转动光谱学与微波光谱技术研究进展

转动光谱学是以量子力学为基础,研究分子、自由基,以及离子的转动光谱的基础科学,在天文观测以及大气成分监测等领域有着重要的应用。本文综述了转动光谱学的一些基本理论,两种傅里叶变换微波光谱仪的搭建原理,以及几种典型的微波光谱实例分析,并对微波光谱技术的未来发展做了展望。     

Absolute cryogenic radiometer for high accuracy optical radiant power measurement in a wide spectral range

An absolute cryogenic radiometer(ACR) with a detachable optical window was designed and built for high accuracy optical radiant power measurement and photodetector spectral responsivity calibration. The ACR receiver is an electroplated pure copper cavity with a 50-μm-thick wall and inner surface coated with a specular black polymer material mixed with highly dispersible carbon nanotubes. The absorptivity of the cavity receivers was evaluated to be ≥0.9999 in the 250 nm–16 μm wavelength range and ≥0.99995 in 500 nm–16 μm. The cavity receiver works at the temperature of ～5.2 K with nanowatt-level noise-equivalent power. The relative standard uncertainty is 0.041% for the measurement of ～100 μW optical radiant power(250 nm–16 μm) and 0.015% for～1 m W(500 nm–16 μm).     

表面微结构对平面黑体反射比的影响研究

为了研究不同微结构对于平面黑体反射比的影响，设计了40种表面微结构由不同锥齿类别（方锥和圆锥）、高度、疏密程度的排列组合构成的平面黑体样品。样品表面采用同种工艺，喷涂同类型表面吸收涂层，以降低表面反射。利用光谱仪测量样品在可见和近红外波段的反射比，测量结果表明，微结构可使反射比从平面状态的1.4%降低至近0.4%的水平。在保持其他条件一致时，锥齿高度越高且锥齿越密集，平面黑体反射比越低；锥齿类型不同对反射比影响则不显著；与Tracepro得到的仿真值进行比较，锥齿高度越高，齿面越密集，相对误差越大，相对误差处于10%~65%范围内。     

中红外光谱透射比标准物质研制

采用物化性质稳定的单晶硅作为基质,以直流磁控溅射方式轻蒸镀不同厚度的镍、铬混合膜层,实现了中红外波段(500~4000 cm^–1)不同透射比标准物质的研制。研制的中红外光谱透射比标准物质其透射比标称值分别为10%和50%,扩展不确定度优于0.008(k=2)。该标准物质具有量值稳定、光谱平坦等特点,可用于各类傅里叶变换红外光谱设备的透射比校准。     

基于可调谐飞秒激光的光学特性测量装置

随着激光技术的快速发展，激光光源在光谱辐射和光学特性测量中得到了广泛的应用。与传统的灯光源相比，激光光源具有高功率、宽光谱和极低的波长不确定度等优点。建立了一套基于宽波段可调谐激光光源的光电探测器响应定标装置，其中激光光源的光谱覆盖范围为190 nm～4000 nm，激光脉冲宽度约130 fs，重复频率约80 MHz。为了避免高峰值功率脉冲光对探测器定标的影响并提高测量的线性度，利用光纤的固有特性成功研制了一种可将脉冲光转换成连续光的转换器。同时基于激光光源搭建了一套激光准直和扩束光路，在波长λ=550 nm时得到了非均匀性为0.29%的单色均匀辐射场。该单色均匀辐射场在高精度的探测器定标应用中具有重要的作用，围绕其搭建的定标测量装置在计量领域具有一定的参考价值。     

基于超连续光源的InGaAs探测器相对光谱响应度定标技术

InGaAs光电探测器是近红外波段重要的光探测器件之一,具有高量子效率、低暗电流、宽带宽等特性,被广泛应用于光电测量、光通信及遥感等领域中。基于超连续白光激光器与双单色仪的光谱比较装置,利用标准InGaAs陷阱探测器对平面InGaAs探测器在900 nm～1600 nm波段进行了相对光谱响应度的定标,并与利用钨灯作为光源的响应度定标结果进行了比较。两种光源条件下,光谱响应度在900 nm～1600 nm波段最大相对差值小于0.2%,取得了较好的一致性。超连续光源的测量重复性最大值小于0.06%,远小于使用卤钨灯的测量重复性1%,降低了因测量重复性贡献的不确定度分量,验证了超连续激光器在探测器相对光谱响应度定标中的可行性。此外,还对被定标的平面探测器光谱响应度结果进行了测量不确定度分析。