微弱光探测器光谱响应测量装置

为满足光子计数类型光电探测器光谱响应度的计量需求,建立了微弱光探测器光谱响应测量装置,其特点是可在pW级单色光功率水平下实现光谱比较测量。设计了可调式亮度源,与色散相减双光栅单色仪密闭耦合后实现了6个量级的功率可调单色光输出,可适用于不同光子探测器的线性工作区间,波长范围覆盖330~1 100 nm。设计的密闭准直光路使系统可在正常照明环境下工作,降低了实验环境要求。以集成fA级电流放大器的标准探测器为参考,实现被测光子探测器计数率在1×10^(6)个/s量级的光谱响应度测量。基于LabView编写了专用的控制及数据采集软件,实现了自动化测量。对系统的各项计量特性进行了实验,在330~1 100 nm波段内完成了光子探测器相对光谱响应度测量,相对扩展不确定度为(2.5~3.8)%,k=2。

间接型光谱成像仪相对光谱响应函数标定方法

间接型光谱成像仪通常采用面阵探测器作为光电转换器件,探测器像元间光谱响应的不一致性会导致采集到的目标光谱失真,所以标定和修正像元间光谱响应的不一致性是提升间接型光谱成像仪光谱辐射测量精度的重要手段.本文以干涉光谱成像仪为例,分析了系统像元间相对光谱响应不一致对目标光谱辐射测量准确性的影响,提出了基于傅里叶变换调制定标源的间接型光谱成像仪全系统相对光谱响应函数测量方法,并建立了相对光谱响应函数标定的数理模型.仿真分析结果表明,理想无噪声时,像元间1%的相对光谱响应不一致性会对复原光谱造成1.02%的相对误差,经过相对光谱响应校正后,不同行复原光谱的相对误差降至0.08%.最后,仿真分析了相对光谱响应不一致性在不同光谱信噪比下的校正效果.该方法可提高间接型光谱成像仪光谱测量的准确性和一致性.

基于线性规划的光谱响应函数反演方法初探

光谱响应函数是卫星遥感器中各个光学元件的反射和透射特性的体现。由于遥感器发射前在地面实验室通过光谱校准获得的光谱响应函数是不准确的,而且在太空中运行的过程中,光谱响应函数可能会以未知的方式发生退化。这两种现象都会对卫星辐射定标工作的精确性产生严重影响。本文针对可见光波段,提出了一种基于线性规划的光谱响应函数反演方法,该方法具有良好的全局收敛性,不依赖于光谱响应函数初值。通过模拟的大气顶高光谱反射率数据和对应通道的卫星反射率数据可以反演得到真实状态下的光谱响应函数。在光谱响应函数的反演过程中具有有效的定性和定量性能,反演得到的光谱响应函数满足应用需求。

光谱响应曲线对双色法燃烧测量技术精度影响

基于CCD相机的双色法广泛应用于燃烧温度场和烟黑浓度场测量,为认识燃烧规律和掌握燃烧状态发挥重要作用。已有工作大多忽略CCD相机的光谱响应特征,而将CCD相机各通道检测信号视为火焰在特定波长处辐射能量,给测量结果带来误差,并鲜有针对光谱响应曲线简化所引起测量误差的分析。以乙烯/空气层流扩散火焰为例,模拟不同光谱响应曲线CCD相机的火焰重建过程,分析了形状、半宽、不对称性等不同光谱响应曲线参数对火焰温度及烟黑浓度重建精度的影响。结果表明,光谱响应曲线形状和半宽对重建精度影响较小,在无测量误差条件下,温度场平均重建误差均小于1%;当光谱响应曲线不对称或中心波长不准确时,重建结果误差明显增大,在无测量误差条件下,温度场平均重建误差可达2.4%。对CCD相机进行黑体炉及光谱响应曲线标定,通过CCD相机对乙烯层流扩散火焰进行测量发现,利用中心波长和实际光谱响应曲线测量结果具有明显偏差,最高温度和最大烟黑浓度偏差分别为4.74%和16.4%。

一种太赫兹探测器绝对光谱响应度测量方法研究

绝对光谱响应度是探测器的重要技术参数之一,随着太赫兹探测技术的发展,精确测量太赫兹探测器的绝对光谱响应度变得越来越重要。由于在太赫兹波段缺乏连续可调谐的太赫兹光源以及分光系统,因此无法采用传统测量红外探测器绝对光谱响应度的方法来实现对太赫兹探测器绝对光谱响应度的测量。基于反射法测量了2~10 THz相对光谱响应度,通过CO 2泵浦气体激光器作为泵浦光源测量了2.52和4.25 THz绝对响应度,转化得到2~10 T Hz探测器的绝对光谱响应度,并且对2.52和4.25 THz绝对响应率和相对光谱响应度这两个频率点进行了相互验证,2.52和4.25 THz绝对响应度测量值之比为0.753,相对光谱响应度测量平均值之比为0.749,两者之差仅为0.004,因此,说明本文采用的反射法测量太赫兹探测器相对光谱响应度的方法是可行的。另外水汽在太赫兹波段的测试有很大的影响,对1.5~10 THz波段大气的衰减特性进行了测试,试验表明水汽对太赫兹波有明显的衰减作用,在不同环境湿度下测量时会产生不同的结果,因此在太赫兹探测器测量过程中需要严格的控制大气的湿度,从测试数据可得到,大气中的湿度越小越好。特别是在3.3 THz波段之前,由于本身的信号比较弱,如果水汽过大或测试过程中变化较大,将严重影响测试效果。该系统可以满足太赫兹探测器的研制、生产、检测和应用,它可以为材料的选取、工艺改进、数据补偿、光学系统设计、图像处理提供指导,同时也可以推动太赫兹武器装备效能的重要依据。因此,太赫兹探测器绝对光谱响应度的测量对器件设计制造者、成像装备系统设计制造者以及器件使用者来说都具有非常重要的指导意义。

微波真实光谱响应对快速辐射模拟影响分析

为分析国产微波遥感器真实光谱响应在数值天气预报系统同化模块中对微波辐射快速模拟的影响,基于逐线吸收模型,采用TOVS辐射传输(RTTOV)预报因子和风云三号D星微波温度探测仪(FY-3D/MWTS-2)搭载的大气和陆地均有辐射贡献的第四通道真实光谱响应和理想光谱响应,通过最小二乘法,分别拟合生成真实光谱响应和理想光谱响应对应的快速微波辐射光学厚度拟合系数。将两种拟合系数应用于中国气象局全球预报系统(CMA-GFS)的四维变分同化系统,采用美国环境预报中心(NCEP)的分析资料(FNL)作为CMA-GFS的气象要素背景场,模拟不同光谱响应驱动下的微波辐射背景场,并与FY-3D/MWTS-2真实观测场进行对比统计分析,分别计算真实光谱响应和理想光谱响应驱动时,不同海陆类型下的观测背景差(OMB),分析真实光谱响应相比理想光谱响应,对不同海陆类型的微波辐射模拟的差异。分析结果表明,在微波辐射观测场值较低的情况下,真实光谱响应和理想光谱响应驱动模拟的微波辐射背景场值略高于观测场值,随着微波辐射场值增大,模拟的微波辐射背景场值与观测场值更为接近;除南半球靠近极区的少部分地区外,真实光谱响应驱动模拟的OMB均小于理想光谱响应驱动的模拟结果,真实光谱响应驱动的辐射背景场模拟更接近于观测场;相比采用理想光谱响应驱动,采用真实光谱响应驱动后,在陆地地区,微波辐射OMB的均方根误差(RMSE)减小约1.80%;在海洋地区,RMSE减小约2.6%;在海陆交界地区,RMSE减小约4.72%,全球总体RMSE减小2.17%;采用真实光谱响应驱动后,OMB总体的标准差(STDV)和平均绝对误差(MAE)分别减小为0.75%和4.6%。

拼接型短波红外探测器的光谱响应特性

红外探测器的光谱响应一致性影响高光谱成像仪器的动态范围,研究高光谱成像用拼接型短波红外探测器在同一光谱维的响应均匀性对提高高光谱成像性能有重要意义。通过测量相对光谱响应和窄带响应,对响应波段为1.0~2.5μm、规格为2000×256的碲镉汞短波红外探测器光谱响应率进行测量和分析,提出用光谱响应非均匀性定量化分析光谱响应一致性。分析了在80℃和140℃不同的黑体温度下,窄带滤光片的中心波长和半带宽不同时,带外截止深度为OD3时,带外信号对窄带性能测试误差的影响。通过测量探测器模块的光谱响应率,计算拼接的2000×256探测器在1μm、1.9μm和2.5μm处的响应非均匀性分别为6.23%、6.06%和4.07%。光谱响应率的准确测量实现了拼接型短波红外探测器的光谱响应一致性的定量化评价,有利于探测器在高光谱成像中的合理应用。

CdTe太阳电池激光诱导微区光谱响应研究

为了反映器件几何尺度上各个区域的性能分布,采用波长为852 nm且可调聚焦面积的激光束作用在CdTe薄膜太阳电池的P-N结微区表面,产生定域诱导光致电流响应,并通过设置样品台的步进方式,得到了所测器件在几何面积范围内的微区光谱响应分布图,获得更直观的器件电流分布均匀性和P-N结特性。结果表明,这种测试方式能够简化且低成本地建立与CdS/CdTe异质结制作技术密切相关的沉积与后处理工艺参数和材料特性的联系,进而获得异质结界面分布均匀性与太阳电池电流-电压(I-V)特性参数均匀性的对应关系。该研究可为提高太阳电池的性能提供实验测试依据。

硅光电探测器光谱响应度测量标准装置

本文介绍了硅光电探测器光谱响应度测量的原理和装置，描述了相对和绝对光谱响应度标定方法，详细分析了引起标定误差的因素和误差合成，简要分析了国际比对结果。本装置的波长范围为３００～１０００ｎｍ，相对光谱响应的不确定度（１σ）为０２１％～０８６％，绝对光谱响应的不确定度（１σ）为０２５％～０８７％。

雅鲁藏布江源区高寒草地退化光谱响应变化研究

雅鲁藏布江源区的草地退化监测研究对于揭示全球变化影响下的区域生态系统响应特征、探讨其驱动因子及评价西藏高寒生态环境质量具有重要意义。基于高寒草甸、高寒草原和荒漠等不同类型和不同退化程度草地的地面实测数据,对雅鲁藏布江源区高寒草地的典型植物光谱特征和草地退化过程中的光谱响应变化进行了分析。结果表明作为高寒沼泽草甸、高寒草甸、高寒草原和高寒灌丛等类型的典型优势种藏北嵩草、小嵩草、紫花针茅和金露梅具有明显的光谱特征差异,主要体现在红边位置、红边形状、红谷和纤维素吸收波段处,与植物的生长形态和枯叶鞘固有特性密切相关。在草地退化过程中,光谱反射率整体上持续降低,叶绿素吸收造成的"红谷"特征弱化,近红外水分吸收谷变弱,土壤背景光谱特征渐渐凸显。通过对比常见的植被指数,发现那些能够充分描述植物红边或者叶绿素吸收特征的指数具有更高的可分性,表明可能对草地退化具有更好的表征能力,为西藏高寒草地退化遥感监测提供了参考依据。

激活台内透射式GaAs光电阴极的光谱响应特性研究

利用在线光谱响应技术,对透射式GaAs光电阴极在高温激活和低温激活后的光谱响应特性进行了测试,计算并比较了高温激活和低温激活后阴极的积分灵敏度和光谱响应特性参数.结果发现,与高温激活相比,低温激活后GaAs光电阴极的积分灵敏度提高了13%,低温激活后阴极的截止波长和峰值波长均向长波有微小偏移.将已获得的测试曲线与铟封后的三代像增强器的光谱响应曲线进行了比较,结果发现铟封前后的光谱响应曲线存在明显差异.

用于探测器中红外绝对光谱响应度测量的激光源

为了实现中红外探测器绝对光谱响应度高准确度的测量,从理论和实验上研究了中红外波段激光的功率稳定性的提高和光束质量的优化方法。采用声光调制和反馈控制的方法,把中红外激光的功率稳定性提高到0.1%以内;根据高斯光束传输理论计算了所需空间滤波器的各项参数,设计了中红外空间滤波器,搭建了相应的实验装置,显著提高了中红外激光光束质量。为中红外绝对光谱响应度的高准确度测量提供了一个可靠的中红外波段激光光源。

红外探测器光谱响应度测试技术研究

光谱响应度是探测器的重要技术参数之一，随着红外探测技术的发展，精确测量红外探测器的光谱响应度变得越来越重要。首先对红外探测器光谱响应度的测试技术进行分析，然后建立红外探测器相对光谱响应度测量装置，并用腔体热释电探测器在该装置上进行红外探测器光谱响应度校准实验。通过对红外探测器相对光谱响应度进行重复测量，给出测量结果的平均值，最后对影响测量结果的不确定度进行分析。由于该装置的测量范围是1～20μm，因此还可以实现InSb探测器和HgCdTe探测器相对光谱响应度的测量。不确定度分析结果表明，InGaAs探测器光谱响应度的测量精度较高。

基于LED光谱可调谐光源的光电探测器相对光谱响应测量研究

提出了采用LED光谱可调谐光源测量光电探测器相对光谱响应,详细论述了测量原理和算法,计算中将辐射传输积分方程改写成求和方程,求和值与积分值的近似程度与波长间隔大小的选择有关,仿真分析了不同色温黑体作为探测目标时硅光电探测器和CCD在不同波长间隔下的信号求和值与积分值差异。仿真结果表明:10nm波长间隔时,探测器信号求和值和积分值差异在0.2%以内,是波长间隔的理想值。最后分析了影响该方法测量精度的因素及其解决方案。该测量方法结构简单,避免了单色仪等仪器的测量传递误差。

春玉米磷素营养的光谱响应及诊断

通过盆栽试验监测不同磷营养水平春玉米典型生育期叶片光谱变化,并对叶片光谱反射率与叶片磷含量做了相关分析。结果表明,春玉米大喇叭口期是磷素营养的光谱响应敏感期,3507-30 nm和14201-800 nm是磷素营养的光谱敏感波段。该生育期构建的单波段高光谱变量、窄波段光谱变量和宽波段光谱变量与叶片磷含量都存在显著或极显著的回归关系;窄波段光谱变量比值指数R725/625和R1745/1585与叶片磷含量的回归关系达到了极显著水平,R625/555达到显著水平。可见光波段光谱变量与磷含量的回归关系优于近红外波段光谱变量与磷含量的回归关系,表明可见光波段叶片光谱反射率可能更适合春玉米磷营养状况的评价。不同波段宽度的光谱变量分析表明,在敏感波段范围内,801-00 nm波段平均的叶片宽波段光谱反射率没有降低对叶片磷含量的估算精度。

GaAs光电阴极光谱响应曲线形状的变化

利用光谱响应测试仪测试了反射式GaAs光电阴极在激活过程中以及激活后衰减过程中的光谱响应曲线,测试结果显示在这两个过程中光谱响应曲线形状都在不断发生变化。在激活过程中随着GaAs表面双偶极层的形成,阴极表面有效电子亲和势不断降低,光谱响应则不断提高,但长波响应提高得更快。在激活结束后,位于激活室中受白光照射的GaAs光电阴极由于Cs的脱附影响了双偶极层结构,阴极表面有效电子亲和势不断升高,光谱响应则不断下降,但长波响应下降得更快。上述现象无法用常用的反射式阴极量子效率公式进行解释,它们与阴极高能光电子的逸出有关。由于反射式阴极发射电子能量分布随着入射光子能量的升高而向高能端偏移,同时阴极表面势垒形状的变化对低能电子比对高能电子的影响更大,从而导致了光谱响应曲线形状的变化。

紫外像增强器光谱响应特性测量方法研究

为了能及时测量自制紫外像增强器的光谱响应特性,设计了一套简便的测量紫外像增强器光谱响应的系统。该系统由专用光源室、光栅光谱仪、直流稳压电源、皮安电流计4部分构成。用光栅光谱仪配套软件直接读出光源每个波长对应的辐射功率;用皮安电流计直接测量出各个波长的光照射光阴极时光阴极产生的光电流,然后求出这2个比值并用Microsoft Excel 2003进行处理,得到光电流与波长变化的曲线,即相对光谱响应曲线。从曲线可以看出,该紫外像增强器的光谱响应范围为200 nm-340 nm,峰值响应在270 nm附近,表明该紫外像增强器具有日盲特性。测试结果表明:系统不确定度<10%。

不同施氮处理下滴灌甜菜冠层的高光谱响应

为明确甜菜冠层高光谱特性,对不同氮素处理下滴灌甜菜冠层反射光谱以及叶面积指数(LAI)、叶绿素含量与叶片全氮含量进行分析。结果表明:甜菜冠层光谱反射率随着施氮量的增加而升高,与氮素运筹模式10∶0相比,氮素运筹模式7∶3的冠层光谱反射率和冠层光谱"红边"在叶丛快速生长期较低,在糖分积累期较高。甜菜冠层光谱红边具有"双峰"现象,且"双峰"随生育时期的推进逐渐减弱,随施氮量的增加,愈加凸显。光谱变量与叶片全氮含量显著相关,红边幅值Dλred、红边峰值面积Sred、红边位置λred与LAI、叶绿素含量显著相关,表明通过高光谱反演滴灌甜菜农学参数进行氮素营养状态诊断是可行的。

紫外ICCD相对光谱响应度测量技术研究

光谱响应度是探测器的重要技术参数之一,随着紫外探测技术的发展,精确测量紫外探测器的光谱响应度变得越来越重要。文章分析了紫外ICCD(UV-ICCD)相对光谱响应度的测量原理,采用了直接比较法测定待测探测器的相对光谱响应度,并基于具有优异紫外响应能力的科研级光谱仪建立了UV-ICCD光谱响应的测量装置。实验获取了UV-ICCD的相对光谱响应度曲线,从曲线中可以看出,UV-ICCD光谱响应范围为220～300nm,峰值响应在270nm附近,表明该器件具有日盲特性。不确定度分析结果显示,UV-ICCD相对光谱响应度测量的最大不确定度约为7.79%,满足测量要求。

塔里木河流域中下游胡杨典型叶片光谱响应特征

光谱的研究是遥感模型构建的基础和前提。由于塔里木河两岸横向与纵向生态供水的差别，导致胡杨的生存环境有所差别。为了研究胡杨叶片是否对环境具有标识作用，选择中下游的5个实验点胡杨典型叶片作为研究对象，研究结果表明：①同一实验点不同树龄叶片在近红外和短波红外波段差异明显，而不同实验点不同树龄叶片光谱在波段1270～1290nm和1600nm附近可以进行有效区分：而且随着距河道垂直向距离的增加“红边”呈“蓝移”趋势；②不同断面、不同实验点叶片在825nm，1270nm和1605nm光谱差异较大，红边由中游到下游呈“蓝移”趋势；初变黄的叶片随着水分的流失光谱曲线在各波段有增大的趋势，当水分流失减速时，光谱曲线在400～1000nm之间时变化仍较明显。综上，胡杨叶片光谱具有可分性，对生存环境能够起到标识作用。