视场角和定位误差在光谱辐射亮度测量中的影响

为了减小不同光谱辐射计间瞄准区域差异带来的光谱辐射亮度不一致性,讨论了视场角及定位对于测量准确性的影响。通过建立太阳光白板和卤钨灯白板系统光路下的光谱辐射亮度测量模型,分析了不同几何光路视场区域平均辐射亮度与中心辐射亮度的差异。数值模拟表明,太阳光白板光路修正因子仅与视场角大小有关;卤钨灯白板光路修正因子随测量距离增大而减小,距离600 mm时8°和14°视场角的修正因子分别变为0.993 5和0.980 2。最后,实验验证了卤钨灯白板系统下角度误差和位移误差对光谱辐射亮度的影响。结果表明,修正因子对水平方向的角度误差和位移误差呈现非对称性,两侧差异高达2%。因此,依据视场角和几何定位可以对测量结果进行数据修正,有助于提升光谱辐射亮度测量不确定度水平。

地物光谱仪测量中的温湿度影响

地物光谱仪在遥感领域的应用日益重要,可用于研究不同地物条件下可见和红外的光谱辐射特性,从而获得地表的光谱辐射亮度、光谱辐射照度或方向反射因子等信息。地物光谱特性的准确测量是光学遥感定量分析的基础,对于航天传感器定标、遥感数据反演等具有极其重要的意义。地物光谱仪在测量前必须进行光谱辐射定标,一方面定标过程中地物光谱仪的光谱响应特性可能发生漂移,另一方面测量时的环境与定标环境可能差异较大,都会影响测量的准确性。在恒温恒湿条件下,实验采用谱线灯光源和积分球光源考察了地物光谱仪波长和光谱响应度随探测器温度的变化。数据显示当光谱仪内部硅阵列探测器温度上升时,波长位置并未发生改变;而光谱仪的光谱响应度随着温度上升明显增大。当硅探测器温度从28.3℃升至35.2℃时,光谱仪在380~990 nm的光谱响应度变化达到1.8%~7.3%;同时近红外1000~1800 nm的平均变化约3.0%,2000~2500 nm的变化约1.9%。当改变环境温度和湿度时,测量数据表明湿度影响主要在大气中水分子的吸收峰附近波长,对其他波长影响很小;光谱仪光谱响应度与内部探测器的温度近似存在一一对应关系,环境温度的影响可以近似根据内部探测器温度变化予以表征。理论上当环境条件改变时,根据光谱响应度随温度的变化和探测器的监测温度,可以进行光谱数据修正。最后,实验测量了一组探测器温度下对应的光谱响应度,采用多项式拟合和最小二乘法建立了地物光谱仪光谱响应度与温度的函数关系。根据函数关系插值得到的光谱响应度修正因子和直接测量得到的数据基本一致,全谱段的差异几乎都小于0.2%,表明光谱响应度与温度的对应关系可用于解决不同环境条件下的测量准确性。

可见光—短波红外光谱辐射计现场量值传递方法

外场辐射测量是光学遥感研究的重要信息来源,为了保证外场测量数据的准确性,外场设备必须进行量值溯源。本文旨在开展外场光谱测量设备的现场量值传递方法研究,将外场测量设备的辐射测量水平溯源至统一基准,以此来保证外场测量时设备获取数据精准性以及数据质量一致性。通过分析实验室和外场光源差异、测量环境差异等因素对辐射量值准确性的影响,建立了杂散光修正模型和环境温度修正模型,构建了完整的从实验室到外场的量值传递链路,采用对称放置和互换测量的方法将光谱辐射量值从实验室国家基准有效传递至外场观测设备,实现了实验室到外场380—2400 nm波长的光谱辐射量值传递。进一步地,依据不确定度传播律,分析了可见光短波红外光谱辐射计现场量值传递的不确定度,最终实现量传光谱仪测量不确定度1.7%—2.3%(k=1)和外场观测设备定标不确定度1.9%—2.5%(k=1)。本文对于量传光谱仪及现场量值传递的不确定度分析,有助于今后不同外场测量设备间的交叉验证,保证多场地基验证试验的测量一致性。

高效率连续半导体抽运开环互易式全息光栅Nd:YVO_4板条激光器

报道了一种采用开环互易式激光谐振腔形成动态全息光栅,半导体巴条侧面抽运自适应Nd:YVO4板条激光器。实验研究了互易式全息光栅激光器输出激光的平均功率、光光转换效率、纵模以及其它特性,并与类似结构传统激光振荡器输出的纵模进行对比。实验确定了开环互易式激光谐振腔内存在全息光栅,对激光输出横模和纵模进行了调制。基于互易式激光谐振腔,最终获得了平均功率18.25W,光束质量M2<1.2,消光比大于1000:1,光光转换效率48%的高效率连续激光输出。

半导体抽运[100]和[111]切割方向Nd：YAG激光器被动调Q实验的研究

热应力双折射产生的热退偏是限制Nd=YAG激光器线偏振输出功率的重要因素，相比于传统[111]切割方向Nd：YAG晶体，E100]切割方向Nd：YAG晶体的热退偏与振荡光偏振方向有关，通过寻找合适的偏振方向，能够显著提高[100]切割方向Nd：YAG激光器的线偏振输出功率。采用半导体端面抽运[111]和[100]切割方向的Nd：YAG晶体棒，使用Cr4＋：YAG晶体作为被动调Q晶体，进行被动调Q对比实验研究。实验结果表明，相比于传统的[111]切割方向Nd：YAG晶体棒，采用半导体抽运[100]切割方向Nd：YAG晶体棒进行被动调Q，能够获得稳定、高消光比的线偏振光激光输出，输出激光消光比为500：1，稳定度高于96．5％。

紫外LED计量标准装置的建立

针对紫外LED辐射度的计量需求,建立了紫外LED辐射度计量标准装置。利用该装置可对紫外LED、紫外标准灯等紫外辐射源的各辐射参数(包括光谱辐射照度、曝辐射量、光谱辐射通量、平均辐射强度等)进行测量,并进一步推导出峰值波长、中心波长、带宽、相对光谱分布、光子通量、光子通量密度、外量子效率、紫外危害等参数的值。紫外LED计量标准装置采用基准级光谱辐射计,以及自主设计研制的测量系统与控制系统。200~450 nm光谱辐射照度的合成标准不确定度为3.3%~0.6%;200~450 nm光谱辐射通量的合成标准不确定度为3.4%~0.8%。此计量标准装置的建立,填补了紫外光谱辐射通量这一计量参数的空白,大幅提升了紫外辐射照度的测量不确定度水平,为紫外固化、紫外消毒杀菌等应用领域提供可靠的计量溯源。