影响光谱辐亮度标定因素的分析

在利用漫反射板标定光谱辐亮度的实验装置中,标准灯完全可以近似为点光源。通过对进入光谱仪的辐射通量的数值积分,可以对应求出仪器的实测光谱辐亮度的计算公式。计算表明,实测光谱辐亮度并不等于漫反射板表面的光谱辐亮度,而有一个随标定条件变化的微小差值。通过计算,对光谱仪与漫反射板的距离、光谱仪入射挟缝的光轴与漫反射板法线的夹角以及标准灯与漫反射板的距离等影响光谱仪标定的因素进行分析,得到了最佳的标定条件。讨论了理想标定情况、光谱仪视场趋于一点的极限情况和采用实际的双向反射分布函数已知的漫反射板标定时,实测光谱辐亮度的计算情况。     

太阳紫外光谱辐射地面测量装置中的入射光学系统的研制

以聚四氟乙烯(PTFE)材料制成的积分球为基础,研制了7种组合型入射光学系统,并对它们的余弦特性进行了测试。其中PTFE积分球、磨砂石英半球型漫射器和修正环的组合型入射光学系统的设计具有创新性。在±30°入射角范围内,余弦误差小于0.23%;在±60°入射角范围内,余弦误差小于1.14%;在±75°入射角范围内,余弦误差小于2.5%;在±80°入射角范围内,余弦误差小于5.5%,积分余弦误差〈f2〉=0.94%,指标达到国际先进水平。组合型入射光学系统能够很好地满足太阳紫外光谱辐射地面测量的需求。     

一种亮度可调积分球光源及其应用技术研究

目前辐亮度计的光谱辐射响应函数采用辐照度标准灯和漫反射白板的方法进行校准,无法实现大动态范围内的线性校准。提出了一种高精度、亮度可调积分球光源,利用固定光阑和可变光阑控制输出辐射亮度,动态范围达到4个数量级;通过对遮光筒式辐亮度计的光谱响应函数进行测试,实验结果表明:遮光筒式辐亮度计的光谱响应函数具有很好的线性特性,且重复性高,一次项系数的标准差为2.78E-17。     

采用氧合血红蛋白吸收带的漫反射光谱比率R（540）/R（575）检测浅表性膀胱癌

采用氧合血红蛋白在540和575 nm吸收带的漫反射光谱比率(R540/R575)对人浅表性膀胱癌进行了鉴别诊断,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:正常膀胱的粘膜/粘膜下层组织的漫反射光谱比率(R540/R575)在组织离体后2 h的平均值为111%,3 h的平均值为107%,4 h的平均值为104%,5 h的平均值为102%,而浅表性的膀胱癌的粘膜/粘膜下层组织的漫反射光谱比率(R540/R575)在组织离体后2 h的平均值为98.4%,3 h的平均值为95.5%,4 h的平均值为93.1%,5 h的平均值为91.6%,正常膀胱与浅表性膀胱癌的粘膜/粘膜下层组织在组织离体后2,3,4和5 h的漫反射光谱比率(R540/R575)均有显著性的差异(p<0.05),分别为12.6%,11.5%,10.9%和10.4%。这结论为快速、低成本、非入侵的浅表性膀胱癌的光活检提供了一种新的方法。     

Analysis of diffuse reflectivity of a highly disordered GaN nanostructure as an antireflection coating

A highly disordered GaN nanostructure was grown by using hydride vapor phase epitaxy on an Si(100) substrate, and its diffuse reflectivity was measured in the 200-1200 nm spectral range by using an integrating sphere. A modified multiple-scattering-based model successfully explained the spectral distribution of diffuse reflectivity of this highly disordered GaN nanostructure.     

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.     

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。     

光谱辐照度测量的数学模型及其方法研究

光谱辐照度是光谱辐射计量中最基本的参数，是研究各种辐射源及光电探测器特性的重要依据。为提高光谱辐照度的测量精度和量值溯源等问题，国防科工委光学计量一级站采用BB3200K高温黑体作为基准的辐射源，以新型辐射测温法为基础，通过一系列光辐射理论和几何原理推导出辐射温度与辐射光功率之间的关系；通过对光辐射功率的绝对测量，并结合低温辐射计，从而完成了光谱辐照度量值的精度测量。该理论奠基了以探测器为基础的新的光辐射量传体系。主要介绍了在光谱辐照度标准装置的项目中复现光谱辐照度所建立的数学模型及新的测试方法，给出了测量结果，并简要介绍了基于该理论的测量装置的组成及原理。     

合肥800MeV电子储存环同步辐射特性

以石英卤钨灯作为光谱辐照度标准光源，测量了在３００－８００ｎｍ波段的合肥ＭｅＶ电子储存环同步辐射的相对光谱分布；并在４０５ｎｍ波长处测量了辐射源的角分布和偏振特性，在实验误差范围内，测量结果与理论计算值相符，相对光谱分布偏差为１．５％，角分布和偏振特性偏差小于５％。     

Diffuse reflectance of TiO2 pigmented paints: Spectral dependence of the average pathlength parameter and the forward scattering ratio

Diffuse reflectance spectra of paint coatings with different pigment concentrations, normally illuminated with unpolarized radiation, have been measured. A four-flux radiative transfer approach is used to model the diffuse reflectance of TiO₂ (rutile) pigmented coatings through the solar spectral range. The spectral dependence of the average pathlength parameter and of the forward scattering ratio for diffuse radiation, are explicitly incorporated into this four-flux model from two novel approximations. The size distribution of the pigments has been taken into account to obtain the averages of the four-flux parameters: scattering and absorption cross sections, forward scattering ratios for collimated and isotropic diffuse radiation, and coefficients involved in the expansion of the single particle phase function in terms of Legendre polynomials.     

用合肥800 MeV同步辐射光源标定氘灯的光谱辐射亮度

利用合肥800 MeV电子存储环同步辐射(HESYR)作为紫外真空紫外光谱辐射测量的绝对标准,标定了传递标准氘灯光源的光谱辐亮度。采用德国国家物理技术研究院(PTB)的数据处理及不确定度分析方法,得到了两支氘灯在115~300nm波段的光谱辐亮度数据,其相对定标不确定度为12.1%。详细分析了相关参量对定标不确定度的贡献,指出辐射计量系统偏振特征量的不确定度贡献最大。在164~300 nm波段,德国德国国家物理技术研究院在BESSYⅡ同步辐射装置上标定的绝对光谱辐亮度值与本实验在中国合肥同步辐射装置上标定的绝对光谱辐亮度值之间一致性优于±20%,在给定的不确定度范围内两光谱辐射标准定标结果一致。     

S25光电阴极与景物反射光谱的光谱匹配系数Ⅰ.暗绿色涂层和绿色草木

从光电器件对光源的响应率出发,引伸出光电极与景物之间的光谱匹配纱数表达式,计算了Ｓ２５光电阴极与暗绿色涂层和绿色草木的光谱匹配系数。Ｓ２５１光电阴极在满月光下,对暗绿色涂层的光谱匹配系数为０．５５１２,对绿色草木为０．２７８３;在晴朗星光下,则分别为０．２６６２和０．１２５５;对Ｓ２５２光电阴极,前者分别为０．７１７４和０．６８２０,后者分别为０．５７４１和０．４８４０。计算结果对夜视系统视距估算     

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。     

Traceability in Fluorometry—Part I: Physical Standards

The inter-instrument, inter-laboratory, and long-term comparability of fluorescence data requires the correction of the measured emission and excitation spectra for the wavelength- and polarization-dependent spectral irradiance of the excitation channel at the sample position and the spectral responsivity of the emission channel employing procedures that guarantee traceability to the respective primary standards. In this respect the traceability chain of fluorometry is discussed from a radiometrist’s point of view. This involves, in a first step, the realization of the spectral radiance scale, based on the blackbody radiator and electron storage ring, and the spectral responsivity scale, based on the cryogenic radiometer and their control via key comparisons of the national metrology institutes. In a second step, the characterization including state-of-the art uncertainties of the respective source and detector transfer standards such as tungsten strip lamps, integrating sphere radiators, and trap detectors used to disseminate these radiometric quantities to users of spectroscopic techniques is presented.     

计算波状表面半透明流体层光谱反射特性的光线分裂跟踪法

提出一种计算具有波状表面的半透明流体层光谱反射特性的光线分裂跟踪法.对平行入射和漫入射光谱分别采用正向和反向跟踪计算,实现了对光线的分裂跟踪.该方法计算思路简捷、速度快、需用内存小,对此类问题的求解有良好的适应性.算例结果表明,表面的波状弯曲降低了流体层对漫入射光谱的反射能力;但对平行入射光谱,呈现出两种相反的影响.     

基于超光谱比值辐射仪的卫星自动化场地定标与分析

针对我国光学遥感卫星高频次和高精度定标的技术需求,以及目前人工方式进行定标的不足,调研国内外卫星定标的发展现状,研制了超光谱比值辐射仪自动化定标系统,并开展了卫星传感器自动化定标的试验。根据场地定标中的参数需求与自动化定标的目标,比值辐射仪设计积分球测量光谱总照度,并通过遮挡的方式实现了光谱漫照度测量,获得卫星定标中的漫总比数据;同时,辐射仪利用光学镜头的方式实现地面辐亮度测量,实现了大气-地表辐射特性的自动观测,同时仪器集成了定标数据实时预处理和远程传送等功能。在2015年敦煌辐射校正场试验中,辐射仪得到了理想的应用效果并获得了大气光学参数、地表反射率的数据,为卫星传感器的定标提供了数据支持。经过与传统测量仪器的对比,地表反射率的相对偏差在0.5%~1.5%,大气参数中光谱辐照度的绝对偏差小于5%,漫总比的绝对偏差不大于0.015%。采用辐照度基法利用测量的数据对Aqua MODIS光学遥感器的通道1～5进行了场地定标,通道1~4的对比相对偏差小于1%,通道5的偏差结果为7.24%,验证结果满足了卫星传感器自动化定标的初步需求。     

On equivalent diffuse conditions for an internal layer in multislab atmospheric radiation

This paper reports on new discrete ordinates conditions for efficiently solving a set of multislab atmospheric radiation problems characterized by an optically stationary internal layer, i.e. an internal layer whose optical (absorption/scattering) properties and optical thickness do not change from one problem to another in the set. The discrete ordinates conditions reported here are founded in a recently developed spectral nodal method for solving multislab atmospheric radiation problems with anisotropic scattering. We suitably use the optically discretized equations of our recently developed spectral nodal method to derive discrete ordinates diffuse conditions, which model the response—diffuse radiation leaving the layer—of an internal layer to an anisotropic inner source and to diffuse radiation that is incident upon the layer at top and bottom. These conditions can be used to replace an optically stationary internal layer in multislab atmospheric radiation computations, while saving computer resources and without degrading the numerical results.     

大口径积分球光源绝对辐射定标技术研究

为了实现大口径积分球光源高精度绝对辐射定标,研究了基于钨带灯比对的光谱辐射亮度定标方法,通过同心圆扫描分析了空间光谱辐射均匀性定标方法,研制了绝对辐射定标装置,校准了出光口径为Ф300 mm积分球光源的光谱辐射亮度、亮度、色温值,实验验证光谱辐射亮度绝对定标的不确定度优于4%。     

超高速碰撞产生等离子体的频谱响应特征

 针对探针与接地极板间的阻抗匹配问题,通过对超高速碰撞产生等离子体特征参量诊断系统的理论分析,获得了超高速碰撞产生等离子体的频率组成特征;基于该理论特征建立了一种适用于超高速碰撞产生等离子体的探针测量系统,并利用该探针测量系统进行了LY12实心球形铝弹丸超高速碰撞LY12铝靶实验,得到了该实验中超高速碰撞产生等离子体的功率谱特征。理论分析及实验获得的功率谱结果均表明超高速碰撞产生的等离子体具有低频为主的频谱特征：当频率低于5.8 kHz时,功率谱线比较平滑且幅值较小;频率达到11.0 kHz时,功率谱线的峰值和功率全谱峰值相近。因此频率在5.8~11.0 kHz范围的低频频段对功率谱线的峰值贡献较大,频率超过11.0 kHz时,功率谱线的大幅度抖动对功率谱线的峰值贡献较小。理论及实验结果证明了实验系统的可靠性和实现过程的合理性。     

基于相对光谱强度的非接触式LED结温测量法

基于一体化封装高导热铝板,利用蓝光芯片及常用YAG荧光粉,制备了大功率白光LED,并研究了其在不同结温下的光谱变化规律。发现白光LED辐射光谱在波长485 nm处辐射强度具有极小值,并且此波长的辐射强度与LED结温存在良好的线性关系,以此为依据给出了该波长辐射强度与结温的关系公式,测量了LED结温,并与正向压降法及光谱法的测量结果进行对比。实验结果显示：所提出的结温测量方法与正向压降法测量结果差距不超过2 ℃,该方法保持了正向压降法的结温测量较为准确的优点,克服了光谱法的光谱漂移过小,对测试结果带来较大误差的缺点,同样也具有光谱法的实用性强、高效直观、非接触测量、不破坏灯具结构的优点。