基于辐射加热源的材料高温发射率测量方法

材料高温辐射特性参数是量化研究热输运过程中的基本参数。本文将高能流太阳能聚集模拟器引入到材料高温发射率测量中,利用高能流太阳能聚集模拟器产生的可见光及近红外光谱辐射直接对样品进行加热,建立了材料中红外波段的高温发射率测量方法,避免了常规测量中封装窗口及高温炉体自身光谱辐射对测量的影响。基于该方法,采用红外热像仪、FTIR光谱仪等设备,搭建了实验平台,理论上可实现1700 K以内的样品发射率测量。采用该装置对某型钢进行了实验测量,获得了材料7~25μm波段内不同温度下的发射率曲线。     

溯源于低温绝对辐射计的太阳光谱辐照度仪定标方法研究

为了提高太阳直射光谱辐照度的观测精度,对使用棱镜分光的太阳光谱辐照度仪,在可见-近红外波段开展了基于标准探测器的辐射定标方法研究。建立了可调谐激光器-积分球的辐照度定标装置,以溯源于低温绝对辐射计的标准辐照度探测器作为传递基准,通过替代法得到照度仪在可见-近红外10个波段的绝对光谱辐照度响应度,分析得到的合成定标不确定度优于0.95%。与溯源于中国计量院金点黑体的标准灯定标法进行了比对实验,两者的偏差在4.67%的范围内,证明了此辐射标准传递方法的合理性。     

测量冲击温度的六通道瞬态光学高温计

 研制了一台测量冲击载荷下材料光谱辐射的瞬态光学高温计。在可见光和近红外光谱范围内，把光源的热辐射取出六个波段进行测量。每个波段信号通过各自的光线传输，光电倍增管探测和示波器记录。系统的时间分辨率约为20 ns。冲击温度测量范围为2 400~9 000 K，测量误差小于3%。给出了以空气和NaI警惕为样品的若干爆轰实验结果。     

200～400nm短波紫外光谱辐射照度国家基准装置的研究与建立

针对我国短波紫外光谱辐射照度测量能力缺失的问题,基于高温黑体辐射源,2017年中国计量科学研究院NIM自主研制了200~400 nm光谱辐射照度国家基准装置。组建氘灯副基准灯组,实现基准量值的独立复现、保存和传递。在国内形成了以氘灯为传递标准的光谱辐射照度计量基标准和量传体系,为各应用领域提供最高溯源标准。针对基准系统中温度测量、带宽、信噪比、荧光等主要误差源,逐一突破关键测量技术,提升基准的测量准确度：将高温黑体的温度测量直接溯源至铂-碳Pt-C和铼-碳Re-C固定点黑体,采用钨碳-碳WC-C高温共晶点测温技术进行验证,在3 021 K固定点与俄罗斯计量院VNIIOFI的偏差仅0.07 K,将200 nm的测量不确定度减小0.2%;针对黑体和氘灯光谱形状显著差异导致的光谱带宽误差,提出基于微分求积的七点带宽修正法,在200 nm,误差减小0.86%;提出绝对和相对互补型测量原理,将200 nm的测量重复性误差减小约20倍;采用选择性滤波技术,成功消除系统内荧光对测量结果的影响。3 021 K时黑体温度的测量不确定0.64 K,腔底不均匀性小于0.17 K,测量期间黑体温度漂移小于0.2 K,双光栅单色仪的波长误差不超过±0.01 nm。氘灯副基准的标准测量不确定度为：200~250 nm,U_rel=4.0%~1.3%;250~330 nm,U_rel=1.3%~1.2%;330~400 nm,U_rel=1.2%~1.9%,整体技术指标达到国际先进水平。研究成果填补了200~400 nm基于氘灯的光谱辐射照度国家基准的空白,使我国具备能力参加国际计量局组织的CCPR-K1.b国际关键比对,与传统以卤钨灯为传递标准的光谱辐射照度国家基准实现了有效衔接。在250~400 nm重合波段,两种传递标准量值的平均相对偏差为0.39%,在声称的不确定度范围内一致。     

红/绿/蓝/暖白4色LED白光温度光谱优化方法

研究了一个基于高斯模型和双高斯模型的温度变化光谱模型,并基于脉冲宽度调制（PWM）调光的红/绿/蓝/暖白（R/G/B/WW） 4色LED混合白光进行了实验验证。结果表明,在20～90℃温度范围内,当相关色温为3000、5000、6500 K时,光源参数（照度、显色指数、相关色温、蓝光危害因子和节律因子）的最大相对误差为3.79%。基于该模型,采用自适应差分进化（JADE）算法获取R/G/B/WW发光二极管在不同温度下的补偿占空比,并建立光谱优化模型以消除温度对光源光谱及其光源参数的影响。结果表明,优化补偿后的光谱与初始温度光谱基本一致,光源参数最大相对误差为2.62%。     

高温黑体性能评定和温度测量

中国计量科学研究院引进了高温黑体BB3500M作为新的光谱辐射照度基准光源。黑体BB3500M包括辐射腔体和温度反馈系统。辐射腔体由一系列高温热解石墨环组成,可以加热至3 500 K。在光谱辐照度测量中,高温黑体的性能参数和温度测量至关重要。对于黑体的性能参数,着重考察了黑体温度的稳定性和腔底温度的均匀性。在将高温黑体的光谱辐射照度传递给工作标准灯时,黑体的温度可能发生改变。实验观测了一小时内黑体的温度漂移情况。当高温黑体加热至3 016 K时,采用温度反馈系统的BB3500M稳定在0.3 K。实验光路中设置了限制光栏,用于屏蔽来自黑体腔壁的辐射。黑体腔底辐射环的温度均匀性优于0.2 K。在温度测量中,2 473 K以下的温度可以直接溯源到中国计量科学研究院热工处,对于更高温度的测量需要进行温度延伸。文中从普朗克公式出发,通过多波长亮度比较法进行了温度延伸。实验先在低温区进行延伸证实了方法的可能性,然后进行了高温区的温度延伸。     

温度对功率LED光谱特性的影响

制备了两种1 w白光功率发光二极管(LED),这两种样品分别是对台湾和美国两家公司生产的蓝光芯片,涂敷相同荧光粉和透明硅胶封装而成.对制备好的LED进行了变温光学特性测试,温度变化范围为15～75℃,测试电流为350 mA.结果表明:温度变化对LED的峰值波长,辐射通量、色温等参数都有影响.通过对光谱曲线的数据处理,找...     

基于典型目标反射率的近红外场景仿真

利用积分球对近红外增强相机进行了可见、近红外波段的辐射定标,并采用该相机采集了典型目标的可见、近红外图像.利用便携式地物光谱仪采集了相同目标可见、近红外波段的光谱反射率曲线,并分析了目标在可见、近红外波段的光谱反射特性.通过寻找同一天气条件、同一时间段所拍摄的典型目标近红外图像灰度值与可见光图像灰度值及典型目标可见、近红外波段反射率之间的关系,提出一种基于可见光图像及目标反射率反演近红外图像的算法.在近红外图像反演过程中考虑了大气透过率的影响,反演结果表明,本文算法可以较好地体现典型目标近红外图像的全局特征,为后续不同天气条件下近红外场景仿真的实现提供参考.     

基于环境光检测的场景融合系统

基于深度相机和人眼检测模型实时返回观察者眼睛的位置坐标,利用坐标转换模型计算合理的显示区域,通过颜色传感器的颜色分量数据估计环境色温和亮度;根据提前标定的显示参数映射表调整显示状态,使其最接近环境光的色彩表现。搭建了场景融合实验系统,系统分为位置监测相机、图像采集相机、颜色传感器、显示设备、处理器五部分.分别在色温为6354 K,照度为160 lx的室内场景和色温为6197 K,照度为848 lx的室外场景下进行融合实验.实验结果表明,场景融合方案能够为不同位置的观察者调整显示画面,并根据环境光信息改变显示参数,融合效果优良,单次执行仅需283 ms.     

基于混合光源的星模拟器光谱研究

提出了一种基于氙灯和卤钨灯混合光源的星模拟器光谱模拟方案.采用氙灯和卤钨灯组成宽光谱光源灯阵,并通过色温模拟与控制模块后射入积分球,为星模拟器提供理想光源,模拟出与特定色温3 900K,4 800K,6 500K相近的光谱曲线.通过对标准黑体光谱曲线的仿真,计算出滤光片各个微小波段最优透过率,并对微小波段区间的透过率进行区间合并处理,得到满足设计指标要求的滤光片透过率,实现对特定色温光谱曲线的模拟.仿真结果表明,采用本文方案能够满足微小波段匹配模拟误差在10%以内,用相对面积法验证匹配误差在4%以内,从而为星模拟器模拟特定色温的光谱曲线提供有效的方法.     

高重复频率激光脉冲作用下KTP晶体中的灰迹

采用波长为1 064 nm/532 nm、脉宽6 ns(FWHM)的高重复频率调Q激光,研究了磷酸氧钛钾(KTP)晶体中灰迹的产生机理,以及色心密度对灰迹的影响。晶体透过率表征了色心密度,根据透过率与色心密度的关系以及色心密度对灰迹产生的决定作用,定义临界灰迹密度,当晶体透过率高于此值时可安全运行,而低于此值时,为避免晶体发生灾难性损伤应立即停止运行。实验结果表明:灰迹不仅大量吸收紫外及可见光能量,而且大量吸收近红外波段能量,这为灰迹的在线监测提供了一种监测方法。     

地物光谱仪测量中的温湿度影响

地物光谱仪在遥感领域的应用日益重要,可用于研究不同地物条件下可见和红外的光谱辐射特性,从而获得地表的光谱辐射亮度、光谱辐射照度或方向反射因子等信息。地物光谱特性的准确测量是光学遥感定量分析的基础,对于航天传感器定标、遥感数据反演等具有极其重要的意义。地物光谱仪在测量前必须进行光谱辐射定标,一方面定标过程中地物光谱仪的光谱响应特性可能发生漂移,另一方面测量时的环境与定标环境可能差异较大,都会影响测量的准确性。在恒温恒湿条件下,实验采用谱线灯光源和积分球光源考察了地物光谱仪波长和光谱响应度随探测器温度的变化。数据显示当光谱仪内部硅阵列探测器温度上升时,波长位置并未发生改变;而光谱仪的光谱响应度随着温度上升明显增大。当硅探测器温度从28.3 ℃升至35.2 ℃时,光谱仪在380～990 nm的光谱响应度变化达到1.8%～7.3%;同时近红外1 000～1 800 nm的平均变化约3.0%,2 000～2 500 nm的变化约1.9%。当改变环境温度和湿度时,测量数据表明湿度影响主要在大气中水分子的吸收峰附近波长,对其他波长影响很小;光谱仪光谱响应度与内部探测器的温度近似存在一一对应关系,环境温度的影响可以近似根据内部探测器温度变化予以表征。理论上当环境条件改变时,根据光谱响应度随温度的变化和探测器的监测温度,可以进行光谱数据修正。最后,实验测量了一组探测器温度下对应的光谱响应度,采用多项式拟合和最小二乘法建立了地物光谱仪光谱响应度与温度的函数关系。根据函数关系插值得到的光谱响应度修正因子和直接测量得到的数据基本一致,全谱段的差异几乎都小于0.2%,表明光谱响应度与温度的对应关系可用于解决不同环境条件下的测量准确性。     

天山北坡融雪期雪层含水率地物光谱特征研究

积雪含水率是雪层中液态水的含量,也是积雪出流、产流的关键指标,对积雪含水率的研究对春季融雪产流及融雪型洪水有现实意义。借助美国ASD地物光谱仪和Snow Folk积雪特性仪获取原始数据,并利用SPSS19.0和Excel等统计软件对数据进行分析、处理,并利用这些数据进行制图、数据综合,建立雪表层的地物光谱特征预测模型。结果表明：积雪的光谱特征曲线由于在可见光和近红外由于吸收呈现出若干波谷;地物光谱特征与积雪表层含水率存在负相关关系,且随着波长的增加这种负相关关系变化明显,并在可见光和近红外形成三个相关关系的极小值;构建雪层含水率的地物光谱反射率模型,可见光范围内,在350 nm时的模型精度较高,能够达到75.9%,预测值和实测值拟合程度高,在近红外波段内,1 204 nm建模的模拟精度最高。     

纳米晶ZnO可见发射机制的研究

利用化学沉淀法制备了纳米ZnO粉体,室温下测量了样品的光致发光谱(PL)、X射线衍射谱(XRD),给出了样品的透射电子显微照片(TEM).X射线衍射(XRD)的结果表明:纳米晶ZnO具有六角纤锌矿晶体结构,颗粒呈球形或椭球形.观察到二个荧光发射带,中心波长分别位于398 nm的紫带和510 nm的绿光带.发现随退火温度升高,粒径增大,紫带的峰值减弱、绿带的峰值增强.证实了纳米晶ZnO绿光可见发射带来自氧空位形成的施主和锌空位形成的受主之间的复合.     

绿黄色磷灰石热处理紫外可见光谱研究

绿蓝色磷灰石因其颜色和"帕拉伊巴"绿蓝色碧玺相似而为消费者所熟知。为了验证此种磷灰石颜色是否经过人工处理,将不同颜色的磷灰石样品分别置于空气气氛下进行400~800℃的热处理。结果表明绿黄色磷灰石经过650℃的热处理就可产生绿蓝色。根据热处理过程中样品的X射线粉末衍射数据,在热处理过程中并未发生相变。为了进一步研究热处理过程中样品颜色的变化行为和实验参数对热处理效果的影响,将绿黄色磷灰石样品分别置于空气和还原气氛下进行300~800℃的对比热处理实验。结果显示不同气氛下样品颜色的变化行为十分相似。因此这也表明绿黄色磷灰石颜色的改变和元素价态的变化没有直接关联。室温下样品的紫外可见吸收光谱(200~800 nm)主要表现在蓝紫区强烈吸收,红橙区有一宽缓的吸收带(620~720 nm),黄绿区透过,出现了515, 528, 578, 739和747 nm等一系列吸收峰。随着热处理温度的升高,样品在可见光范围内的吸收系数大幅降低颜色变浅,吸收截止边逐渐蓝移导致样品逐渐呈现蓝色。与此同时,随着温度升高至400℃, 620~720 nm吸收带中最强吸收峰位置会发生蓝移导致样品的黄色调减弱。当温度达到800℃时,样品褪色, 620~720 nm吸收带消失,但515, 528, 578, 739和747 nm等一系列吸收峰仍然存在。因此绿黄色磷灰石在热处理过程中颜色的变化主要和吸收截止边以及620~720 nm吸收带的变化有关。     

近红外光上转换发光显示器中干涉过滤膜的设计

介绍了近红外光上转换发光显示器的结构及其原理,为了进一步提高该显示器的亮度等性能并避免近红外光从屏上泄露,根据多层干涉过滤膜设计原理设计了该显示器所需的两个多层干涉过滤膜：一个为在可见光420~800 nm短波段高反射,近红外光800~1000 nm长波段高透射特性的LP膜;另一个为特性与之对应相反的SP膜.采用对称膜的设计并用MATLAB语言进行了仿真优化,得到了总层数为21,厚度分别为1586.8 nm和2157.8 nm的LP膜和SP膜,该膜系在整个波段和较大角度范围内都具有很好的透反特性考虑多层薄膜制备中存在材料折射率和膜层厚度偏差,该设计膜系具有较大的制造容差.     

Optical properties of MnAl films

The optical properties of MnAl films of different compositions, deposited at different substrate temperatures and in the thickness range 25 to 90 nm, are reported. The reflectance and transmittance are measured in the wavelength range 320–900 nm for near normal incidence of light. These measurements are used to calculate the optical constants namely, refractive index (n) and extinction coefficient (k). The wavelength and thickness dependence of these optical constants are reported. The optical measurements for films with higher Mn content and grown at higher substrate temperature reveal that n and k values are constant over a wide wavelength range (500–900 nm) showing high reflectance in the visible and near infrared region.     

脉冲激光沉积制备MgxNi1-xO合金薄膜的表征及光学性质研究

应用脉冲激光沉积(PLD)技术,固定脉冲激光能量密度为5 J/cm2,调节薄膜生长基底温度为300~700 ℃,制备了系列Mg_xNi_1-xO合金薄膜。通过透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微术(AFM)等表征分析手段,详细分析了薄膜的成分及组织,研究了退火处理对样品的影响。通过UV-Vis分光光度计研究了透射光谱,结合理论计算了光学带隙宽度。结果表明:薄膜由非晶及多晶构成,紫外吸收边约为290 nm, 接近日盲波段的上限; 衬底温度为500 ℃、激光脉冲能量密度为5 J/cm2时生长的薄膜在短波部分吸收强烈,而长波部分几乎不吸收,有利于紫外探测; 退火处理改善了样品表面质量, 但不能有效拓宽光学带隙。     

MOCVD原位红外测温方法的比较研究

MOCVD原位红外测温方法主要有单色辐射测温法与双波长比色测温法。利用薄膜等厚干涉模型与Kirchhoff定律计算了Si (111)衬底生长10 m GaN外延片的940 nm、1 550 nm光谱发射率,以Thomas Swan CSS MOCVD为例,比较了500 ℃至1 300 ℃范围内,940 nm单色辐射测温法、1 550 nm单色辐射测温法、940 nm与1 550 nm双波长比色测温法的相对误差和相对灵敏度,以及单色辐射测温法与双波长比色测温法的校准修正,并利用940 nm与1 550 nm双波长比色测温法在线监测了Si (111)衬底生长InGaN/GaN MQW 结构LED外延片过程中的温度。研究表明:940 nm与1 550 nm双波长比色测温法在相对误差及有效探测孔径修正校准上优于940 nm单色辐射测温法和1 550 nm单色辐射测温法,该结论可为MOCVD原位红外测温设备开发提供参考。     

构成白光LED的单色光对中国淡彩绘画色彩的影响

为得到构成白光LED光谱的主要单色光对中国传统淡彩绘画色彩的影响规律,确定不同波长单色光对绘画色彩的量化损伤程度,进而根据研究结果得到最低损伤白光LED的光谱功率分布,以构成白光LED光谱的4种主要单色光作为实验光源,分组照射中国传统淡彩绘画模型试件。在每个照射周期后,对试件的色彩参数进行检测,根据检测数据绘制主波长、兴奋纯度、亮度3个参数随总曝光量积累的衰变曲线,基于曲线分析得到各种淡彩绘画颜料在光照下的色彩衰变规律,并根据实验数据计算得到4种单色光对绘画色彩主波长的影响关系为482 nm∶510 nm∶583 nm∶650 nm=8 147∶9 067∶9 772∶9 121;对兴奋纯度的影响关系为482 nm∶510 nm∶583 nm∶650 nm=89 446∶85 250∶76 895∶69 229;对亮度的影响关系为482 nm∶510 nm∶583 nm∶650 nm=137∶238∶190∶177。