Описание методики и установки для измерения КЭ многоэлементного ТДИ

Для измерения КЭ ТДИ используется известный метод компаратора, суть которого состоит в следующем. Для разложения сплошного спектра источника излучения используется монохроматор (см.рис. 4.3). После монохроматора монохроматическое излучение с помощью зеркала направляется в один из двух каналов, в одном из которых расположен калиброванный фотодиод, а в другом - ТДИ. Регистрируя световой поток с помощью КФ с известной КЭ, можно найти КЭ ТДИ.

Полный поток выходящего из монохроматора излучения можно разбить на две части: монохроматическое излучение (часть разложенного в спектр излучения, вырезанная выходной щелью) и рассеянное (паразитное - неразложенное в спектр) излучение. Последняя часть пропорциональна полному потоку входного излучения, и, следовательно, не изменяется при изменении длины волны выходного излучения. При работе в тех областях спектра, где спектральная яркость источника относительно мала, поток рассеянного излучения, выходящего из монохроматора, может быть соизмерим и даже больше потока, определяемого функцией пропускания. В этих условиях точность фотометрических измерений снижается, а проведение ряда экспериментов становится вообще совершенно невозможным. Практика показывает, что на длинах волн меньше 250 нм на выходе одинарного монохроматора преобладает рассеянное излучение. Для уменьшения потока рассеянного света перед входной щелью монохроматора следует установить светофильтр, пропускающий только исследуемую часть спектра и “срезающий” ту его область, которая в основном определяет рассеянный свет. Однако, при работе в широкой области длин волн необходимо иметь набор светофильтров с различной границей пропускания. Наиболее совершенным методом уменьшения интенсивности паразитного рассеянного света является применение так называемых двойных монохроматоров или, точнее, монохроматоров с двойным разложением излучения в спектр. Двойной монохроматор состоит из двух последовательно действующих монохроматоров. Выходная щель первого монохроматора является входной щелью второго.

Необходимо иметь ввиду, что воздух поглощает длины волн меньше 200 нм [11,12], поэтому для проведения измерений КЭ ТДИ монохроматор должен быть вакуумным или газонаполненным (N₂ или Ar).

многоканальный спектрометр вогнутый дифракционный решётка

Учитывая все эти замечания, была создана установка на базе двойного газонаполненного монохроматора CARY-16, в котором была убрана регистрирующая система (ФЭУ), вместо лампы UV-излучения с водяным охлаждением 1000-D установлена лампа ДДС-30, а также на место двух кювет с поглощающими средами установлены фотодиод с известной КЭ и многоэлементный твёрдотельный детектор, КЭ которого необходимо получить. Принципиальная схема установки для измерения КЭ ТДИ на базе монохроматора CARY-16 приведена на рис. 4.4

Принцип работы двойного монохроматора CARY-16 достаточно прост. С источника излучения видимого света (L2) или УФ излучения (L1), свет, пройдя через фокусирующие линзы F1 или F2 и поворотное зеркало Z1 попадает на входную щель S1. Затем, расходящийся пучок попадает на сферическое зеркало Z2. После зеркала, параллельный пучок разлагается в спектр призмой P1 и попадает опять на зеркало Z2, и далее на зеркало Z3, после чего, монохроматический пучок попадает на промежуточную щель S2. Далее, монохроматический пучок проходит через второй монохроматор, и после попадает на выходную щель S3. Затем, при помощи зеркал Z6 и Z7 пучок монохроматического излучения может попасть либо на фокусирующее зеркало R1, либо на R2. И после всего возможна регистрация пучка монохроматического излучения либо ТДИ, либо калиброванным фотодиодом (КФ).

Внешний вид установки для измерения КЭ приведён на рис. 4.5. Внутренний вид монохроматора CARY-16 приведёна на рис.4.6.

Ширина щели монохроматора составляла 0.2мм. В приложении 4 показано, что для того, чтобы два близкорасположенных спектральных интервала разделялись, для ширины этого интервала 1нм достаточно иметь щель монохроматора шириной 0.4мм.

Пропускная способность левого и правого каналов приведена в приложении 5.

В качестве фотодиода использовался калиброванный фотодиод AXUV-100G (Рис.4.4) [9] (серийный номер 00-229), протестированный Национальным Институтом Стандартизации и Технологии (США). Номер теста 39080S.

На рис. 4.8 показан ТДИ, квантовую эффективность которого необходимо определить.

В качестве осветительной системы используются лампы: для УФ области спектра (185-470нм) - лампа ДДС-30 [10], для видимой и ИК области спектра (400-800нм)- лампа с вольфрамовой нитью накала.

Зависимость интенсивности от длины волны для лампы ДДС-30 приведена в приложении 6.

Для длин волн меньше 200нм начинает сказываться поглощение воздухом, поэтому использовалось газонаполнение монохроматора чистым азотом.