CN101008584A - 红外光谱辐射定标系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于探测器红外光谱辐射定标系统，光源和单色仪的入射狭缝之间安装有斩波器，单色仪内部安装有光栅，从出射狭缝出射的光进入避光箱内，经过二个离轴抛物面镜(M1)、(M2)，和滤光片轮后，到达传递探测器和定标探测器。本发明采用了Newport公司的红外光源和Acton Research公司的单色仪，可以实现1μm－12μm的光谱响应率测量，极大的扩展了国内目前的定标波长范围。评定了系统的稳定性，不确定度为8×10－4，具备了对红外连续光谱进行高精度测量的能力。利用定标系统对腔式热电堆探测器的相对光谱响应率进行了测量，结果与在可见－近红外上的测量结果相符。这一发明对于提高我国星载红外传感器的定标精度具有重要的意义。
Description
技术领域
本发明属于光学辐射定标仪器，具体是一种基于探测器的高精度红外光谱辐射定标系统的设计。
背景技术
目前对星载红外传感器的定标一般采用两种方法，分别为基于辐射源的定标方法和基于探测器的定标方法，其定标过程如图1所示。
黑体辐射的光谱辐射符合普朗克黑体辐射定律，即已知热力学温度的黑体辐射通量可以通过普朗克公式计算，所以黑体的光谱辐射通量和光谱辐亮度标准可以由温度标准得出。这种方法最大的不确定度来源于温度的测量，但实际操作过程中存在温度很难控制，温度的分布均匀性很差，黑体表面发射率不均匀，长期稳定性差等缺点导致初级标准精度较低，而且标准传递过程难以保证较高的精度，传递链在到达星载传感器时的不确定度往往高于5％，已难以满足定量化遥感对高精度辐射定标的要求。
基于此，从上个世纪的90年代开始，国际标准化组织和一些发达国家开始了以低温辐射计为初级标准的高精度红外辐射定标和标准传递的研究。目前，英国、美国、荷兰、加拿大等国已经成功的利用基于绝对低温辐射计的定标技术建立了波长直至20μm的高精度红外辐射测量标准，由于低温辐射计综合利用了电替代、液氮液氦双层冷屏蔽和超导等先进技术，它比以往的基于辐射源的红外辐射测量标准在不确定度上有了很大的提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种红外光谱辐射定标系统，展开了可溯源于低温辐射计的高精度红外辐射定标方法在星载红外传感器定标中的应用研究，通过研制出红外光谱辐射定标系统并结合实验实验室已有的可见-近红外辐射定标系统，可将定标波长扩展到12μm，提高星载红外传感器的定标精度。
本发明的技术方案如下：
红外光谱辐射定标系统，包括有红外光源，单色仪，其特征在于光源和单色仪的入射狭缝之间安装有斩波器，单色仪内部安装有光栅，从出射狭缝出射的光进入避光箱内，避光箱内安装有二个平行且错开的离轴抛物面镜(M1)、(M2)，和一个平移台，平移台上安装有传递探测器和定标探测器，单色仪出射狭缝处的光栅位于离轴抛物面镜(M1)的焦点处，传递探测器或待定标探测器的光敏面能随着平移台移动到达离轴抛物面镜(M2)的焦点处，在离轴抛物面镜(M2)与其焦点之间安装有截止滤光片轮。
所述的单色仪内的反射镜、三光栅分光系统、以及离轴抛物面镜的反射面均镀金。
系统的入射光路采用了椭圆反射镜会聚系统，这一设计比目前国内外采用的其它会聚方式具有更好的会聚能力，能最大限度的耦合光源能量。对单色仪内部的反射镜和三光栅分光系统以及离轴抛物镜反射系统进行了镀金设计，最大限度的减小了传输过程中光能量的损耗，这两个设计在红外波段极大的提高的系统的光通量，很好的解决了在红外辐射定标中目前普遍存在的红外波段光通量低的缺点。
在波长1260nm采用InGaAs陷阱探测器测量系统辐射功率的1小时稳定性，其不确定度为8×10-4，证明系统在测量过程中保持了很高的稳定性，具备了对红外连续光谱进行高精度测量的能力。
附图说明
图1为已有技术的辐射定标方法。
图2为本发明光路图。
图3为本发明定标腔式热电堆探测器光路图。
具体实施方式
如附图1所示，本发明可实现1μm-12μm的光谱辐射定标。在1μm-3μm采用Newport公司的卤钨灯作为红外光源，在3μm-12μm采用Newport公司陶瓷红外元件作为红外光源，两个光源可以根据实验需要分别安装在光源安装设备中，红外光源出射的光线经过斩波器调制后成像在焦距为300mm的ActonResearch公司的SP2357三光栅单色仪的入口狭缝处。在单色仪的入口狭缝处，一个斩波器用来对红外光源进行调制，可以有效的降低狭缝的热效应以及背景辐射的影响。单色仪中安装了75l/mm、150l/mm、300l/mm三片光栅，可自动从近红外扫描到中远红外。在探测器响应面前端，一个滤光片轮可以将截至滤光片移动到光束中，用来抑制光栅的高级光谱。离轴抛物镜M1、M2分别用来匹配单色仪和探测器的F数，从而使像差可忽略。光路中除了光源和单色仪外，都在一个密封箱中，减小了因为环境而产生的温度变化对测量结果的影响。
图2为具体利用本发明定标腔式热电堆探测器实例，卤钨灯经椭圆反射镜系统会聚到单色仪入口狭缝处经单色仪分光、离轴抛物镜反射系统会聚、截止滤光片滤去高级光谱后，入射到腔式热电堆探测器中。
Claims (2)
1、红外光谱辐射定标系统，包括有红外光源，单色仪，其特征在于光源和单色仪的入射狭缝之间安装有斩波器，单色仪内部安装有光栅，从出射狭缝出射的光进入避光箱内，避光箱内安装有二个平行且错开的离轴抛物面镜(M1)、(M2)，和一个平移台，平移台上安装有传递探测器和定标探测器，单色仪出射狭缝处的光栅位于离轴抛物面镜(M1)的焦点处，传递探测器或待定标探测器的光敏面能随着平移台移动到达离轴抛物面镜(M2)的焦点处，在离轴抛物面镜(M2)与其焦点之间安装有截止滤光片轮。
2、根据权利要求1所述的红外光谱辐射定标系统，其特征在于所述的单色仪内的反射镜、三光栅分光系统、以及离轴抛物面镜的反射面均镀金。
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