[发明专利]一种光纤型短波红外光陷阱探测器及探测方法

说明书

本发明提供了一种光纤型短波红外光陷阱探测器，光纤型短波红外光陷阱探测器，其特征在于，包括：D1、D2、D3三个锗光电二极管、一个镀金凹球面反射镜M、光纤法兰盘、电路板、BNC连接器以及高吸收腔体，其中，D1、D2、D3三个锗光电二极管和凹球面反射镜通过夹具固定在高吸收腔体中，光纤输出的光纤法兰盘进入到高吸收腔体中，将会在D1、D2、D3三个锗光电二极管的光敏面上发生吸收/反射作用。采用本发明技术方案，可有效减小短波红外光纤功率量值传递的测量不确定度。

技术领域

本发明属于陷阱探测器技术领域，具体涉及一种光纤型短波红外光陷阱探测器。

背景技术

为了实现光辐射功率量值的高精度溯源，国内外一些技术机构采用不同材料、不同结构和方法研制高量子效率陷阱探测器，例如：美国NIST采用不同四片硅探测器研制陷阱探测器，(专利号：UAA201102791)可工作在300～1100nm可见近红外波，对633nm的平行光束辐射功率的精确测量；俄罗斯一家技术机构采用两片硅光电探测器，以11.25°夹角的楔形结构研制的硅陷阱探测器(专利号：RU20170135739)，使入射的平行光在两个硅光电二极管之间经过多次吸收反射吸收等过程，从而实现对平行光束辐射功率的精确测量。中科院安徽光机所采用3片铟镓砷探测器以45度角空间组合研制的陷阱探测器(专利号CN200710020402.8)，实现了对1064nm平行光束辐射功率的精确测量，其外量子效率达99.76％。

以上专利研制的陷阱探测器，通过多个单元探测器组合大大提高了组件对平行入射光辐射的吸收率，实现了对平行光束辐射功率的精确测量。但是由于采用的探测器类型及光路设计的限制，当具有一定发散角的光束入射到该类型的陷阱探测器时，随着入射光传输路径的增加，一部分光将溢出光路，从而使其外量子效率显著降低。

由于1550nm的激光在空间或光纤中传输时具有衰减系数小、不会对人眼产生伤害等特点，因此已成为光纤通信和空间激光通信系统首选载波信号。而载波信号的辐射功率则是通信链路设计核算的一个重要参数，该参数的测量不确定度大小，直接决定了系统研制生产需要投入的成本，因此降低该波段光辐射功率量值的测量不确定度成为光纤通信技术领域紧迫需求。

由于光纤出射的光具有一定的发散角，如G652单模光纤输出的1550nm的光发散角(全角)近20度，通常通过热电偶将光纤功率量值给工作标准，而工作标准通常为高稳定的光纤功率计，最后通过与工作标准的比较，将功率量值传递到用户的光纤功率计，其传递链路如图1所示：工作标准所采用的光纤功率计基本采用单探测器，通过自聚焦透镜将光纤输入的发散光耦合到探测器的光敏面上，这种光接收方式最大的缺点是无法克服光反射、溢出以及透过率等因素对测量不确定度的影响，因此其测量不确定度很难降低。

因此研制可大大减小光反射、溢出以及透过率等因素对光纤功率测量结果影响的探测器，并通过该探测器将光纤功率量值溯源到低温辐射计，对减小光纤功率量值传递的测量不确定度具有重要意义。

目前，国内外已有多家单位研制出可测量空间准直光束的陷阱探测器，解决了可见近红外波段空间辐射光辐射功率量值溯源到低温辐射计的技术难题，使可见近红外波段的光辐射功率测量不确定度优于0.05％。其中陷阱探测器通过多探测器组合和巧妙的传输光路设计，使633nm的外量子效率大于99.9％。

如美国NIST采用硅光电二极管发明的陷阱探测器，通过四个硅光电二极管组合成一个探测器的方法，使准直光束从一个二极管反射出来后射入后一个二极管，而最后一个二极管光敏面垂直于入射光，使光线沿原路返回，又被前几个二极管分别吸收一次，这样光束总共被吸收了七次，使可见近红外波段外量子效率提高到99.8％，其原理如图2所示：准直光束光经过D1、D2、D3、D4七次吸收和反射，在可见近红外波段总吸收率可达99％。

如图3所示，俄罗斯一家技术机构采用两片硅光电探测器，以11.25°夹角的楔形结构研制的硅陷阱探测器，使入射的平行光在两个硅光电二极管之间经过多次吸收反射吸收等过程，从而实现对准直平行光束光辐射功率的精确测量。