基于低温辐射计的探测器光谱响应度相关测量技术研究

论文摘要

低温辐射计作为当今世界公认的最准确的光辐射测量手段已经被很多国家的计量院作为研究重点。目前,国际上低温辐射计的发展主要包括两个方面,即：提高低温辐射计测量的准确度和扩展低温辐射计的测量范围。同时,作为保存和传递量值的重要手段,陷阱式探测器及相关传递探测器的结构、特性以及光辐射功率测量技术也逐渐成为研究重点。低温辐射计的腔体吸收比和布儒斯特窗口透射比是低温辐射计测量光辐射功率的主要修正系数和误差来源。对其相关特性进行研究,是提高低温辐射计测量准确度的必要途径。为此,设计了用于不同方法测量的积分球,编写程序用替代法和互换法对模拟腔进行了实际测量,合成不确定度达到1×10-5。实验结果表明,用不同方法测量的腔体吸收比结果准确、一致,满足对低温辐射计特性进行评定的要求。另外,设计了用于考察真空对布儒斯特窗透射比影响的装置。实验发现窗口两侧处于不同真空环境和完全在空气环境下测量的窗口透射比差异为1×10-5,该变化小于两种条件下窗口透射比测量的不确定度。从而验证了在完全空气环境下窗口透射比测量的适用性。对影响陷阱探测器响应度的重要因素：空间响应均匀性、偏振特性、角度特性以及综合因素开展了一系列相关实验研究,得到了反射型和透射型陷阱探测器的适用范围和影响程度。在1310nm波长点上,对大面型InGaAs探测器和InGaAs积分球探测器作为红外光辐射定标传递探测器的相关测量技术进行了研究,包括：空间响应均匀性、角度特性以及平行光与发散光引起的测量差异。设计了适用于红外光功率测量,垂直于入射光束的低温辐射计平面窗口。对窗口透射比进行了测量,发现其测量误差在目标不确定度的范围之内,从而验证了用于低温辐射计实现该波长定标响应度过程中采用平窗设计的可行性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图表索引
• 表格索引
• 第1章 引言
• 1.1 光辐射功率计量标准体系
• 1.2 低温辐射计技术的发展及现状
• 1.3 传递探测器的发展及应用
• 1.3.1 陷阱式探测器
• 1.3.2 其他探测器
• 1.4 论文主要研究内容介绍
• 第2章 基于低温辐射计的光功率测量系统原理
• 2.1 低温辐射计与绝对辐射计的比较
• 2.2 低温辐射计的结构组成及原理
• 第3章 低温辐射计腔体吸收比的测量
• 3.1 腔体吸收比的测量原理
• 3.1.1 积分球的测量原理
• 3.1.2 实验的装置和方案
• 3.2 实验结果与分析
• 3.3 不确定度评定
• 3.3.1 数学模型的建立
• 3.3.2 测量不确定度分量
• 3.3.3 合成标准不确定度为
• 3.3.4 相对标准不确定度
• 3.3.5 扩展不确定度
• 3.3.6 不确定度报告
• 第4章 真空对布儒斯特窗透射比的影响
• 4.1 低温辐射计窗口透射比的测量
• 4.2 真空影响透射比测量的装置和方法
• 4.3 实验结果
• 4.4 结论与分析
• 第5章 陷阱探测器相关特性的研究
• 5.1 陷阱探测器的结构原理
• 5.1.1 反射式陷阱探测器
• 5.1.2 透射式陷阱探测器
• 5.2 陷阱探测器空间响应均匀性的测量
• 5.2.1 实验装置及方案
• 5.2.2 实验结果
• 5.2.3 结论与分析
• 5.3 陷阱探测器偏振特性的研究
• 5.3.1 实验装置及方法
• 5.3.2 实验结果
• 5.3.3 结论与分析
• 5.4 光束入射角度对陷阱探测器响应度的影响
• 5.4.1 实验装置及方法
• 5.4.2 实验结果
• 5.4.3 结论与分析
• 5.5 综合效应对陷阱探测器响应度的影响
• 5.5.1 陷阱探测器转角对偏振响应特性的影响
• 5.5.1.1 实验方法及条件
• 5.5.1.2 实验结果
• 5.5.1.3 结论与分析
• 5.5.2 陷阱探测器转角对空间响应均匀性的影响
• 5.5.2.1 实验方法及条件
• 5.5.2.2 实验结果
• 5.5.2.3 结论与分析
• 5.6 结论
• 第6章 红外光辐射定标及量值传递的研究
• 6.1 测量光路的建立
• 6.2 光束质量的考察
• 6.3 探测器均匀性的测量
• 6.3.1 实验装置及方法
• 6.3.2 实验结果
• 6.3.3 结论与分析
• 6.4 光束入射角度特性的研究
• 6.4.1 实验装置及方法
• 6.4.2 实验结果
• 6.4.3 结论与分析
• 6.5 探测器间的定标
• 6.6 窗口透射比的测量
• 6.7 结论与分析
• 第7章 结论与展望
• 参考文献