CCD的性能测试实验报告

CCD的性能测试实验报告------02袁田甜实验目的：测试CCD的性能参数（暗流，曝光时间和制冷温度）并找到它们的关系。实验原理；CCD是电耦合器件：组成电荷耦合器件的基本元件(光敏元件)是电荷贮存电容器，它采用电荷耦合的方法将二维的信号输出CCD性能优良，这主要表现在：量子效率高：这是它最大的优点，平均而言量子效率可达30%～50%，大约是一般照相底片的100倍；最高可达90%。分光相应范围宽：CCD的分光响应范围为400～1100nm，比一般照相乳剂的灵敏波段范围（350～700nm）向近红外波段延展了很多。线性好：成像强度与入射光流量成正比，而且有很好的线性关系。动态范围宽：动态范围是指可探测的最暗星与最亮星的星等差。CCD的动态范围可达105，远远优于底片。分辨本领高。像素的尺度越小分辨率越高。目前生产的CCD其像素尺度为9～25μm，这与细颗粒的底片分辨本领相当。CCD使用中也存在一些需要注意解决的问题和困难：CCD成像面积越大技术制造上越困难；采用小面积拼接的办法也需要尖端技术的支持。存在零秒曝光，即在不露光的情况下，由于栅偏压而引起的电子潜像也存在，这应在观测资料处理中加以扣除。CCD与光电倍增管一样也有暗流，即在无光照时也有输出。暗流随温度而改变，一般每降低5～7℃，暗流就减小一半。所以应将器件冷却到足够低的温度。专业应用的CCD常用液氮（装在杜瓦瓶内）制冷，使温度低于-110℃；业余观测使用的CCD系统，多采用半导体制冷。观测时需要单独测定暗流，并在资料处理中加以扣除。CCD器件各个像素的量子效率不一，这种基底（也叫“平场”）的不均匀性会造成成像失真。因此观测天体之后通常要测定平场，即利用一均匀光源照射或对天空背景进行单独观测，存储其图像，然后在资料处理中加以扣除掉（天体的图像除以平场）。本实验主要对暗流拍摄和分析，使用ST7和ST9种型号。实验步骤1.将CCD与计算机连接，将CCD连线连接在计算机的USB口上2.给CCD和计算机加电，启动CCD和计算机3.启动CCDopsforWindows软件。该软件在启动时，自动检测CCD并进行软件连接4.启动CCD制冷装置。在CCDops环境下，鼠标单击“Camera”菜单项，在该项下拉菜单中选择“setup”项，出现CCD设置对话框。“Temperatureregulation”列表框中有两个选项：“off”-—关闭制冷系统；“Active”—-打开制冷系统。“setpoint”正文框内输入设置的最低温度（最低只能比环境温度低30°～40℃），单击“ok”按钮，即可启动CCD制冷系统。此时，在CCDops窗口下方的“Temp……”提示框内显示当前CCD的工作温度。5.用不同的时间拍暗流（如30秒、60秒、120秒），并将拍摄的图像分别存储在硬盘上，可供以后处理资料时选用。方法如下：单击“Camera”菜单项，选择“Grab”选项，出现“Grab”对话框，可设置曝光时间，以秒为单位，最短为0.1秒。“Darkframe”列表框中有三个选项：“Only”为仅拍摄暗流（本实验选此项），“Also”为用相同曝光时间先拍暗流，再拍天体。“None”只拍摄天体。“Imagesize”列表框有三个选项：“Full”---满屏拍摄512×512pixel；“Half”---拍中心区域1/2×1/2大小；“Quarter”拍中心区域1/4×1/4大小。其它选项用默认值，单击“ok”按钮，即开始曝光拍暗流。每拍完一幅，应用“File”菜单项下的“Saveas”项保存此暗流图像文件。比较分析暗流。根琚不同曝光时间，选取不同的温度，大家共拍了一暗流值，整理如下表：ST9温度暗流时间（s）温度暗流时间（s）温度暗流时间（s）11.161061-2.741005-6.06100109.78105-9.3310712.5611211.63105-11.87100-11.87101-9.3799-10.299-10.2100-6.06100-6.06100-8.1399-6.47991.031027.5310712.5610613.5111010.24110-11.451007.97104-0.65101-2.32100-7.399-7.97100温度暗流时间（s）温度暗流时间（s）-8.9610115-10.21002011.1611310.24113-12.29100-12.291005.33104-0.65103-9.37100-10.6210011.6311411.631154.02106-9.37101-6.06101-8.54101-11.87101-11.45100-11.03101温度暗流时间（s）温度暗流时间（s）温度暗流1.881131-1.4911957.97149-6.8910910.241418.871661.461124.02126-1.91119-11.87110-1.49114-12.29110-5.231101.88119-6.471132.73115-12.29110-8.9611110.04128-9.79111-13.121104.02114-11.871102.311295.761156.212910.2417113.041288.87135-4.821199.781217.971322.31125-1.49114温度暗流时间（s）温度暗流时间（s）1.8813415-0.23133207.531641.46141-1.91124-0.65132-6.89115-10.62113-7.3115-11.03116-8.961144.46157-8.13116-0.23136-7.3120-7.3121-1.07124-3.99