及光学快门 、数据采集 、处理由计算机自动控制 。
图 5 紫外波段光电探测器光谱响应度测量装置原理图
在同样光束条件下 ,用腔型热释电探测器在波
硅基红外探测器件的光谱响应特性分析
硅基红外探测器件的光谱响应特性分析近年来，随着红外技术的广泛应用，硅基红外探测器件作为一种重要的红外探测技术，受到了越来越多的关注。
本文将对硅基红外探测器件的光谱响应特性进行分析。
1. 硅基红外探测器件的基本原理硅基红外探测器件利用硅材料的光电特性，通过探测物体发出的红外辐射来实现探测功能。
其基本原理是利用硅材料在受到红外辐射后，会产生电子和空穴对，通过外加电压或电场的作用，将电子和空穴分离，并形成电流信号，从而实现对红外辐射的探测。
2. 硅基红外探测器件的光谱范围硅基红外探测器件的光谱范围主要集中在长波红外（LWIR）和中波红外（MWIR）两个区域。
其中，LWIR波段通常涵盖了8-14微米的红外辐射，而MWIR波段通常涵盖了3-5微米的红外辐射。
3. 硅基红外探测器件的光谱响应特性硅基红外探测器件的光谱响应特性受到硅材料本身的能带结构和探测结构的影响。
在红外波段，由于硅材料的能带结构限制，其本身对红外辐射的吸收效果较弱。
因此，为了提高硅基红外探测器件的光谱响应特性，常常需要进行红外增强技术的应用。
4. 硅基红外探测器件的光谱增强技术为了增强硅基红外探测器件对红外辐射的吸收效果，研究人员采用了一系列的技术手段进行改进。
其中包括红外吸收材料的引入、探测结构的优化等。
通过这些技术手段，硅基红外探测器件的光谱响应特性得到了显著的提升。
5. 硅基红外探测器件的应用前景随着红外技术的不断发展和需求的增加，硅基红外探测器件在军事、安防、航天等领域有着广泛的应用前景。
其相比于其他红外探测技术，具有成本低、体积小、可靠性高等优势，因此备受关注。
综上所述，硅基红外探测器件具有良好的光谱响应特性，并且通过红外增强技术的应用，其光谱响应特性得到了进一步优化。
未来，随着技术的不断发展，硅基红外探测器件在红外领域的应用前景将更加广阔。
30902-2006 光电探测器绝对光谱响应率检定规程
光电探测器绝对光谱响应率检定规程
一、目的
本规程的目的是为了规定光电探测器绝对光谱响应率的检定方法、步骤和要求，以确保光电探测器在光谱响应方面的准确性和可靠性。
二、适用范围
本规程适用于所有类型的光电探测器，包括光电二极管、CCD（电荷耦合器件）和CMOS（互补金属氧化物半导体）等。
三、检定方法
1. 绝对光谱响应率的定义：绝对光谱响应率是指光电探测器在某一特定波长下的光电流响应值与入射光强之比。
2. 检定设备：需要使用光谱辐射计、标准光源、光功率计、稳压电源等设备。
3. 检定步骤：
a. 将光电探测器与稳压电源连接，确保电源稳定；
b. 将标准光源的光束准直，通过光功率计测量光强；
c. 将光电探测器对准标准光源，调整探测器与光源的距离，使光束通过探测器；
d. 记录探测器的光电流响应值；
e. 重复以上步骤，对不同波长的标准光源进行测量，获得探测器的光谱响应曲线。
四、数据处理
1. 根据测量得到的光电探测器在各波长下的光电流响应值，计算绝对光谱响应率。
2. 将计算得到的光电探测器绝对光谱响应率与标准参考值进行比较，得出结论。
五、质量保证措施
1. 在检定过程中要保证设备完好、准确度高；
2. 严格遵守操作规程，保证测量结果的准确性；
3. 对测量数据进行审核，确保数据的可靠性。
光电子计量服务能力表 光电探测器绝对光谱响应率标准装置 说明书
光电子计量服务能力表光电探测器绝对光谱响应率标准装置1．装置介绍装置主要由低温辐射计、四个波长的激光器、激光功率稳定器以及电测仪器等组成。
根据电替代原理，测量光辐射功率，进而实现光电探测器绝对光谱响应率的标定。
2．主要用途装置主要用于校准、传递探测器的绝对光谱响应率和高精度光辐射功率测量，解决了光功率和光电探测器绝对光谱响应率的绝对溯源。
3．主要技术指标1)光辐射功率：测量范围：(0.1～2)mW；测量不确定度：0.03% (632.8nm、1.06µm波长)(k=2)2)探测器绝对光谱响应率测量范围：(10-3～1) V/W测量不确定度：632.8nm、1.06µm 波长：0.05%(k=2) 其他波长：1.8%(k=2)1.5µm/0.78µm波分复用波长标准装置1．装置简介装置主要由吸收室、半导体激光器、稳频器等组成。
窄线宽DFB激光束经过准直分光后，一路通过吸收室产生的吸收谱线由接收器接收后，转换成电压信号经锁放、稳频器去控制DFB光源的驱动源，调整其驱动电流，使DFB激光器输出波长稳定；另一路输出标准波长。
2．主要用途主要用于WDM，DWDM系统中常用的光波长计、光谱仪等波长测量仪的检定/校准。
3．主要技术指标真空波长：780.2458nm、1542.3837nm波长稳定性：3×10-8 (积分时间为1s)波长不确定度：1×10-7 (k=2)光纤功率标准/光通信用功率计标准装置1．装置简介主要由以低温辐射计为溯源基准的功率校准装置和用功率叠加法测量光纤功率计非线性系统组成。
利用热电堆和光陷型探测器把光功率溯源到低温辐射计；采用改进型功率叠加法实现宽动态范围光纤功率计非线性测量。
2．主要用途主要用于光通信用光功率计功率示值及线性度检定/校准，解决了光纤功率计的量值溯源问题。
3．主要技术指标功率测量：波长范围：400nm∼1600nm测量波长：780nm、850nm、980nm、1310nm、1480nm、1550nm功率测量范围：10µW∼2mW测量不确定度：1.2% (k=2)功率计非线性:测量波长点：1310nm、1550nm测量范围：60dB测量不确定度：0.2% (k=2)紫外光功率计标准装置1、装置简介装置主要由光学系统、紫外激光器、热释电功率计、紫外衰减器及计算机控制等部分组成。
光电探测器光谱响应度和响应时间的测量(刘1)_百度文库解析
光电探测器光谱响应度的测量光谱响应度是光电探测器的基本性能之一，它表征了光电探测器对不同波长入射辐射的响应。
通常热探测器的光谱响应比较平坦，而光子探测器的光谱响应却具有明显的选择性。
一般情况下，以波长为横坐标，以探测器接受到的等能量单色辐射所产生的电信号的相对大小为纵坐标，绘出光电探测器的相对光谱响应曲线。
典型的光子探测器和热探测器的光谱响应曲线如图1－1所示。
一、实验目的（1）加深对光谱响应概念的理解；（2）掌握光谱响应的测试方法；（3）熟悉热释电探测器和硅光电二极管的使用。
二、实验内容（1）用热释电探测器测量钨丝灯的光谱辐射特性曲线；（2）用比较法测量硅光电二极管的光谱响应曲线。
三、基本原理光谱响应度是光电探测器对单色入射辐射的响应能力。
电压光谱响应度定义为在波长为λ的单位入射辐射功率的照射下，光电探测器输出的信号电压，用公式表示，则为（1－1）而光电探测器在波长为λ的单位入射辐射功率的作用下，其所输出的光电流叫做探测器的电流光谱响应度，用下式表示（1－2）式中，P(λ为波长为λ时的入射光功率；V(λ为光电探测器在入射光功率P(λ作用下的输出信号电压；I(λ则为输出用电流表示的输出信号电流。
为简写起见，和均可以用表示。
但在具体计算时应区分和，显然，二者具有不同的单位。
通常，测量光电探测器的光谱响应多用单色仪对辐射源的辐射功率进行分光来得到不同波长的单色辐射，然后测量在各种波长辐射照射下光电探测器输出的电信号V(λ。
然而由于实际光源的辐射功率是波长的函数，因此在相对测量中要确定单色辐射功率P(λ需要利用参考探测器（基准探测器）。
即使用一个光谱响应度为的探测器为基准，用同一波长的单色辐射分别照射待测探测器和基准探测器。
由参考探测器的电信号输出（例如为电压信号）可得单色辐射功率，再通过（1－1）式计算即可得到待测探测器的光谱响应度。
本实验采用图1－2所示的实验装置。
用单色仪对钨丝灯辐射进行分光，得到单色光功率P(λ。
硅光电池的光谱响应测试技术
硅光电池的光谱响应测试技术金解云【摘要】以精密单色仪、斩波器SR540、卤钨灯光源、样品室和自主研发的交流放大滤波电路等硬件搭建成一套光谱响应测试系统。
该系统软件以VC++6.0为开发平台，主要实现了计算机对单色仪中的扫描仪参数设置以及波长连续扫描控制，精确测量波长400～1 100 nm的光谱响应值；利用光谱响应理论公式，采用最小二乘法可对单晶硅的性能参数（SP、LP和 SN、LN）实现自动拟合。
【期刊名称】可再生能源【年(卷),期】2014(032)005【总页数】4【关键词】VC++6.0；光谱响应；最小二乘法0 引言光伏发电的核心器件是太阳能电池。
硅光电池的数量占所有太阳能电池的98%以上。
为提高太阳能电池转换效率和降低成本，对其参数进行测试，尤其是进行太阳能电池的光谱响应测试是非常重要的[1]。
目前，我国的太阳能电池光谱响应测量理论、技术与应用的研究水平，与国际先进水平相差悬殊。
这些测试系统基本上局限于测试曲线的绘制，对于测试结果的后续处理和分析还不完善。
一些光谱响应测试系统自动化和智能化程度比较低，操作人员常常要预先进行经验判断，因此测试结果的正确性得不到很好保证。
有些机构可能会使用进口的仪器进行测试实验，然而，国外对比较先进的太阳能电池测试技术与设备对我国的出口实行比较严格的限制。
因此，我们必须研发一种光谱测试范围宽、智能化、自动化、精度高、数据处理方便的测试系统。
本文针对目前国内在硅光电池光谱响应测试技术及性能参数拟合等方面存在的不足和局限，以硅光电池为研究对象，从光谱响应理论与半导体理论出发，综合考虑各种因素的影响，建立较为系统的硅光电池光谱理论，研制出完善的光谱响应测试系统，对硅光电池的光谱响应进行准确测量及性能参数拟合。
为进一步开发功能更完备的太阳能电池光谱响应测试系统进行了理论研究和技术准备。
1 光谱响应公式图1为考虑光通量为φ0的光子入射到“P在N上”的硅光电池结构表面的结构图。
光电探测器相对光谱响应度的测试(PPT课件)
2
典型的光子探测器和热探测器的光谱响应曲线
在实际应用中，大多数情况最关心探测器的相对光谱响应 度。本实验采用标准探测器法（本实验选择光电三极管做 标准探测器）测量探测器的相对光谱响应度，即用已经标 定好相对光谱响应度的标准探测器先得到在波长为 l时的探 测器的输出电流 I标(l)（本实验采用光电三极管作为标准探 测器），再利用被测探测器探测得到在波长为 l时的探测器 的输出电流I(l)。
R相对 l I标 l R标 l max
在实际测量时，每个探测器输出的光电流都要经过 I-V变换 为电压信号，即计算机采集到的是电压信号，软件的数据 处理过程中，将此电压信号除以反馈电阻值就是光电探测 器响应的电流I(l)。
4Байду номын сангаас
三、实验装置
5
四、实验步骤
1、打开光源开关，将单色仪入射狭缝S1的大小调到1mm，调整聚光镜的位置，使光源发 出的光经会聚后准确投射到狭缝S1处； 2、把装有标准探测器（光电三极管）的模块放在单色仪出射狭缝后的套筒内，并用旋钮 将其固定； 3、在控制面板上，把标准探测器光电三极管模块所带数据线的红色插头插在图 12-3中的 孔1中，黑色插头插在孔2中，选择10K的电阻插在孔4和5上； 4、接通仪器总电源； 5、调整单色仪出射狭缝大小为0.5mm； 6、运行软件，选择“探测器光谱响应”标签页，点屏幕右下角的“启动单色仪”，单色 仪初始化完成后，在“波长扫描目标位置”框中输入370nm，然后点击“扫描”，待单色 仪扫描到370nm后，点击左侧的“采集数据”（此按键有自动按现在单色仪的目标位置以 波长扫描间距为步长增加波长的功能），数据采集将从380nm开始采集数据； 7、更换被测探测器：光敏二极管、光敏电阻、硅光电池，把单色仪扫描到370nm位置， 重复以上步骤，注意在步骤3中，光敏二极管、光敏电阻各自模块所带数据线的红色插头 插在图14-4中的孔 1中，黑色插头插在孔 2中；光敏二极管在孔 4和 5上插500K电阻，光敏 电阻在孔4和5上插1K电阻；硅光电池的红色插头插在图 14-4中的3，黑色插头插在其中的 2，4和5上插500K的电阻。对于被测探测器在软件上最好需要按“数据归一化”按钮； 8、数据采集完之后按“数据归一化”按钮，得到相对光谱响应度，屏幕右侧显示出相对 6 光谱响应度随波长的变化曲线。
典型的光子探测器和热探测器的光谱响应曲线
在实际应用中，大多数情况最关心探测器的相对光谱响应 度。本实验采用标准探测器法（本实验选择光电三极管做 标准探测器）测量探测器的相对光谱响应度，即用已经标 定好相对光谱响应度的标准探测器先得到在波长为 l时的探 测器的输出电流 I标(l)（本实验采用光电三极管作为标准探 测器），再利用被测探测器探测得到在波长为 l时的探测器 的输出电流I(l)。
R相对 l I标 l R标 l max
在实际测量时，每个探测器输出的光电流都要经过 I-V变换 为电压信号，即计算机采集到的是电压信号，软件的数据 处理过程中，将此电压信号除以反馈电阻值就是光电探测 器响应的电流I(l)。
4Байду номын сангаас
三、实验装置
5
四、实验步骤
1、打开光源开关，将单色仪入射狭缝S1的大小调到1mm，调整聚光镜的位置，使光源发 出的光经会聚后准确投射到狭缝S1处； 2、把装有标准探测器（光电三极管）的模块放在单色仪出射狭缝后的套筒内，并用旋钮 将其固定； 3、在控制面板上，把标准探测器光电三极管模块所带数据线的红色插头插在图 12-3中的 孔1中，黑色插头插在孔2中，选择10K的电阻插在孔4和5上； 4、接通仪器总电源； 5、调整单色仪出射狭缝大小为0.5mm； 6、运行软件，选择“探测器光谱响应”标签页，点屏幕右下角的“启动单色仪”，单色 仪初始化完成后，在“波长扫描目标位置”框中输入370nm，然后点击“扫描”，待单色 仪扫描到370nm后，点击左侧的“采集数据”（此按键有自动按现在单色仪的目标位置以 波长扫描间距为步长增加波长的功能），数据采集将从380nm开始采集数据； 7、更换被测探测器：光敏二极管、光敏电阻、硅光电池，把单色仪扫描到370nm位置， 重复以上步骤，注意在步骤3中，光敏二极管、光敏电阻各自模块所带数据线的红色插头 插在图14-4中的孔 1中，黑色插头插在孔 2中；光敏二极管在孔 4和 5上插500K电阻，光敏 电阻在孔4和5上插1K电阻；硅光电池的红色插头插在图 14-4中的3，黑色插头插在其中的 2，4和5上插500K的电阻。对于被测探测器在软件上最好需要按“数据归一化”按钮； 8、数据采集完之后按“数据归一化”按钮，得到相对光谱响应度，屏幕右侧显示出相对 6 光谱响应度随波长的变化曲线。
光电探测器相对光谱响应度标准
光电探测器相对光谱响应度标准
王振常;易庆祥
【期刊名称】《计量学报》
【年(卷),期】1990(011)001
【总页数】6页(P1-6)
【作者】王振常;易庆祥
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TN36
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硅光电探测器光谱响应度测量标准装置张建民林延东邵晶樊其明(中国计量科学研究院，北京100013)摘要本文介绍了硅光电探测器光谱响应度测量的原理和装置，描述了相对和绝对光谱响应度标定方法，详细分析了引起标定误差的因素和误差合成，简要分析了国际比对结果。
本装置的波长范围为300～1000nm，相对光谱响应的不确定度(1σ)为0.21%～0.86%，绝对光谱响应的不确定度(1σ)为0.25%～0.87%。
关键词：光电探测器相对光谱响应度绝对光谱响应度硅半导体材料和硅光电器件工艺的发展，使硅光电探测器的灵敏度、温度系数、表面均匀性和稳定性等都达到了相当完善的程度。
它已经在光学测量方面成为普遍采用的传感器，在光度、色度、光谱辐射和激光辐射等精密光学测量领域尤其受到重视。
几乎在所有的测量中均要求精确测定它的光谱响应度，因此，建立硅光电探测器的光谱响应度测量标准装置是十分必要的〔1，2〕。
1 测量原理光电探测器的光谱响应度分为绝对的和相对的两类〔3〕。
绝对光谱响应度又分为辐通量响应度和辐照度响应度。
绝对光谱辐通量响应度定义为：在规定的波长λ上，光电探测器输出的短路电流I(λ)与入射到该探测器的辐通量(功率)之比：(λ)定义为：在规定的波长λ上，光电探测器输绝对光谱辐照度响应度RE出的短路电流I(λ)与照射到该探测器表面的辐照度E(λ)之比：上进行归一相对光谱响应度R(λ)系指绝对光谱响应度在某一特定波长λ化的光谱响应度：硅光电探测器光谱响应度的测量和标定分两步进行：首先，在光谱响应度标准装置上，通过与无光谱选择性参考探测器的比较，标定相对光谱响应度；然后在相同装置上，通过与陷阱二极管保存的激光功率标准的比较，标定绝对光谱响应度。
1.1 硅光电探测器光谱响应度测量标准装置在此装置上既能标定硅光电探测器的相对光谱响应度，又能标定绝对光谱响应度。
装置的光路图如图1所示，用溴钨灯做辐射源L1，其色温在3000～3200K，由凹面反射镜M1将L1的灯丝成像在棱镜-光栅双单色仪Mn的入射狭缝上。
色散后，辐射在光阑B1上，再经过反射镜M2和M3，在参考探测器Dr或被测探测器Ds上形成B1的像S1，放大倍数调整到1∶1，光斑直径约为5mm。
S1的像前安放有分束器B s ，约有70%的光透过，30%反射。
并在辅助探测器Ds前也形成1∶1的像S2，以消除光束不稳定和光束不对称造成的误差。
在单色仪Mn的入射狭缝前安放有调制器Ch 和限制进入单色仪孔径的光阑B2，用以减少杂散辐射和调整孔径角，光束发散角(全角)为F/6.8。
光路中安放有电快门Sw，供测量暗电流使用。
图1 硅光电探测器光谱响应度测量标准装置光路图绝对定标可以应用单色仪输出的单色辐射做辐射源，它定标方便，但有信号弱等缺点。
也可应用消除偏振光的强激光做辐射源，这时由激光器L2做辐射源，辐射进入积分球I，在积分球出射口可形成均匀的、带宽很窄的非相干单色辐射源，辐射通过可移动反射镜M4和其它光学系统在S1处形成相应的像。
由于辐照度均匀，即使探测器表面响应度不够均匀，也只带来很小的误差。
对辐射源进行斩波调制，辅助、标准和被测探测器的光电信号均经I/V变换后送入锁相放大器放大。
用微计算机进行自动控制、数据采集、计算和处理，全部过程实现自动化。
1.2 无光谱选择性参考探测器参考探测器采用电校准热释电功率计，该仪器虽能直接测量辐通量和辐照度，但是由于误差大，只用它做相对光谱响应标准的参考探测器，而用陷阱二极管保存的激光小功率标准做绝对定标。
图2 测量金黑吸收系数的示意图热释电探测器的表面虽有金黑吸收层，其吸收系数基本上与波长无关，但在300～1200nm波长范围内约有0.2%～0.6%的反射，随波长而异。
为验证该项误差以及得到修正系数，我们做了如图2所示的实验。
首先，在图1的标定装置像平面S1处放置一个带5mm中心孔的大面积硅探测器。
接收面背向辐射的入射方向，让由单色仪出来的单色辐射通过中心孔照在一个已知反射比ρs(λ)的标准白板上，白板和探测器之间加一个8mm光阑，白板的反射部分由带中心孔的大面积硅探测器测量，得到读数Is；然后再换上做参考用的热释电探测器，二者光阑的大小、光阑的反射比等条件相同，在大面积硅探测器上又得到一个读数I t ，则热释电探测器表面反射比ρt(λ)为：这种方法很简便。
测得结果如图3所示，与文献上发表过的数据接近。
热释电探测器的吸收系数经修正后，剩余误差为±0.15%。
图3 热释电探测器表面反射比2 误差考察与评估2.1 参考探测器修正吸收系数之后的残差此项误差为±0.15%。
2.2 单色仪带宽误差当参考探测器和被标定标准探测器的光谱响应的斜率不同时，单色仪带宽会引进误差。
该误差可通过反卷积的数学方法进行很好的修正，但处理繁琐，常出现病态方程。
该误差又不大，因此在很窄的带宽内对探测器的光谱响应、单色仪的狭缝函数、光源的辐射分布都作线性化处理，得到修正系数如下：(λ)B(λ)Δ2/6K(λ)=1-Ks(6) 其中：K(λ)为探测器的相对光谱响应的斜率；B(λ)为光源的辐射分布斜率；sΔ为单色仪带宽的半宽度。
对标准探测器的计算结果，引进误差为±0.05%。
2.3 光电测量部分的非线性本装置对辐射源进行调制，并用锁相放大器进行测量，减小了杂散光的影响，提高了测量精度。
但锁相放大器有可能引进非线性误差。
用双孔径法对带硅光电二极管的锁相放大器进行测量，其非线性误差为±0.1%。
最近又用双光束法对带硅光电二极管的锁相放大器和热释电功率计进行测量，其非线性误差在所应用的范围内为±0.1%。
2.4 探测器温度系数的影响硅探测器的温度系数在大部分波长虽然很小，但在红外却是不可忽略的，这里测量了硅光电二极管的温度系数，除在950～1000nm略大于手册给出的值外，其余均和手册符合。
如对标准探测器和辅助探测器进行恒温控制，温度不稳定性为±0.1°C，则所引起的误差为：波长300～950nm段误差＜0.02%；950～1000nm 段＜0.05%；1000～1100nm段＜0.1%；2.5 波长引起的误差和修正单色仪的准确度经过对汞灯的546.1nm、1014.0nm和He-Ne激光633nm波长的标定，波长误差为±0.2nm。
对光谱响应度的影响为：波长300nm处误差为0.03%；350nm处0.07%；400nm处0.1%；450～950nm段0.05%；1000～1100nm 段0.2%。
2.6 时间常数误差热释电功率计在慢速档位的时间常数为18秒。
硅光电二极管时间常数虽很小，但是锁相放大器一般用1秒的时间常数。
在测量中，均在7～8倍的时间常数后测量，此项误差为0.05%。
2.7 杂散辐射带来的误差试验中发现，用截止滤光片法测量双单色仪的杂散辐射，在460nm处测量，其杂散光在10-5以下，大于此波长的杂散辐射应该更小，因此可忽略此项误差。
通带外的杂散辐射，因采用了调制锁相方法测量，影响也很小，用移动快门的方法检查，未发现测量随机误差以上的影响。
2.8 偏振影响由于硅光电二极管的窗口为石英玻璃，又由于光路中有分光系统和分束器，可能会造成偏振误差。
为减少这种误差，分束器使用蒸铝金属膜，让其保持与光轴的夹角尽量小，用替代法消除偏振带来的影响。
经在0°、45°和90°等不同放置角度的同一探测器实验，未发现太大的影响。
2.9 辐射源和探测器表面均匀性影响这项误差是不可忽略的，可先测量探测器响应的面均匀性S(x,y,λ)和辐射源辐照度分布E(x,y,λ)，然后用下式修正：测量虽很简单，但是怎样修正和估计误差却是很难的，由于每次装调探测器的位置不同，上式的S、E函数就不同，因此很难做到准确的修正。
我们用重复装调的方法得出该项误差为±0.2%～±0.52%。
2.10 暗电流和漂移的影响由于采用锁相放大器进行调制辐射测量，硅光电二极管的暗电流和漂移影响很小。
对漂移大的热释电功率计，则采用扣除暗电流(势)的方法处理。
2.11 绝对定标引入的附加误差除基准探测器具有0.1%的误差外，还有基准探测器过渡到被测探测器的随机误差，两项合成，对于绝对光谱响应引入±0.14%的附加误差。
2.12 综合误差(如表1所示）3 测量结果的旁证国际计量局(BIPM)于1993年组织了一次硅光电二极管光谱响应的国际比对，共有18个国家参加，我们也参加了，所得数据对我们建立的标准是有力的旁证。
比对结果表明，我们的相对光谱响应符合的很好，与BIPM的比值在400～1200nm符合在±0.8%，比值是短波大、长波小〔4〕。
其它国家与BIPM的比值也是如此，考虑这个因素，我们和几个先进国家符合在±0.4%之内，这在我们的标准的误差范围之内。
绝对响应值比多数国家平均值高约4%，经理论分析与实验验证发现，激光束在探测器窗口上的干涉效应是产生这种差别的主要原因〔5〕。
4 结论本装置的波长范围为300～1100nm，相对光谱响应的不确定度(1σ)为0.21%～0.86%，绝对光谱响应的不确定度(1σ)为0.25%～0.87%。
该装置将进一步改进，争取达到0.1%的不确定度。
表1 综合误差表波参吸考收探系带宽误非线性温度系时间常波长影测不量确平定装调不 B A合不成确标定2.5Uc参考文献1Corrons A, Zalewski E. Detector Spectral Response from 350 to 1200nm using a Monochromator based Spectral Comparator. NBS TN 988, 19782Sopori B L. A Spectral Response Measurement System for Large-area Solar Cells. Solar Cells, 1987, 22(4): 287～2943Determination of the Spectral Responsivity of Optical Radiation Detectors. CIE TC2.2 (CIE 技术报告)，19844 李在清.我国光辐射计量学的发展.照明工程学报，1995，6(3)：57～675 张建民，郭正强，李在清.窗口对硅光电二极管表面的均匀性的影响.见：第六届全国光学测试学术讨论会论文(摘要)集，74-75.中国光学学会光学测试专业委员会，1995年9月A Standard Facility for Spectral ResponseMeasurementof Silicon PhotodiodesZhang Jianmin, Lin Yandong, Shao Jing, Fan Qiming(National Institute of Metrology, Beijing 100013)Abstract——A standard facility and principle for spectral response measurement of silicon photodiodes are introduced. The calibration methods of relative spectral responsivity and absolute spectral responsivity are described. The error sources in the calibration are analyzed in some detail. The results of the international comparison on silicon photodiodes spectral responsivity are analyzed briefly. The wavelength range of the facility is 300～1100 nm, and the uncertainty of relative spectral responsivity is0.21%～0.86%(1σ), and the uncertainty of absolute spectral responsivity is 0.25%～0.87%(1σ).Key Words: Photoelectric detector; Relative spectral responsivity; Absolute spectral responsivity本文于1996-10-04收到,1997-08-26修改定稿。