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基于探测器标准的高精度光谱辐射标准光源

李志刚

李志刚. 基于探测器标准的高精度光谱辐射标准光源[J]. 中国光学, 2015, 8(6): 909-918. doi: 10.3788/CO.20150806.0909
引用本文: 李志刚. 基于探测器标准的高精度光谱辐射标准光源[J]. 中国光学, 2015, 8(6): 909-918. doi: 10.3788/CO.20150806.0909
LI Zhi-gang. High accuracy spectroradiometric standard light source based on detector standard[J]. Chinese Optics, 2015, 8(6): 909-918. doi: 10.3788/CO.20150806.0909
Citation: LI Zhi-gang. High accuracy spectroradiometric standard light source based on detector standard[J]. Chinese Optics, 2015, 8(6): 909-918. doi: 10.3788/CO.20150806.0909

基于探测器标准的高精度光谱辐射标准光源

doi: 10.3788/CO.20150806.0909
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(No.61378063)
详细信息
    通讯作者: 李志刚(1972—),男,吉林长春人,博士,研究员,2000年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位,主要从事空间光学遥感技术及辐射定标方面的研究。E-mail:lizhg@ciomp.ac.cn
  • 中图分类号: TH744.1

High accuracy spectroradiometric standard light source based on detector standard

  • 摘要: 本文在评述低温绝对辐射计和SIRCUS发展的基础上,讨论了基于探测器标准的光谱可调谐自校准标准光源的工作原理、发展与应用前景。在探测器型光谱辐射标准研究方面,工作在液氦温度的低温绝对辐射计不确定度达0.01%。美国国家标准与技术研究院(NIST)建立的均匀光源光谱辐照度和光谱辐亮度响应度定标装置(SIRCUS)采用一系列激光器,由低温绝对辐射计传递的硅陷阱探测器定标,不确定度已达到0.1%,成功应用于空间遥感仪器高精度辐射定标。分析认为,发展中的基于探测器标准的光谱可调谐自校准标准光源,定标精度高,自行校正老化、衰减,保证了定标精度长期稳定。
  • 图  1  NIST POWR结构

    Figure  1.  Construction of NIST POWR

    图  2  冷板及安装在冷板上的主要实验件示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of cold plate and the critical experimental components mounted on the cold plate

    图  3  探测器和遮光罩模块示意图

    Figure  3.  Schematic diagram of the detector module and baffle section

    图  4  光谱能量响应度定标链路

    Figure  4.  Calibration chain for the spectral power responsivity measurements

    图  5  可见-近红外光谱比对器装置(Vis/NIR SCF)

    Figure  5.  Spectral comparator facility from visible to near-infrared(Vis/NIR SCF)

    图  6  紫外光谱比对器装置(UV SCF)

    Figure  6.  Ultraviolet spectral comparator facility(UV SCF)

    图  7  陷阱探测器光电二极管布局

    Figure  7.  Trap detector arrangement of photodiodes

    图  8  在SIRCUS使用低温辐射计定标传递标准探测器光路图

    Figure  8.  Optical configuration for the calibration of the transfer standards with cryogenic radiometer at the SIRCUS facility

    图  9  可见工作标准(Vis WS)定标链

    Figure  9.  Calibration chain for the visible working standards(Vis WS)

    图  10  紫外工作标准(UV WS)定标链

    Figure  10.  Calibration chain for the ultraviolet working standards(UV WS)

    图  11  InGaAs工作标准(IGA WS)定标链

    Figure  11.  Calibration chain for InGaAs working standards(IGA WS)

    图  12  1999 InGaAs工作标准(IGA WS)定标链

    Figure  12.  Calibration chain for InGaAs working standards(IGA WS) in 1999

    图  13  NIST光谱功率响应度工作标准相对综合标准不确定度

    Figure  13.  Relative combined standard uncertainties for NIST spectral power responsivity working standards

    图  14  NIST SIRCUS示意图

    Figure  14.  Schematic diagram of SIRUCS at NIST

    图  15  基于探测器标准的绝对光谱可调谐标准光源实验装置

    Figure  15.  Set-up of absolute spectrum tunable standard light source based on detector standard

    图  16  CIOMP自校准标准光源

    Figure  16.  Self-calibrated standard light source by CIOMP

    图  17  采用CAS光谱仪辐射计测得的窄带和宽带模式下的光谱分布

    Figure  17.  Measured spectral distribution in narrow-band and broad-band modes using CAS spectrometer radiometer

    图  18  窄带模式下Gershun管辐射计的测量结果

    Figure  18.  Measurements of Gershun tube radiometer in narrow-band mode

  • [1]

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出版历程
  • 收稿日期:  2015-09-25
  • 录用日期:  2015-11-04
  • 刊出日期:  2015-01-25

基于探测器标准的高精度光谱辐射标准光源

doi: 10.3788/CO.20150806.0909
    基金项目:  国家自然科学基金资助项目(No.61378063)
    通讯作者: 李志刚(1972—),男,吉林长春人,博士,研究员,2000年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位,主要从事空间光学遥感技术及辐射定标方面的研究。E-mail:lizhg@ciomp.ac.cn
  • 中图分类号: TH744.1

摘要: 本文在评述低温绝对辐射计和SIRCUS发展的基础上,讨论了基于探测器标准的光谱可调谐自校准标准光源的工作原理、发展与应用前景。在探测器型光谱辐射标准研究方面,工作在液氦温度的低温绝对辐射计不确定度达0.01%。美国国家标准与技术研究院(NIST)建立的均匀光源光谱辐照度和光谱辐亮度响应度定标装置(SIRCUS)采用一系列激光器,由低温绝对辐射计传递的硅陷阱探测器定标,不确定度已达到0.1%,成功应用于空间遥感仪器高精度辐射定标。分析认为,发展中的基于探测器标准的光谱可调谐自校准标准光源,定标精度高,自行校正老化、衰减,保证了定标精度长期稳定。

English Abstract

李志刚. 基于探测器标准的高精度光谱辐射标准光源[J]. 中国光学, 2015, 8(6): 909-918. doi: 10.3788/CO.20150806.0909
引用本文: 李志刚. 基于探测器标准的高精度光谱辐射标准光源[J]. 中国光学, 2015, 8(6): 909-918. doi: 10.3788/CO.20150806.0909
LI Zhi-gang. High accuracy spectroradiometric standard light source based on detector standard[J]. Chinese Optics, 2015, 8(6): 909-918. doi: 10.3788/CO.20150806.0909
Citation: LI Zhi-gang. High accuracy spectroradiometric standard light source based on detector standard[J]. Chinese Optics, 2015, 8(6): 909-918. doi: 10.3788/CO.20150806.0909
    • 早在20世纪70年代美国宇航局(NASA)Goddard 空间飞行中心研制了星载太阳后向散射紫外谱仪(SBUV)和臭氧总量绘图谱仪(TOMS),取得地外太阳光谱、大气臭氧垂直分布及大气臭氧总量全球分布的重要信息,用于环境科学、大气物理、太阳物理、气象学、气候学等项目研究[1]。近二、三十年,在全球变化研究的推动下,国际上高精度大气定量光谱遥感技术发展迅速。美国宇航局(NASA)和欧空局(ESA)又先后研制了全球臭氧监测实验仪(GOME)、大气绘图扫描成像吸收谱仪(SCIAMACHY)、臭氧监测仪(OMI)以及在轨二氧化碳观测站(OCO)等,用于全球在轨大气痕量气体高精度定量监测[2, 3, 4, 5]。我国也相继研制了太阳紫外光谱监视器、臭氧垂直探测仪、臭氧总量探测仪并正在研制二氧化碳探测仪、紫外高光谱臭氧轮廓探测仪等大气定量光谱遥感仪器[6, 7, 8, 9],已用于或将用于全球大气臭氧和二氧化碳含量高精度定量监测。这些空间遥感仪器的共同特点是对光谱辐射定标精度要求很高。

      在需求的推动下,国际上光谱辐射标准计量技术的得到迅速发展。在探测器型光谱辐射标准研究方面,工作在液氦温度的低温绝对辐射计,不确定度达0.01%。NIST研制的均匀光源光谱辐照度和光谱辐亮度响应度定标装置(SIRCUS)采用一系列激光器,覆盖波长范围从紫外到红外,由低温绝对辐射计传递的陷阱探测器定标,不确定度达到0.1%的水平,已成功应用于空间遥感仪器高精度辐射定标。发展中的基于探测器标准的光谱可调谐自校准标准光源,有两种工作模式,采用标准探测器定标,定标精度高,自行校正老化、衰减,保证了定标精度长期稳定。

      本文首先评述作为探测器标准的低温辐射计的诞生、发展、标准传递与所涉及的关键技术。在此基础上,讨论高精度探测器标准在遥感仪器辐射定标中的相关应用问题。与标准光源不同,标准探测器一般不能直接用于遥感仪器光谱辐亮度响应度或光谱辐亮度响应度定标。为此各国竞相研制以标准探测器定标的单色或准单色光源装置,用于遥感仪器高精度辐射定标。在以激光作单色光源研究方面,以NIST的SIRCUS研究工作为代表,已实现定标不确定度为0.1%,并应用于遥感仪器高精度辐射定标。在数字微镜(DMD)准单色光源研究方面,国际上,包括中国科学院长春光机所,发展了基于探测器标准的光谱可调谐自校准标准光源,定标精度高,自行校正老化、衰减,保证定标精度长期稳定,研究工作亦颇具特色。

    • 国际上,通常有两类光谱辐射标准:一类是光源型,如黑体和同步辐射光源;另一类是探测器型,如低温绝对辐射计。低温绝对辐射计工作于液氦温度,主要由接收腔、加热器和温度传感器三部分组成。当入射辐射照射低温辐射计接收腔时,接收腔上升到一定温度,温度传感器记录下这一变化。挡掉光辐射,加热器通电,接收腔升温,通过改变电加热功率,直至接收腔再现其温度变化,此时通过测量电加热功率即给出光辐射功率。国际上,一直以电功率再现光功率原理工作的电替代绝对辐射计作为探测器型光谱辐射标准。这一技术的发展始于19世纪末[10]。工作在环境温度的电替代辐射计不确定度为0.1%~0.3%,其不确定度的进一步降低受限于材料热特性、入射辐射非完全吸收及替代的电加热功率非完全等效于吸收的入射辐射功率等[11]

      20世纪70年代,低温电替代辐射计量技术首先在NIST发展并用于温度计量,随后用于低温真空黑体定标[12]。英国国家物理实验室(NPL)研制了类似的装置,用于Stefan-Boltzmann常数测量。期间,Quinn和Martin曾指出如果将常温电替代辐射计致冷到液氦温度,其灵敏度和准确度将会提高约100倍。基于这一思想,在NPL设计了一台专用于光辐射测量的低温辐射计,并由Oxford Instruments PLC公司制造成功[11]

      基于NPL-OXFORD设计,经改进后,美国NIST研制了高精度低温辐射计(HACR)[12]。HACR在0.8 mW光功率下的相对标准不确定度达0.021%。德国PTB也使用了基于NPL-OXFORD设计的低温辐射计[13]

      在HACR基础上,NIST设计的低温辐射计POWR(Primary Optical Watt Radiometer)是美国国家光功率单位基准[14],曾称作HACR2,已取代HACR,如图1所示。POWR的设计具有模块化特点,由探测器模块、遮光罩模块及前置光学模块组成。POWR在大多情况下工作在4.2 K,在极低光功率测量下,为减少热噪声,可工作在2 K温度。低温保持器装约100 L液氦,通常可用14天。液氮池环绕液氦池周围,用以绝热。

      图  1  NIST POWR结构

      Figure 1.  Construction of NIST POWR

      在液氦池下的冷板上有一组丝孔,如图2所示,中央部位用于安装探测器模块和遮光罩模块,周围用于安装测温的电连接器、导线热锚。探测器模块的馈线是磷青铜的,从冷板开始、穿过冷屏直到真空馈线口。

      图  2  冷板及安装在冷板上的主要实验件示意图

      Figure 2.  Schematic diagram of cold plate and the critical experimental components mounted on the cold plate

      探测器模块如图3所示。探测器模块由冷块、热锚、热沉和接收腔等组成。冷块提供环绕接收腔的液氦温度的冷背景,连接到冷板,通过热锚,连接到液氦池。其接收腔是电成型的铜的柱形腔,直径20 mm,长150 mm,腔的后端倾斜30°,腔内面涂以镜反射黑漆,在633 nm处腔吸收率为0.999 995。一个加热器无感应地包裹在腔体封闭端,两个片状加热器贴在后倾斜面上。锗电阻温度计(GRT)位于圆柱筒上。通过Kapton热锚将接收腔固定到热沉上。热沉和冷快都由OFHC铜制成,先镀镍,后镀金。所有表面都抛光、高反,以减少辐射影响。在探测器模块前放置一个遮光罩,连接到冷块。遮光罩模块的离轴抛物面镜收集杂散辐射并反射到硅光电二极管探测器,进行测量。反射镜中心有一孔,以便激光光束通过。前置光学模块可以实现用陷阱探测器在线测量布儒斯特窗口透过率。POWR在633 nm处典型窗口透过率为0.999 921。

      图  3  探测器和遮光罩模块示意图

      Figure 3.  Schematic diagram of the detector module and baffle section

      NIST POWR低温绝对辐射计探测器模块设计目标为在毫瓦和微瓦水平的激光功率下测量不确定度为0.01%。后文提到的L-1标准与技术公司制造的L-1 ACR低温辐射计较之POWR体积小、易于操作,用于标准传递。POWR与L-1 ACR 间一致性在0.02%以内。

      光谱能量响应度测量传递链路如图4所示[15]。链路顶端是低温辐射计POWR。L-1 ACR为低温绝对辐射计,用作副基准,在SIRCUS上定标200~1 800 nm波段范围的传递标准探测器。传递标准探测器转而在可见/近红外和紫外光谱比对器装置(Vis/NIR SCF和UV SCF,图5图6)上用来定标工作标准探测器。工作标准探测器通常在可见/近红外和紫外光谱比对器装置SCF上用来定标用户的探测器。

      图  4  光谱能量响应度定标链路

      Figure 4.  Calibration chain for the spectral power responsivity measurements

      图  5  可见-近红外光谱比对器装置(Vis/NIR SCF)

      Figure 5.  Spectral comparator facility from visible to near-infrared(Vis/NIR SCF)

      图  6  紫外光谱比对器装置(UV SCF)

      Figure 6.  Ultraviolet spectral comparator facility(UV SCF)

      在350~950 nm波长范围采用硅光电二级管陷阱探测器作传递标准探测器。如图7所示,陷阱探测器由6个无窗硅光电二级管构成,有卓越的稳定性、区域响应度均匀性、线性、低噪声且使用激光时无干涉问题。图8给出使用替代法从低温辐射计到传递标准探测器的标准传递示意图。为获得尽可能低的不确定度,低温辐射计要求单色、准直、强度稳定的激光束。光学系统中,采用激光强度稳定器控制测量期间激光光束强度,稳定性优于0.01%。两个可见硅陷阱探测器(325~950 nm),两个温控锗光电二极管传递标准(850~1 650 nm)(Ge TS),两个温控InGaAs光电二极管传递标准(700~1 800 nm)(IGA TS),数个紫外传递标准和紫外陷阱探测器(210~400 nm)作为传递标准探测器在SIRCUS中由低温辐射计定标。

      图  7  陷阱探测器光电二极管布局

      Figure 7.  Trap detector arrangement of photodiodes

      图  8  在SIRCUS使用低温辐射计定标传递标准探测器光路图

      Figure 8.  Optical configuration for the calibration of the transfer standards with cryogenic radiometer at the SIRCUS facility

      4个可见区工作标准在可见/近红外SCF装置中由可见硅陷阱探测器传递标准和锗传递标准分别在350~950 nm和955~1 100 nm定标。这两种传递标准探测器在SIRCUS中由L-1 ACR低温辐射计定标,以确定外量子效率并计算光谱能量响应度。定标链如图9所示。

      图  9  可见工作标准(Vis WS)定标链

      Figure 9.  Calibration chain for the visible working standards(Vis WS)

      紫外光谱区工作标准传递链路如图10所示。两个紫外光谱区工作标准从200~400 nm在紫外光谱比较器UV SCF、可见/近红外光谱比较器Vis/NIR SCF、SIRCUS及NIST同步辐射紫外辐射装置(SURF)上由硅光电二极管紫外传递标准和陷阱探测器传递标准定标。两个紫外光谱区工作标准在405~500 nm由可见陷阱传递标准和在可见/近红外光谱比较器SCF定标。硅光电二极管紫外传递标准和可见陷阱探测器传递标准组合使紫外光谱区工作标准在其整个紫外工作标准定标的光谱区内不确定度最小。

      图  10  紫外工作标准(UV WS)定标链

      Figure 10.  Calibration chain for the ultraviolet working standards(UV WS)

      IGA工作标准响应度在可见/近红外光谱比较器Vis/NIR SCF上由可见工作标准在700~950 nm波段和IGA传递标准在955~1 600 nm波段确定。IGA传递标准在SIRCUS装置中由低温辐射计在700~1 800 nm光谱区定标,以确定外量子效率。图11给出IGA工作标准传递链路。

      图  11  InGaAs工作标准(IGA WS)定标链

      Figure 11.  Calibration chain for InGaAs working standards(IGA WS)

      由于在1 650~1 800 nm波段IGA光谱响应度低,在SIRCUS由低温辐射计定标有困难,仍沿用1999年定标方案,即IGA 700~920 nm工作标准光谱能量响应度在可见/近红外光谱比较器Vis/NIR SCF上由可见陷阱探测器传递标准标定。由低温辐射计在SURF上的低温辐射计-单色仪系统定标给出700~1 800 nm热电探测器(Pyrometer)相对光谱响应度。

      图  12  1999 InGaAs工作标准(IGA WS)定标链

      Figure 12.  Calibration chain for InGaAs working standards(IGA WS) in 1999

      然后由热电探测器在可见/近红外光谱比较器Vis/NIR SCF定标给出IGA工作标准相对光谱响应度,由可见陷阱探测器传递标准给出绝对值。1999年传递链路如图12所示。

      3种类型的SCF工作标准相对综合标准不确定度如图13所示。

      图  13  NIST光谱功率响应度工作标准相对综合标准不确定度

      Figure 13.  Relative combined standard uncertainties for NIST spectral power responsivity working standards

    • 与标准光源不同,标准探测器一般不能直接用于遥感仪器光谱辐亮度响应度或光谱辐亮度响应度定标。为此,英国国家物理实验室(NPL)、美国国家标准与技术研究院(NIST)、德国物理技术研究院(PTB)及芬兰赫尔辛基技术大学(HUT)等相继发展了可调谐单色激光照射积分球的窄带光源,其光谱辐亮度由低温辐射计定标[15, 16, 17, 18, 19]。以NIST研制的均匀光源光谱辐照度和光谱辐亮度响应度定标装置(SIRCUS)为例,这种装置可以直接为遥感仪器进行光谱辐照度和辐亮度响应度定标。在SIRCUS中,高功率、可调谐激光引入到积分球,产生均匀、准朗伯、高亮度单色光源。SIRCUS如图14所示,高功率、可调谐激光器首先经过强度稳定器后相对光功率控制在设定值的0.01%内。激光光束一部分被反射到波长计用来测量入射激光波长,测量精度在0.001 nm内。光束另一部分通过分束器反射到Fabry-Perot干涉仪,用来测量激光光谱带宽与模式稳定度。最后,通过光纤将激光导入积分球。期间采用摆镜扫描光束或将部分光纤放入超声池中以消除源于激光相干性的散班。由NIST光谱功率响应度基准定标的参考标准辐照度探测器,配备由NIST光阑面积装置测得的精密光阑,得以精确确定参考面辐照度。光源辐亮度亦可通过几何关系相应得出。光谱辐照度和光谱辐亮度响应度定标综合标准不确定度小于0.1%。根据辐射定标应用需求,可选择不同尺寸的积分球。一个光电二极管监测器位于积分球上,用来修正测量中积分球输出辐通量的变化。光源位于一个暗箱内。为降低杂散光对测量的影响,光源与探测器之间通常安装两片挡光板。

      图  14  NIST SIRCUS示意图

      Figure 14.  Schematic diagram of SIRUCS at NIST

      SIRCUS按工作波段分为紫外-可见-近红外SIRCUS与红外SIRCUS,前者波段范围200 nm~1.6 μm,后者780 nm~5 μm。二者主要区别在于使用了不同的激光器和不同的参考传递标准。用多个不同激光覆盖210 nm~5 μm光谱范围。

      SIRCUS已成功用于多种遥感仪器辐射定标,如海洋光学浮标(MOBY)、SCRIPPS-NIST先进辐射计(NISTAR)、太阳光度计及搭载NASA太阳辐射与气候实验(SORCE)卫星的光谱辐照度监测仪(SIM)等[20, 21]

    • 宽带标准光源具有结构紧凑、便于移动、定标时间短、使用方便等优点,但是精度相对较低,老化衰减较快,如光谱辐照度标准1 000 W石英卤钨灯光源。

      窄带标准光源定标精度相对较高(不确定度可达0.1%),但是有系统复杂、不易移动、定标时间较长等缺点,如SIRCUS均匀光源。

      较理想的光谱辐射标准光源应该具有两种工作模式,在窄带模式下以探测器标准定标,在宽带模式下工作,为仪器或遥感仪器定标。美国国家标准与技术研究院Brown等人在概念研究基础上,构建了基于探测器标准的绝对光谱可调谐标准光源实验装置[22],如图15所示,主要由光谱可调谐光源(One Light Spectral Engine)、积分球和Gershun管辐射计组成。其中光谱可调谐光源由氙灯光源和采用DMD的光谱可调谐谱仪构成,光谱范围430~630 nm。Gershun管辐射计光谱辐亮度响应度在NIST SIRCUS中定标。绝对光谱可调谐标准光源有两种工作模式,在窄带模式下,计算机控制DMD在特定工作波段顺序发送具有特定光谱带宽的准单色光,用Gershun管辐射计测量定标。在宽带模式下,各准单色光合成 具有已知光谱辐亮度的“白光”,供遥感仪器定标使用。

      图  15  基于探测器标准的绝对光谱可调谐标准光源实验装置

      Figure 15.  Set-up of absolute spectrum tunable standard light source based on detector standard

      2013年,中国科学院长春光机所(CIOMP)开展了具有两种工作模式的自校准光谱辐亮度标准光源研制。研制了由氙灯[23]和超连续光纤激光器作光源、单凹面光栅和双平面光栅加DMD作光谱调谐器、基于探测器标准的自校准标准光源。这里给出以超连续光纤激光作光源、单凹面光栅加DMD作光谱调谐器的自校准标准光源实例。该自校准标准光源由NKT Photonics公司Super K EXTREME EXB-6型超连续光纤激光光源、滤光片、前置光学系统、入射狭缝、凹面光栅、DMD、后置聚光系统和积分球组成,如图16所示。超连续光纤激光光源光谱范围为405~2 350 nm,激光经滤光片,经两片凹面镜扩束,由平面镜反射后,经凹柱面反射镜聚焦至入射狭缝。入射光经平面反射镜至凹面全息反射光栅,经色散后在DMD表面形成光谱。凹面全息反射光栅表面镀铝,刻线密度为430 g/mm,工作光谱区间为300~850 nm。后置聚光系统将经计算机编程控制的DMD微镜阵列 反射选取后的光汇集至内径约为135 mm、内涂层为PTFE的积分球内。积分球入口直径12.7 mm,出口直径25.4 mm。

      图  16  CIOMP自校准标准光源

      Figure 16.  Self-calibrated standard light source by CIOMP

      以Instrument Systems公司CAS140CT-152型阵列光谱仪和以NIST定标的硅光电二极管为探测器的Gershun管辐射计分别测量积分球输出光辐射。CAS140CT-152采用优化的交叉式Czerny-Turner光学结构,其特点是高效抑制杂散光和宽动态范围,集成了滤光片轮,将强度测量范围扩大9个数量级。以致冷背照式1 024×768像素CCD为探测器,工作光谱范围为200~800 nm,光谱分辨率为2.7 nm,数据点间隔为0.6 nm。

      将DMD微镜阵列分成16组,在自校准光谱辐亮度标准光源积分球出口处测量光辐射。图17图18分别给出了采用CAS光谱仪和Gershun管辐射计的实验测量结果。

      图  17  采用CAS光谱仪辐射计测得的窄带和宽带模式下的光谱分布

      Figure 17.  Measured spectral distribution in narrow-band and broad-band modes using CAS spectrometer radiometer

      自校准标准光源,其光谱分布可根据需要而改变。可自行校正光源光强老化衰减,光源光谱辐亮度较大,可以根据需要自行改变光强,能满足在实际大气光谱辐亮度水平下定标的要求。在窄带模式下采用Gershun管辐射计定标,而Gershun 管辐射计响应度通过作为探测器基准的低温辐射计直接追溯到国际制单位(SI),光谱辐亮度定标精度高。光源主体不需要送回辐射计量单位进行重复定标,辐亮度标准的维护可通过对其标准探测器光谱响应度的周期性定标得以简化。这一研究为提高光谱辐亮度标准光源精度、满足空间遥感仪器的高精度定标需求,提供了一条行之有效的途径。

      图  18  窄带模式下Gershun管辐射计的测量结果

      Figure 18.  Measurements of Gershun tube radiometer in narrow-band mode

    • 低温绝对辐射计工作在液氦温度,不确定度比常温绝对辐射计降低约一个量级,经数十年发展,NIST低温绝对辐射计POWR不确定度达0.01%。NIST SIRCUS采用一系列激光器,如染料激光器和钛宝石激光器,由低温绝对辐射计传递的陷阱探测器定标,不确定度可达到0.1%,已用于NASA高精度大气定量遥感仪器辐射定标。发展中的基于探测器标准的光谱可调谐自校准标准光源,有两种工作模式,采用标准探测器定标,定标精度高,自行校正老化、衰减,保证了定标精度长期稳定,能满足在实际大气光谱辐亮度水平下定标的需求。

参考文献 (1)

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