超连续谱激光-单色仪在偏振遥感器定标中的影响因素分析

偏振遥感器的相对光谱响应度和带内光谱响应非一致性是遥感器实验室定标的基本参数。文中利用新型的超连续谱激光作为单色仪的前置照明光源,搭建了一套基于超连续谱激光-单色仪的细分光谱扫描定标装置,可用于偏振遥感器的相对光谱响应度定标。实验中以490 、670、910 nm三个偏振通道作为例,分别在单色仪直接输出光和单色光导入积分球两种状态下,得到通道式偏振遥感器的相对光谱响应度结果,并对两种状态下定标光源的偏振特性进行了测量。实验结果表明,单色仪直接输出光模式下,光源存在明显的偏振度和偏振方位角变化,三个偏振通道的带内光谱响应非一致性分别为0.91%、4.25%和1.06%;而在单色光导入积分球后,光源的偏振度明显降低,此时带内光谱响应非一致性结果分别为0.15%、0.47%和0.57%,说明消偏后的光源能有效适用偏振遥感器的光谱响应度定标,基于超连续谱激光-单色仪的系统级定标装置在偏振遥感器的定标中具有广泛应用前景。     

多角度偏振成像仪系统级偏振定标方法研究

系统级偏振定标是多角度偏振成像仪(Directional polarization camera, DPC)研制过程中的关键环节,对于提高大气气溶胶和云相态等定量化探测应用具有重要意义。结合矩阵光学和辐射度学理论,建立了多角度偏振成像仪偏振响应定标模型,对关键影响参量进行定标。采用大口径积分球参考光源和分视场测量方法,消除了光楔平板对DPC三检偏通道视场非一致性的影响,实现了高频和低频相对透过率的高精度测量。采用傅里叶级数的分析方法,建立全视场起偏度的测量模型,消除参考光源偏振方位角绝对位置引入的测量误差,实现光学系统偏振特性的准确测量。采用可调偏振度光源和大口径积分球辐射源,开展了偏振定标精度的比对验证实验和精度分析。测试结果表明,全视场偏振定标精度优于0.5\%,自然光状态下的偏振定标精度优于0.05\%,验证了宽视场偏振遥感器偏振辐射响应定标模型的合理性,说明该系统级偏振定标方法可满足宽视场光学偏振遥感器的高精度偏振观测科学应用要求。     

面阵CCD光谱响应测试及不确定度评估

基于单色仪法对面阵CCD进行光谱响应测试,并对测试结果的不确定度进行全面评估。介绍单色仪法测试CCD光谱响应的原理;选用硅陷阱探测器作为标准探测器,搭建测试装置,得出400~1000 nm波段内面阵CCD光谱特性参量,其中峰值波长为602 nm,中心波长为580 nm,光谱带宽为402 nm;以632 nm处光谱响应测试为例,建立不确定度评估模型,分析了包括面阵CCD辐照度响应非均匀性、溴钨灯稳定性、单色仪出射波长重复性和准确度以及图像采集处理系统的稳定性对测试的影响。应用模型计算得出测试结果的合成标准不确定度为4.3%(k=1),满足面阵CCD光谱响应测试精度要求。     

多角度偏振成像仪高精度辐射定标方法

开展高精度辐射定标方法研究,对于多角度偏振成像仪实现大气气溶胶粒子分布和微观物理特性探测反演的科学应用至关重要。采用傅里叶级数的分析方法,建立了全视场起偏度的测量模型,消除了参考光源偏振方位角绝对位置引入的测量误差,实现了光学系统偏振特性的准确测量。结合多角度偏振成像仪的辐射与偏振定标模型,开展了光学系统偏振特性的校正方法研究,实现偏振特性引起辐射定标不确定度由8%下降至2.2%以内。利用高精度二维转动平台和大口径积分球辐射源,采用分视场测量方法, 校正像元响应非一致性,实现相对辐射校正精度优于0.5%。采用基于标准灯漫反射板的辐亮度量值传递链路,经过各影响因素的分析评测,所有波段辐射定标精度均优于5%。     

GF-5卫星多角度偏振成像仪在轨偏振定标

2018年5月,我国成功发射了高分5号卫星,其上搭载了多角度偏振成像仪。卫星载荷受发射时的振动、在轨空间环境变化以及元器件电路系统老化等因素的影响,各种辐射特性发生变化,从而导致整个载荷辐射性能与在轨前的实验室定标结果之间存在一定偏差。基于海洋耀光对高分5号卫星多角度偏振成像仪的偏振测量定标的方法,并利用在轨测试期间数据,对载荷进行了初步的偏振辐射定标测试。测试结果表明, 3个偏振波段(490, 670, 865 nm)线偏振度测量值与理论值有很好的一致性,平均偏差分别约为$-$0.03、 $-$0.04、$-$0.01,载荷发射前后偏振测量状态未发生明显改变。基于自然目标的在轨替代定标方法,还可用于多角度偏振成像仪偏振辐射性能随时间变化情况的长期监测。     

简讯

J912103 充氮法净化单色仪采尼—特纳系统单色仪是测试光电器件的光谱响应度的必备仪器。单色仪光学系统的成像质量——分辨率直接影响测量精度。单色仪光学系统多采用采尼—特纳系统(如图1),入射狭缝与出射狭缝对称地分     

紫外及可见光探测器光谱响应测试系统的研制

设计与研制了紫外及可见光探测器光谱响应测试系统。系统包括:复合光源室;三光 栅单色仪和复合探测器室,由计算机配套专用软件对光源、单色仪和信号接收进行自动控制和处理。测试原理采用了参考探测器替代法测定待测探测器的光谱响应度,重点解决测量精度和稳定性的技术关键,通过反复测试证明,系统性能稳定并具有结构紧凑,全自动和操作方便等特点。     

星载多角度偏振成像仪检测方法

为实现星载多角度偏振成像仪在环境模拟测试、装星测试等场合的检测要求,设计了一种具有多角度、多光谱和偏振性能的测试光源。依据多角度偏振成像仪的工作原理及测试需求,开展了检校光源的设计, 完成的光源方案由29个多波段LED平行光管米字型排布构成。通过光学建模,分析了平行光管口径、发散角及安装视场,并在辐亮度计算基础上,完成了LED选型及驱动设计,以及匀光扩散片、衰减片、偏振片及退偏器等组件设计,实现了满足仪器多波段不同动态范围要求的均匀光斑照明及标准偏振度源输出。最终检测结果表明,光源满足多视场点、多光谱、偏振特性测试要求,稳定性优于99.2%,偏振度优于1%,重复安装精度优于1个像元；满足载荷辐射5%、偏振2%、几何1像元的性能检测需求,以及通道切换功能监视等要求。     

多光谱遥感器带外响应的测量、校正及精度验证

带外响应（带外泄漏）是影响多光谱遥感器（multi-spectral remote sensor, MsRS）辐射定标不确定度的重要因素。以多光谱成像仪的443 nm通道为例,介绍了一种MsRS带外响应的测量、校正和精度验证方法。该方法主要利用一种新型大孔径光谱可调积分球参考光源（spectrum-tunable integrating spheres reference light source, STIS）的分立波段和连续光谱输出功能开展多光谱成像仪带外响应测量、校正及其精度验证实验,借助带外响应校正模型修正带内权重辐亮度,并与光谱辐亮度计的测量参考值进行对比。结果表明,带外响应校正前后的带内WRL与光谱辐亮度计的测量参考值的差异由8.8%降低到2.9%,初步验证了STIS在MsRS带外响应校正中的应用可行性。     

多角度偏振成像仪测量偏差的数据挖掘分析

对多角度偏振成像仪测量偏差进行数据挖掘分析,解决多角度偏振成像仪测量偏差预测准确率低问题.利用包含决策树建立和决策树剪枝两个步骤的决策树算法,通过数据预处理,去除原始数据中的噪声,通过误差数据挖掘,选取真值方位和真值距离为输入属性,方位误差和距离误差为预测属性建立测量偏差模型,挖掘多角度偏振成像仪测量偏差;采用前向算法...     

空间大口径红外相机整机光谱响应测试方法研究

对空间大口径红外相机整机光谱响应测试方法进行介绍,建立空间大口径红外相机整机光谱响应测试系统。该测试系统包括:可见及红外光源、单色仪、标准探测器、数据采集系统、平行光管、真空罐、二维转台及待测相机。待测相机的波段集中在H2O、CO2等吸收波段,为了消除大气吸收波段对待测相机的影响,需要将平行光管、待测相机、转台等置于真空条件下,并向单色仪中通入氮气稳定后进行测试。整机试验结果表明,通入氮气后光谱测试精度大大提高,大气吸收波段光谱可准确测试。     

光电成像系统的绝对光谱响应效率测量及分析

为了准确测量光电成像系统的绝对光谱响应效率,采用光学系统光能量传递公式以及图像传感器的物理模型,得到了光电成像系统绝对光谱响应效率的计算公式,在此基础上设计了基于积分球、多光谱发光二极管光源、标准探测器及透射式平行光管的光电成像系统绝对光谱响应效率测量装置,并对光谱响应效率已知的可见光数字相机进行实验测量和分析。结果表明,在380nm~1100nm波长范围内测量装置测得的可见光数字相机的绝对光谱响应效率与标准值具有较好的一致性,最大相对误差为1.7%,各波长点的测量不确定度在置信概率为95%时均小于0.2%,满足一般的测量要求。该装置能够准确地对光电成像系统的绝对光谱效应效率进行测量。     

红外探测器相对光谱响应率的自动测试

介绍红外探测器相对光谱响应率自动测试的实施方法。利用锁相放大器追踪测量信号,微机自动扫描、采集和处理数据。给出了整个测试过程的流程图,对影响测试准确度的因素,如光源、参考探测器及其他干扰进行了较详细的阐述。并介绍提高测试准确度的措施,给出测量实例及误差分析。测试结果表明,此装置已能满足红外测试标准所要求的精度。     

CCD光电参数测试系统的研制

研制了一套CCD光电参数测试系统,可实现对CCD的无效像元、相对光谱响应、响应度、等效噪声照度、动态范围、面响应度不均匀性等光电参数的全自动测试。CCD的相对光谱响应测试基于单光路直接比较法实现,而其他CCD光电参数的测试则基于特制的积分球光源。四个可独立开关的溴钨灯分别安置于四个次积分球内,经高精度电动光阑与主积分球级联,主积分球壁上的照度计经标定后可实时测试积分球光源出口照度值。该光源色温不变,可在大动态范围内以较高精度实现连续调节,满足CCD光电参数测试的需求。利用上述装置对E2V公司科学级CCD47-10B进行了实际测试,并分析了测量的不确定度。结果表明:相对光谱响应测试覆盖光谱范围400~1 000 nm,不确定度为4.37%。光电转换参数测试装置距离光源出口23 mm处照度覆盖动态范围0~235 lx,80 mm范围内照度均匀性达到99%,测试不确定度为4.9%。该系统可用于航天级CCD的光电参数测试及芯片甄选。     

光相位延迟器延迟量的智能化测量

从琼斯矩阵理论出发，利用偏振镜、分束器和锁相放大器以及微处理器，搭建了测试系统，实现了数据的自动化处理。利用闭环反馈控制系统和高精度步进马达，对旋转角度进行了反馈控制，利用Si光电探测器，使用范围覆盖近紫外到近红外，创建的测量系统具有测量精度高，重复性好，自动化程度高，操作简单的特点。经过对菲涅耳菱体型相位延迟器件的测试，测量误差小于0．3％。该系统也可以用来测量其他类型器件的相位延迟，在偏光测试领域有着广泛的应用。     

空间光学遥感器大型分束棱镜支撑结构设计

分束棱镜是大型空间遥感器分离光束的重要部件。为解决空间遥感器中大型分束棱镜的支撑问题,对尺寸为200mm×200mm×200mm的分束棱镜的支撑结构展开研究。提出基于半运动学支撑和被动温度补偿原理的立方分束棱镜支撑结构,建立棱镜的接触约束,模拟边界条件的非线性,利用非线性有限元方法进行工程分析,最后分析验证。结果显示,在自重与±15℃稳态温度变化耦合作用下分束棱镜通光面面形误差PV值优于73.2nm,RMS值优于12nm;棱镜组件的一阶固有频率达到183Hz;表明该分束棱镜支撑结构方案设计合理,能够满足空间环境下对其结构刚度与热稳定性的要求。     

基于绝缘体上硅脊型纳米线光波导方向耦合器的TE/TM偏振分束器

利用有限元方法和时域有限差分方法,优化设计了一种结构紧凑的基于绝缘体上硅脊型纳米线光波导方向耦合器的TE/TM偏振分束器。考虑到方向耦合器的波导间隙较小时制作工艺较为困难,且模式失配会引入一些损耗,因此波导间隙取约100nm较为合适。通过优化脊型纳米线光波导的几何尺寸(脊高和脊宽)、耦合区波导间隙,使得偏振分束器长度最短。数值计算结果表明经过优化的偏振分束器最短长度大约为17.3μm,偏振分束器的消光比大于15dB时,波导宽度制作容差为-20～10nm,带宽约为50nm。