一種光譜響應度校準裝置製造方法
2023-05-20 05:31:11 1
一種光譜響應度校準裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種光譜響應度校準方法及其裝置，通過採用連續可調的單波長輻射源、可輸出一個以上離散波長的雷射裝置以及混光器相結合，不僅可實現光譜輻照度和光譜輻亮度的測量，而且可利用離散光譜響應度校準光譜響應度曲線提高測量準確度，具有結構簡單、功能齊全、性價比高、操作方便、便於推廣和使用等特點。
【專利說明】一種光譜響應度校準裝置
【【技術領域】】
[0001]本實用新型屬於光輻射測量領域，具體涉及一種光譜響應度校準裝置。
【【背景技術】】
[0002]光譜響應度是是光輻射探測器的基本性能之一，它表徵了光輻射探測器對不同波長入射輻射的響應程度。光輻射探測器只有經光譜響應度校準後才能用於絕對光譜值的測量，光譜響應度校準不確定度的大小是決定光輻射探測器測量結果準確度的關鍵。
[0003]光譜響應度校準一般有基於標準輻射源和基於標準探測裝置兩種方法。長期以來光譜輻射量的標準是建立在輻射源(黑體和不同等級的標準燈)基礎上的，但是其精度已不能適應高精度計量領域日益發展的要求。為了確保校準量值的置信度，標準探測裝置需要在嚴格設計的校準裝置中對待校探測裝置的光譜響應度進行校準，目前典型的校準裝置包括基於光源-單色儀的光譜比較系統(Spectral Comparator Facility, SCF)以及基於可調諧雷射器的均勻光源光譜輻照度、光譜輻亮度校準系統(Spectral Irradiance andRadiance Calibration with Uniform Sources, SIRCUS)。
[0004]SCF系統以普通光源和單色儀組合作為輻射源，由於普通光源的功率較低，單色儀輸出的單色光光線能量較弱，難以被精確探測和測量，只能採取將單色儀輸出的光線採用聚焦成像等方式聚焦到探測器上進行探測，但這種方案中，光束和探測器的不均勻性對測量結果的不確定度有很大影響，且成像結構複雜，引入的雜散光較大，功率響應誤差大；更為重要的是，由於聚焦成像測量的均為功率響應值，無法直接進行光譜輻亮度和光譜輻照度的校準。
[0005]SIRCUS系統採用多套可調諧雷射器提供高功率單色光，經功率穩定、頻譜分析、波長測量、斬波等過程 後，與多個尺寸不同的積分球結合獲得均勻分布的穩定輻射源，雖然該系統可直接進行功率、光譜輻照度和光譜輻亮度響應值的校準，但不同量值的校準，需要切入不同尺寸的積分球，操作不方便；此外，其頻譜分析和波長測量也引入了 Michelson和Fabry - Perot幹涉儀等精密器件，不僅結構複雜，且多套可調諧雷射器、幹涉儀和多個積分球等使用和維護成本極高，至今仍不能實現推廣應用，即使在國家最高計量機構，也難以負擔。
【實用新型內容】
[0006]為了克服現有技術的不足，本實用新型基於標準探測裝置的比較法，提供一種設計精巧、成本低、校準不確定度小且校準量值齊全的光譜響應度校準裝置。
[0007]為解決上述技術問題，本實用新型採用了如下的技術方案:
[0008]一種光譜響應度校準方法，其特徵在於，利用波長連續可調的單波長輻射源、混光器、可在待校波段內輸出一個以上離散波長雷射的雷射裝置以及標準探測裝置，實現待校探測裝置光譜響應度校準:
[0009]在待校波段內，單波長輻射源發出的單色光或雷射裝置發出的離散波長雷射經混光器混光後，分別入射到待校探測裝置和已知光譜響應度的標準探測裝置中；
[0010]依次比較在單波長輻射源發出的同一單色光入射時的待校探測裝置與標準探測裝置的響應值，結合標準探測裝置的絕對光譜響應度，即可計算出待校探測裝置的光譜響應度曲線；
[0011]依次比較在雷射裝置發出的同一離散波長雷射入射時的待校探測裝置與標準探測裝置的響應值，結合標準探測裝置的絕對光譜響應度，即可計算出待校探測裝置的離散光譜響應度；
[0012]利用待校探測裝置的離散光譜響應度校正光譜響應度曲線。
[0013]在本實用新型中，連續可調的單色光源在整個待校波段內依次產生不同波長的單色光，經混光器混光後作為主要光源；雷射裝置所產生的雷射為待校波段內的一個或多個波長的單色光，經混光器混光後作為輔助光源。混光後的光源發光面亮度分布均勻，接近於理想朗伯體輻射源，可同時實現光譜輻照度、光譜輻亮度、光譜輻射功率等絕對量值的校準。在待校波段內，利用標準探測裝置和待校探測裝置測得的單波長輻射源發出的單色光的測量結果，獲得待校探測裝置的光譜響應度曲線，再利用標準探測裝置和待校探測裝置測量離散波長雷射的測量結果，獲得待校探測裝置的離散光譜響應度。相比於主光源，雷射的波長準確度高，功率也較高，基於雷射裝置的輔助光源可以使待校探測裝置更加準確地響應各波長單色光的信號，進而獲得待校探測裝置更加準確的離散光譜響應度，即待校探測裝置對各個離散波長的光譜響應情況。利用待校探測裝置的離散光譜響應度修正光譜響應度曲線，可以獲得待校探測裝置在整個待校波段範圍內的準確的絕對光譜響應度。本實用新型中的標準/待校探測裝置優選為光輻射探測器，但也可以為其它探測裝置。
[0014]相比於SCF系統，本實用新型採用混光器對單波長輻射源發出的光線進行充分混光，從混光器出射的光線分布均勻，有效降低由於光線分布不均勻性帶來的測量誤差；同時通過引入光高功率的雷射對測量結果進行修正，進一步獲得待校波段範圍內更加準確的光譜響應度。更為重要的是，混光後的光源發光面亮度分布均勻，且輻射單色光具有較高能量，不僅可用於待校探測裝置的光譜輻射功率和光譜輻照度的校準，而且可以作為標準亮度源，進行待校探測裝置的光譜輻亮度校準，同時僅用一個混光器也大幅簡化了光路的結構，減小了雜散光等因素的影響，降低了校準的不確定度。相比於SIRCUS系統，本實用新型僅通過可輸出一個以上離散波長的雷射裝置，來校正測量誤差，無需採用價格高昂的多套可調諧雷射器、幹涉儀和多個積分球等裝置，即可達到較高的測量準確度，性價比高；同時簡化了相應的光譜分析、波長測量、消幹涉等一系列配套措施，操作方便，便於系統的推廣和使用。
[0015]本實用新型可以通過以下技術特徵進一步完善和優化:
[0016]本實用新型中，單波長輻射源和雷射裝置的測量方式靈活，例如可進行逐個波長測量或者整段待校波段測量，逐個波長測量步驟為:每次將單波長輻射源/雷射裝置調至某一待校波長後，使用待校探測裝置和標準探測裝置依次對該波長信號進行測量，而後將單波長輻射源調至下一待校波長，如此重複，直至完成所有單色光的測量，這種測量步驟需要經常切換待校探測裝置和標準探測裝置，而對於同一波長的測量間隔時間較短。而整段待測光譜測量步驟為:先使用待校探測裝置對所有待校波長的單波長輻射源/雷射裝置進行測量，而後將待校探測裝置替換為標準探測裝置對所有待測波長的單波長輻射源進行測量，該測量步驟優點在於無需頻繁地切換待校探測裝置和標準探測裝置，但標準探測裝置與待校探測裝置對於同一波長的測量間隔時間較長。
[0017]作為優選，所述的待校探測裝置和標準探測裝置的位置可調節至輻照度測量距離和輻亮度測量距離上；所述的輻照度測量距離(如圖1所示的距離B)是混光器出光口尺寸的5倍以上，所述的輻亮度測量距離(如圖1所示的距離A)為探測器視場小於混光器出光口面的距離。待校探測裝置和標準探測裝置相對混光器出光口的位置可移動，根據位置調節以適應不同的測量模式，輻照度測量和輻亮度測量共用一個混光器，以簡化系統結構、方便測量。輻照度測量時，探測器距離較遠，混光器出口可視為點光源；輻亮度測量時，探測器距離較近，視場範圍在混光器出光口面以內。可採用兩種測量方式實現:
[0018]光譜輻照度校準可採用兩種方式測量，即待校探測裝置和標準探測裝置可設置於同一位置處或者設置在不同位置處，但兩種測量方式對測試條件的要求不同。待校探測裝置待校探測裝置標準探測裝置標準探測裝置待校探測裝置例如，待校探測裝置和標準探測裝置在同一位置處進行測試時，理論上，兩者可位於混光器出光口光軸上的任意位置處，對測量距離沒有要求，這種測量方式下，由於兩者的測試條件相同，利用比較法可直接得出待校探測裝置的光譜響應度；若標準探測裝置和待測探測器在混光器出光口同一方向而不同距離處，這種測量方式下，二者的測量距離需滿足平方反比定律，則可根據距離平方反比定
律
【權利要求】
1.一種光譜響應度校準裝置，其特徵在於，包括連續可調的單波長輻射源(I)、混光器(2)以及雷射裝置(3)，單波長輻射源(I)發出的單色光或者雷射裝置(3)發出的一個以上離散波長雷射，被分別導入到混光器(2)中混光，標準探測裝置(4)和待校探測裝置(5)分別接收從混光器(2)出射的光。
2.如權利要求1所述的一種光譜響應度校準裝置，其特徵在於，所述的雷射裝置(3)為包括一個以上固定波長雷射器的組合裝置，或者為可輸出多個離散波長雷射的單個雷射器。
3.如權利要求1所述的一種光譜響應度校準裝置，其特徵在於，所述的混光器(2)至少包括第一入光口(2-1)和第二入光口(2-2)，所述的單波長輻射源(I)發出的單色光通過第一入光口(2-1)導入到混光器(2)中，所述的雷射裝置(3)發出的離散波長雷射通過第二入光口(2-2)導入到混光器(2)中。
4.如權利要求1所述的一種光譜響應度校準裝置，其特徵在於，包括監測探測裝置(6),所述的混光器(2)至少包括第一出光口(2-3)和第二出光口(2-4),從第一出光口(2-3)出射的光線被待校探測裝置(5)或者標準探測裝置(4)接收，從第二出光口(2-4)出射的光線被監測探測裝置(6)接收。
5.如權利要求4所述的一種光譜響應度校準裝置，其特徵在於，包括分叉光纖(8)和切換裝置(9)，所述的一個以上固定波長雷射器的組合裝置通過分叉光纖(8)與混光器(2)耦合，所述的切換裝置(9)將不同固定波長雷射器發出的光線導入到分叉光纖(8)中，分叉光纖(8)將其接收的光線輸入到混光器(2)中。
6.如權利要求1所述的一種光譜響應度校準裝置，其特徵在於，包括調節裝置(7)，所述的調節裝置(7)包括光學導軌(7-1)和支撐平臺(7-2);所述的待校探測裝置(5)和標準探測裝置(4)通過支撐平臺(7-2)設置在光學導軌(7-1)上，所述的支撐平臺(7-2)主動或者被動地將待校探測裝置(5)或者標準探測裝置(4)切入到測量光路中。
7.如權利要求1所述的一種光譜響應度校準裝置，其特徵在於，所述的連續可調的單波長輻射源(I)由單色儀(1-1)和一個以上輻射源(1-2)組成，所述的輻射源(1-2)輻射輸出波段至少覆蓋待校波段。
8.如權利要求1所述的一種光譜響應度校準裝置，其特徵在於，所述的標準探測裝置(4)是陷阱探測器或低溫輻射探測器。
【文檔編號】G01J3/02GK203551111SQ201320701060
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年11月7日 優先權日:2013年11月7日
【發明者】陳聰, 潘建根, 楊靜 申請人:杭州遠方光電信息股份有限公司