6.3. Методики, установки и результаты измерений линейности характеристики преобразования и зонной характеристики кремниевых фотодиодов как ОЭИП фотометрических головок

Автоматизированная установка для измерения линейности характеристи­ки преобразования фотоэлектрических ИП предназначена для применения в видимом, УФ и ближнем ИК диапазонах спектра в пределах потока излу­чения от 10^-11 до 10^-3 Вт.

Используемый метод обеспечивает возможность:

· высокоточного определения отклонения характеристики от линейной в динамическом диапазоне не менее 10⁸ и диапазонах длин волн 0, 3-0, 85, 0, 85-1, 2 и 0, 3-1, 2 мкм;

· расчета поправок с целью обеспечения возможности введения соответ­ствующей коррекции.

Структурная схема автоматизированной установки приведена на рис. 6. 9. Принцип измерения линейности характеристики преобразования фотоэлек­трических ИП, реализованный в описываемой установке, основан на широко известном методе сложения света с использованием специальных вращающих­ся дисков диафрагм.

Рис. 6. 9. Установка для измерения линейности характеристики преобразования фотоэлек­трических ИП: 1, 8 — источники излучения; 2 — подвижный диск диафрагм; 3 — маска; 4 — диск для выбора работающих диафрагм; 5 — селективный фильтр; 6 — нейтральный ослабитель; 7 — исследуемый ИП

На первом диске имеется 11 пар отверстий с градацией площадей по степени 2. Этот диск диафрагм обеспечивает максимальное изменение освещенности в соотношении 1: 10³. Второй диск (неподвижный) позволяет выбрать одну пару диафрагм на первом диске, третий служит для обеспечения определенной последовательности измерений, поочередно открывая одно из отверстий пары или оба вместе; он также служит в качестве заслонки для измерения темнового тока. Излучение поступает от сменного осветителя: для видимой области спектра используется светоизмерительная лампа КГМ12-100, питающаяся от блока БП-21; в УФ области спектра исполь­зуется излучатель на базе ртутной лампы высокого давления ДРШ150-1 с бло­ком питания. Излучение от осветителя, проходя через систему сферических и плоских зеркал и диск с диафрагмами, порождает сигналы исследуемого ИП, соответствующие градациям площадей отверстий диафрагм. По соот­ветствию между относительным изменением выходного сигнала и известным законом изменения освещенности можно судить о степени нелинейности ха­рактеристики преобразования.

Отклонение от линейности при увеличении потока излучения от Φ до 2Ф характеризуется коэффициентом , где  - значение

фототока при освещении одновременно отверстиями А и В пары диафрагм с учетом темнового тока; (А + В) — значение фототока, полученного при суммировании токов, полученных при освещении через отверстия А и В, соответственно, с учетом темнового тока.

Для определения зависимости линейности от спектрального состава пада­ющего излучения установка снабжена набором светофильтров. Для регистра­ции выходного сигнала используется цифровой вольтметр Щ300, а обработ­ка информации производится компьютером. Сопоставительные исследования выполнялись на ФД типа 1337-1010 в корпусе фирмы Хамаматсу, типа UV-444 и ФДУК. Источником излучения служила галогенная лампа КГМ110-1000 при цветовой температуре 3000 К, измерения выполнялись поочередно без светофильтра и с фильтрами КС-19, СЗ С-23. Ослабление потока излучения осуществлялось интегрирующей сферой с набором диафрагм и нейтраль­ных светофильтров и пластинами из стекла МС-13. Погрешность измере­ний в пересчете на одно удвоение интенсивности излучения не превышала 10^-4 и 2 · 10^-4 в диапазонах измеряемых фототоков соответственно (2 · 10^-9 -10^-2) А и (2 · 10^-12-2 · 10^-9) А. Фототоки в диапазоне (10^-12-10^-9) А опре­делялись при помощи измерительного усилителя, линейность характеристи­ки преобразования которого была проверена отдельно. Активная площадка каждого ФД засвечивалась равномерно, кроме ФД 1337-1010, заключенного в корпус. Выяснилось, что в диапазоне изменения фототока (10^-1-10³)мкА нелинейность характеристики преобразования превышает 1 % лишь у ФД типа ФДУК.

Оптическая схема установки для определения ЗХ фотоэлектрических ИП приведена на рис. 6. 10. Источником излучения служит лампа КГМ6-15, пучок излучения которой, сформированный полевой диафрагмой 2 и прошедший систему из двух плоских и одного сферического зеркал, пропускается сквозь интерференционный фильтр 3. Исследуемый фотоэлектрический ИП 5 за­крепляется на предметном столике, сканируемом по двум взаимно перпенди­кулярным осям шаговыми двигателями 4.

Исследования ЗХ.......... ФД производились сканирующим пучком с радиусом пятна 0, 4 мм. Спектральный состав излучения был близок к источнику А, шаг сканирования составлял 0, 5 мм. Выяснилось, что ЗХ у ФД S1337 составляет десятые доли процента в пределах погрешности измерений, а у отечественных ФД она находится в пределах от 5 до 8 %. Контраст особенно заметен на аксонометрических проекциях рис. 6. 11.

Рис. 6. 10. Оптическая схема установки для определения зонной характеристики фотоэлек­трических ИП: 1 — КГМ6-15; 2 — полевая диафрагма; 3 — интерференционный фильтр; 4 — шаговые двигатели; 5 — исследуемый ИП

Рис. 6. 11. Сопоставление ЗХ ФД-288 и................... типа S1337-1010BQ

Таким образом, три описанных установки позволили исследовать и отобрать наиболее приемлемые для разработки ФГ типы фотоэлектриче­ских ИП, которые в дальнейшем послужили основой при создании фотометров соответствующего назначения, в т. ч. эталонных.