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1.内容提要 本书从实际应用需求出发，在国内首次研制外部导入宽可调谐激光的积分球光源，包括辐亮度光源和辐照度光源。为了提高积分球出射光场的稳定性和均匀性，设计球内旋转漫射板方法去除激光相干性产生的散斑。对辐亮度光源和辐照度光源的辐射特性进行了详细研究。建立溯源于低温辐射计的光谱辐亮度和辐照度响应度传递标准。传递标准为光谱辐通量响应度溯源于低温辐射计的硅陷阱探测器（Trap）。定标光源和传递标准组成光谱辐亮度和辐照度响应度定标系统，主要应用于太阳辐射计CIMEL
CE3182的实验室定标。最后对影响太阳辐射计定标精度的各个不确定性因素进行了详细评估。本书可作为研究生光学、光电检测等专业的参考书，对相关领域的工程技术人员也有参考价值。 2.前言 光辐射探测器光谱响应度的定标是光辐射测量领域的主要研究内容之一，也是定量化光学遥感和环境监测等应用领域的基础性关键技术。对探测器进行高精度光谱表征和定标要求定标光源具有以下特征：①
较高的光谱分辨率；② 大面积的均匀、准朗伯光源用于辐亮度响应度定标；③ 辐照度空间均匀；④
较高的光谱辐通量水平。传统光源，包括光谱辐射照度标准灯、内置灯积分球光源和灯单色仪系统等，由于其自身的限制均不能完全满足上述要求。 作者在国内率先研制外部导入可调谐激光的积分球光源，包括辐亮度光源和辐照度光源。可调谐激光自身的特点决定了新型定标光源具有单色性好、光谱辐通量水平高以及可以在宽波段范围内调节波长等优点。积分球是形成均匀、准朗伯光源的最佳装置，广泛应用于光辐射测量系统中。因此可调谐激光和积分球的有效结合形成的定标光源可以同时满足以上四种要求。 激光积分球光源与传递标准探测器相结合，建立光谱辐亮度和辐照度响应度定标系统。硅陷阱探测器（Trap）的光谱辐通量响应度溯源于低温辐射计，有效缩短了标准传递链。由视场光阑、孔径光阑和Trap组成的标准辐亮度探测器用于定标辐亮度光源的绝对光谱辐亮度；由孔径光阑和Trap组成的标准辐照度探测器定标辐照度光源在某一参考平面上的绝对光谱辐照度。该系统不仅可以对各种波段式滤光片辐射计进行系统级定标，还可以作为绝对精度更高的一种技术验证已有的定标手段。 系统研制成功后主要应用于太阳辐射计CIMEL
CE3182的实验室定标，其中光谱辐亮度响应度定标系统定标CE3182的天空散射和日晕观测模式，光谱辐照度响应度定标系统定标CE3182的太阳直射观测模式。对于同一台太阳辐射计，定标系数与GSFC（美国NASA戈达德航天中心）的相对偏差在±
1.4%以内，说明了新型定标技术的可行性。 本书的撰写过程得到了我的研究生导师中科院安徽光学精密机械研究所郑小兵研究员的大力支持，得到了常州工学院张兵教授的关心和帮助,在此谨向他们表示诚挚的感谢。 由于作者学识与水平所限，书中难免有缺点和错误，恳请读者批评指正。 徐秋云 常州工学院 2018年3月 3.目录 1引言(1) 1.1辐射定标的作用(1) 1.2两种辐射标准传递方法(3) 1.2.1溯源于黑体、基于标准辐射源法(3) 1.2.2溯源于低温辐射计、基于标准探测器法(4) 1.2.3基于标准探测器法在卫星传感器实验室定标中的应用(5) 1.3光电探测器的响应度(6) 1.4探测器响应度定标方法总结(8) 1.4.1光谱辐通量响应度定标方法(8) 1.4.2辐照度响应度定标方法(10) 1.4.3辐亮度响应度定标方法(12) 1.5一种新型的光谱辐照度和辐亮度响应度定标方法(14) 1.6本书的主要工作(15) 2光谱辐亮度和辐照度响应度定标系统设计与实现(18) 2.1光谱辐亮度和辐照度响应度定标系统总体设计方案(18) 2.2光谱辐亮度响应度定标系统(19) 2.2.1外部导入激光的积分球光源的研制(20) 2.2.2积分球及主要部件实物图(28) 2.3光谱辐亮度响应度定标系统的标准传递方法(29) 2.3.1标准辐亮度探测器(30) 2.3.2标准探测器的辐亮度响应度(32) 2.3.3标准探测器定标激光积分球光源的辐亮度(33) 2.4光谱辐照度响应度定标系统(34) 2.4.1辐照度光源设计(34) 2.4.2标准传递方法(37) 2.5散斑去除理论分析(38) 2.6定标系统中主要仪器介绍(41) 2.6.1可调谐激光器系统(41) 2.6.2激光功率控制器(44) 2.6.3波长计(45) 2.6.4电机选型(46) 3外部导入激光的积分球光源辐射特性测量(48) 3.1辐亮度光源辐射特性研究(48) 3.1.1辐亮度非稳定性(50) 3.1.2辐亮度平面非均匀性(53) 3.1.3辐亮度角度非均匀性(55) 3.1.4积分球光源辐射特性测量软件(57) 3.1.5偏振度表征(60) 3.1.6散斑去除效果定量分析(63) 3.2辐照度光源辐射特性研究(68) 3.2.1实验原理(68) 3.2.2准直调节方法(69) 3.2.3实验结果(71) 4光谱辐亮度响应度定标系统的应用(72) 4.1太阳辐射计光谱辐亮度响应度定标方法(73) 4.1.1光谱响应度定标方法(73) 4.1.2定标系数计算与比对(75) 4.1.3计算通道中心波长和带宽(76) 4.2传递标准探测器的光谱辐亮度响应度(76) 4.2.1Trap的光谱辐通量响应度(76) 4.2.2光阑直径和两光阑之间距离的测定(76) 4.2.3传递标准探测器的光谱辐亮度响应度(77) 4.2.4标准探测器的观测面积(78) 4.3太阳辐射计天空散射观测模式定标(79) 4.3.1本底信号(79) 4.3.2监视探测器的输出信号(79) 4.3.3绝对光谱辐亮度响应度(79) 4.3.4响应度的线性(80) 4.3.5计算定标系数并与GSFC进行比对(81) 4.3.6通道中心波长和带宽(82) 4.3.7比较光谱响应度与滤光片光谱透过率(82) 4.4光谱辐亮度响应度定标不确定度分析(84) 4.4.1标准探测器光谱辐亮度响应度定标不确定度(84) 4.4.2定标光源辐射特性(86) 4.4.3CE318稳定性(87) 4.4.4标准探测器稳定性(88) 4.4.5合成标准不确定度(89) 4.5太阳辐射计日晕观测模式定标(90) 4.5.1日晕模式的绝对光谱辐亮度响应度(90) 4.5.2计算定标系数并与GSFC进行比对(91) 4.6定标结果验证和比对(91) 4.6.1利用灯照明积分球光源验证定标结果(91) 4.6.2天空散射模式四次定标结果比对(93) 5光谱辐照度响应度定标系统的应用(95) 5.1太阳辐射计传统定标方法(95) 5.2太阳辐射计光谱辐照度响应度定标方法(97) 5.2.1光谱响应度定标方法(97) 5.2.2CE318参考平面的确定(98) 5.2.3定标系数计算与比对(99) 5.3传递标准探测器的光谱辐照度响应度(100) 5.3.1Trap的光谱辐通量响应度(100) 5.3.2传递标准探测器的光谱辐照度响应度(101) 5.4确定定标距离(101) 5.4.1Trap等效光路(102) 5.4.2定标距离(103) 5.5太阳辐射计的相对光谱辐照度响应度(103) 5.5.1CE318的输出信号(103) 5.5.2相对光谱辐照度响应度(105) 5.6相对光谱辐照度响应度定标不确定度分析(106) 5.7讨论(108) 6总结和进一步的考虑(110) 参考文献(112) |
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