透射比测试仪实物如图8.29所示。
图8.29 透射比测试仪实物
1.紫外光源系统
紫外光源系统用以为紫外光学系统透射比测试提供所需的强度紫外辐射,其应具有输出紫外辐射强度稳定、光斑尺寸可调等特点。紫外光学系统透射比测试仪紫外光源系统由南京理工大学设计加工完成。所设计的紫外光源系统主要由紫外光源、光源电源和光源调节机构组成。
(1)紫外光源及其供电电源。
所设计的紫外光源系统采用氘灯作为紫外光源。氘灯发射的是连续光谱,在200～400 nm波长范围内光谱输出较高,发射特性稳定,能够满足紫外光学系统透射比测试需求。本测量仪采用北京赛凡光电仪器有限公司生产的7ILD30型氘灯光源,该光源采用优质透紫外石英双透镜,在200～400 nm透过率高,能量利用充分,可以在大范围内调节焦距以满足不同焦点位置需求,具有发射强度高、稳定性好、寿命长等优点。光源电源采用北京赛凡光电仪器有限公司生产的7IPD30型氘灯电源,其具有输出电流漂移小、电流稳定度高等优点。7ILD30型氘灯光源及其配套电源如图8.30所示。
图8.30 7ILD30型氘灯光源及其配套电源
(2)光源调节机构。
所设计的紫外光源系统光源调节机构用以对氘灯发出的紫外辐射光谱分布、强度和光斑尺寸进行调节,以可调光阑和滤光片作为主要调节手段,其中滤光片安装于专用滤光片盒内,可调光阑安装于滤光片盒与被测紫外光学系统连接处。所设计的滤光片调节箱示意如图8.31所示。
图8.31 滤光片调节箱示意
滤光片调节箱内有多片滤光片,滤光片两端分别用两个压片夹紧,加以上下两根圆柱形导杆以小角度倾斜放置,通过箱体外与滤光片相连的推杆调节滤光片的位置。紫外光源系统中,使用单色滤光片以实现光源系统单色紫外辐射输出,使用中性衰减滤光片对光源输出的辐射强度进行调节,实现大动态范围辐射强度调节。单色滤光片采用美国Andover公司生产的中心波长分别为254 nm、260 nm和280 nm的带通紫外单色滤光片。中性衰减滤光片选用美国THORLABS公司生产的型号为NEK01S的紫外熔融石英反射型中性密度滤光片组,衰减系数从0.1直至4.0,满足紫外光学系统焦距测量辐射强度的调节需求。在实验过程中,推进滤光片在通光窗口挡住光源,从而达到调整光源光谱分布和迅速衰减光功率的目的;通过调整不同的滤光片组合对光源进行调节以满足实验需求。
紫外光源系统中,可调光阑用以对光源输出的光斑尺寸和辐射强度进行精密调节。本设计中,采用可变孔径光阑,通过转动手轮改变通光孔径控制输入至被测紫外光学系统的紫外光斑尺寸和辐射强度。可调光阑实物如图8.32所示。
图8.32 可调光阑实物
2.积分球设计
紫外光学系统透射比测试仪中的积分球用以对单色紫外辐射进一步衰减并对其均匀化,以在光源系统出光口输出单色紫外均匀光斑。积分球直径设计为200mm,光入口直径设计为50 mm,积分球开口直径设计为50 mm。积分球外形结构如图8.33所示。
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图8.33 积分球外形结构
积分球挡板的主要作用是阻挡未经积分球表面至少两次反射的光束直接出射积分球外,从而改善积分球出口的均匀性。本设计方案中,设计了方形挡板,采用钢板制作,并焊接在积分球靠近光口侧,挡板表面进行均匀喷涂。
目前积分球内壁涂层使用的主要材料有硫酸钡、Spectralon材料或聚四氟乙烯。本方案中,采用美国蓝菲光学公司生产的Spectralon反射材料,作为积分球内壁涂层。Spectralon材料在250～2 500nm波长范围内具有高朗伯特性,反射比大于95%,如图8.34所示。
图8.34 Spectralon材料反射比
3.探测器及微电流检测仪
紫外光学系统透射比测试中,探测器用以对积分球输出的紫外辐射强度进行检测,实现光电转换,通过微电流检测仪对探测器输出的电流信号进行检测,获得在有无紫外光学系统情况下探测器的输出电流值,计算获得紫外光学系统透射比。
测试仪探测器采用日本滨松公司生产的S2281-01紫外增强硅光电池作为光探测器件,其光谱响应范围为190～1 000 nm,灵敏度高达0.36 A/W,暗电流仅为300 pA,信号探测稳定性优于1.5%,可以满足紫外光学系统透射比测试需求。S2281-01硅光探测组件实物如图8.35所示。
图8.35 S2281-01硅光探测组件实物
为对硅光探测组件因紫外辐射入射所产生的光电流信号进行检测,采用如图8.36所示的微电流检测仪。
图8.36 微电流检测仪
微电流检测仪内设计有放大滤波电路、AD采集模块、显示模块和控制单元等。硅光电池在紫外辐射作用下产生电流信号;利用放大滤波电路对信号进行放大和滤波;经放大后的电流信号通过AD采集模块转换为数字信号并输入控制单元;控制单元根据所输入的数字信号进行计算,获得硅光电池光电流值,并进行显示和输出。
探测器与镜头通过自主设计的专用夹具进行固定,探测器与镜头夹具如图8.37所示。
图8.37 探测器与镜头夹具
整个夹具由探测器套筒、镜头套圈、探测器挡板、镜头套筒组成。镜头套筒用于安放镜头,并套在积分球的出光口,用紧定螺钉固定。镜头套筒根据镜头的不同尺寸进行定做,使得镜头在套筒内的位置固定。探测器套筒根据探测器的尺寸设计,用于安放探测器,同时用探测器挡板进行螺纹连接固定,同时探测器套筒抵住镜头套筒使得套筒位置稳定,并保证探测器与出光口的距离不变,保证测量的正确性。紫外光学系统透射比测试仪设备明细和功能如表8.5所示。
表8.5 紫外光学系统透射比测试仪设备明细表和功能
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