Ispitivanje osetljivosti čipa ICCD kamere

Нови Сад, 2021. 

УНИВЕРЗИТЕТ У НОВОМ САДУ 

ПРИРОДНО-МАТЕМАТИЧКИ ФАКУЛТЕТ 

ДЕПАРТМАН ЗА ФИЗИКУ 

ИСПИТИВАЊЕ ОСЕТЉИВОСТИ ЧИПА 

ICCD КАМЕРЕ

-дипломски рад- 

Ментор:         

 Кандидат:            

Доц. Др Лазар Гавански  

Небојша Курјега 

2  

Садржај 

Садржај .......................................................................................................................................... 2

Увод ................................................................................................................................................ 4

1.

Оптички систем за снимање спектара плазме .................................................................... 5

1.1.

Извори зрачења............................................................................................................... 5

1.1.1.

Хелијум - неонски ласер......................................................................................... 5

1.1.2.

Полупроводнички ласер ......................................................................................... 7

1.2.

Спектрометар .................................................................................................................. 8

1.2.1.

Улазна пукотина...................................................................................................... 9

1.2.2.

Дифракциона решетка ............................................................................................ 9

1.3.

ICCD камера ................................................................................................................. 10

1.3.1.

Интензифајер ......................................................................................................... 11

1.3.2.

MCP - мултиканалска плоча ................................................................................ 12

1.3.3.

Систем сочива за спрегу ....................................................................................... 13

1.3.4.

CCD сензор - Видео јединица – јединица за снимање ...................................... 13

2.

Карактеристике ICCD камере ............................................................................................ 15

2.1.

Одзив канала камере на монохроматско зрачење једнаког интензитета ................ 15

2.1.1.

Испитивање одзива канала CCD чипа HeNe ласером ....................................... 15

2.1.2.

Испитивање  осетљивости  канала  CCD  чипа  на  различитим  интервалима 

очитавања по висини чипа ................................................................................................. 17

2.1.3.

Упоређивање одзива канала CCD чипа .............................................................. 20

2.1.4.

Испитивање одзива канала CCD чипа полупроводничким ласером ............... 21

2.2.

Провера калибрације система по таласним дужинама ............................................. 23

2.2.1.

Израчунавање  спектралног  интервала  који  заузима  један  канал  CCD  камере 

помоћу HeNe ласера ........................................................................................................... 23

4  

Увод

Спектроскопија  је  област  науке  која  се  путем  анализе  електромагнетног  зрачења 

бави проучавањем  атома и молекула, процеса  у пламеновима, одређивањем температуре 

плазме или хемијског састава усијаних гасова. 

Спектрални  уређаји  раздвајају  долазеће  електромагнетно  зрачење  по  таласним 

дужинама, а помоћу детектора се мери  интензитет тог зрачења. Пре било какве анализе, 

мерни систем мора бити калибрисан и добро подешен како би правилно радио. Уколико се 

јаве неправилности у раду система, потребно је пажљиво испитати насталу неправилност 

и установити на ком делу мерног система је настала, као и њен узрок. 

У  овом  раду  је  извршена  провера  осетљивости  канала  ICCD  камере,  која  се  у 

Лабораторији  за  физичку  електронику  Департмана  за  физику  Природно  –  математичког 

факултета  у  Новом  Саду  користи  као  детектор  зрачења  у  оптичком  систему  за 

спектроскопију  плазме.  У  току  спектроскопских  мерења  овим  системом,  уочено  је  да 

канали  ICCD  камере имају различиту осетљивост, па детектована спектрална расподела 

интензитета зрачења знатно одступа од оне коју извор зрачења емитује. Ово представља 

проблем при снимању спектара плазме, с обзиром да су снимљени спектри  изобличени и 

не могу се користити за анализу процеса у плазми и дијагностику плазме. У овом раду је 

сниман  интензитет  једне  спектралне  линије  на  различитим  каналима  CCD  чипа  камере 

како  би  се  утврдио  одзив,  тј.  осетљивост,  појединачних  канала.  Оваква  мерења  су 

извршена  у  две  различите  спектралне  области  како  би  се  испитао  утицај  спектралне 

осетљивости целокупног система на одзив појединачних канала. Осим тога, проверена је и 

калибрација система по таласној дужини. 

Испитивање  осетљивости  појединачних  канала  CCD  чипа  камере  у  овом  раду  је 

извршено  како  би  се  проверила  исправност  рада  овог  детектора  и  ближе  дефинисао 

уочени проблем. 

Небојша Курјега, 360/17

5 

1.

Оптички систем за снимање спектара плазме 

Мерни  систем  коришћен  у  овом  раду  шематски  је  приказан  на  Слици  1.  Зрачење 

емитовано  из  извора  улази  у  спектрометар  где  се  разлаже  по  таласним  дужинама.  На 

излазном отвору спектрометра налази се ICCD камера која представља детектор зрачења. 

ICCD камером управља се рачунаром. 

Слика 1. Шематски приказ мерног система 

1.1.

Извори зрачења 

Циљ  овог  рада  је  испитивање  правилности  рада  чипа  ICCD  камере,  стога  је  било 

потребно користити изворе који емитују монохроматско зрачење познате таласне дужине, 

константног  и  довољног  интензитета.  Из  тих  разлога  коришћени  су  хелијум  -  неонски 

(HeNe) ласер и полупроводнички ласер. 

1.1.1.

Хелијум - неонски ласер 

Радна супстанца HeNe ласера је, као што и само име каже, смеша хелијума и неона 

у односу 10 према 1 који се налазе у стакленом суду на ниском притиску. Хелијум нема 

електронске  прелазе  који  су  радијативни,  док  неон  има  три;  са  таласним  дужинама  од 

3390, 1150 и 632.8 нанометара. Међутим, неон има веома мали ефикасни пресек за сударе 

са електронима при електричном пражњењу кроз гасну цев. Стога се и користи смеша са 

Небојша Курјега, 360/17

7 

                   Слика 3. Шематски приказ хелијум - неонског ласера 

1.1.2.

Полупроводнички ласер 

Принцип  рада  полупроводничког  ласера  заснива  се  на  LED-у  (LED  -  light 

emitting diode), а основу грађе чини ПН спој. На субстрат Н типа, наноси се додатни слој Н 

типа  и  П  типа.  На  граници  између  тих  слојева  се  добија  ПН  спој  који  ће  бити  активан 

(Слика  4.).  На  горњу  и  доњу  страну  наносе  се  електроде,  за  регулацију  напона.  При 

директној  поларизацији,  долази  до  стимулисане  емисије  тек  кад  јачина  струје  кроз  спој 

пређе одређени праг.  

Слика 4. Шематски приказ полупроводничког ласера 

Тада уз помоћ оптичког резонатора (два огледала постављена на странама као код 

HeNe  ласера)  долази  до  интензивног  стварања  кохерентне  светлости.  Фотони  не  могу  да 

се  крећу  ван  активног  слоја  јер  и  Н  тип  и  П  тип  имају  индекс  преламања  мањи  од  ПН 

споја.  Овако  добијена  светлост  није  строго  моногроматска,  већ  се  састоји  од  светлости 

централне  таласне  дужине  и  блиских  таласних  дужина.  Како  се  у  полупроводницима  са 

температуром  мења  концентрација  електрона  и  шупљина,  тако  и  таласна  дужина 

емитованог  зрачења  прати  тај  тренд.  Централна  таласна  дужина  одређена  је  ширином