186197. lajstromszámú szabadalom • Berendezés fényérzékelő kalibrálására
1 186 ll>7 2 A találmány tárgya berendezés fényérzékelő, elsősorban fényelem kalibrálására, abból a célból, hogy radiometriai etalont hozzunk létre. Radiometriai etalonként eddig fekete test sugárzók, villamoshelyettesítésü termikus radiométerek és lámpa fényforrások voltak használatosak. Ezek a berendezések igen bonyolultak, drágák, nehezen beszerezhetőek, alkalmazásuk nehézkes, különleges felszereltséget és személyi képzettséget igényelnek. A találmány szerinti berendezés az ismert előbbi etalonokhoz képest sokkal egyszerűbb, alkalmazása nem csak a nagy nemzeti laboratóriumokban, gyári műhelyekben is lehetséges. A találmány szerinti berendezés segítségével félvezető fényérzékelőre alapozott új radiometriai etalont tudunk létrehozni. Az ily módon létrehozott radiometriai etalon vetekszik az előbbiekben említett hagyományos radiometriai etalonokkal és a berendezés segítségével előállított etalon mérési hibája megegyezik az ismert primer radiometriai etalonok mérési hibájával. Ugyanakkor a berendezés költsége töredéke az említett ismert berendezések költségének. A találmány szerint létrehozott radiometriai etalonnak egyik nagy előnye az ismert radiometriai etalonokhoz képest az, hogy érzékenysége több nagyságrenddel nagyobb. Fényérzékelők kalibrálására ismert olyan megoldás, ahol a fényforrás lézerfényforrás és kimenő fényintenzitását szabályozási kör segítségével stabilizálják. Ilyenkor a fényforrásból kilépő fényt fénykicsatolóvai kettéválasztják és a kicsatolt fényt szabályozási körön keresztül úgy szabályozzák, hogy a lézerfényforrás kimenő fényútjába helyezett feszültségfüggő fénypolarizátor polarizációs szögét addig változtatják, amíg a kicsatolt fény intenzitása állandó értékű nem marad. Ilyen megoldást az amerikai egyesült államokbeli National Bureau of Standards 987-es számú Technical Note-ja ismertet. (A Servo Controlled Electro-Optic Modulator for cw Laser Power Stabilization and Control.) Ezt a megoldást használják a „Silicon photodiode absolute spectral response self-calibration” című, az Applied Optics Vol. 19. p. 1214. folyóiratban 1980- ban közölt cikkükben is. Ennek a megoldásnak hátránya, hogy csak lézerfényforrásokhoz alkalmazható, így a kalibrálást csak bizonyos meghatározott hullámhosszakon lehet elvégezni, továbbá a megoldás igen költséges és bonyolult. A megoldásnak további hátránya az is, hogy a felépített optikai rendszer igen nagyszámú, diszkrét optikai elemet tartalmaz, amelyet egy általános használhatóságú optikai asztalon állítottak össze. Egy ilyen összeállításnak az a hátránya, hogy kalibrálásonként igen nagy fáradsággal kell a berendezést összeállítani, ill. beállítani, ami a mérést lassúvá, nehézkessé teszi és a berendezés költsége is igen magas. A találmány szerinti berendezés előnye, hogy nemcsak lézerfényforrás, hanem monokromálor és ahhoz illesztett hagyományos fényforrás is alkalmazható, ily módon a fényérzékelő kalibráláshoz szükséges optikai elrendezést kompakt formában valósítottuk meg, aminek az az előnye, hogy a rendszer kalibrálás előtt és után is együttmarad. Ehhez a kompakt optikai egységhez mind a kalibrálandó fényérzékelő, mind pedig a referencia fényérzékelő nagy mérési érzékenységet biztosító mérőfejek segítségével bonthatóan csatlakoztatható. A nagy érzékenységre azért is szükség van, hogy ne csak a nagy fényintenzitású lézerfényforrást lehessen monokromatikus megvilágító fényforrásként alkalmazni, hanem hagyományos fényforrást is monokromátorral együtti párosításban. Ily módon a kalibrációt bármely hullámhossznál végre lehet hajtani. A kompakt optikai egység előnye az, hogy könnyen, egyszerűen mozgatható és szállítható, segítségével a mérőfejekre szerelt fényérzékelők egyszerűen, gyorsan és megbízhatóan kalibrálhatok. Egy optikai egység és a hozzá tartozó ugyancsak kompakt formában felépített elektronikai egység segítségével nagyszámú fényérzékelő is kalibrálható. Ily módon a találmány szerinti megoldás nemcsak egy egyszeri, ritka alkalommal végrehajtható kalibrálási lehetőséget biztosít, hanem üzemszerű követelmények között is lehetőség van a fényérzékelő etalonizálására, kalibrálására. A találmánynak előnye az is, hogy a fényérzékelők ugyanazokban a mérőfejekben alkalmazhatók kalibrálás után, amelyekben a kalibrálás alatt voltak elhelyezve. A kalibrálás miatt nincs szükség a mérőfej konstrukciójának megváltoztatására. A kalibrálás során tulajdonképpen olyan méréseket végzünk el, amelyek segítségével a fényérzékelő relatív veszteségeit tudjuk meghatározni. Ezeknek a méréseknek a során megmérjük, hogy a fényérzékelő kvantumhalásfoka mennyire tér el az egységtől és ugyancsak méréssel állapítjuk meg azt is, hogy a fényérzékelő optikai érzékenysége a fényérzékelő felületének tükrös reflexiója miatt milyen mértékben csökken. A relatív veszteségek mérése során először tehát tükrös reflexiómérést végzünk, majd ezután olyan méréseket végzünk, amelyek segítségével a félvezető fényérzékelő kvantumhatásfokában történt csökkenést tudjuk meghatározni. Ebből a célból a fényérzékelőt, pl. a fényelemet, különböző un. előfeszítő méréseknek vetjük alá, amelynek az a lényege, hogy a Fényelemre kapcsolt feszültség hatására a fényelemben keletkező rekombinációs veszteségek megszűnnek és a fényérzékelő eszköz kvantumhatásfoka egységnyivé válik. Amennyiben ezt a mérést megismételjük úgy, hogy az eszközről az előfeszítő feszültségei lekapcsoljuk, úgy a rekombinációs veszteségek ismét megjelennek és az eszköz kvantumhatásfoka lecsökken az egységnyi érték alá. Amikor tehát azokat a relatív veszteségméréseket végezzük, amelyek arra adnak felvilágosítást, hogy az eszköz kvantumhatásfoka mennyire csökkent le, olyan relatív méréseket végzünk, amikor először az eszközt előfeszítés nélkül, majd elöfeszítéssel mérjük meg. Ezután a két érték hányadosát képezzük. A találmány szerinti berendezéssel az előfeszítéses méréseket nagyon egyszerűen és megbízhatóan tudjuk elvégezni azáltal, hogy a fényérzékelőt a mérőfejhez egy önkalibráló feltét segítségéve! csatlakoztatjuk. Ez a feltét teszi lehetővé azt, hogy fényérzékelő csatlakozóihoz, ill. annak felületéhez a szükséges előfeszítő feszültséget hozzákapcsolni tudjuk. Valamennyi relatív veszleségmérést kétfényutas kialakítással végezzük, amikor is a kalibrálandó fényérzékelő és a referencia fényérzékelő is egy-egy termosztált, hő5 10 15 20 25 30 25 40 45 50 55 60 65 2
