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1.內(nèi)容提要 本書(shū)從實(shí)際應(yīng)用需求出發(fā)，在國(guó)內(nèi)首次研制外部導(dǎo)入寬可調(diào)諧激光的積分球光源，包括輻亮度光源和輻照度光源。為了提高積分球出射光場(chǎng)的穩(wěn)定性和均勻性，設(shè)計(jì)球內(nèi)旋轉(zhuǎn)漫射板方法去除激光相干性產(chǎn)生的散斑。對(duì)輻亮度光源和輻照度光源的輻射特性進(jìn)行了詳細(xì)研究。建立溯源于低溫輻射計(jì)的光譜輻亮度和輻照度響應(yīng)度傳遞標(biāo)準(zhǔn)。傳遞標(biāo)準(zhǔn)為光譜輻通量響應(yīng)度溯源于低溫輻射計(jì)的硅陷阱探測(cè)器（Trap）。定標(biāo)光源和傳遞標(biāo)準(zhǔn)組成光譜輻亮度和輻照度響應(yīng)度定標(biāo)系統(tǒng)，主要應(yīng)用于太陽(yáng)輻射計(jì)CIMEL
CE3182的實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)。最后對(duì)影響太陽(yáng)輻射計(jì)定標(biāo)精度的各個(gè)不確定性因素進(jìn)行了詳細(xì)評(píng)估。本書(shū)可作為研究生光學(xué)、光電檢測(cè)等專(zhuān)業(yè)的參考書(shū)，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員也有參考價(jià)值。 2.前言 光輻射探測(cè)器光譜響應(yīng)度的定標(biāo)是光輻射測(cè)量領(lǐng)域的主要研究?jī)?nèi)容之一，也是定量化光學(xué)遙感和環(huán)境監(jiān)測(cè)等應(yīng)用領(lǐng)域的基礎(chǔ)性關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)探測(cè)器進(jìn)行高精度光譜表征和定標(biāo)要求定標(biāo)光源具有以下特征：①
較高的光譜分辨率；② 大面積的均勻、準(zhǔn)朗伯光源用于輻亮度響應(yīng)度定標(biāo)；③ 輻照度空間均勻；④
較高的光譜輻通量水平。傳統(tǒng)光源，包括光譜輻射照度標(biāo)準(zhǔn)燈、內(nèi)置燈積分球光源和燈單色儀系統(tǒng)等，由于其自身的限制均不能完全滿(mǎn)足上述要求。 作者在國(guó)內(nèi)率先研制外部導(dǎo)入可調(diào)諧激光的積分球光源，包括輻亮度光源和輻照度光源。可調(diào)諧激光自身的特點(diǎn)決定了新型定標(biāo)光源具有單色性好、光譜輻通量水平高以及可以在寬波段范圍內(nèi)調(diào)節(jié)波長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。積分球是形成均勻、準(zhǔn)朗伯光源的最佳裝置，廣泛應(yīng)用于光輻射測(cè)量系統(tǒng)中。因此可調(diào)諧激光和積分球的有效結(jié)合形成的定標(biāo)光源可以同時(shí)滿(mǎn)足以上四種要求。 激光積分球光源與傳遞標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器相結(jié)合，建立光譜輻亮度和輻照度響應(yīng)度定標(biāo)系統(tǒng)。硅陷阱探測(cè)器（Trap）的光譜輻通量響應(yīng)度溯源于低溫輻射計(jì)，有效縮短了標(biāo)準(zhǔn)傳遞鏈。由視場(chǎng)光闌、孔徑光闌和Trap組成的標(biāo)準(zhǔn)輻亮度探測(cè)器用于定標(biāo)輻亮度光源的絕對(duì)光譜輻亮度；由孔徑光闌和Trap組成的標(biāo)準(zhǔn)輻照度探測(cè)器定標(biāo)輻照度光源在某一參考平面上的絕對(duì)光譜輻照度。該系統(tǒng)不僅可以對(duì)各種波段式濾光片輻射計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)定標(biāo)，還可以作為絕對(duì)精度更高的一種技術(shù)驗(yàn)證已有的定標(biāo)手段。 系統(tǒng)研制成功后主要應(yīng)用于太陽(yáng)輻射計(jì)CIMEL
CE3182的實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)，其中光譜輻亮度響應(yīng)度定標(biāo)系統(tǒng)定標(biāo)CE3182的天空散射和日暈觀(guān)測(cè)模式，光譜輻照度響應(yīng)度定標(biāo)系統(tǒng)定標(biāo)CE3182的太陽(yáng)直射觀(guān)測(cè)模式。對(duì)于同一臺(tái)太陽(yáng)輻射計(jì)，定標(biāo)系數(shù)與GSFC（美國(guó)NASA戈達(dá)德航天中心）的相對(duì)偏差在±
1.4%以?xún)?nèi)，說(shuō)明了新型定標(biāo)技術(shù)的可行性。 本書(shū)的撰寫(xiě)過(guò)程得到了我的研究生導(dǎo)師中科院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所鄭小兵研究員的大力支持，得到了常州工學(xué)院張兵教授的關(guān)心和幫助,在此謹(jǐn)向他們表示誠(chéng)摯的感謝。 由于作者學(xué)識(shí)與水平所限，書(shū)中難免有缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。 徐秋云 常州工學(xué)院 2018年3月 3.目錄 1引言(1) 1.1輻射定標(biāo)的作用(1) 1.2兩種輻射標(biāo)準(zhǔn)傳遞方法(3) 1.2.1溯源于黑體、基于標(biāo)準(zhǔn)輻射源法(3) 1.2.2溯源于低溫輻射計(jì)、基于標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器法(4) 1.2.3基于標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器法在衛(wèi)星傳感器實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)中的應(yīng)用(5) 1.3光電探測(cè)器的響應(yīng)度(6) 1.4探測(cè)器響應(yīng)度定標(biāo)方法總結(jié)(8) 1.4.1光譜輻通量響應(yīng)度定標(biāo)方法(8) 1.4.2輻照度響應(yīng)度定標(biāo)方法(10) 1.4.3輻亮度響應(yīng)度定標(biāo)方法(12) 1.5一種新型的光譜輻照度和輻亮度響應(yīng)度定標(biāo)方法(14) 1.6本書(shū)的主要工作(15) 2光譜輻亮度和輻照度響應(yīng)度定標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(18) 2.1光譜輻亮度和輻照度響應(yīng)度定標(biāo)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案(18) 2.2光譜輻亮度響應(yīng)度定標(biāo)系統(tǒng)(19) 2.2.1外部導(dǎo)入激光的積分球光源的研制(20) 2.2.2積分球及主要部件實(shí)物圖(28) 2.3光譜輻亮度響應(yīng)度定標(biāo)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)傳遞方法(29) 2.3.1標(biāo)準(zhǔn)輻亮度探測(cè)器(30) 2.3.2標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器的輻亮度響應(yīng)度(32) 2.3.3標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器定標(biāo)激光積分球光源的輻亮度(33) 2.4光譜輻照度響應(yīng)度定標(biāo)系統(tǒng)(34) 2.4.1輻照度光源設(shè)計(jì)(34) 2.4.2標(biāo)準(zhǔn)傳遞方法(37) 2.5散斑去除理論分析(38) 2.6定標(biāo)系統(tǒng)中主要儀器介紹(41) 2.6.1可調(diào)諧激光器系統(tǒng)(41) 2.6.2激光功率控制器(44) 2.6.3波長(zhǎng)計(jì)(45) 2.6.4電機(jī)選型(46) 3外部導(dǎo)入激光的積分球光源輻射特性測(cè)量(48) 3.1輻亮度光源輻射特性研究(48) 3.1.1輻亮度非穩(wěn)定性(50) 3.1.2輻亮度平面非均勻性(53) 3.1.3輻亮度角度非均勻性(55) 3.1.4積分球光源輻射特性測(cè)量軟件(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輻照度光源輻射特性研究(68) 3.2.1實(shí)驗(yàn)原理(68) 3.2.2準(zhǔn)直調(diào)節(jié)方法(69) 3.2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果(71) 4光譜輻亮度響應(yīng)度定標(biāo)系統(tǒng)的應(yīng)用(72) 4.1太陽(yáng)輻射計(jì)光譜輻亮度響應(yīng)度定標(biāo)方法(73) 4.1.1光譜響應(yīng)度定標(biāo)方法(73) 4.1.2定標(biāo)系數(shù)計(jì)算與比對(duì)(75) 4.1.3計(jì)算通道中心波長(zhǎng)和帶寬(76) 4.2傳遞標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器的光譜輻亮度響應(yīng)度(76) 4.2.1Trap的光譜輻通量響應(yīng)度(76) 4.2.2光闌直徑和兩光闌之間距離的測(cè)定(76) 4.2.3傳遞標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器的光譜輻亮度響應(yīng)度(77) 4.2.4標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器的觀(guān)測(cè)面積(78) 4.3太陽(yáng)輻射計(jì)天空散射觀(guān)測(cè)模式定標(biāo)(79) 4.3.1本底信號(hào)(79) 4.3.2監(jiān)視探測(cè)器的輸出信號(hào)(79) 4.3.3絕對(duì)光譜輻亮度響應(yīng)度(79) 4.3.4響應(yīng)度的線(xiàn)性(80) 4.3.5計(jì)算定標(biāo)系數(shù)并與GSFC進(jìn)行比對(duì)(81) 4.3.6通道中心波長(zhǎng)和帶寬(82) 4.3.7比較光譜響應(yīng)度與濾光片光譜透過(guò)率(82) 4.4光譜輻亮度響應(yīng)度定標(biāo)不確定度分析(84) 4.4.1標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器光譜輻亮度響應(yīng)度定標(biāo)不確定度(84) 4.4.2定標(biāo)光源輻射特性(86) 4.4.3CE318穩(wěn)定性(87) 4.4.4標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器穩(wěn)定性(88) 4.4.5合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度(89) 4.5太陽(yáng)輻射計(jì)日暈觀(guān)測(cè)模式定標(biāo)(90) 4.5.1日暈?zāi)Ｊ降慕^對(duì)光譜輻亮度響應(yīng)度(90) 4.5.2計(jì)算定標(biāo)系數(shù)并與GSFC進(jìn)行比對(duì)(91) 4.6定標(biāo)結(jié)果驗(yàn)證和比對(duì)(91) 4.6.1利用燈照明積分球光源驗(yàn)證定標(biāo)結(jié)果(91) 4.6.2天空散射模式四次定標(biāo)結(jié)果比對(duì)(93) 5光譜輻照度響應(yīng)度定標(biāo)系統(tǒng)的應(yīng)用(95) 5.1太陽(yáng)輻射計(jì)傳統(tǒng)定標(biāo)方法(95) 5.2太陽(yáng)輻射計(jì)光譜輻照度響應(yīng)度定標(biāo)方法(97) 5.2.1光譜響應(yīng)度定標(biāo)方法(97) 5.2.2CE318參考平面的確定(98) 5.2.3定標(biāo)系數(shù)計(jì)算與比對(duì)(99) 5.3傳遞標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器的光譜輻照度響應(yīng)度(100) 5.3.1Trap的光譜輻通量響應(yīng)度(100) 5.3.2傳遞標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器的光譜輻照度響應(yīng)度(101) 5.4確定定標(biāo)距離(101) 5.4.1Trap等效光路(102) 5.4.2定標(biāo)距離(103) 5.5太陽(yáng)輻射計(jì)的相對(duì)光譜輻照度響應(yīng)度(103) 5.5.1CE318的輸出信號(hào)(103) 5.5.2相對(duì)光譜輻照度響應(yīng)度(105) 5.6相對(duì)光譜輻照度響應(yīng)度定標(biāo)不確定度分析(106) 5.7討論(108) 6總結(jié)和進(jìn)一步的考慮(110) 參考文獻(xiàn)(112) |
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