基于光譜輻射計的光源光通量的快速測量方法

發布時間：2014-03-01瀏覽次數：1712返回列表

[解讀] 基于光譜輻射計的光源光通量的快速測量方法

光源光通量是評價光源重要的參數之一，本文主要介紹了基于光譜輻射計使用積分球快速測量光源光通量的方法，重點分析了影響光

光源光通量是評價光源重要的參數之一，本文主要介紹了基于光譜輻射計使用積分球快速測量光源光通量的方法，重點分析了影響光源光通量測量的因素尤其是光譜輻射計的線性動態范圍給測量帶來的誤差及其解決方法，經過分析認為使用帶參考光度探頭的快速光譜輻射計，采用積分-分光相結合的方法在寬的動態范圍內能夠達到高的測量精度，且即便對LED那樣的準單色光源也具備理想的測量精度。

關鍵詞：光通量，光譜輻射計，，動態范圍 1．概述

光源光通量是光源重要的參數之一，測量光通量是光源測量的基礎，對于光源的光效測量和節能效果的評價十分重要。

積分球是光源光通量測量中經常采用的儀器，它是利用光在積分球內的均勻漫反射涂層多次反射，達到空間積分的作用而進行測量的，具有測量速度快的。被測光源的光通量結果是通過與標準燈結果比較得出的，由于標準燈種類的限制，標準燈和被測光源的光譜功率分布往往存在著較大的差異，這給測量被測光源的光通量帶來了一定的難度，尤其是LED那樣的準單色光源。

圖1所示為標準A光源和準單色LED的相對光譜功率分布曲線，二者存在很大差異，若用光度探頭測量光源光通量，二者在不同的光譜區域使探測器產生響應，對光度探頭的光譜靈敏度曲線S(l)rel的V(l)匹配要求非常高?？紤]到光度探頭一般在紅光和藍光區域的V(l)匹配不夠理想，這更這類LED光源的測量更加帶來了挑戰。

由于被測光源往往在光譜功率和相對光譜功率分布上都存在很大差異，如圖1中的準單色LED光源和標準A光源，若光譜輻射計的光敏器件的線性不好會帶來很大的測量誤差。如圖2，光敏器件呈現明顯的非線性現象，光電流為it(λ)時，被測光源的輻射強度示值Pt(λ)顯然與實際的輻射強度Pt(λ)rel存在較大偏差。

在單色儀光譜輻射計中經常使用光電倍增管(PMT)作為感光器件，而PMT一般是在3個數量級內2%的線性水平；而快速光譜輻射計，如遠方HAAS-2000中所使用的科學級CCD可以在三個數量級內達到1%的水平，經過校準可以達到更高的水平，高于PMT的線性動態范圍水平。

雖然快速光譜儀中采用的科學級背射式CCD已經比普通CCD和PMT的線性要好，但與具有大跨度動態范圍內線性的硅光電池相比（好的硅光電池在8個數量級范圍內線性<0.2%），動態范圍小很多。為解決這一問題，HAAS-2000快速光譜輻射計中采用了分光-積分相結合的測量方法。設置參考探頭，被測光源的相對光譜功率分布P(l)t與光度探頭的光度測量結果相結合求得光譜解析校正系數K：

上式中s(l)rel為參考探頭的相對光譜靈敏度，P(l)S為用于校準參考探頭的標準光源的已知相對光譜功率分布。將參考探頭的測量結果乘以K，即可得到的光通量測量結果。

使用分光-積分相結合的方法，充分發揮了兩種測量方式的優點：1.測量的動態范圍大，線性好；2.測量的結果，在不要求光譜輻射計線性和參考探頭V(l)匹配的情況下，可實現大跨度線性范圍內光度量的測量。

(3) 雜散光控制

杭州遠方的HAAS-2000快速光譜輻射計突破性地采用了帶通色輪校正技術，把雜散光控制到了與單色儀光譜儀相當的10-4的水平，進一步提高了光譜功率分布的定標和測量精度。

4. HAAS-2000快速光譜輻射計的主要技術指標

根據以上分析，杭州遠方光電的HAAS-2000快速光譜輻射計由于測量速度快，精度高，線性動態范圍寬，是實現光源光通量以及色度測量的理想儀器，其主要技術指標與其他同類儀器的比較如下：

(3) 雜散光控制

4. HAAS-2000快速光譜輻射計的主要技術指標

5. 總結

本文主要介紹了用積分球測量光源光通量的方法，重點介紹了基于光譜輻射計快速測量光源光通量的方法，分析了影響光通量測量的因素和解決方法，尤其針對光譜輻射計的線性動態范圍展開了討論，經過分析認為使用帶參考光度探頭的快速光譜輻射計，如杭州遠方的HAAS-2000快速光譜輻射計，采用積分-分光相結合的方法能夠達到很寬的測量范圍和很高的測量精度。

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