[发明专利]一种用于天文观测的近红外探测器性能测试方法

说明书

本发明公开了一种用于天文观测的近红外探测器性能测试方法，采用改进的“光子曲线转移法”对InGaAs液氮制冷型近红外探测器的增益、读出噪声和暗电流进行测量，利用低温黑体(‑25℃)和低温环境试验箱(‑30℃)获得了更精确的增益、读出噪声和暗电流。实测结果表明，增益略低于产品标称值，而读出噪声明显高于产品标称值；通过延长测试时间，红外探测器的暗电流低于产品标称值，达到4e‑/s。天文观测和传统夜视领域的测试方法。

技术领域

本发明属于近红外探测器性能测试方法，具体涉及一种用于天文观测的近红外探测器性能测试方法。

背景技术

红外观测在银河系结构、恒星的形成、星际介质、星系及类星体、太阳结构等天文学研究领域里具有重要意义。国外已经建立了多个红外地面望远镜和空间望远镜，国内的天文红外观测才刚刚起步。红外望远镜的核心是红外焦平面探测器，其性能(增益、读出噪声、暗电流)决定了望远镜的观测质量。对于天文观测的红外探测器，在使用前需要进行测试，以评价其是否满足天文观测；长期以来，近红外探测器多用于地面热像仪并无需液氮制冷，其适用条件和评价指标与天文观测有较大差别；天文观测领域需要液氮制冷型近红外探测器以降低读出噪声和暗电流，目前尚无对天文观测用液氮制冷型近红外探测器的测试方法研究；此外，天文观测领域多采用可见光CCD的测试方法即“光子转移曲线法”，但是应用于红外探测器测试，由于辐射源、传输特性的不同，测量精度较差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于天文观测的近红外探测器性能(增益、读出噪声和暗电流)测试方法，采用“双线法”，通过绘制两条关系直线：探测器读数与积分时间关系，探测器读数方差与积分时间关系，最终获得探测器增益K、读出噪声和暗电流的数值。测试中，利用低温黑体(-25℃)和低温环境试验箱(-30℃)获得了更精确的性能参数。

为了达到上述技术目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一种用于天文观测的近红外探测器性能测试方法，包括以下步骤：

S1：红外探测器的总噪声N_total²主要分为与信号大小有关的散粒噪声N_shot²(包括入射光电子、暗流电子)和与读出信号强度无关的读出噪声N_read²(包括读出电路和量化噪声等)，如公式(1)所示

N_total²＝N_read²+N_shot² (1)

入射光电子和暗电流电子都服从泊松分布，两者引起的散粒噪声N_shot是累计的电子数ne的平方根，即

N_shot²＝n_e＝I_adu*K*t (2)

其中，Iadu是采用读数表示的电流(ADU/s)包含入射信号和暗电流，t为积分时间；

S2：根据增益定义，总噪声和读出噪声(电子数)可以用噪声读数和增益表示为：

N_total＝ADU_total*K N_read＝ADU_read*K (3)

因此，也得：

(ADU_total*K)²＝(ADU_read*K)²+(I_adu*K)*t (4)

变形后得到：