红外探测器瞬态响应特性的测试系统

1.本发明涉及光电探测领域，具体地，涉及一种红外探测器瞬态响应特性的测试系统。


背景技术：

2.红外探测器用于红外光的探测，在气象、医学和环境等方面具有广泛的应用。探测器瞬态响应性能决定了探测器对超快时间过程的表征能力。不同于可见光探测器参数测试，红外光肉眼不可见，红外光的准直及红外聚焦光斑对小尺寸探测面元探测器的对准存在一定的难度。此外，红外探测器的探测光谱范围比较大，对于不同波长，聚焦透镜的焦移问题比较严重，用于测试红外探测器瞬态响应的红外超快光脉冲通常由光学参量波长转换器产生，其泵浦激光器及波长转换器价格昂贵且使用不灵活。


技术实现要素：

3.鉴于上述问题，本发明提供了一种红外探测器瞬态响应特性的测试系统。
4.本发明实施例一个方面提供了一种红外探测器瞬态响应特性的测试系统，包括：红外光源单元，用于发射红外脉冲激光光束；可见光源单元，包括：可见激光器，用于发射可见激光光束；可见中性密度衰减片，用于衰减可见激光光束的强度；光纤耦合器，用于耦合可见激光光束；可见光纤，用于传输可见激光光束；准直对准单元，包括：反射式光纤准直器，用于准直红外脉冲激光光束和可见激光光束为平行光；光阑，用于准直红外脉冲激光光束和可见激光光束至光路统一高度；白光成像单元，用于可见激光光束聚焦光斑的成像；反射式物镜，用于聚焦红外脉冲激光光束、可见激光光束和成像；红外探测器，用于将红外脉冲激光光束光信号转换为电信号；光电信号处理单元，用于根据电信号测试红外探测器的瞬态特性。
5.在本发明一实施例中，红外光源单元包括：超连续谱红外激光器，用于发射红外脉冲激光光束；红外中性密度衰减片，用于衰减红外脉冲激光光束的强度；红外带通滤光片，用于滤除红外脉冲激光光束的波长至红外探测器光谱范围内的特定波长；抛面反射镜，用于耦合红外脉冲激光光束至红外光纤；红外光纤，用于传输红外脉冲激光光束至准直对准单元。
6.在本发明一实施例中，光电信号处理单元包括：示波器，用于测量电信号为模拟信号时的瞬态特性；时间相关单光子计数器，用于测量电信号为电脉冲信号时的瞬态特性。
7.在本发明一实施例中，白光成像单元包括：白光光源，用于提供白光光源；成像相机，用于显示和记录白光成像；分束器，用于耦合白光光源和成像相机。
8.在本发明一实施例中，光阑包括第一光阑和第二光阑。
9.在本发明一实施例中，超连续谱红外激光器的脉冲宽度为飞秒或皮秒。
10.在本发明一实施例中，可见激光器包括氦氖激光器。
11.在本发明一实施例中，红外光纤包括氟化物单模光纤。
12.在本发明一实施例中，可见光纤包括石英单模光纤。
13.在本发明一实施例中，还包括：三维调节架，置于红外探测器底部，用于调节红外探测器的元面与可见激光光束聚焦光斑实现对准。
14.本发明实施例提供的一种红外探测器瞬态响应特性的测试系统，至少具有以下有益效果：
15.本发明实施例提供的红外探测器瞬态响应特性的测试系统，由于借助了可见光源单元和准直对准单元，实现了红外光源发出红外激光聚焦光斑对红外探测器面元的精确对准，使得该测试系统的测试精度得到了显著提升。
16.本发明实施例提供的红外探测器瞬态响应特性的测试系统，所使用的光学元件均为反射式光学元件，有效避免了透射式光学元件的焦移及色散问题。
17.本发明实施例提供的红外探测器瞬态响应特性的测试系统，采用的红外超快光脉冲由超连续谱红外激光器产生，超连续谱红外激光器具有体积小、使用方便、维护简单的优点。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
19.图1示意性示出了本发明实施例提供的红外探测器瞬态响应特性的测试系统的结构图。
20.【附图标记】
21.1-红外光源单元；11-超连续谱红外激光器；12-红外中性密度衰减片；13-红外带通滤光片；14-抛面反射镜；15-红外光纤；
22.2-可见光源单元；21-可见激光器；22-可见中性密度衰减片；23-光纤耦合器；24-可见光纤；
23.3-准直对准单元；31-反射式光纤准直器；32-光阑；321-第一光阑；322-第二光阑；33-白光成像单元；34-反射式物镜；
24.4-红外探测器；
25.5-光电信号处理单元；51-示波器；52-时间相关单光子计数器；
26.6-三维调节架。
具体实施方式
27.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部
件。
28.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“长度”、“周向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的子系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
30.贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实大小、比例和实际位置关系。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
31.类似地，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分到单个实施例、图或者对其描述中。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。
32.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
33.图1示意性示出了本发明实施例提供的红外探测器瞬态响应特性的测试系统的结构图。
34.如图1所示，本发明的第一实施例提供的红外探测器瞬态响应特性的测试系统，可以包括：红外光源单元1、可见光源单元2、准直对准单元3、红外探测器4和光电信号处理单元5。
35.其中，红外光源单元1用于产生特定波长和适当功率的红外脉冲激光光束。
36.可见光源单元2包括：可见激光器21、可见中性密度衰减片22、光纤耦合器23和可见光纤24。
37.其中，可见激光器21用于发射可见激光光束。
38.可见中性密度衰减片22用于衰减可见激光光束的强度。
39.光纤耦合器23用于耦合可见激光光束。
40.可见光纤24用于传输可见激光光束。
41.准直对准单元3包括：反射式光纤准直器31、光阑32、白光成像单元33和反射式物镜34。
42.反射式光纤准直器31用于准直红外脉冲激光光束和可见激光光束为平行光。
43.光阑32用于准直红外脉冲激光光束和可见激光光束至光路统一高度。
44.白光成像单元33用于可见激光光束聚焦光斑及红外探测器4面元成像。
45.反射式物镜34用于聚焦红外脉冲激光光束、可见激光光束和白光成像。
46.红外探测器4用于将红外脉冲激光光束光信号转换为电信号。
47.光电信号处理单元5用于根据电信号测试红外探测器4的瞬态特性。
48.本发明实施例提供的红外探测器瞬态响应特性的测试系统，由于借助了可见光源单元2和准直对准单元3，实现了红外光源单元1发出红外脉冲激光聚焦光斑对红外探测器4面元的精确对准，使得该测试系统的测试精度得到了显著提升。
49.在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的红外探测器瞬态响应特性的测试系统中，红外光源单元1包括：超连续谱红外激光器11、红外中性密度衰减片12；红外带通滤光片13、抛面反射镜14和红外光纤15。
50.其中，超连续谱红外激光器11用于发射红外脉冲激光光束。
51.红外中性密度衰减片1 2用于衰减红外脉冲激光光束的强度。
52.红外带通滤光片13用于滤除红外脉冲激光光束的波长至红外探测器4光谱范围内的特定波长。
53.抛面反射镜14用于耦合红外脉冲激光光束至红外光纤15。
54.红外光纤15用于传输红外脉冲激光光束至准直对准单元3。
55.在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的红外探测器瞬态响应特性的测试系统中，光电信号处理单元5包括：示波器51和时间相关单光子计数器52。
56.其中，示波器51用于测量电信号为模拟信号时的瞬态特性。
57.时间相关单光子计数器52用于测量电信号为电脉冲信号时的瞬态特性。
58.在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的红外探测器瞬态响应特性的测试系统中，白光成像单元33包括：白光光源、成像相机和分束器。
59.其中，白光光源用于提供白光光源。
60.成像相机用于显示和记录白光成像。
61.分束器用于耦合白光光源和成像相机。
62.在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的红外探测器瞬态响应特性的测试系统中，光阑32包括第一光阑321和第二光阑322。
63.在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的红外探测器瞬态响应特性的测试系统中，超连续谱红外激光器11的脉冲宽度为飞秒或皮秒。
64.在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的红外探测器瞬态响应特性的测试系统中，可见激光器21包括氦氖激光器。
65.在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的红外探测器瞬态响应特性的测试系统中，红外光纤15包括氟化物单模光纤。
66.在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的红外探测器瞬态响应特性的测试系统中，可见光纤24包括石英单模光纤。
67.在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的红外探测器瞬态响应特性的测试系统，还包括三维调节架6，该三维调节架6置于红外探测器底部，用于调节红外探测器的元面
与可见激光光束实现对准。
68.本发明实施例提供的红外探测器瞬态响应特性的测试系统，所使用的光学元件均为反射式光学元件，有效避免了透射式光学元件的焦移及色散问题。
69.本发明实施例提供的红外探测器瞬态响应特性的测试系统，采用的红外超快光脉冲由超连续谱红外激光器产生，超连续谱红外激光器具有体积小、使用方便、维护简单的优点。
70.本发明实施例提供的红外探测器瞬态响应特性的测试系统，测试原理为：
71.超连续谱红外激光器11可以根据需求选择不同激光脉冲宽度、光谱范围的超连续谱激光器，通为飞秒或者皮秒激光脉冲，经过红外中性密度衰减片12衰减至红外探测器4的功率响应范围，经过红外带通滤光片13选择红外探测器4的光谱响应范围内的特定波长，经过抛面反射镜14耦合至红外光纤5的输入端。
72.可见激光器21可选用氦氖激光器，其发出的红光经过可见中性密度衰减片22功率衰减至几十微瓦，经过光纤耦合器23耦合至可见光纤24的输入端。
73.可见光纤24的输出端插入至反射式光纤准直器31，可见激光光束变为平行光，调节反射式光纤准直器31的位置及俯仰，使其输出的氦氖激光光束经过两个高度一致的光阑32(即第一光阑321和第二光阑322)进行准直，经过白光成像单元33成像，经过反射式物镜34聚焦至红外探测器4面元。
74.观察氦氖激光聚焦光斑和红外探测器4面元的显微白光成像，调节三维调节架6，使氦氖激光聚焦光斑位于红外探测器5探测面元的中心位置。
75.将可见光纤24的输出端从反射式光纤准直器31中拔出，将红外光纤15的输出端插入至反射式光纤准直器31，经白光成像单元33从光路中移开，由于反射式光纤准直器31、反射式物镜34和红外探测器4三者的相对位置保持固定，所以超连续谱红外激光器11发射的红外脉冲激光光束的聚焦光斑也位于红外探测器4探测面元的中心位置，实现了红外脉冲激光光束聚焦光斑与红外探测器4面元的对准。
76.将超连续谱红外激光器11的同步触发电信号输入至示波器51或时间相关单光子计数器52的触发输入端，将红外探测器4的光电转换信号输入至示波器51或时间相关单光子计数器52的信号输入端，调节红外中性密度衰减片12，保证示波器51或时间相关单光子计数器52的测量数据具有合适的信噪比，从而得到红外探测器4的瞬态响应特性。
77.尽管已经在附图和前面的描述中详细地图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应认为是说明性的或示例性的而非限制性的。
78.本领域技术人员可以理解，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种范围组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本发明中。特别地，在不脱离本发明精神和教导的情况下，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本发明的范围。
79.尽管已经参照本发明的特定示例性实施例示出并描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行形式和细节上的多种改变。因此，本发明的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。

技术特征：
1.一种红外探测器瞬态响应特性的测试系统，其特征在于，包括：红外光源单元，用于发射红外脉冲激光光束；可见光源单元，包括：可见激光器，用于发射可见激光光束；可见中性密度衰减片，用于衰减所述可见激光光束的强度；光纤耦合器，用于耦合所述可见激光光束；可见光纤，用于传输所述可见激光光束；准直对准单元，包括：反射式光纤准直器，用于准直所述红外脉冲激光光束和所述可见激光光束为平行光；光阑，用于准直所述红外脉冲激光光束和所述可见激光光束至光路统一高度；白光成像单元，用于所述可见激光光束聚焦光斑的成像；反射式物镜，用于聚焦所述红外脉冲激光光束、所述可见激光光束和所述成像；红外探测器，用于将所述红外脉冲激光光束光信号转换为电信号；光电信号处理单元，用于根据所述电信号测试所述红外探测器的瞬态特性。2.根据权利要求1所述的红外探测器瞬态响应特性的测试系统，其特征在于，所述红外光源单元包括：超连续谱红外激光器，用于发射红外脉冲激光光束；红外中性密度衰减片，用于衰减所述红外脉冲激光光束的强度；红外带通滤光片，用于滤除所述红外脉冲激光光束的波长至所述红外探测器光谱范围内的特定波长；抛面反射镜，用于耦合所述红外脉冲激光光束至红外光纤；红外光纤，用于传输所述红外脉冲激光光束至所述准直对准单元。3.根据权利要求1所述的红外探测器瞬态响应特性的测试系统，其特征在于，所述光电信号处理单元包括：示波器，用于测量所述电信号为模拟信号时的瞬态特性；时间相关单光子计数器，用于测量所述电信号为电脉冲信号时的瞬态特性。4.根据权利要求1所述的红外探测器瞬态响应特性的测试系统，其特征在于，所述白光成像单元包括：白光光源，用于提供白光光源；成像相机，用于显示和记录白光成像；分束器，用于耦合所述白光光源和所述成像相机。5.根据权利要求1所述的红外探测器瞬态响应特性的测试系统，其特征在于，所述光阑包括第一光阑和第二光阑。6.根据权利要求2所述的红外探测器瞬态响应特性的测试系统，其特征在于，所述超连续谱红外激光器的脉冲宽度为飞秒或皮秒。7.根据权利要求1所述的红外探测器瞬态响应特性的测试系统，其特征在于，所述可见激光器包括氦氖激光器。8.根据权利要求1所述的红外探测器瞬态响应特性的测试系统，其特征在于，所述红外光纤包括氟化物单模光纤。9.根据权利要求1所述的红外探测器瞬态响应特性的测试系统，其特征在于，所述可见光纤包括石英单模光纤。10.根据权利要求1所述的红外探测器瞬态响应特性的测试系统，其特征在于，还包括：
三维调节架，置于所述红外探测器底部，用于调节所述红外探测器的元面与所述可见激光光束实现对准。

技术总结
本发明提供了一种红外探测器瞬态响应特性的测试系统，涉及光电探测领域，包括：红外光源单元，用于发射红外脉冲激光光束；可见光源单元，包括：可见激光器，用于发射可见激光光束；可见中性密度衰减片，用于衰减可见激光光束的强度；光纤耦合器，用于耦合可见激光光束；可见光纤，用于传输可见激光光束；准直对准单元，包括：反射式光纤准直器，用于准直红外脉冲激光光束和可见激光光束为平行光；光阑，用于准直红外脉冲激光光束和可见激光光束至光路统一高度；白光成像单元，用于可见激光光束聚焦光斑的成像；红外探测器，用于将红外脉冲激光光束光信号转换为电信号；光电信号处理单元，用于根据电信号测试红外探测器的瞬态特性。性。性。


技术研发人员：窦秀明 丁琨 孙宝权
受保护的技术使用者：中国科学院半导体研究所
技术研发日：2023.07.10
技术公布日：2023/10/15