激光参数测量中光导型探测器的光热效应修正方法

激光参数测量中光导型探测器的光热效应修正方法
【专利摘要】本发明提出了一种光导型探测器在激光参数测量应用中的光热效应修正方法，包括以激光辐照结束后瞬间的热残留信号作为激光辐照结束时刻的基线温漂；取激光作用过程中的基线漂移量与热残留信号之比等于分析时刻之前探测器输出信号之和与辐照全过程输出信号总和的比值。本发明的方法能有效减轻辐照所致光导型探测器光敏元温升给激光参数测量结果所带来影响，可在基于光导型HgCdTe、InSb等红外探测器的激光参数测量中发挥重要作用。基于本发明的方法，激光参数测量系统可使用单一传感芯片探测器，降低了测量系统的成本、功耗和重量，并可解决利用温度传感器进行光敏元工作温度监测所产生的监测温度与光敏元实际工作温度不一致的问题。
【专利说明】激光参数测量中光导型探测器的光热效应修正方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光电探测器应用方法，尤其是一种强激光参数测量中的光导型探 测器光热效应修正方法。

【背景技术】
[0002] 恒流方式工作时光导型探测器的输出信号V=PRv(T)+IBR D(T)，其中P为入射到探 测器光敏元上的激光功率，RV(T)为电压响应率，^为检测电路加载在探测器上的偏置电 流，R D(T)为探测器的暗电阻，其中RV(T)、RD(T)可事先标定，IB为常量。由此可解算得到入 射至探测器的功率P= [V-IBRD (T) ] Rv (T)，此即光导型探测器用于激光参数测量的基本原理。
[0003] 典型红外光导探测器（如碲镉汞HgCdTe、锑化铟InSb等）的暗电阻和响应率均对 工作温度较为敏感，而光敏元在激光辐照下将发生温升。暗电阻和响应率随光敏元温升而 改变，因此，输出信号中蕴含有光热效应成分。光热效应信号包括两部分：暗电阻r d(t)随 温度变化所致的基线漂移，以及响应率RV(T)随温度变化所致的光电响应幅值变化。目前常 用的光热效应处理方法为：以探测器自带温度传感芯片或外置温度传感器进行温度监测， 并将之作为探测器的工作温度，然后根据暗电阻和响应率定标数据，计算激光功率密度。
[0004] 上述常规方法存在一定的不足：1)环境与探测器光敏元之间的热量传递需要时 间，亦存在温度梯度，外置温度传感器的监测值并不是探测器的真实工作温度。2)光敏元 在激光作用下升温极快，即使在探测器内嵌入温度传感芯片或传感器，测得的温度亦无法 反映光敏元的工作温度；2007年国防科技大学王飞等人在《红外激光工程》第36卷第4期 文"HgCdTe探测器Pt电阻测温分析"通过实验研究和数值分析证实了这一结论。3)在探 测器中植入温度传感芯片，器件成本将增加，经济性下降；同时，温度芯片的加入导致测量 系统数据量翻倍、功耗上升，不宜大规模应用。


【发明内容】

[0005] 本发明的目的是提供一种激光参数测量中光导型探测器的光热效应修正方法，用 以提高激光参数测量的不确定度指标。
[0006] 本发明的技术方案是：
[0007] -种激光参数测量中光导型探测器的光热效应修正方法，包括以下步骤：
[0008] [1]测量光导型探测器暗电阻和响应率随温度的变化数据，进行曲线拟合分别得 到暗电阻和响应率随温度变化的函数R D(T)和^(1〇 ;
[0009] [2]对激光作用前后及激光辐照过程中的探测器输出信号在时间域进行离散采 样，第η次采样所得的探测器输出信号为V(n)，其中辐照持续期间的采样点序号为1?N， N为正整数，辐照结束后第一个采样点序号为N+1，辐照开始前一个采样点序号为0 ;
[0010] [3]辐照结束后第一个采样信号V(N+1)减去辐照前的信号V(0)得到出光结束后 的热残留号;
[0011] [4]分别计算不同采样时刻的基线漂移信号，其中第η次采样（0〈η〈Ν+1)时的基线 漂移量为

【权利要求】
1. 激光参数测量中光导型探测器的光热效应修正方法，其特征在于，包括以下步骤： [1] 测量光导型探测器暗电阻和响应率随温度的变化数据，进行曲线拟合分别得到暗 电阻和响应率随温度变化的函数RD(T)和^(1〇 ; [2] 对激光作用前后及激光辐照过程中的探测器输出信号在时间域进行离散采样，第 η次采样所得的探测器输出信号为V(n)，其中辐照持续期间的采样点序号为1?N，N为正 整数，辐照结束后第一个采样点序号为N+1，辐照开始前一个采样点序号为0 ; [3] 辐照结束后第一个采样信号V(N+1)减去辐照前的信号V(0)得到出光结束后的热 残留信号; [4] 分别计算不同采样时刻的基线漂移信号，其中第η次采样（0〈η〈Ν+1)时的基线漂移 量为
[5] 分别计算不同采样时刻光敏元的工作温度，其中第η次采样时刻的工作温度计算 步骤为： [5. 1]由公式RD，n(Tn) = [V (0) +V_，n] ΙΒ，计算得到第η次采样时刻的探测器暗电阻 RD，n(Tn)，式中ΙΒ为检测电路加载在探测器上的偏置电流； [5.2]根据步骤[1]中暗电阻随温度变化函数RD(T)和[5. 1]中的RD,n(Tn)，反演求解 得到该采样时刻的探测器工作温度Tn ; [6] 分别计算不同采样时刻的电压响应率，其中第η次采样时刻的电压响应率Rv(Tn)的 计算步骤为：将探测器工作温度1；代入步骤[1]中响应率随温度变化函数R V(T)中计算而 得； [7] 分别计算不同时刻的待测激光功率，其中第η次采样时刻的激光功率为 Pn=[V(n)-Vres，n]Rv(T n)。
2. 根据权利要求1所述的激光参数测量中光导型探测器的光热效应修正方法，其特征 在于：所述步骤[1]中的RD(T)和R V(T)是采用温度循环试验获取的拟合曲线参数。
3. 根据权利要求1所述的激光参数测量中光导型探测器的光热效应修正方法，其特征 在于：所述的光导型探测器为碲镉汞或锑化铟。
4. 根据权利要求1所述的激光参数测量中光导型探测器的光热效应修正方法，其特征 在于：所述的光导型探测器的工作方式为恒流驱动。
【文档编号】G01D3/028GK104048754SQ201410216004
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2014年5月21日
【发明者】张检民, 冯国斌, 邵碧波, 杨鹏翎, 陈绍武, 叶锡生 申请人:西北核技术研究所