专利名称：一种用于紫外光学仪器辐射定标的光谱辐照度标准光源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对地观测遥感仪器的地面辐射定标仪器，特别是涉及一 种用于紫外光学仪器辐射定标的光谱辐照度标准光源。
背景技术：
在光学遥感时，为精确获得被测对象的物理参数信息，对仪器进行辐射 定标是光学遥感的重要方面。特别对星上光学遥感仪器，为了保证仪器的长 期稳定性和测量精度，通常要求星上光学遥感仪器对太阳辐照度进行测量， 以监测仪器在空间环境下的长期变化。为此，在星上光学遥感仪器研制过程 中，对仪器进行辐射定标是一个重要方面，即在卫星发射前必须对星上光学 遥感仪器进行辐亮度和辐照度定标，采用同一光源进行辐亮度和辐照度定标 将有助于减小定标不确定性对测量结果的影响。
进行辐亮度和辐照度定标通常是直接利用iooow光谱辐照度标准卣鴒灯
作为光源(见参考文献l:Proc. SPIE， 3870, 354-364, 1999的Fig 2b和 Fig 4)，这一方法的优点是能较好地保证辐亮度的绝对定标误差，但在用于 紫外波段仪器的辐照度定标时存在以下缺陷
对仪器辐照度定标而言， 一是1000W光谱辐照度标准卣鴒灯在紫外波段 辐射强度低，减小了仪器在紫外波段辐照度定标的信噪比。若将1000W光谱 辐照度标准卣鴒灯与被定标仪器距离拉近，光源能量可保证；但它不仅引入 了发散光束对仪器定标精度的影响，也加大了杂散光的影响，使辐照度定标 精度难以保证。二是定标光源的发散角远大于太阳光的张角，由此引起的杂 散光将会带来额外的测量误差；三是1000W光谱辐照度标准面鴒灯到仪器的 距离难以精确测量。
对仪器的辐亮度定标而言的主要缺陷是1000W光谱辐照度标准卣鴒灯在 紫外波段辐射强度低，减小了仪器在紫外波段辐照度定标的信噪比；另外 1000W光镨辐照度标准卣钨灯与标准漫反射板的距离测量误差仍是其测量误 差的重要来源。 进行辐照度定标的另 一方法是利用反射镜将i ooow光谱辐照度标准卤钨
灯的辐射准直后使用(见参考文献l:Proc. SPIE, 3870， 35卜364， l"9的 Fig2a),这样准直后光源到仪器的距离不需精确测量。但由于1000W光谱辐 照度标准卣钨灯的灯丝尺寸较大，准直反射镜的焦距长，仅能部分解决上述 杂散光问题，而在紫外波段辐射强度低的问题仍然存在。
短弧氱灯虽然在紫外波段具有较强的辐射强度，可有效提高在紫外波段 辐射定标的信噪比，并作为紫外、可见和近红外波段的光源被广泛用于光谱 仪中，但由于其弧点的漂移和波动大，导致光源不够稳定，因此短弧氙灯不 能作为标准光源使用(见参考文献2: HAMAMATSU SUPER-QUITE XENON LAMPS )。
发明内容
本发明的目的在于为了解决已有技术的标定光源进行辐射定标时，发 散角大或信噪比低所带来的误差，为了提高辐照度定标精度，从而提供一种 用于紫外光学仪器辐射定标的光谱辐照度标准光源。
本发明的目的是这样实现的
本发明的用于紫外光学仪器辐射定标的光谱辐照度标准光源，包括一光 源部件，其特征在于，还包括
一用于调节光谱辐照度标准光源的高低和支撑固定整个光谱辐照度标准 光源成为一体的升降支架7;
一将氙灯1发出的紫外辐射变为平行光束，供辐射定标用的准直部件；
和一用于安装所述的氙灯1和起到防止紫外辐射随意外泄作用的灯室3;
其中所述的光源部件由氣灯1、氮灯电源2和所述的灯室3组成；其中 所述的灯室3为一箱体，该箱体的前面板上开有一用于输出氙灯1辐射的窗 口，该窗口上安装一块石英玻璃；所述的氣灯电源2与所述的氙灯1电连接；
所述的准直部件由透镜4、遮光罩5和光栏6组成；所述遮光罩5为圓 筒，该遮光罩5的一端口与所述的灯室3上的窗口连通、且同心安装，所述 的透镜4和光栏6顺序设置在遮光罩5内的氙灯1辐射光路上，所述氙灯1 处于透镜4的焦点位置，所述光栏6位于所述透镜4的另一侧；该准直部件 和灯室3共同安装在所述升降支架7上。
其中所述的氤灯l由氣灯电源2激发和点燃；由氣灯l发出的紫外辐射 经灯室3窗口到达准直部件，准直部件将氙灯l发出的紫外辐射变为平行光
束，供辐射定标用。氙灯1具有小的发光面积和高色温的特点，可有效提高
紫外波段的发光强度。遮光罩5用于消除外部杂散光的影响，光栏6用于选 取平行光束的中间均匀部分。升降支架7用于调节光谱辐照度标准光源的高 低和支撑固定整个光谱辐照度标准光源成为一体，便于使用。
在上述的技术方案中，还包括一可调节支架(8),所述的可调节支架(8) 安装在升降支架(7 )与遮光罩(5 )之间。
在上述的技术方案中，所述氙灯1为SQ型的、功率300W,发光面积约2mm, 辐射强度的漂移和波动<0. 5%,弧点最大漂移<0. lmm。
在上述的技术方案中，所述氣灯电源2是SQ型300W氣灯的配套电源。 在上述的技术方案中，所述透镜4釆用JGSl石英材料制成. 在上述的技术方案中，所述遮光罩5为长300隨、直径106咖的圆筒。 在上述的4支术方案中，所述光栏6的通光口径为(j)80mm。 在上述的技术方案中，所述的灯室3上的窗口为圆形。 在上述的技术方案中，所述石英玻璃为JGS1石英材料 本发明的积极效果
本发明由于选用的超静氙灯具备短弧氙灯在紫外波段有较强的辐射强度 的优点，同时采用了高耐用阴极，使得灯的弧点在整个寿命期间几乎没有漂 移和波动；辐照度波动小，随时间的漂移小，辐射源面积小等特点；经准直 部件准直后，而且发出的光束为模拟太阳张角的平行光和辐射光谱近于太阳 光语的特点。本光谱辐照度标准光源可4吏用在200-2000nm的紫外、可见和近 红外波段，特别是对波长小于400nm的紫外波段，它不仅具有辐照度高，可 有效提高定标的信噪比，当本光谱辐照度标准光源用于辐亮度定标时，不仅 可提高紫外波段的信号强度；而且对光谱辐照度标准光源到仪器的距离不需 精确测量，减小了辐亮度定标误差。当它用于辐照度定标时，可消除发散光 束引入的杂散光影响，提高紫外波段的信号强度和定标精度。
本发明选用光栏6用于选取平行光束的中间均匀部分，以保证平行光束 的均勻性在允许的误差范围内，提高辐射定标精度。
本发明采用透镜4与采用反射镜相比，其优点是不易被污染、易清洁。 它与氙灯1配合可利用较小的体积，解决辐照度定标时杂散光影响的问题。
本发明采用透镜作为准直镜，减小了光谱辐照度标准光源的体积，并进 行了一体化设计，便于使用和校准。
图1本发明光谱辐照度标准光源的结构示意图
1-----氙灯 2-----氙灯电源 3-----灯室
4-----透镜 5-----遮光罩 6-----光栏
7——升降支架 8 — 一可调节支架
具体实施例方式
以下，结合附图和实施例来详细说明本发明。 实施例1
参考图1，制作一用于紫外光学仪器辐射定标的光谱辐照度标准光源， 它由光源部件、准直部件和升降支架7组成。光源部件包括氙灯1、氛灯电 源2和灯室3,准直部件包括透镜4、遮光罩5和光栏6。氙灯1的选取需考 虑适当的光强、高的稳定性、发光面积小和适当的体积大小。超静氮灯是满 足这一要求的理想光源，本发明选取日本浜松公司生产的SQ型长寿命300W 氙灯，其在紫外波段辐射强度远大于1000W的光谱辐照度标准灯，发光面积 约2mm,辐射强度的漂移和波动<0.5%，弧点最大漂移O.lmm,使用寿命可 达2000小时以上。氣灯电源2用于激发和点燃氣灯1,氛灯电源2采用浜松 公司SQ型长寿命300W氙灯的配套电源。灯室3为长方形的箱体，该箱体 竖直安装在升降支架7上，防止紫外随意外泄，氙灯l也是竖直安装在灯室 3内；灯室3的侧壁上开有圆形孔作为窗口，该窗口上安装一块JGS1石英玻 璃，该圓形窗口位于氙灯1发光弧点高度处，其圆形窗口直径为(()30mm，因 为窗口材料为JGS1石英玻璃，所以该圆形窗口用于输出氛灯1的辐射和阻 隔氙灯l的热量；氮灯上部备有排风扇，用于排放氮灯发出的热量。
所述的准直部件的遮光罩5为圓筒，该遮光罩5的一端口与所述的灯室 3上的圓形窗口联通、且同心安装，所述的透镜4和光栏6顺序设置在遮光 罩5内的氙灯1辐射光路上，所述氤灯1处于透镜4的焦点位置，所述光栏 6位于所述透镜4的另一侧；该准直部件安装在所述升降支架7上，遮光罩 5通过一个安装在升降支架7上的可调节支架8,实现与灯室3共同安装在 所述升降支架7上。透镜4用于将氙灯1发出的光束转换成满足被测仪器要 SQ型长寿命300W氙灯的光源面积约为2nm,且在俯仰方向的士30。内具有相 当均匀的辐射强度分布，这对于设计强聚光能力、体积小的准直光源系统是 十分有利。当要求辐照度标准光源发射光束的平行度近于太阳光的张角而言， 透镜4的焦距仅需约250mm,这有利于系统的小型化。为提高系统的聚光能 力，准直部件的通光口径^l为(t)80mm。此光学系统在SQ氣灯光源处的张角 最大仅为±9°，满足SQ氙灯光源发光强度均匀性的要求。透镜4釆用JGS1 石英材料制成，保证在紫外波段具有良好的透过率。准直部件由透镜4、遮 光罩5和光栏6组成。与反射镜相比，采用透镜具有光路稳定、易清洁和体 积小等优点。遮光罩5为长300mm、直径106mm的圆筒，用于消除外部杂 散光的影响；它一端与灯室3连接、且与灯室3前端的圆形窗口同心。透镜 4和光栏6顺序设置在遮光罩5内的氛灯1辐射光路上，氛灯1处于透镜4 的焦点位置,光栏6位于透镜4的另一侧。光栏6到透镜4的距离为50mm, 通光口径为(()80mm，用于选取平行光束的中间均匀部分。准直部件与灯室3 共同安装于升降支架7上，它用于调节辐照度标准光源的高^/，并将整个辐 照度标准光源固定为一体，便于使用。
辐照度标准光源加工、装配完成后，首先进行光源均匀性的测试，以决 定设计和装配的正确性和可使用的口径范围。辐照度标准光源测试使用前应 先老练50小时以上。对辐照度标准光源的测试结果表明其均匀性优于1%、 可使用口径为(j)80mm，满足设计要求。当辐照度标准光源预热15分钟后，1 小时的漂移小于0.15%， 2小时的漂移小于0.3%;多次开^L重复性偏差小于 0.3%。与采用IOOOW光谱辐照度标准灯相比，在360nm波长其辐照度约增 大8倍，而在300nm波长辐照度增大约30倍。
在辐照度标准光源均匀性测试完成后，经用美国国家标准局的光谱辐照 度标准灯校准后，在300-360nm波段范围内，本光谱辐照度标准光源的不确 定度小于3%。
权利要求
1.一种用于紫外光学仪器辐射定标的光谱辐照度标准光源，包括一光源部件，其特征在于，还包括一用于调节光谱辐照度标准光源的高低和支撑固定整个光谱辐照度标准光源成为一体的升降支架(7)；一将氙灯(1)发出的紫外辐射变为平行光束，供辐射定标用的准直部件；和一用于安装所述的氙灯(1)和起到防止紫外辐射随意外泄作用的灯室(3)；其中所述的光源部件由氙灯(1)、氙灯电源(2)和所述的灯室(3)组成；其中所述的灯室(3)为一箱体，该箱体的前面板上开有一用于输出氙灯(1)辐射的窗口，该窗口上安装一块石英玻璃，该圆形窗口位于氙灯(1)发光弧点高度处；所述的氙灯电源(2)与所述的氙灯(1)电连接；所述的准直部件由透镜(4)、遮光罩(5)和光栏(6)组成；所述遮光罩(5)为圆筒，该遮光罩(5)的一端口与所述的灯室(3)上的窗口连通、且同心安装，所述的透镜(4)和光栏(6)顺序设置在遮光罩(5)内的氙灯(1)辐射光路上，所述氙灯(1)处于透镜(4)的焦点位置，所述光栏(6)位于所述透镜(4)的另一侧；该准直部件和灯室(3)共同安装在所述升降支架(7)上。
2. 按权利要求1所述的用于紫外光学仪器辐射定标的光谱辐照度标准 光源，其特征在于，还包括一可调节支架(8),所述的可调节支架(8)安装 在升降支架(7)与遮光罩(5)之间。
3.按权利要求1所述的用于紫外光学仪器辐射定标的光谱辐照度标准 光源，其特征在于，所述氙灯(1 )为SQ型的，其功率300W,发光面积约2腿， 辐射强度的漂移和波动<0. 5%,弧点最大漂移〈0. lmm。
4.按权利要求1所述的用于紫外光学仪器辐射定标的光语辐照度标准光 源，其特征在于，所述氙灯电源(2)是SQ型300W氙灯的配套电源。
5. 按权利要求1所述的用于紫外光学仪器辐射定标的光谱辐照度标准 光源，其特征在于，所述透镜(4)采用JGS1石英材料制成。
6. 按权利要求1所述的用于紫外光学仪器辐射定标的光谱辐照度标准光源，其特征在于，所述遮光罩(5)为长300mm、直径106mm的圆筒。
7. 按权利要求1所述的用于紫外光学仪器辐射定标的光谱辐照度标准 光源，其特征在于，所述光栏(6)的通光口径为())80mm。
8. 按权利要求1所述的用于紫外光学仪器辐射定标的光谱辐照度标准光 源，其特征在于，所述石英玻璃为JGS1石英材料。
全文摘要
本发明提供一种用于紫外光学仪器辐射定标的光谱辐照度标准光源，包括一光源部件、升降支架、准直部件和灯室；其中灯室的前端开有一用于输出氙灯辐射的窗口，氙灯电源与氙灯电连接；一圆筒遮光罩的一端口与灯室上的窗口连通、且同心安装，透镜和光栏顺序设置在遮光罩内的氙灯辐射光路上，氙灯处于透镜的焦点位置，光栏位于透镜的另一侧；该准直部件和灯室共同安装在升降支架上。本发明选用的超静氙灯具备短弧氙灯在紫外波段有较强的辐射强度，同时采用高耐用阴极，使得灯的弧点在整个寿命期间几乎没有漂移和波动；该光源可使用在200-2000nm的紫外、可见和近红外波段，特别是对波长小于400nm的紫外波段，由于其辐照度高，可有效提高定标的信噪比。
文档编号G01S7/48GK101187705SQ20071017991
公开日2008年5月28日 申请日期2007年12月19日 优先权日2007年12月19日
发明者付利平, 张仲谋, 杜国军, 王咏梅, 王英鉴, 管凤君 申请人:中国科学院空间科学与应用研究中心