高温状态下的材料法向光谱发射率测量

为满足隐身材料、热防材料和隔热涂层等高温材料涂层的光谱发射率的高精度测量需求,研究了在1 273 K~3 100 K条件下准确测量材料法向光谱发射率的方法。基于发射率定义,建立了材料法向光谱发射率测量模型,并在该基础上研建了光谱范围为0.7μm~12μm的材料法向光谱发射率测量装置。为克服测量装置中样品高精度加热时伴随腔体效应的技术难点,研制了具备可移动石墨坩埚的样品加热炉,取得了良好的实验效果。使用发射率测量装置对SiC与低发射率涂层2种样品的法向光谱发射率进行实验测量。结果表明:2种样品的法向光谱发射率均随波长增加而降低,随温度的升高而升高。最后对高温状态下材料法向光谱发射率测量不确定度进行了评定,相对扩展不确定度为3.6%。

相关光子自校准微光辐亮度计的光学设计

为满足气候监测、微光辐射计量、单光子计量等定量应用需求,设计了基于相关光子自校准的紧凑型三通道微光辐亮度计,其光谱范围为460~1550nm,辐亮度测量范围为1×10^(-9)~1×10^(-6)W/(cm^(2)·sr·nm)。设计时考虑整机的集成化、小型化和模块化,将8个光谱波段集成为三通道结构。其中可见光近红外波段采用自由空间耦合,短波红外波段采用多模光纤耦合方式。通过设计优化分析,微光辐亮度计的第一、二通道的聚焦光斑满足Si单光子探测器光敏面300μm像元要求,第三通道的聚焦光斑满足多模光纤62.5μm芯径和0.22数值孔径要求,三个通道的聚焦光斑均可被单光子探测器光敏面接收,满足设计目标,可为后续的工程化应用提供参考。

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。

成像光谱仪绝对辐射定标技术研究

为了实现成像光谱仪绝对辐射定标,以高稳定均匀光源为基础,结合单色仪、大口径平行光管和标准辐射计,建立了一套绝对辐射定标系统。在绝对辐射定标系统上采用替代法标准辐射计标定出被测成像光谱仪入瞳面上的光谱辐射照度,通过获得被测成像光谱仪各像元的输出信号,计算得到各像元的光谱辐射照度响应度,从而实现成像光谱仪可见到远红外波段范围内的绝对辐射定标。实验验证成像光谱仪绝对辐射定标的不确定度优于5%。

复现坎德拉的测试方法研究

介绍一种利用低温辐射计算复现坎德拉的新方法 ,并把它与电校准绝对辐射计法进行了比较。该方法用低温辐射计测出滤光辐射计的绝对光谱响应 ,从而使坎德拉的复现成为可能。

光学元件高反射比、高透射比测试技术研究

为了实现光学元件、光学薄膜等高反射比、高透射比的测量,以单次反射测量法为基础,并结合激光稳功率技术、双光路测量技术以及精密探测技术,建立了一套精密测试系统,实现对光学元件632.8nm和1 064nm两个波长下高反射比与高透射比的测量。实验和测量不确定度分析验证测试系统在632.8nm波长下高反射比与高透射比的测量不确定度优于0.008%,在1 064nm波长下高反射比与高透射比的测量不确定度优于0.015%。

建立腔体热释电探测器相对光谱响应度标尺的研究

由于腔体热释电探测器在宽光谱范围内具有相对平坦的光谱响应度,因此经常被用作标定探测器相对光谱响应度的工作基准。但是在标定过程中通常认为腔体热释电探测器是无光谱选择性的,即R(λ)为常数。这样就会使测量结果不够准确,因此建立腔体热释电探测器相对光谱响应度的标尺是非常重要的。本文主要介绍了建立腔体热释电探测器相对光谱响应度标尺的原理和方法,并通过实验利用该方法建立了腔体热释电探测器相对光谱响应度的标尺,从而使该腔体热释电探测器成为红外光谱响应度测量装置的工作基准。

热辐射体真实温度的测试研究

在辐射测温中 ,普遍存在一个问题 :被测温度物体表面发射率影响很大 ,而物体的发射率很难准确测量 ,这是因为发射率不仅与材料有关 ,而且还与波长、温度、表面状态 (表面粗糙度、氧化程度等 )有关。本文叙述一种利用多波长辐射法测量实际物体真实温度的方法。该方法利用最小二乘法原理拟合出实际热辐射体的光谱发射率曲线 ,从而使测量目标的真实温度成为可能。

低噪声红外辐射计设计

为解决热像仪测试设备校准问题,设计了内部参考黑体温度与环境温度相等的红外辐射计。为评估精密红外辐射计的性能指标,指导精密红外辐射计的设计,建立了红外辐射计NETD(噪声等效温差,Noise equivalent temperature difference)数学模型。估算了在不同电子带宽、光谱波段下红外辐射计的NETD。结果表明,当噪声带宽小于1Hz时,红外辐射计自身的NETD在MWIR(mid-wavelength infrared)、LWIR(long wavelength infrared)波段均小于0.01℃,能够满足热像仪测试设备校准需要。

热像仪空间NETD测量技术

凝视阵列型热像仪的空间噪声制约着热像仪对远距离目标的探测、分辨、跟踪性能。为解决热像仪空间噪声实际测量问题,分析了热像仪的空间噪声测量原理,给出了热像仪基于信号传递函数的空间噪声测量数学模型,介绍了热像仪某一组、某一区域或全部像素如何剔除时间域NETD,再通过统计计算得到其空间NETD的数学模型。对制冷型MCT320×256凝视列阵热像仪的SiTF和空间NETD进行测量,当背景黑体温度为5℃时,FOV区域中心信号传递函数(SiTF)为27.29 mV/℃,NETD为0.128℃,20℃时FOV区域中心SiTF为29.03℃,NETD为0.121℃。测量结果表明:该方法可评估空间噪声对热像仪性能的影响。

Y型光波导分束比和插入损耗测量技术研究

Y波导在集成光学系统中得到了广泛的应用,并拥有很大的潜力,近年来备受关注。因此了解它的各项指标至关重要。在Y波导的诸多指标中,分束比和插入损耗是2个重要指标。着重介绍了2个指标的测量装置及测量方法。对于分束比,分别采用波长为1300nm和1550nm的激光光源测量Y波导两尾纤的输出光功率。根据公式计算出分束比后,分析影响测量结果的主要因素,进行测量不确定度评定。对于插入损耗,主要是按照测量原理搭建测量装置,从理论上分析影响插入损耗测量的因素。通过对Y波导2个指标的测量,有助于更好地了解Y波导的性能。

低温辐射计计量比对研究

低温辐射计是迄今为止国际上公认最精确的光辐射功率测量系统,基于探测器的光辐射量值是可溯源的基本量。为验证不同实验室间的低温辐射计测量量值的一致性,由中国计量科学研究院作为主导实验室组织了此次低温辐射计比对,参比实验室包括中国电子科技集团第四十一研究所与西安应用光学研究所。介绍了比对的基本情况与技术方案,分析了比对结果。比对结果表明,各参比实验室相对于比对参考值的测量偏差在±0.02%之内;尽管各实验室使用的低温辐射计的类型不同以及装置存在差异,比对结果证明了各实验室低温辐射计测量的量值具有较好的一致性。

低温辐射计吸收腔研制

针对高灵敏度低温辐射计研制需求,提出一种低温辐射计吸收腔。设计椭球面光阑的多次反射结构,同时采用扩散焊工艺,进而实现了椭球面光阑、斜口—斜底圆柱腔和斜底面三部分的焊接成形,以此形成有效光陷阱,使入射到吸收腔中的辐射被近似完全吸收。制备具备多孔结构的碳纳米管涂层,采用喷涂为主的工艺实现腔体内壁涂层的均匀性分布。基于积分球法搭建了吸收率测量装置,并测量了吸收腔的吸收率,结果表明:在476.2nm,488.0nm,514.5nm,632.8nm和647.1nm等典型激光波长处,吸收率优于0.999 7。

低温辐射计紫外探测器光谱响应度测试技术研究

通过研制真空多光路切换组件,结合Y型真空比较通道、探测器真空舱,在保证超高真空环境的前提下,实现激光、紫外连续可调单色光以及真空紫外单色光3个光路的快速切换,从而以低温辐射计为基准,以紫外增强硅陷阱探测器为传递标准,实现波长115 nm~400 nm紫外探测器绝对光谱响应度的测量,实验验证绝对光谱响应度测量不确定度在115 nm~230 nm可达到0.8%~1.5%(k=2),在230 nm~400 nm可达到0.5%~1.0%(k=2)。

近紫外到近红外光谱辐射计及定标方法研究

为实现目标光谱辐射亮度的高精度测量,研制了一种小视场近紫外到近红外光谱辐射计,光谱范围为300 nm～2 000 nm,光谱辐射亮度测量范围为50μW/cm^2·nm·sr～1 000μW/cm^2·nm·sr。阐述了近紫外到近红外光谱辐射计设计原理及关键部件,使用基于钨带灯的直接定标法实现了光谱辐射计光谱辐射亮度绝对定标,测量了标准积分球光源的光谱辐射亮度,测量值与积分球光源标准值偏差优于0.5%。

大口径积分球光源绝对辐射定标技术研究

为了实现大口径积分球光源高精度绝对辐射定标,研究了基于钨带灯比对的光谱辐射亮度定标方法,通过同心圆扫描分析了空间光谱辐射均匀性定标方法,研制了绝对辐射定标装置,校准了出光口径为Ф300 mm积分球光源的光谱辐射亮度、亮度、色温值,实验验证光谱辐射亮度绝对定标的不确定度优于4%。

液态透镜研究现状与发展分析

当前的光电侦察领域设备不断地向轻、小型化发展,而传统变焦光学系统的体积与质量往往达不到微小型光电侦察平台的载荷要求,因此小型无人机等侦查平台只能搭载定焦镜头,制约了分辨率与侦查距离的提升,限制了侦查能力。液态透镜技术利用单片透镜即可实现透镜焦距的调节,大大减小了光学系统的体积,且其变焦响应速度快、变焦范围大,由液态透镜组合的光学系统可以在固定的小体积内实现快速变焦,在军民领域都有广阔的应用前景。该文对前人的理论基础与研究方法进行了调研与综述,简述了液态透镜的5种基本原理,并分析了各自的特点,分别介绍了国内外液态透镜的研究现状,指出了不同液态透镜的优缺点及未来的发展与研究方向。

基于光线追迹法的低温辐射计光吸收腔设计

当前,工作在液氦温度的低温辐射计可以有效规避电路系统中非自发加热带来的误差,是国际上精度最高的光功率计量设备。理想低温辐射计在工作过程中,其核心器件-吸收腔对相同的热功率与电功率应当表现出相同的温升。然而对于实际情况,由于吸收腔涂层中复杂的光-物质相互作用,系统的光-电加热路径难以重合,黑体腔热传导分布的梯度差异导致误差的产生。当前国际上对光电不等效性产生的影响仍缺乏直观清晰的认知。在此,利用蒙特卡洛光线追迹方法,文中对低温辐射计吸收腔辐照度的空间分布进行了仿真。计算表明:当吸收腔斜底角控制在60°,涂层吸收率达到0.95时,系统在激光进入的第一次与第二次反射中分别吸收了98%与1.9%的能量,比例约为51.2∶1。通过在吸收腔斜底板和下侧面同时布置加热器,可实现光加热、电加热路径的耦合。进一步地,通过分别计算单加热器与双加热器布置下系统温度随时间的变化,文中证明了加热路径的不同将引入约为0.005%的光电不等效性。

4K低温辐射计的吸收腔吸收率测试技术研究

为了实现低温辐射计工作温度4 K条件下吸收腔吸收率的测量,研究了变温条件下吸收腔吸收率的测量方法。通过在低温辐射计布儒斯特窗口前设计反射监测组件,并控制低温辐射计工作在10Pa的真空环境下,调节低温辐射计制冷温度,分别测量室温条件和不同温度条件下低温辐射计吸收腔在632.8 nm处的反射信号,结合利用传统积分球法在室温条件下低温辐射计吸收腔632.8 nm处反射率的测量结果,通过计算可精确得到不同温度条件下低温辐射计吸收腔的吸收率。实验测量吸收腔在室温条件和4 K温度条件下的吸收率,分别为0.999 76和0.999 71,对4 K条件下低温辐射计吸收腔吸收率的测量不确定度进行评定,得到的结果显示其相对扩展不确定度为0.005%(k=2)。

光辐射计量测试技术

简要介绍国外光辐射计量采用的主要方法、测试手段和发展趋势。为了满足国防系统对光辐射计量的需要,建立了一批计量标准,解决了光辐射源辐射特性和探测器特性计量测试问题。