硅探测器宽动态范围响应线性标校：双LED光源积分球方法

本文介绍了一种利用双LED光源积分球对硅探测器进行宽动态范围响应线性标校的方法，该方法基于光通量的叠加原理，通过精确控制LED的点亮、熄灭和数据采集时间，实现了在2.2×10^-6至0.57 A的LED注入电流范围内，对硅探测器响应电流3.92×10^-11至10^-2 A的近9个量级的线性标定。实验结果显示，在这个动态范围内，硅探测器的非线性误差可达到0.23%，因此需要通过非线性修正因子进行校正，修正因子的数值范围是1至1.0023。此外，文章还分析了测量不确定度，列出了影响系统测量精度的因素，并量化了LED光源光谱漂移对测量精度的影响。根据给出的相对合成不确定度，该系统在硅探测器响应电流分别为39.2 pA至0.326 nA、0.326 nA至81.6 nA、81.6 nA至20.4 μA、20.4 μA至10.2 mA时的测量不确定度分别为0.269%、0.0116%、0.00536%和0.00320%。这些结果证明了该系统适用于高精度硅探测器宽动态范围响应线性的定标。 本文详细阐述了硅探测器线性测量系统的设计和实施过程，该系统的核心是通过双LED光源在积分球内的均匀照明，实现不同强度光信号的叠加，进而得到探测器在大动态范围内的响应。时间逻辑控制确保了光源的精确控制和数据的同步采集。通过调整LED注入电流，可以模拟各种光照条件，从而覆盖硅探测器的宽响应范围。实验中观察到的非线性现象是由探测器内部物理效应导致的，这可能影响测量的准确性。因此，引入非线性修正因子是必要的，它能够改善测量结果，提高系统精度。 此外，文章还讨论了测量不确定度的来源，包括光源的光谱漂移、探测器自身的不稳定性以及数据处理中的误差等。通过分析，作者得出了光源光谱漂移对测量精度的具体影响程度，这为优化系统设计提供了依据。给出的测量不确定度表明，该系统在不同电流范围内具有高精度，尤其在低电流区间的测量能力出色。 这项工作为硅探测器的宽动态范围线性测量提供了一种有效的解决方案，对于提高光学测量系统的准确性和可靠性具有重要意义。该方法可应用于各种需要高精度光响应测量的场景，例如天文观测、光学成像、光通信和环境监测等领域。