用于组织光学特性参量测量的改进型双积分球系统

研制了一套改进型的双积分球系统,通过对光源功率的监测,可以准确获取生物组织的光学特性参量.文中详细阐明了该系统的组成、原理、测量技术及获取光学特性参量的逆加折叠方法;并分两种情况,即用改进型的双积分球系统及常用的双积分球系统分别对内脂与细粒蓝的光学特性参量(632.8nm)进行了测量,结果表明改进型系统能很好消除光源波动对测量所带来的影响,所测量的数据更准确,误差更小.     

积分球技术在高能激光能量测量中的应用

介绍了一种采用积分球技术对高能激光能量测试的有效方法,给出了其工作原理、设计要求和误差分析.     

内置LED定标光源的积分球设计

为了适应野外环境下的积分球操作,简化配件的使用和减少使用过程中误差的引入,利用LED的长时间发光均匀稳定特性,将LED作为定标光源内置于积分球中,设计了一种可便携式的自定标积分球。在验证LED稳定性的基础上,配合老化筛选装置,为定标光源选择最合适的LED器件,系统采用恒流源驱动,保证了积分球的长寿耐用。展示了积分球机械装配图,列出器件在积分球体上的安装位置,并进行了模型400~800nm光谱波段试定标,其线性度达99.994%,球体设计直径500mm,开口直径100mm,总开口比约为6%,重量约为18kg。建成之后将方便进行野外环境的实用工程。     

积分球技术在高能激光能量测量中的应用

 介绍了一种采用积分球技术对高能激光能量测试的有效方法,给出了其工作原理、设计要求和误差分析。     

积分球的光功率波形变换理论

分析说明了积分存在一次反射短时平均等照度性质，提出了积分球的几个概念：平均反射程λ、平均反射时间μ、平均反射率ρ^-、平均出射程η、平均出射时间τ（等于积分球的时间常数）。用分析方法推导了积分球时间常数的一般表达式、积分球对δ函数形式的功率波形的变换表达式、积分球对任意光功率波形的变换表达及其反变换表达式。     

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。     

光纤探测方式下全积分球与半积分球性能对比研究

为比对全积分球和半积分球在光路传输、输出信号上的差异,根据积分球基本原理分别建立了全积分球和半积分球的光学传输模型,推导了两种积分球在光纤探测方式下的输出信号强度表达式,并从理论和实验上对这两种积分球的探测性能进行了比对。结果表明,全积分球与半积分球的输出信号和探测灵敏度均与积分球涂层反射率、积分球半径、光纤数值孔径角有关;半积分球性能是否优于全积分球取决于漫反射涂层以及平面反射镜反射率的选取。当理想情况下平面反射镜的反射率等于1时,半积分球的信号强度是全积分球的2倍。     

光电探测器相对光谱灵敏度测试方法的研究

本文在全面比较了各类光电器件相对光谱灵敏度S(λ)_r的基础上,设计了用热释电探测器作参考基准,用积分球作单色光辐射接收系统的S(λ)_r测量系统.由于设计上的优点,这一系统大大减少了入射辐射的偏振性,不均匀性,探测器的温漂和杂散辐射等因素带来的误差.     

大视场CCD成像系统像面均匀性测试技术研究

以光度学为理论基础,研究了大视场CCD成像系统像面均匀性测试技术。论述了600~800mm非对称、双半球不等半径积分球的设计方案。对像面均匀性测试系统的积分球出口进行了测试,出口处的照度不均匀性不高于2.3%,照度不稳定性不高于2.7%,积分球后半球内表面的亮度不均匀性不高于4.4%。在对测试结果进行误差分析的基础上,对大视场CCD摄像机进行了实际测试。结果表明,该装置可广泛应用于光电成像系统的像面均匀性测量。     

积分球内的铷原子激光冷却

研究了积分球内激光冷却原理,设计积分球时对积分球的反射率、尺寸及球上开孔大小对于激光冷却的影响进行了讨论. 进行了积分球冷却⁸⁷Rb实验,实验结果表明积分球有效的冷却了球腔中的铷原子,获得了积分球内冷原子的吸收信号以及冷原子随冷却光失谐的变化曲线. 关键词： 漫反射光场 积分球 全光冷却     

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。     

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.     

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...     

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%。     

基于测量最小可分辨对比度的CCD相机成像质量的评价

针对评价CCD相机成像质量MTF方法的缺点,引入了最小可分辨对比度MRC这个评价指标,并研制了相应测量MRC的系统.在这个系统中采用两个重叠积分球分别对靶标的正反两面照明,通过改变这两个积分球的亮度就可以获得可变的对比度.实验结果表明：测量MRC系统测量亮度的误差可控制在±0.3cd/m2以内; CCD相机的MRC随着空间频率的增加而增加;测量CCD相机的MRC是评价CCD相机成像质量的一种快速有效的方法.     

太阳光谱辐照度绝对测量及其定标单色仪

为满足高精度太阳光谱辐照度绝对测量的需求,研制了太阳光谱辐照度绝对测量系统及其定标单色仪。介绍了太阳光谱辐照度绝对测量的现状,并着重介绍了太阳定标单色仪和积分球太阳光谱仪的设计方案,以及高精度辐射定标传递链路。设计用于太阳光谱辐照度绝对测量的太阳定标单色仪和积分球太阳光谱仪,通过低温绝对辐射计和太阳定标单色仪实现绝对定标,使积分球太阳光谱仪测量数据可溯源至国际基本单位(SI)。结果表明:太阳定标单色仪的光谱范围覆盖300~2 400 nm,光谱分辨率为3~10 nm,输出单色太阳光功率的不确定度为0.2%~0.5%;积分球太阳光谱仪的光谱范围覆盖300~2 500 nm,光谱分辨率为1~8 nm,太阳光谱辐照度绝对测量精度最高可达0.5%。用低温绝对辐射计和太阳定标单色仪绝对定标积分球太阳光谱仪,可以实现高精度太阳光谱辐照度的绝对测量。     

用于生物医疗信息采集的多光谱均匀光源系统北大核心CSCD

多光谱成像是无创观察生物组织的有效工具,提高光源的辐照均匀性将更有利于准确获取病理组织的多光谱数据。提出基于积分球的多光谱均匀光源系统,为生物组织的多光谱数据采集提供均匀辐照。基于蒙特卡罗光线追迹法对积分球腔体的取位方式进行选择,并对腔体大小、LED布局、积分球输出槽尺寸进行了优化,以确定结构模型的最佳参数;根据优化参数构造了集成11种窄波段LED的实例进行了光学性能验证,实验结果证明所有波段都能在输出槽的主要部分区域实现2%辐照度不均匀性分布;研究了该系统的宽光谱兼容能力,实验结果表明,光谱在输出槽的最大均方根误差为3.74%,具有良好的宽光谱兼容能力;最后,基于所提出的系统进行了静脉可视化测试,用光纤拓展了系统内窥镜的兼容性,并以此探讨了口腔内部牙齿表面病理情况。该系统的多功能性和均匀性在生物医疗图像采集中具有潜在的应用价值。     

宽动态范围红外积分球辐射源的设计与检测

为满足红外遥感器高精度定标和性能测试的要求,设计了一种高均匀性和宽辐射动态范围的红外积分球辐射源。积分球辐射源采用碳纤维石英电热管作为红外辐射介质,工作波段覆盖3～15μm。利用积分球的空腔辐射理论和黑体辐射理论,提出子母镀金积分球串联的匀光方式,有效提高了红外积分球的均匀性。通过设计程控镀金光阑实现了动态范围的线性调节。建立了温度变化与辐射源辐亮度输出稳定性之间的关系,并确定了子母镀金积分球的温控精度。对红外积分球的特性进行分析与检测,结果表明:红外积分球出光口法线Φ200 mm范围内的面均匀性为98.87%,-15°～15°内竖直方向上的角度均匀性为99.69%,实现了动态范围的近线性可调功能,背景辐射小于同温度的黑体,非稳定性为0.16%,表现出较好的性能。红外积分球定标光源是传统黑体辐射源的有效补充,在红外遥感器的实验室光谱辐射定标中具有潜在的应用价值。     

单色面阵光源设计

提出并研究了一种"单色仪+积分球"为主体设计的单色、大面积、高均匀性辐射光源.该光源采用四套单色仪,在每台单色仪输出口进行会聚,通过大芯径光纤束将单色光从不同的方向(对称状)注入到积分球中.相比于传统采用一台单色仪,该光源提高了积分球的输出功率和积分球输出面的均匀性,并通过实验对积分球输出波长、输出功率及输出口均匀性进行了测量.结果表明:在积分球输出口面上,在输出波长范围400~1 000nm内,波长准确度可以达到2nm,输出功率最小可以达到0.2mW,输出面均匀性比传统设计也提高了0.6%.     

LD加速寿命测试中的积分球扫描法

介绍了半导体激光二极管(LD)寿命测试中存在的问题,并据此给出了LD高温加速寿命测试的积分球扫描法。首先将LD输出的光通过积分球耦合,然后再通过光纤耦合到探测器(PD)上,避免了LD和PD由于同时老化而带来测量不准确的缺陷。采用积分球空间移动扫描测量LD,可实现单个积分球、单个PD对多个LD的测量。