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基于光譜輻射計(jì)的光源光通量的快速測(cè)量方法

發(fā)布時(shí)間:2014-03-01瀏覽次數(shù):1698返回列表

 [解讀] 基于光譜輻射計(jì)的光源光通量的快速測(cè)量方法 

  
光源光通量是評(píng)價(jià)光源重要的參數(shù)之一,本文主要介紹了基于光譜輻射計(jì)使用積分球快速測(cè)量光源光通量的方法,重點(diǎn)分析了影響光 
光源光通量是評(píng)價(jià)光源重要的參數(shù)之一,本文主要介紹了基于光譜輻射計(jì)使用積分球快速測(cè)量光源光通量的方法,重點(diǎn)分析了影響光源光通量測(cè)量的因素尤其是光譜輻射計(jì)的線性動(dòng)態(tài)范圍給測(cè)量帶來(lái)的誤差及其解決方法,經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為使用帶參考光度探頭的快速光譜輻射計(jì),采用積分-分光相結(jié)合的方法在寬的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)能夠達(dá)到高的測(cè)量精度,且即便對(duì)LED那樣的準(zhǔn)單色光源也具備理想的測(cè)量精度。 
關(guān)鍵詞:光通量,光譜輻射計(jì),,動(dòng)態(tài)范圍  1.概述 
光源光通量是光源重要的參數(shù)之一,測(cè)量光通量是光源測(cè)量的基礎(chǔ),對(duì)于光源的光效測(cè)量和節(jié)能效果的評(píng)價(jià)十分重要。 
積分球是光源光通量測(cè)量中經(jīng)常采用的儀器,它是利用光在積分球內(nèi)的均勻漫反射涂層多次反射,達(dá)到空間積分的作用而進(jìn)行測(cè)量的,具有測(cè)量速度快的。被測(cè)光源的光通量結(jié)果是通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)燈結(jié)果比較得出的,由于標(biāo)準(zhǔn)燈種類的限制,標(biāo)準(zhǔn)燈和被測(cè)光源的光譜功率分布往往存在著較大的差異,這給測(cè)量被測(cè)光源的光通量帶來(lái)了一定的難度,尤其是LED那樣的準(zhǔn)單色光源。 
圖1所示為標(biāo)準(zhǔn)A光源和準(zhǔn)單色LED的相對(duì)光譜功率分布曲線,二者存在很大差異,若用光度探頭測(cè)量光源光通量,二者在不同的光譜區(qū)域使探測(cè)器產(chǎn)生響應(yīng), 對(duì)光度探頭的光譜靈敏度曲線S(l)rel的V(l)匹配要求非常高??紤]到光度探頭一般在紅光和藍(lán)光區(qū)域的V(l)匹配不夠理想,這更這類LED光源的測(cè)量更加帶來(lái)了挑戰(zhàn)。
由于被測(cè)光源往往在光譜功率和相對(duì)光譜功率分布上都存在很大差異,如圖1中的準(zhǔn)單色LED光源和標(biāo)準(zhǔn)A光源,若光譜輻射計(jì)的光敏器件的線性不好會(huì)帶來(lái)很大的測(cè)量誤差。如圖2,光敏器件呈現(xiàn)明顯的非線性現(xiàn)象,光電流為it(λ)時(shí),被測(cè)光源的輻射強(qiáng)度示值Pt(λ)顯然與實(shí)際的輻射強(qiáng)度Pt(λ)rel存在較大偏差。 
在單色儀光譜輻射計(jì)中經(jīng)常使用光電倍增管(PMT)作為感光器件,而PMT一般是在3個(gè)數(shù)量級(jí)內(nèi)2%的線性水平;而快速光譜輻射計(jì),如遠(yuǎn)方HAAS-2000中所使用的科學(xué)級(jí)CCD可以在三個(gè)數(shù)量級(jí)內(nèi)達(dá)到1%的水平,經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)可以達(dá)到更高的水平,高于PMT的線性動(dòng)態(tài)范圍水平。 
雖然快速光譜儀中采用的科學(xué)級(jí)背射式CCD已經(jīng)比普通CCD和PMT的線性要好,但與具有大跨度動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)線性的硅光電池相比(好的硅光電池在8個(gè)數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)線性<0.2%),動(dòng)態(tài)范圍小很多。為解決這一問(wèn)題,HAAS-2000快速光譜輻射計(jì)中采用了分光-積分相結(jié)合的測(cè)量方法。設(shè)置參考探頭,被測(cè)光源的相對(duì)光譜功率分布P(l)t與光度探頭的光度測(cè)量結(jié)果相結(jié)合求得光譜解析校正系數(shù)K:
上式中s(l)rel為參考探頭的相對(duì)光譜靈敏度,P(l)S為用于校準(zhǔn)參考探頭的標(biāo)準(zhǔn)光源的已知相對(duì)光譜功率分布。將參考探頭的測(cè)量結(jié)果乘以K,即可得到的光通量測(cè)量結(jié)果。 
使用分光-積分相結(jié)合的方法,充分發(fā)揮了兩種測(cè)量方式的優(yōu)點(diǎn):1.測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍大,線性好;2.測(cè)量的結(jié)果,在不要求光譜輻射計(jì)線性和參考探頭V(l)匹配的情況下,可實(shí)現(xiàn)大跨度線性范圍內(nèi)光度量的測(cè)量。 
(3) 雜散光控制 
杭州遠(yuǎn)方的HAAS-2000快速光譜輻射計(jì)突破性地采用了帶通色輪校正技術(shù),把雜散光控制到了與單色儀光譜儀相當(dāng)?shù)?0-4的水平,進(jìn)一步提高了光譜功率分布的定標(biāo)和測(cè)量精度。 
4. HAAS-2000快速光譜輻射計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo) 
根據(jù)以上分析,杭州遠(yuǎn)方光電的HAAS-2000快速光譜輻射計(jì)由于測(cè)量速度快,精度高,線性動(dòng)態(tài)范圍寬,是實(shí)現(xiàn)光源光通量以及色度測(cè)量的理想儀器,其主要技術(shù)指標(biāo)與其他同類儀器的比較如下:
上式中s(l)rel為參考探頭的相對(duì)光譜靈敏度,P(l)S為用于校準(zhǔn)參考探頭的標(biāo)準(zhǔn)光源的已知相對(duì)光譜功率分布。將參考探頭的測(cè)量結(jié)果乘以K,即可得到的光通量測(cè)量結(jié)果。 
使用分光-積分相結(jié)合的方法,充分發(fā)揮了兩種測(cè)量方式的優(yōu)點(diǎn):1.測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍大,線性好;2.測(cè)量的結(jié)果,在不要求光譜輻射計(jì)線性和參考探頭V(l)匹配的情況下,可實(shí)現(xiàn)大跨度線性范圍內(nèi)光度量的測(cè)量。 
(3) 雜散光控制 
杭州遠(yuǎn)方的HAAS-2000快速光譜輻射計(jì)突破性地采用了帶通色輪校正技術(shù),把雜散光控制到了與單色儀光譜儀相當(dāng)?shù)?0-4的水平,進(jìn)一步提高了光譜功率分布的定標(biāo)和測(cè)量精度。 
4. HAAS-2000快速光譜輻射計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo) 
根據(jù)以上分析,杭州遠(yuǎn)方光電的HAAS-2000快速光譜輻射計(jì)由于測(cè)量速度快,精度高,線性動(dòng)態(tài)范圍寬,是實(shí)現(xiàn)光源光通量以及色度測(cè)量的理想儀器,其主要技術(shù)指標(biāo)與其他同類儀器的比較如下: 
5. 總結(jié) 
本文主要介紹了用積分球測(cè)量光源光通量的方法,重點(diǎn)介紹了基于光譜輻射計(jì)快速測(cè)量光源光通量的方法,分析了影響光通量測(cè)量的因素和解決方法,尤其針對(duì)光譜輻射計(jì)的線性動(dòng)態(tài)范圍展開了討論,經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為使用帶參考光度探頭的快速光譜輻射計(jì),如杭州遠(yuǎn)方的HAAS-2000快速光譜輻射計(jì),采用積分-分光相結(jié)合的方法能夠達(dá)到很寬的測(cè)量范圍和很高的測(cè)量精度。

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