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1.內容提要 本書從實際應用需求出發(fā)，在國內首次研制外部導入寬可調諧激光的積分球光源，包括輻亮度光源和輻照度光源。為了提高積分球出射光場的穩(wěn)定性和均勻性，設計球內旋轉漫射板方法去除激光相干性產生的散斑。對輻亮度光源和輻照度光源的輻射特性進行了詳細研究。建立溯源于低溫輻射計的光譜輻亮度和輻照度響應度傳遞標準。傳遞標準為光譜輻通量響應度溯源于低溫輻射計的硅陷阱探測器（Trap）。定標光源和傳遞標準組成光譜輻亮度和輻照度響應度定標系統(tǒng)，主要應用于太陽輻射計CIMEL
CE3182的實驗室定標。最后對影響太陽輻射計定標精度的各個不確定性因素進行了詳細評估。本書可作為研究生光學、光電檢測等專業(yè)的參考書，對相關領域的工程技術人員也有參考價值。 2.前言 光輻射探測器光譜響應度的定標是光輻射測量領域的主要研究內容之一，也是定量化光學遙感和環(huán)境監(jiān)測等應用領域的基礎性關鍵技術。對探測器進行高精度光譜表征和定標要求定標光源具有以下特征：①
較高的光譜分辨率；② 大面積的均勻、準朗伯光源用于輻亮度響應度定標；③ 輻照度空間均勻；④
較高的光譜輻通量水平。傳統(tǒng)光源，包括光譜輻射照度標準燈、內置燈積分球光源和燈單色儀系統(tǒng)等，由于其自身的限制均不能完全滿足上述要求。 作者在國內率先研制外部導入可調諧激光的積分球光源，包括輻亮度光源和輻照度光源?？烧{諧激光自身的特點決定了新型定標光源具有單色性好、光譜輻通量水平高以及可以在寬波段范圍內調節(jié)波長等優(yōu)點。積分球是形成均勻、準朗伯光源的最佳裝置，廣泛應用于光輻射測量系統(tǒng)中。因此可調諧激光和積分球的有效結合形成的定標光源可以同時滿足以上四種要求。 激光積分球光源與傳遞標準探測器相結合，建立光譜輻亮度和輻照度響應度定標系統(tǒng)。硅陷阱探測器（Trap）的光譜輻通量響應度溯源于低溫輻射計，有效縮短了標準傳遞鏈。由視場光闌、孔徑光闌和Trap組成的標準輻亮度探測器用于定標輻亮度光源的絕對光譜輻亮度；由孔徑光闌和Trap組成的標準輻照度探測器定標輻照度光源在某一參考平面上的絕對光譜輻照度。該系統(tǒng)不僅可以對各種波段式濾光片輻射計進行系統(tǒng)級定標，還可以作為絕對精度更高的一種技術驗證已有的定標手段。 系統(tǒng)研制成功后主要應用于太陽輻射計CIMEL
CE3182的實驗室定標，其中光譜輻亮度響應度定標系統(tǒng)定標CE3182的天空散射和日暈觀測模式，光譜輻照度響應度定標系統(tǒng)定標CE3182的太陽直射觀測模式。對于同一臺太陽輻射計，定標系數(shù)與GSFC（美國NASA戈達德航天中心）的相對偏差在±
1.4%以內，說明了新型定標技術的可行性。 本書的撰寫過程得到了我的研究生導師中科院安徽光學精密機械研究所鄭小兵研究員的大力支持，得到了常州工學院張兵教授的關心和幫助,在此謹向他們表示誠摯的感謝。 由于作者學識與水平所限，書中難免有缺點和錯誤，懇請讀者批評指正。 徐秋云 常州工學院 2018年3月 3.目錄 1引言(1) 1.1輻射定標的作用(1) 1.2兩種輻射標準傳遞方法(3) 1.2.1溯源于黑體、基于標準輻射源法(3) 1.2.2溯源于低溫輻射計、基于標準探測器法(4) 1.2.3基于標準探測器法在衛(wèi)星傳感器實驗室定標中的應用(5) 1.3光電探測器的響應度(6) 1.4探測器響應度定標方法總結(8) 1.4.1光譜輻通量響應度定標方法(8) 1.4.2輻照度響應度定標方法(10) 1.4.3輻亮度響應度定標方法(12) 1.5一種新型的光譜輻照度和輻亮度響應度定標方法(14) 1.6本書的主要工作(15) 2光譜輻亮度和輻照度響應度定標系統(tǒng)設計與實現(xiàn)(18) 2.1光譜輻亮度和輻照度響應度定標系統(tǒng)總體設計方案(18) 2.2光譜輻亮度響應度定標系統(tǒng)(19) 2.2.1外部導入激光的積分球光源的研制(20) 2.2.2積分球及主要部件實物圖(28) 2.3光譜輻亮度響應度定標系統(tǒng)的標準傳遞方法(29) 2.3.1標準輻亮度探測器(30) 2.3.2標準探測器的輻亮度響應度(32) 2.3.3標準探測器定標激光積分球光源的輻亮度(33) 2.4光譜輻照度響應度定標系統(tǒng)(34) 2.4.1輻照度光源設計(34) 2.4.2標準傳遞方法(37) 2.5散斑去除理論分析(38) 2.6定標系統(tǒng)中主要儀器介紹(41) 2.6.1可調諧激光器系統(tǒng)(41) 2.6.2激光功率控制器(44) 2.6.3波長計(45) 2.6.4電機選型(46) 3外部導入激光的積分球光源輻射特性測量(48) 3.1輻亮度光源輻射特性研究(48) 3.1.1輻亮度非穩(wěn)定性(50) 3.1.2輻亮度平面非均勻性(53) 3.1.3輻亮度角度非均勻性(55) 3.1.4積分球光源輻射特性測量軟件(57) 3.1.5偏振度表征(60) 3.1.6散斑去除效果定量分析(63) 3.2輻照度光源輻射特性研究(68) 3.2.1實驗原理(68) 3.2.2準直調節(jié)方法(69) 3.2.3實驗結果(71) 4光譜輻亮度響應度定標系統(tǒng)的應用(72) 4.1太陽輻射計光譜輻亮度響應度定標方法(73) 4.1.1光譜響應度定標方法(73) 4.1.2定標系數(shù)計算與比對(75) 4.1.3計算通道中心波長和帶寬(76) 4.2傳遞標準探測器的光譜輻亮度響應度(76) 4.2.1Trap的光譜輻通量響應度(76) 4.2.2光闌直徑和兩光闌之間距離的測定(76) 4.2.3傳遞標準探測器的光譜輻亮度響應度(77) 4.2.4標準探測器的觀測面積(78) 4.3太陽輻射計天空散射觀測模式定標(79) 4.3.1本底信號(79) 4.3.2監(jiān)視探測器的輸出信號(79) 4.3.3絕對光譜輻亮度響應度(79) 4.3.4響應度的線性(80) 4.3.5計算定標系數(shù)并與GSFC進行比對(81) 4.3.6通道中心波長和帶寬(82) 4.3.7比較光譜響應度與濾光片光譜透過率(82) 4.4光譜輻亮度響應度定標不確定度分析(84) 4.4.1標準探測器光譜輻亮度響應度定標不確定度(84) 4.4.2定標光源輻射特性(86) 4.4.3CE318穩(wěn)定性(87) 4.4.4標準探測器穩(wěn)定性(88) 4.4.5合成標準不確定度(89) 4.5太陽輻射計日暈觀測模式定標(90) 4.5.1日暈模式的絕對光譜輻亮度響應度(90) 4.5.2計算定標系數(shù)并與GSFC進行比對(91) 4.6定標結果驗證和比對(91) 4.6.1利用燈照明積分球光源驗證定標結果(91) 4.6.2天空散射模式四次定標結果比對(93) 5光譜輻照度響應度定標系統(tǒng)的應用(95) 5.1太陽輻射計傳統(tǒng)定標方法(95) 5.2太陽輻射計光譜輻照度響應度定標方法(97) 5.2.1光譜響應度定標方法(97) 5.2.2CE318參考平面的確定(98) 5.2.3定標系數(shù)計算與比對(99) 5.3傳遞標準探測器的光譜輻照度響應度(100) 5.3.1Trap的光譜輻通量響應度(100) 5.3.2傳遞標準探測器的光譜輻照度響應度(101) 5.4確定定標距離(101) 5.4.1Trap等效光路(102) 5.4.2定標距離(103) 5.5太陽輻射計的相對光譜輻照度響應度(103) 5.5.1CE318的輸出信號(103) 5.5.2相對光譜輻照度響應度(105) 5.6相對光譜輻照度響應度定標不確定度分析(106) 5.7討論(108) 6總結和進一步的考慮(110) 參考文獻(112) |
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