基于参量下转换的3.39 μm中红外辐射源定标实验

介绍了一种新型的基于参量下转换实现红外辐射源绝对辐亮度的定标方法。参量下转换过程产生0.631m和3.39m波段的一对相关光子,通过测量自发参量下转换和受激参量下转换两个过程中在0.631m波段光子的计数比值,可以获取3.39m的单位模式平均光子数,并进一步导出红外光源的辐亮度。介绍了定标原理、实验装置,分析了主要的测量不确定性因素,定标结果表明OPO激光器光谱辐亮度的合成标准不确定优于1.18%。初步证实了通过探测可见波段光子计数实现红外辐射源的辐亮度定标的原理可行性。研究结果将有望应用于基于受激参量下转换的红外波段高精度定标以及红外OPO激光器等领域。     

基于受激参量下转换的红外标准传递辐射计定标技术

基于受激参量下转换过程产生光子的相关特性,构建了一套无需制冷且只利用可见光探测器即可实现红外标准传递辐射测量的系统。首先详细描述了该红外标准传递辐射计系统的工作原理,接着利用标准黑体拟合获取了该系统的定标系数,由此得到红外标准传递辐射计温度与待测黑体响应值的关系,最后通过与水浴黑体在相同温度点的响应值所反演获取的辐射温度作比较,进一步评估和验证了该红外标准传递辐射计系统的不确定度。实验结果表明:该红外标准传递辐射计测量水浴黑体辐亮度的联合不确定度为1.64%,表明该红外标准传递辐射计可作为标准黑体到用户传感器的传递标准。     

基于相关光子定标光电探测器量子效率的基本模型

相关光子是由强激光泵浦非线性晶体的自发参量下转换效应产生的。从两方面阐述了对探测器量子效率的定标,包括对光子计数型探测器和模拟探测器。针对每一方面详细地介绍了目前主流的定标方案,并给出了其详细的理论表达式及实验方案。根据理论分析其优点及缺点,并与传统的定标方法进行比较。重点对模拟探测器量子效率的定标在不同方案下的应用范围及表达式进行总结,总结了对探测器定标的最新进展,分析了这些方法的基本思想。提出下一步研究方向及可实现的方法,展望该领域的发展前景。     

参量下转换辐射定标技术研究进展

目前光学遥感器定标一般都需要建立高精度的初级标准,然后以一定的比较链传递到用户传感器,初级标准精度和标准传递环节是测量不确定度的主要来源。结合国内外近几年开展的参量下转换定标方法、理论和实验结果,指出参量下转换作为绝对辐射定标的标准光源和标准探测器的自身优势。根据参量下转换定标技术向实际应用发展的需要,介绍参量下转换辐射定标技术向宽波段、模拟探测器定标方面发展的必要性、技术难点和解决途径。     

太阳辐射计实验室定标方法

太阳辐射计是全球AERONET站点最重要的观测设备,为获取全球气溶胶时空分布提供了大量的观测数据。研究一种直接溯源于低温绝对辐射计的高精度定标方法,可以在实验室环境条件下获得太阳辐射计的直射通道和天空漫射通道的定标系数,详细介绍了太阳辐射计实验室定标原理、实验装置,在太阳辐射计的主要工作波段扫描获得绝对光谱响应度定标曲线,并对测量结果进行了不确定度分析。结果表明,天空漫射通道的定标不确定度低于0.8%,太阳直射通道的定标不确定度低于2.06%。     

溯源于低温辐射计的1064nm波段探测器绝对光谱响应度定标

标准传递探测器在红外波段的绝对光谱响应度定标不确定度较大且难以降低,其主要影响因子是窗口透过率的测量不确定度,该项因子是由布儒斯特窗口的状态复现引入。给出了陷阱型标准传递探测器在1 064 nm波段溯源于低温绝对辐射计的定标实验过程和结果。介绍了低温辐射计新型Y型定标光路,该光路消除了低温辐射计窗口反射损耗引入的不确定性。实验测试了探测器在1 064 nm波段的线性、空间响应均匀性、稳定性和空间偏振非敏感性。结果表明:传递探测器绝对光谱响应度定标的不确定度优于0.023%,响应度重复性的实验结果表明了Y型低温辐射计定标光路改造的可行性。     

低温绝对辐射计不同定标光路的比对实验

低温辐射计是当前光辐射功率计量的最高标准,其测量精度的评价可以通过不同低温辐射计之间的比对来完成。开展了不同定标光路的低温辐射计比对实验。实验采用中国科学院安徽光学精密机械研究所研制的陷阱探测器作为传递标准,在633 nm波段对传递探测器的光谱响应度进行了绝对标定。比对结果表明,传递探测器的绝对光谱响应度的测量一致性为3.610-3,定标总合成不确定度为3.310-4(k=1),实验结果验证了两家单位低温绝对辐射计定标系统的可靠性和高精度。     

Ⅰ类非共线SPDC光谱分布数值模拟及实验研究

针对近些年发展的相关光子定标方法在光学计量方面的应用需求,在理论上分析了Ⅰ类非共线自发参量下转换(SPDC)光谱的分布,并考虑完全相位匹配和相位失配两种情况下,355nm连续激光光源泵浦Ⅰ类非共线BBO晶体产生自发参量下转换信号光的分布曲线。数值模拟结果表明,这两种情况下,Ⅰ类非共线SPDC产生的光谱分布一致。最后设计了SPDC光谱分布测量实验,实验表明,Ⅰ类非共线SPDC光谱分布与数值模拟结果相同。     

双通道热红外标准辐亮度计定标方法研究

黑体辐射源作为初级标准,其辐射特性的测量精度决定了整个标准传递链路的不确定度。为了提高黑体的辐亮度测量精度,研制了一台可直接观测黑体辐亮度的双通道热红外标准辐亮度计。根据仪器的工作原理,采用自行研制的高精度水浴黑体获取标准辐亮度计的定标系数。实验结果表明,该辐亮度计的1 h信号非稳定性优于0.3%,定标系数拟合不确定度优于1.23%,5 m通道整体不确定度为0.39%,10 m通道整体不确定度为1.3%。可实现黑体辐亮度与实验室辐射标准之间的传递。     

基于相关光子宽谱段自校准辐射基准源的定标新方法

针对我国空间科学的未来发展和应用需求,以及目前星上定标和在轨定标方法的局限性,提出一种基于自发参量下转换效应的自校准宽谱段（450~1500 nm）辐射基准源设计方案。该辐射基准源系统主要由宽波段参量下转换、观测与自校准复用光路、多路光子计数与符合探测、信号采集与测量控制等4个主要功能模块构成。辐射基准源兼有星上自校准和自主观测功能,能够在不依赖于外部基准的条件下实现高精度的自校准,保障对地高精度观测,为其他卫星有效载荷提供高精度的量值传递标准。