一种光谱响应度校准装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种光谱响应度校准方法及其装置，通过采用连续可调的单波长辐射源、可输出一个以上离散波长的激光装置以及混光器相结合，不仅可实现光谱辐照度和光谱辐亮度的测量，而且可利用离散光谱响应度校准光谱响应度曲线提高测量准确度，具有结构简单、功能齐全、性价比高、操作方便、便于推广和使用等特点。
【专利说明】一种光谱响应度校准装置
【【技术领域】】
[0001]本实用新型属于光辐射测量领域，具体涉及一种光谱响应度校准装置。
【【背景技术】】
[0002]光谱响应度是是光辐射探测器的基本性能之一，它表征了光辐射探测器对不同波长入射辐射的响应程度。光辐射探测器只有经光谱响应度校准后才能用于绝对光谱值的测量，光谱响应度校准不确定度的大小是决定光辐射探测器测量结果准确度的关键。
[0003]光谱响应度校准一般有基于标准辐射源和基于标准探测装置两种方法。长期以来光谱辐射量的标准是建立在辐射源(黑体和不同等级的标准灯)基础上的，但是其精度已不能适应高精度计量领域日益发展的要求。为了确保校准量值的置信度，标准探测装置需要在严格设计的校准装置中对待校探测装置的光谱响应度进行校准，目前典型的校准装置包括基于光源-单色仪的光谱比较系统(Spectral Comparator Facility, SCF)以及基于可调谐激光器的均匀光源光谱辐照度、光谱辐亮度校准系统(Spectral Irradiance andRadiance Calibration with Uniform Sources, SIRCUS)。
[0004]SCF系统以普通光源和单色仪组合作为辐射源，由于普通光源的功率较低，单色仪输出的单色光光线能量较弱，难以被精确探测和测量，只能采取将单色仪输出的光线采用聚焦成像等方式聚焦到探测器上进行探测，但这种方案中，光束和探测器的不均匀性对测量结果的不确定度有很大影响，且成像结构复杂，引入的杂散光较大，功率响应误差大；更为重要的是，由于聚焦成像测量的均为功率响应值，无法直接进行光谱辐亮度和光谱辐照度的校准。
[0005]SIRCUS系统采用多套可调谐激光器提供高功率单色光，经功率稳定、频谱分析、波长测量、斩波等过程 后，与多个尺寸不同的积分球结合获得均匀分布的稳定辐射源，虽然该系统可直接进行功率、光谱辐照度和光谱辐亮度响应值的校准，但不同量值的校准，需要切入不同尺寸的积分球，操作不方便；此外，其频谱分析和波长测量也引入了 Michelson和Fabry - Perot干涉仪等精密器件，不仅结构复杂，且多套可调谐激光器、干涉仪和多个积分球等使用和维护成本极高，至今仍不能实现推广应用，即使在国家最高计量机构，也难以负担。
【实用新型内容】
[0006]为了克服现有技术的不足，本实用新型基于标准探测装置的比较法，提供一种设计精巧、成本低、校准不确定度小且校准量值齐全的光谱响应度校准装置。
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案:
[0008]一种光谱响应度校准方法，其特征在于，利用波长连续可调的单波长辐射源、混光器、可在待校波段内输出一个以上离散波长激光的激光装置以及标准探测装置，实现待校探测装置光谱响应度校准:
[0009]在待校波段内，单波长辐射源发出的单色光或激光装置发出的离散波长激光经混光器混光后，分别入射到待校探测装置和已知光谱响应度的标准探测装置中；
[0010]依次比较在单波长辐射源发出的同一单色光入射时的待校探测装置与标准探测装置的响应值，结合标准探测装置的绝对光谱响应度，即可计算出待校探测装置的光谱响应度曲线；
[0011]依次比较在激光装置发出的同一离散波长激光入射时的待校探测装置与标准探测装置的响应值，结合标准探测装置的绝对光谱响应度，即可计算出待校探测装置的离散光谱响应度；
[0012]利用待校探测装置的离散光谱响应度校正光谱响应度曲线。
[0013]在本实用新型中，连续可调的单色光源在整个待校波段内依次产生不同波长的单色光，经混光器混光后作为主要光源；激光装置所产生的激光为待校波段内的一个或多个波长的单色光，经混光器混光后作为辅助光源。混光后的光源发光面亮度分布均匀，接近于理想朗伯体辐射源，可同时实现光谱辐照度、光谱辐亮度、光谱辐射功率等绝对量值的校准。在待校波段内，利用标准探测装置和待校探测装置测得的单波长辐射源发出的单色光的测量结果，获得待校探测装置的光谱响应度曲线，再利用标准探测装置和待校探测装置测量离散波长激光的测量结果，获得待校探测装置的离散光谱响应度。相比于主光源，激光的波长准确度高，功率也较高，基于激光装置的辅助光源可以使待校探测装置更加准确地响应各波长单色光的信号，进而获得待校探测装置更加准确的离散光谱响应度，即待校探测装置对各个离散波长的光谱响应情况。利用待校探测装置的离散光谱响应度修正光谱响应度曲线，可以获得待校探测装置在整个待校波段范围内的准确的绝对光谱响应度。本实用新型中的标准/待校探测装置优选为光辐射探测器，但也可以为其它探测装置。
[0014]相比于SCF系统，本实用新型采用混光器对单波长辐射源发出的光线进行充分混光，从混光器出射的光线分布均匀，有效降低由于光线分布不均匀性带来的测量误差；同时通过引入光高功率的激光对测量结果进行修正，进一步获得待校波段范围内更加准确的光谱响应度。更为重要的是，混光后的光源发光面亮度分布均匀，且辐射单色光具有较高能量，不仅可用于待校探测装置的光谱辐射功率和光谱辐照度的校准，而且可以作为标准亮度源，进行待校探测装置的光谱辐亮度校准，同时仅用一个混光器也大幅简化了光路的结构，减小了杂散光等因素的影响，降低了校准的不确定度。相比于SIRCUS系统，本实用新型仅通过可输出一个以上离散波长的激光装置，来校正测量误差，无需采用价格高昂的多套可调谐激光器、干涉仪和多个积分球等装置，即可达到较高的测量准确度，性价比高；同时简化了相应的光谱分析、波长测量、消干涉等一系列配套措施，操作方便，便于系统的推广和使用。
[0015]本实用新型可以通过以下技术特征进一步完善和优化:
[0016]本实用新型中，单波长辐射源和激光装置的测量方式灵活，例如可进行逐个波长测量或者整段待校波段测量，逐个波长测量步骤为:每次将单波长辐射源/激光装置调至某一待校波长后，使用待校探测装置和标准探测装置依次对该波长信号进行测量，而后将单波长辐射源调至下一待校波长，如此重复，直至完成所有单色光的测量，这种测量步骤需要经常切换待校探测装置和标准探测装置，而对于同一波长的测量间隔时间较短。而整段待测光谱测量步骤为:先使用待校探测装置对所有待校波长的单波长辐射源/激光装置进行测量，而后将待校探测装置替换为标准探测装置对所有待测波长的单波长辐射源进行测量，该测量步骤优点在于无需频繁地切换待校探测装置和标准探测装置，但标准探测装置与待校探测装置对于同一波长的测量间隔时间较长。
[0017]作为优选，所述的待校探测装置和标准探测装置的位置可调节至辐照度测量距离和辐亮度测量距离上；所述的辐照度测量距离(如图1所示的距离B)是混光器出光口尺寸的5倍以上，所述的辐亮度测量距离(如图1所示的距离A)为探测器视场小于混光器出光口面的距离。待校探测装置和标准探测装置相对混光器出光口的位置可移动，根据位置调节以适应不同的测量模式，辐照度测量和辐亮度测量共用一个混光器，以简化系统结构、方便测量。辐照度测量时，探测器距离较远，混光器出口可视为点光源；辐亮度测量时，探测器距离较近，视场范围在混光器出光口面以内。可采用两种测量方式实现:
[0018]光谱辐照度校准可采用两种方式测量，即待校探测装置和标准探测装置可设置于同一位置处或者设置在不同位置处，但两种测量方式对测试条件的要求不同。待校探测装置待校探测装置标准探测装置标准探测装置待校探测装置例如，待校探测装置和标准探测装置在同一位置处进行测试时，理论上，两者可位于混光器出光口光轴上的任意位置处，对测量距离没有要求，这种测量方式下，由于两者的测试条件相同，利用比较法可直接得出待校探测装置的光谱响应度；若标准探测装置和待测探测器在混光器出光口同一方向而不同距离处，这种测量方式下，二者的测量距离需满足平方反比定律，则可根据距离平方反比定
律
【权利要求】
1.一种光谱响应度校准装置，其特征在于，包括连续可调的单波长辐射源(I)、混光器(2)以及激光装置(3)，单波长辐射源(I)发出的单色光或者激光装置(3)发出的一个以上离散波长激光，被分别导入到混光器(2)中混光，标准探测装置(4)和待校探测装置(5)分别接收从混光器(2)出射的光。
2.如权利要求1所述的一种光谱响应度校准装置，其特征在于，所述的激光装置(3)为包括一个以上固定波长激光器的组合装置，或者为可输出多个离散波长激光的单个激光器。
3.如权利要求1所述的一种光谱响应度校准装置，其特征在于，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)，所述的单波长辐射源(I)发出的单色光通过第一入光口(2-1)导入到混光器(2)中，所述的激光装置(3)发出的离散波长激光通过第二入光口(2-2)导入到混光器(2)中。
4.如权利要求1所述的一种光谱响应度校准装置，其特征在于，包括监测探测装置(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),从第一出光口(2-3)出射的光线被待校探测装置(5)或者标准探测装置(4)接收，从第二出光口(2-4)出射的光线被监测探测装置(6)接收。
5.如权利要求4所述的一种光谱响应度校准装置，其特征在于，包括分叉光纤(8)和切换装置(9)，所述的一个以上固定波长激光器的组合装置通过分叉光纤(8)与混光器(2)耦合，所述的切换装置(9)将不同固定波长激光器发出的光线导入到分叉光纤(8)中，分叉光纤(8)将其接收的光线输入到混光器(2)中。
6.如权利要求1所述的一种光谱响应度校准装置，其特征在于，包括调节装置(7)，所述的调节装置(7)包括光学导轨(7-1)和支撑平台(7-2);所述的待校探测装置(5)和标准探测装置(4)通过支撑平台(7-2)设置在光学导轨(7-1)上，所述的支撑平台(7-2)主动或者被动地将待校探测装置(5)或者标准探测装置(4)切入到测量光路中。
7.如权利要求1所述的一种光谱响应度校准装置，其特征在于，所述的连续可调的单波长辐射源(I)由单色仪(1-1)和一个以上辐射源(1-2)组成，所述的辐射源(1-2)辐射输出波段至少覆盖待校波段。
8.如权利要求1所述的一种光谱响应度校准装置，其特征在于，所述的标准探测装置(4)是陷阱探测器或低温辐射探测器。
【文档编号】G01J3/02GK203551111SQ201320701060
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年11月7日 优先权日:2013年11月7日
【发明者】陈聪, 潘建根, 杨静 申请人:杭州远方光电信息股份有限公司