利用相关光子进行光辐射定标的方法

摘要

本发明公开了一种利用相关光子进行光辐射定标的方法，采用了国产的BBO晶体，制备出高亮度的702.2nm简并的相关光子源，分别由待定标光子计数探测器和触发光子计数探测器接收，利用独特的参量放大方法精确定位光路，实现了对光电倍增管的量子效率的定量评估，评定了测量的不确定度为1.65％(k＝2)。为下一步全波段定标光子计数探测器、模拟探测器做了大量的基础性实验研究。对国内量子定标的前言领域有很大的借鉴和指导意义。

说明书

技术领域

本发明属于光学辐射测量方法，涉及一种基于相关光子方法测量光电探测器量子效率的应用研究。

背景技术

目前光辐射传感器的定标一般采用两种方法，分别建立在标准辐射源和标准探测器上，它们的共同之处是：首先需要建立高精度的初级标准，之后以不同精度等级的标准器建立传递链条，直至用户传感器，定标实际上就是逐级比较的过程。标准传递链保证了各种传感器的响应都可以溯源到一个共同的基准，但它也限制了标准的工程可复现性和精度的有效提高，光辐射传感器的应用领域和工作平台千差万别，往往需要设计不同的传递链，以满足从水下辐射计到卫星成像光谱仪的不同定标要求。这在增加定标难度的同时，不可避免的造成精度随传递环节的增加而逐渐降低。各级标准本身的误差会逐级传递，最终累积在用户传感器上，从国内外的研究结果看，标准传递过程是限制传感器精度的有效瓶颈之一，这在红外波段表现得尤为突出，例如短波红外(1-2.5μm)初级光谱辐亮度标准的精度可达0.2％，但国内外空间传感器在这一波段的精度很难优于5％。

温度精度控制的黑体通常被用作初级标准辐射源，它的绝对辐射度可以根据普朗克辐射定律和国际温度标准来确定。低温辐射计是近十年来发展起来的、目前精度最高的标准探测器，它在极低温度下利用电加热替代测量光热效应，来实现光辐射的绝对测量。由于精度较高，并且容易在各种平台上与传感器结合，基于探测器的定标方法得到了空间遥感等应用部门的大力推动，美、英、德等发达国家均在大力发展各波段的标准探测器技术。

相关光子定标方法为实现“无标准传递”的辐射定标提供了一个极好的手段，美国的Migdall小组和意大利的Brida小组利用351nm的氩离子激光器分别泵浦KDP晶体和LiIO₃，产生了可见-远红外的相关光子对，定标了光电倍增管和雪崩硅光电二极管的量子效率。其中，Migdall还将结果与常规方法作了比较，差异约为2％，证实了这种方法的可行性。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用相关光子进行光辐射定标的方法，利用了新型的BBO晶体作为非线性介质，将量子效率定标的测量不确定度减小到1.65％。

利用相关光子进行光辐射定标的方法，其特征在于由Verdi18二极管激光器泵浦MBR110钛宝石激光器产生702.2nm激光，再经MBD 200倍频器生成窄线宽单频的351.1nm的紫外激光，用351.1nm的紫外激光泵浦放置在黑箱内的BBO晶体，该晶体产生相关光子对，分别和351.1nm的泵浦激光成8.4°，其中一束光子经过光阑后由待定标的计数探测器接收，另一束光子经过光阑后再经过窄带滤光片后由触发计数探测器接收，待定标的计数探测器输出的电信号直接输入时间幅度转换器，触发探测器输出的信号经过延时器后输入到时间幅度转换器，将待定标的计数探测器与触发计数探测器输出的电信号同时输入到双通道计数器，以分别记录两路信号的光子速率；时间幅度转换器将两路不同时间内到达的电信号转换成幅度信号，分别输送到单通道分析器和多通道分析器。单通道分析器作用是选择同步到达的光子脉冲，然后将单通道分析器输出信号输送到计数器中，以记录实际到达的两路相关信号的符合速率，符合计数速率与触发通道光子速率比值即为待定标计数探测器的量子效率；多道分析器的作用是便于观察相关信号。

所述的计数探测器和触发探测器均采用光电倍增管。

本发明的泵浦激光器采用钛宝石激光器系统，它是由Verdi18二极管激光器、MBR 110钛宝石激光器、以及MBD 200倍频器三大模块共同组成，产生窄线宽、单频的351.1nm的紫外激光，BBO晶体系中国科学院福建物质结构研究所生产。在满足相位匹配条件和晶体色散方程的前提下，产生了波长、能量、时间相关的相关光子对，利用这两个相关光子对我们进行了光电探测器量子效率辐射定标工作。

为了解决相关光子定位难，杂散光干扰影响较大的问题，本发明独特的采用了参量放大方法，巧妙的寻找到我们所需要的相关光子。

本发明定标了光电倍增管在702.2nm波段的量子效率，并且采用国际通用的标准评估手册-《测量过程中不确定度的描述方法指南》得出了1.65％(k＝2)的测量不确定度，这也是迄今为止国内最好的测量水平。

本发明可以定量评估光子计数探测器(如光电倍增管，雪崩二极管等)量子效率，在量子通信，医疗诊断，生物荧光，化学和材料分析等领域得到大量利用；可以为光子计数器探测器生产厂家提供定量评估量子效率的实验平台。

附图说明

图1是本发明光电倍增管绝对量子效率测量的光路图。

图2是本发明光电倍增管绝对量子效率测量的电子学装置图。

具体实施方式

参见图1、图2。

利用相关光子进行光辐射定标的方法，由Verdi18二极管激光器泵浦MBR 110钛宝石激光器产生702.2nm激光，再经MBD 200倍频器生成窄线宽、单频的351.1nm的紫外激光，用351.1nm的紫外激光泵浦放置在铝材黑箱内的BBO晶体，该晶体产生相关光子对，分别和351.1nm激光成8.4°，其中一束光子经过光阑后由待定标的光电倍增管接收，另一束光子经过光阑后再经过窄带滤光片后由触发光电倍增管接收，待定标的光电倍增管输出的电信号直接输入时间幅度转换器，触发光电倍增管输出的信号经过延时器后输入到时间幅度转换器，将待定标的光电倍增管与触发光电倍增管输出的电信号同时输入到双通道计数器，以分别记录两路信号的光子速率；时间幅度转换器将两路不同时间内到达的电信号转换成幅度信号，分别输送到单通道分析器和多通道分析器。单通道分析器作用是选择同步到达的光子脉冲，然后将单通道分析器输出信号输送到计数器中，以记录实际到达的两路相关信号的符合速率，符合计数速率与触发通道光子速率比值即为待定标光电倍增管的量子效率；多道分析器的作用是便于观察相关信号。

光电倍增管专用屏蔽罩，采用铜材料(H62)制成，极好的防止了外界的电磁场和杂散光的干扰，光电倍增管型号为光电倍增管R2949。