积分球非中性对出射光谱的影响

从积分球非中性的角度出发,研究了光(辐射)经过积分球后的光谱性质变化.根据积分球理论公式,推导了积分球光谱透过率的非中性与内壁涂层光谱反射比非中性的关系,证明积分球非中性通常大于内壁涂层非中性|且内壁涂层非中性一定时,涂层反射比越高,积分球非中性越大.然后分别以A光源和氙灯作为入射光源,测量了硫酸钡和聚四氟乙烯两种典型涂层的积分球出射光的光谱分布、色坐标和色温.结果表明,两种积分球的非中性对出射光谱的影响特征相同,表现在色度上是色坐标(x,y)增大,色温降低.其中聚四氟乙烯积分球非中性较小,其出射光色温在A光源、氙灯作为入射光源时分别降低约20 K和70 K|而硫酸钡积分球的出射光色温则分别降低约300 K和1 000 K,非中性影响明显.     

基于积分球反射计的红外光谱发射率测量系统校正方法

针对非理想参考反射标准对光谱发射率测量结果的影响,基于积分球反射计的红外发射率测量系统原理,提出了一种适用于反射法光谱发射率测量系统的校正方法。通过参考反射标准样光谱反射率的数据拟合,得到反射率的曲线方程,计算反射测量系统的校正系数,校正参考标准样的输出电压,推导出光谱反射率为1的参考标准样输出电压曲线,消除了非理想参考标准造成的系统误差。应用该修正方法对基于积分球反射计的太阳能选择吸收涂层光谱发射率测量系统进行了校正,将校正后的光谱发射率测量结果与能量比较法的测量结果进行对比,验证了校正方法的可行性,有效性,提高了光谱发射率测量的准确度。     

利用可调谐激光的积分球光源辐射特性测试

为了提高光谱辐亮度响应度的定标精度.研制了新型的利用宽可调谐激光的积分球光源.把外部激光导人积分球,在球出口形成均匀、准朗伯性的面光源.利用钛絮石激光器710 nm输出光研究了光源的辐射特性.双光路导人、采取消相干措施条件下,光源辐亮度的非稳定性在半小时内为0.06%,在出口中心φ60 mm范围内平面非均匀性为0.16%,士22.范围水平面内和垂直面内的角度非均匀性分别为1.3%和0.7%.这种新型的积分球光源具有稳定性好、光谱辐通量高、光谱带宽窄、光源面积大、波长在宽波段内可调谐等优点,联合响应度直接溯源于初级辐射标准低温辐射计的标准探测器,可以有效降低定标不确定度.     

积分球光谱辐射度建模与实验分析

通过跟踪光束在积分球内的多次反射过程,建立了积分球出口辐出度与积分球结构参数的关系。依据积分球内置光源的能量转换关系,建立了积分球开口处光谱辐出度与内置光源参数及积分球自身结构参数之间的理论关系模型。此外,选用具体的积分球内置光源参数,利用建立的模型计算出积分球开口处光谱辐出度理论值,并用标定好的光谱仪对该模型进行了实验测量与不确定度分析。结果表明:在0.6μm~0.85μm波段范围内,该模型计算值与实验测量值相对误差均小于4%;由于光谱仪自身响应特性及标定光谱仪的黑体温度的影响,0.9μm处相对误差为8.65%。     

基于溴钨灯和LED积分球光源的可调谐光谱分布及光谱匹配

采用溴钨灯和恒流驱动的LED混合作为积分球内部光源,提出了模拟退火算法作为光谱匹配算法,研究了光谱分布可调谐积分球光源的光谱匹配技术.仿真实验表明,该混合光源完全能够定量地模拟CIE-D65和等能光谱分布,且在辐射功率优于LED模拟结果的前提下,LED的数量分别减少79.8％和82.9％,平均相对误差分别减小10％和4...     

卫星多光谱扫描仪模拟空间环境辐射定标技术

模拟空间环境辐射定标技术主要用于卫星发射前对其所携带的多光谱扫描仪的响应特性进行辐射定标,为用户提供定标曲线。介绍了利用多个光源、多套定标光学系统的多光谱扫描仪辐射定标技术。多谱段光源系统由太阳辐照积分球和黑体组成,积分球用于可见光、近红外谱段的辐射定标,黑体用于远红外谱段的辐射定标。多谱段定标光学系统通过在真空低温环境下的精密传动机构切换反射镜位置,以离轴抛物面反射镜为中心形成两套光学系统,分别将积分球、黑体的辐射反射到扫描仪的入口,从而一次试验即可完成卫星多光谱扫描仪全谱段的辐射定标。     

紫外波段大口径积分球辐射源研制

为了满足航天载荷对大口径、高亮度紫外积分球辐射源的定标需求,采用全新工艺研制了内径为2200 mm、出光口径为800 mm且采用全压制聚四氟乙烯(PTFE)涂层的大型积分球辐射源,聚四氟乙烯涂层厚度为25 mm.积分球内置10 kW卤钨灯光源并外置两台带有电动光阑的总功率为14 kW的氙灯光源,可实现4个量级的大动态范围调节.经测试,该积分球在250 nm处的辐亮度为0.54 μW· cm-2·nm-1·sr-1,在279～400 nm紫外波段处的辐亮度大于1个太阳常数,辐亮度定标扩展不确定度为5.28％.对紫外积分球辐射源的各项性能进行了测试,结果表明,紫外辐射源的面非均匀性在380 nm处为0.65％;在扫描夹角为-20°≤θ≤+20°时,水平和垂直方向上的角非均匀性优于0.49％,±45°方向上的角非均匀性优于0.69％.对光谱反射率对面均匀性及角均匀性的影响开展了研究,研究结果表明,随着光谱反射率的提高,面非均匀性下降0.17个百分点,角非均匀性下降0.15个百分点.对辐射源稳定性、荧光效应及系统热平衡展开了测试研究,所研制的紫外积分球辐射源具有紫外波段(250～400 nm)亮度高、口径大、均匀性好及可靠性高等特点,是理想的大面积郎伯面源,可满足紫外波段航天载荷辐射定标需求.     

积分球辐射光源照度均匀性研究

针对CCD等焦面阵列光电器件常被置于积分球辐射光源出口平面进行测试的误区,研究了积分球辐射光源照度分布的均匀性,得到了合理使用积分球光源测试光电器件的依据。基于数值解析方法和蒙特卡罗方法,建立了理想积分球辐射光源照度均匀性数学模型和非理想积分球辐射光源照度均匀性仿真模型,分析了与积分球光源出口不同距离处光电器件受光面上照度分布情况,并实验测试了两套积分球辐射光源照度分布情况,得到了与积分球辐射光源不同距离处光电器件受光面上照度均匀性分布规律。研究表明:当光电器件受光面直径小于积分球光源出口直径一半、光电器件和积分球出口之间的距离与积分球出口直径的比值在3至5之间时,可在光电器件受光面上获得均匀性优于99%的照度场。     

近红外激光照射人体劳宫穴和非穴位区的反射光谱特性的比较研究

研究了人体劳宫穴及其周边的非穴位组织受不同功率的半导体激光(波长为808 nm功率分别为20,50,100 mW)照射前后在400～1 000 nm光谱范围的反射光谱特征及其差异.实验采用带积分球附件的AvaSpec-2048光纤光谱仪测量系统获取劳宫穴和非穴位组织的反射光谱.结果表明,在半导体激光照射前,劳宫穴与非穴位的反射光谱的光谱轮廓相似,波谷均出现在423,544,577,980 nm处,劳宫穴和非穴位在对应波谷的反射率值分别为17.1%,26.1%,25.9%,35.0%和17.1%,27.6%,28.1%,36.5%.在475～1 000 nm,合谷穴的反射率比非穴位小.分别经过20,50和100 mW不同功率的半导体激光照射后,劳宫穴反射率较照射前明显下降,并且随着照射功率增大,反射率减小的幅度越大.而非穴位组织经过不同功率的半导体激光照射后反射率较照射前稍有下降,但远不及劳宫穴下降明显.由此可见劳宫穴与非穴位的反射光谱存在差异,并且劳宫穴对半导体激光照射的刺激比非穴位更敏感.     

积分球光源分布温度对宽波段光学遥感器绝对辐射定标的影响及其校正

实测了积分球输出光谱辐亮度分布曲线,并得到积分球光源的分布温度。从理论上分析了积分球光源分布温度影响宽波段光学遥感器绝对辐射定标精度的原因和机理,并仿真计算了包括积分球和太阳在内的几种不同分布温度光源定标某宽波段光学遥感器时得到的定标系数。仿真结果表明,不同分布温度间的定标系数最大差别大于2%。在此基础上提出了积分球光源分布温度影响绝对辐射定标系数的校正方法,为提高宽波段遥感器的辐射定标精度和遥感图像辐射校正提供了思路和依据。     

Numerical investigation of measurement error of the integrating sphere based on the Monte-Carlo method

To accurately measure the directional-hemispherical reflectance of a material surface using an integrating sphere, we investigated the effects of the integrating sphere’s interior structure and coating properties on the measured data by numerical simulation. The results showed that the integrating sphere’s structure and the reflectance of the coating codetermine the accuracy of the measured results. When the integrating sphere’s structure is fixed, choosing an appropriate internal coating using the method proposed in this paper ensures the accuracy of the results. If a proper coating is not available, we propose a method to effectively correct the measured results.     

A non-standard auxiliary integrating sphere and correction method for the realization of diffuse reflectance

To realize spectral diffuse reflectance scale in 0/d geometric condition at National Institute of Metrology in China (NIM), a facility based on a non-standard auxiliary integrating sphere method with special structure has been built up and a correction method for the influence on the thickness of PTFE (polytetrafluoroethylene) coating at the port of auxiliary integrating sphere is mainly discussed. The uncertainty of spectral diffuse reflectance in NIM is approximately 0.25% (k = 2) in 380–800 nm. This facility has been used to establish China diffuse reflectance scales in the VIS–NIR part of the spectrum. This system and correction method presented in this paper can be easily implemented on most commercial spectrophotometers with a lower cost.     

Reflectance measurements of aluminium surfaces using integrating spheres

In the investigation of the considerable absorption of visible light in industrially rolled aluminium surfaces, a thorough knowledge of the total reflectance measurement method is required. In this paper a general introduction to the integrating sphere method is given, with emphasis on the current understanding of instrumental artefacts and ways of correcting them. Selected aluminium surfaces were measured employing two spheres; a single-beam instrument equipped with a white-light source and a Si-photoelement detector, and a double-beam sphere, which measures reflectance properties with spectral resolution. It was found necessary to take precautions concerning the orientation of rolled samples relative instrument geometry, to avoid artificial losses from the sphere. The use of a specular reference standard is assumed to minimise the effect of several sphere artefacts, since it produces similar angular distribution of reflected light as the rather glossy aluminium samples. Measurements with spectral resolution show that the total reflectance of aluminium is somewhat red shifted after rolling, a tendency that cannot be revealed in ordinary white-light measurements.     

低损耗薄膜背散仪吸光器的关键技术研究

激光高反射膜片的背散光大小直接影响激光陀螺的精度,低损耗薄膜背散仪是在全积分散射测试理论及立体角积分散射测量原理的基础上提出的一种测量高反射膜片背散光的新方法.在低损耗薄膜背散仪的设计中,吸光器的吸光装置结构及吸光材料的选择直接影响着测量精度.计算表明,在用波长λ=632.8nm、激光功率P=10mW的氦氖激光照射至与...     

采用DNA和蛋白质吸收带的Kubelka-Munk光谱函数检测人结肠腺癌

采用DNA和蛋白质吸收带的Kubelka-Munk光谱函数对人结肠腺癌进行了鉴别诊断,实验采用带积分球附件的分光光度计获取组织的漫反射光谱。结果表明：在250～650 nm,结肠上皮组织的癌变导致其上皮组织在DNA吸收带的Kubelka-Munk光谱函数f(r_∞)及其对数log[f(r_∞)]的平均值在260 nm处都有非常显著性的差异,其差异分别为218%(p＜0.05)和68.5%(p＜0.05)。结肠上皮组织的癌变导致其上皮组织在蛋白质吸收带的Kubelka-Munk光谱函数f(r_∞) 及其对数log[f(r_∞)]的平均值在280 nm处也都有非常显著性的差异,其差异分别为208%(p＜0.05)和59.0%(p＜0.05)。结肠上皮组织的癌变导致其上皮组织在β-胡罗卜素吸收带(480 nm处)的Kubelka-Munk光谱函数f(r_∞) 及其对数log[f(r_∞)]的平均值在480 nm处也都有非常显著性的差异,其差异分别为41.7%(p＜0.05)和32.9%(p＜0.05)。可见,结肠上皮组织的癌变导致其上皮组织中的DNA、蛋白质和β-胡罗卜素的含量都发生了非常显著的变化。这结论为快速、低成本、非入侵的结肠腺癌的光活检提供一些有益的参考。     

采用氧合血红蛋白吸收带的漫反射光谱比率R540/R575检测人胃癌

采用氧合血红蛋白吸收带的平均漫反射光谱比率(R540/R575)对离体的人正常胃、未分化胃腺癌、胃鳞状细胞癌和低分化胃腺癌的上皮粘膜组织进行鉴别诊断.实验采用带积分球附件的分光光度计测量组织样品在400 nm～600 nm的漫反射光谱.实验结果表明,在相同的波长范围内,人的未分化胃腺癌、胃鳞状细胞癌和低分化胃腺癌的上皮粘膜组织的漫反射光的强度较人正常胃的上皮粘膜组织的漫反射光强度要显著地低的,尤其是在氧合血红蛋白的吸收带540 nm和575 nm波长处,人正常胃、未分化胃腺癌、胃鳞状细胞癌和低分化胃腺癌的上皮粘膜组织的平均漫反射光谱比率分别是(94.25±2.4)%,(109±3.0)%,(1032±2.8)%和(98.6±2.6)%.