红外探测器光谱响应度测试技术研究

光谱响应度是探测器的重要技术参数之一，随着红外探测技术的发展，精确测量红外探测器的光谱响应度变得越来越重要。首先对红外探测器光谱响应度的测试技术进行分析，然后建立红外探测器相对光谱响应度测量装置，并用腔体热释电探测器在该装置上进行红外探测器光谱响应度校准实验。通过对红外探测器相对光谱响应度进行重复测量，给出测量结果的平均值，最后对影响测量结果的不确定度进行分析。由于该装置的测量范围是1～20μm，因此还可以实现InSb探测器和HgCdTe探测器相对光谱响应度的测量。不确定度分析结果表明，InGaAs探测器光谱响应度的测量精度较高。     

紫外ICCD相对光谱响应度测量技术研究

光谱响应度是探测器的重要技术参数之一,随着紫外探测技术的发展,精确测量紫外探测器的光谱响应度变得越来越重要。文章分析了紫外ICCD(UV-ICCD)相对光谱响应度的测量原理,采用了直接比较法测定待测探测器的相对光谱响应度,并基于具有优异紫外响应能力的科研级光谱仪建立了UV-ICCD光谱响应的测量装置。实验获取了UV-ICCD的相对光谱响应度曲线,从曲线中可以看出,UV-ICCD光谱响应范围为220～300 nm,峰值响应在270 nm附近,表明该器件具有日盲特性。不确定度分析结果显示,UV-ICCD相对光谱响应度测量的最大不确定度约为7.79％,满足测量要求。     

半导体光电探测器响应度测试装置的研制

分析了半导体光电探测器光谱响应度的测试原理;研制了一套波长为０．４～１．１μｍ的光谱响度测试装置。该装置采用双光路替代法,可以测试绝对光谱响应度、相对光谱响应度和量子效率,并可减小光源不稳定性对测试结果的影响,最终给出了测试结果比对。     

CCD成像电子学单元光电参量测试系统

针对空间光学相机重要组成部分的CCD成像电子学单元的光电参量测试需求,介绍了CCD成像电子学单元光电参量测试必要性,提出了对CCD成像电子学单元光电参量进行系统测试的试验方案,并设计、研制了测试装置。对于该装置进行了系统调试与标定,得到单色仪波长定标系数为1.003 29,并对CCD成像电子学单元辐射性能测试中积分球的稳定性及均匀性进行了测试,测试结果满足要求。通过标准探测器标定待测探测器,得到待测探测器的相对光谱响应度。整套装置满足测试要求。     

大口径红外辐射计的光谱定标

介绍了大口径红外辐射计的光谱定标方法。研制了大口径红外辐射计。该辐射计主要由前置光学系统, 红外探测器(热释电探测器和碲镉汞探测器2～14 μm), 机械斩波器,锁相放大器,信号采集器等组成。首先对大口径红外辐射计的光谱定标方法进行了分析,然后建立红外辐射计光谱定标的测量装置,并分别测试腔体热释电探测器和HgCdTe探测器的响应非线性,最后用腔体热释电探测器在该测量装置上对HgCdTe探测器进行红外光谱响应度校准实验。通过两种相对光谱响应度测量方法的对比,给出多次测量结果的平均值及两种方法的对比分析。分析结果表明,测量系统的不确定度优于3.4%。     

红外光谱响应度测试系统研究

红外光谱响应度是红外探测领域的重要技术指标。介绍了红外光谱响应度的测试技术及其测试系统。该系统选用以无光谱选择的腔体热释电探测器为标准,用双单色仪进行分光同时,采用国际上最新的测试方法完成了红外波段光谱响应度的测量,获得了高的测量不确定度,分析了测试结果及其影响因素。     

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。     

基于超连续激光-单色仪的绝对辐亮度响应度定标

利用基于超连续激光和单色仪(SCM)的细分光谱扫描定标装置,对传感器的绝对光谱辐亮度响应度进行定标。利用两种绝对功率响应度溯源于低温绝对辐射计的辐亮度探测器(Trap-A和Trap-B),分别以通用的部件级定标方式和基于该定标装置的系统级定标方式(以Trap-A作为参考),确定了Trap-B的绝对光谱辐亮度响应度,两种方式下的定标不确定度分别优于0.46%和1.8%。两种定标结果具有较好的一致性,在450～900 nm波段范围内,相对差异小于0.9%。研究结果表明:基于SCM的细分光谱扫描定标装置适用于传感器的绝对光谱辐射定标,在遥感器的绝对光谱辐射定标方面具有重要的应用价值。     

Gershun管光谱辐射计设计与性能检测EI北大核心CSCD

为满足地面/空间辐射定标和太阳/大气遥感测量的应用需求,开发了一种基于Gershun管(光阑筒式结构)的高精度光谱辐射计。介绍了Gershun管光谱辐射计的设计,对其探测器光谱响应度、空间响应均匀性、角度响应特性和视场内外辐射响应特性进行了测试,将基于探测器标准的Gershun管光谱辐射计与基于光谱辐射光源标准的Gershun管光谱辐射计进行了比对,并分析了其标准不确定度范围。实验表明,Gershun管光谱辐射计的光谱响应度重复性为0.3%,区域响应度均匀性为0.3%,角度响应与余弦分布一致性为0.2%,视场外辐射抑制能力为2.1×10^(-4);Gershun管光谱辐射计与光谱辐射光源标准比对的标准不确定度为2.83%,实验测试结果与理论结果的一致性为0.17%。所设计的Gershun管光谱辐射计可以满足应用需求。     

偏振遥感器带内相对光谱响应度定标方法研究

带内相对光谱响应度是检测和评估偏振遥感器带内响应非一致性的基本参数。采用基于激光抽运氙灯光源的单色仪、消偏器、参考探测器和45°分束镜,搭建了一套偏振遥感器相对光谱响应度测量装置。该装置采用消偏器消除单色仪输出的偏振特性,通过光谱偏振分析仪(SPOLA)进行消偏精度的测量和验证。采用分束镜同步测量的方法来降低光源的非稳定性影响,提高测量精度和效率。采用成像区域大气校正仪490nm和870nm偏振通道作为应用案例,开展了带内相对光谱响应度的整机测试实验。实验结果表明,大气校正仪中心波长测量极差值与带宽均值的比值精度在0.25%以内,满足带内响应非一致性小于0.6%的定标要求。     

γ射线及质子辐照导致CCD光谱响应退化的机制

光谱响应是表征CCD性能的重要参数。为了研究辐射环境对CCD光谱响应产生影响的规律及物理机制,开展了不同粒子辐照实验,对CCD光谱响应曲线的退化形式及典型波长下CCD光响应的退化情况进行了分析。辐射效应对CCD光谱响应的影响可以分为电离总剂量效应和位移效应导致的退化,本文从这两种辐射效应出发,采用⁶⁰Co-γ射线及质子两种辐照条件,研究了CCD光谱响应的退化规律。针对460 nm（蓝光）和700 nm（红光）等典型CCD光响应波长,从辐射效应导致的损伤缺陷方面分析了CCD光谱响应退化的物理机制。研究发现,在⁶⁰Co-γ射线辐照时CCD光谱响应曲线变化是由于暗信号增加导致的,而质子辐照导致CCD对700 nm波长的光响应退化明显大于460 nm波长的光响应,且10 MeV质子导致的损伤比3 MeV质子更明显,表明位移损伤缺陷易导致CCD光谱响应退化。结果表明,电离总剂量效应主要导致CCD光谱响应整体变化,而位移效应则导致不同波长光的响应差异增大。     

CCD的输出响应与相机MTF测试

以往在测试CCD相机的调制传递函数 (MTF)时 ,通常未考虑CCD像元的输出响应对测试的影响 ,因而导致了相机的MTF测试数据与理论计算值存在着一定的偏差。在采用高对比度靶标对线阵CCD相机MTF进行测试时 ,根据对测试数据的分析 ,发现在CCD像元的响应中包含着一种不同于像元暗电流的基底响应。通过考察CCD在不同照度下的输出响应 ,将以往的CCD绝对定标公式进行扩展 ,可以得出CCD像元的基底响应与暗电流对计算相机MTF的影响关系。据此 ,可以在CCD相机系统测试过程中得到相机的真实MTF数据 ,并且为CCD相机的图像后期处理提供了一种方法     

利用晕苯增强CCD紫外响应的实验研究

传统的电荷耦合器件(CCD),在400nm以下CCD的量子效率太低,而传统的基于CCD的紫外增强技术可以提高CCD对紫外波段的响应,但是存在光谱信号弱的缺点,并且系统分辨率也因此降低。一种自行研制的CCD紫外荧光增强技术,其创新在于去除CCD表面保护玻璃,通过真空镀膜的方法将晕苯直接沉积在CCD敏感元件表面,能有效地提高CCD的紫外响应度,并削弱薄膜对分辨率的影响。对于离散谱线,253.6nm波长的相对强度提高10倍。对于连续谱线,紫外波段的信号也得到明显增强,截止频率从290nm降至220nm。该种方法制作紫外CCD成本不高,可以实现批量生产,适合工业应用。     

WinCE多线程在微型光谱仪中的应用

Windows CE是一个多任务操作系统,具有占用资源少、实时性特点.CCD作为较高灵敏度的光电传感器被广泛应用在非接触位移领域和光信息测量中.提出通过WinCE多线程编程设计应用软件设计完成嵌入式系统和FPGA配合下的CCD驱动和数据采集;成功的应用在便携式光谱仪的设计中,给出了使用该软件所测得的光谱响应曲线.该软件...     

基于极值统计的拉曼光谱信噪比评估方法与应用

随着近年来便携式光谱仪技术的迅速发展,CCD光谱仪相对于传统光谱仪在光谱收集方式上发生了很多变化：（1）采集到的光谱对信号进行叠加积分,传统信噪比评估方法无法通过单次检测获得探测器波动;（2）对于谱图噪声（谱线随机波动）,由探测器响应随机波动和扫描重复误差转变为CCD探测器像素响应差异、探测器随机噪声和与光学系统分辨力有关的模式噪声。噪声类型发生改变,导致原有的光谱质量评价方法适用性变差,基于实测光谱提出更具适应性的光谱质量评价方法具有很强的现实意义。根据拉曼光谱仪检测器的变化,对采集光谱信号的成分进行分析,在该分析的基础上提出了CCD光谱仪的噪声模型假设,根据该假设使用不同的信号极值点频率对不同的噪声进行像素分离,并对噪声频率模式进行了数值模拟,模拟结果与假设相符;在此基础上提出并实验验证了通过谱线极值间距评估谱线噪声的拉曼光谱信噪比评估方法,该方法包括以下两个步骤：（1）通过采集多次实测光谱进行叠加,叠加过程中对对应不同频次的光谱极值点数量进行统计,得到统计结果后基于文中规律分离光谱仪中的环境噪声和暗噪声;（2）应用上述分离结果,对实测光谱中对应暗噪声的谱线极值点作统计平均,再将该值应用于文中公式,计算得到信噪比。该方法在进行了步骤（1）的前期准备后,可以通过单张谱图评估CCD拉曼光谱仪的随机噪声,并用于评估光谱的信噪比。基于光学构架相同、CCD探测器不同的三个拉曼光谱系统进行实验,采用该方法通过设定信噪比阈值对谱图质量进行控制,获得了一致的光谱曲线;基于该方法对同步叠加平均法进行信噪比拟合,拟合优度达到98%。该方法可用于拉曼光谱仪的性能评估和获取拉曼光谱谱图的质量实时控制。理论和实验表明：对于基于CCD探测器的拉曼光谱仪器,当确定样品和特征峰时,可以基于此方法获得信噪比。该方法还可用于比对不同配置的拉曼光谱设备,以及作为控制谱图质量一致性的标准,并对基于拉曼光谱技术的智能鉴别系统的开发具有指导意义。     

Multispectral imaging using multiple-bandpass filters

We present a method for multispectral imaging. This method uses color CCD cameras with a multiple-bandpass filter, which modifies the spectral response of the cameras used and enables concurrent acquisition of multiple images at defined spectral bands. We experimentally demonstrate methodological feasibility using two color CCD cameras and a polychroic mirror to simultaneously capture eight spectral bands. We discuss how the method developed is well suited for multispectral applications of transient phenomena or for real-time measurements.     

机载成像光谱仪CCD制冷系统设计与实现

为减小紫外成像光谱仪中CCD暗电流噪声,提高系统信噪比,需要对CCD进行制冷.为此采用模拟比例-积分-微分电路设计了CCD制冷电路,利用Zregler-Nicholas经验整定方法确定比例-积分-微分参量,以实现降温速率不大于5℃/min、温度稳定度为±0.05℃,满足最大制冷温差.将该制冷系统应用于机载成像光谱仪进行了测试,结果表明:环境温度变化不会影响制冷效果,在达到制冷目标温度-20℃后,CCD探测器暗背景下光谱维噪声平均灰度响应值为1 072,暗背景信号非均匀性下降到0.5%,满足光谱数据反演要求.     

小波分析在汽车车灯光源色测量中CCD光谱的消噪平滑处理

本文依据小波变换原理 ,提出利用小波变换技术对汽车车灯光源色测量中实时采集的光源光谱信号进行多分辨分解 ,有效地消除噪声 ,提高了光谱的信噪比。由CCD接收的标准A光源谱进行了多层分解 ,讨论了不同小波基和分解阶次对信号分析结果的影响。选取最佳小波基 ,为光谱信号消噪平滑处理提供了较有效的数据处理方法。通过对CCD接收的光谱信号进行了消噪和平滑处理 ,解决了实时采集光谱信号在分析和数据处理上的困难 ,该研究充分体现了小波变换在数据处理方面的优势 ,在依赖于光谱信号的颜色测量领域中起重要的作用。     

激光光刀法三维测量系统中的光谱匹配问题

用激光光刀法三维工业测量系统在室外进行大型堆场体积测量时，太阳幅射形成强烈的背景噪声，严重影响激光光刀图像的对比度，甚至湮没掉光刀图像。通过埘太阳光谱特性、大气吸收特性、被测物体的反射特性、光学成像系统的透过特性及CCD图像传感器的光谱响应特性的分析，提出了激光波长的选择与CCD光谱响应特性的匹配原则，并给出了相应实验结果。