400～1700 nm绝对光谱响应度校准和量值传递

介绍了高准确度光辐射功率校准原理和方法,利用低温辐射计作为主标准器,以陷阱探测器作为传递标准,激光器作为光源,通过激光功率稳定装置,校准了硅陷阱探测器和铟镓砷陷阱探测器的绝对光谱响应度。选取476.1,488,514.7,521,568,632.8,647.1,785,852,980,1 064,1 550,nm共12条谱线完成了校准实验,绝对光谱响应度测量不确定度均优于0.05%。通过量子效率模型得出了硅陷阱探测器的绝对光谱响应曲线。利用In Ga As陷阱探测器分立波长点的绝对光谱响应度与相对光谱响应曲线进行了验证分析。结果表明,2种陷阱探测器均可用作传递标准进行高准确度的可见光和近红外光辐射功率校准和量值传递。

基于长波红外探测器绝对光谱响应度测量的激光源

为满足长波红外探测器绝对光谱响应度参数的高准确度测量要求,提高长波红外激光的功率稳定性,优化激光光束质量,研制了一套长波红外激光源。针对Cd Te晶体的电光效应设计了一套提高长波红外激光功率稳定性的实验系统。利用激光光束传输原理设计了长波红外波段空间滤波器,并分析了其各项参数的计算方法。实验结果表明:长波红外激光的光功率不稳定度提升至0.1%以上,长波红外激光的光束质量也得到显著提升,满足了长波红外探测器绝对光谱响应度高准确度测量对光源的性能要求。

基于低温辐射计的长波红外绝对光谱响应率测量

长波红外光谱(8~14μm)是介于中红外和太赫兹波之间的重要电磁辐射,对应着地球表面常温目标物体的光谱辐射波段和地球"第三大气窗口",相对于短波和中波光谱辐射,长波红外辐射受大气散射影响较小。因此,长波红外光电探测器在红外光谱成像、红外侦察、光谱探测等领域得到广泛使用。绝对光谱响应率作为表征探测器响应能力的主要参数之一,对其高精度标定的需求亟待解决。现在传统方法,即基于标准辐射源的定标方法已无法满足诸多高精度绝对光谱响应率的应用需求。目前,国内还没有建立基于激光光源和低温辐射计的长波红外绝对光谱响应率校准装置,主要原因是缺少光功率稳定、光束质量高的激光光源,以及性能稳定的长波红外传递标准探测器。针对此问题,开展了以激光为光源,以低温辐射计为光功率测量基准的长波红外绝对光谱响应率量值溯源技术研究。课题组选用可调谐CO2稳频激光器作为光源,以低温辐射计作为光功率测量基准;采用CdTe晶体电光调制器搭建了激光功率稳定控制系统;根据光束传输理论,搭建长波红外空间滤波器以优化光束质量;采用积分球与HgCdTe探测器组合,研制了性能稳定可靠的标准传递探测器,建立了长波红外探测器绝对光谱响应率高准确度校准装置,实现长波红外光谱范围(9.2~10.8μm)探测器绝对光谱响应率的高准确度校准测量。选择可调谐激光器输出的波长值9.62和10.60μm分别对积分球型HgCdTe探测器进行了测量。实验结果表明,(1)利用低温辐射计准确测量光功率,光功率测量不确定度优于0.30%~0.42%(k=2);(2)探测器绝对光谱响应率测量不确定度优于0.80%~1.02%(k=2),其他波长点可参考分析。该工作实现了基于激光光源的长波红外探测器绝对光谱响应率的高准确度校准。

硅陷阱探测器绝对光谱响应率校准实验研究

以Ar^+Kr^+激光器、He-Ne激光器和半导体泵浦激光器作为光源,利用激光稳功率装置以及闭环机械制冷型低温辐射计,校准了硅陷阱探测器的绝对光谱响应率。在硅探测器的光谱响应范围400～1 100 nm内,选择476.1 nm、488 nm、514.7 nm、521 nm、568 nm、632.8 nm、647.1nm、1064 nm共8条谱线进行了实验研究。实验数据表明,绝对光谱响应率的测量不确定度为可见光波段优于0.02%,1 064 nm波长点优于0.03%。

基于低温辐射计的探测器绝对光谱响应率测量

探测器的绝对光谱响应率是衡量光电探测器性能优劣的重要参数,直接反映其光电转化的能力。通过对低温辐射计,功率稳定系统光路调整的介绍,基于低温辐射计,对探测器可见光范围的7个波长的绝对光谱响应率进行了高精度测量,分析了测量结果。

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。

用于真空紫外探测器标定的光学斩波器研究

为了满足基于低温辐射计的115 nm~400 nm波段探测器绝对光谱响应度高精度标定的需求,研制了一种由斩波片、转轴、伺服电机、U型光电开关、降温组件、支架和控制电路等组成的适用于真空环境的光学斩波器,使其在真空低温环境下将微弱的真空紫外-紫外辐射信号调制为频率已知的交变辐射信号,并由锁相放大器进行测量。实验结果表明,该光学斩波器的频率在80 Hz时的稳定性为±0.05 Hz,满足115 nm~400 nm波段探测器绝对光谱响应度标定对斩波器在10^(-4) Pa的真空环境下的使用要求。

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)。

我国光辐射计量学的发展

本文简要地回顾了中国计量科学研究院（ＮＩＭ）光学处３５年来在光度、辐射度、光谱辐射度、Ｋｍ值测量、激光辐射度、光谱光度、光谱光效率测量、标准灯和相关国际比对的研究活动及其经验教训。最后指出了研究中的低温绝对辐射计（ＣＡＲ）的重要应用，以及陷阱式硅光二极管、同步辐射源和傅立叶变换光谱术等新技术对光辐射计量的影响。