[发明专利]一种光谱响应度校准方法及其装置

说明书

【技术领域】

本发明属于光辐射测量领域，具体涉及一种光谱响应度校准方法以及装置。

【背景技术】

光谱响应度是是光辐射探测器的基本性能之一，它表征了光辐射探测器对不同波长入射辐射的响应程度。光辐射探测器只有经光谱响应度校准后才能用于绝对光谱值的测量，光谱响应度校准不确定度的大小是决定光辐射探测器测量结果准确度的关键。

光谱响应度校准一般有基于标准辐射源和基于标准探测装置两种方法。长期以来光谱辐射量的标准是建立在辐射源(黑体和不同等级的标准灯)基础上的，但是其精度已不能适应高精度计量领域日益发展的要求。为了确保校准量值的置信度，标准探测装置需要在严格设计的校准装置中对待校探测装置的光谱响应度进行校准，目前典型的校准装置包括基于光源-单色仪的光谱比较系统（Spectral Comparator Facility，SCF）以及基于可调谐激光器的均匀光源光谱辐照度、光谱辐亮度校准系统（Spectral Irradiance and Radiance Calibration with Uniform Sources，SIRCUS）。

SCF系统以普通光源和单色仪组合作为辐射源，由于普通光源的功率较低，单色仪输出的单色光光线能量较弱，难以被精确探测和测量，只能采取将单色仪输出的光线采用聚焦成像等方式聚焦到探测器上进行探测，但这种方案中，光束和探测器的不均匀性对测量结果的不确定度有很大影响，且成像结构复杂，引入的杂散光较大，功率响应误差大；更为重要的是，由于聚焦成像测量的均为功率响应值，无法直接进行光谱辐亮度和光谱辐照度的校准。

SIRCUS系统采用多套可调谐激光器提供高功率单色光，经功率稳定、频谱分析、波长测量、斩波等过程后，与多个尺寸不同的积分球结合获得均匀分布的稳定辐射源，虽然该系统可直接进行功率、光谱辐照度和光谱辐亮度响应值的校准，但不同量值的校准，需要切入不同尺寸的积分球，操作不方便；此外，其频谱分析和波长测量也引入了Michelson和Fabry–Perot干涉仪等精密器件，不仅结构复杂，且多套可调谐激光器、干涉仪和多个积分球等使用和维护成本极高，至今仍不能实现推广应用，即使在国家最高计量机构，也难以负担。

【发明内容】

为了克服现有技术的不足，本发明基于标准探测装置的比较法，提供一种设计精巧、成本低、校准不确定度小且校准量值齐全的光谱响应度校准装置及一种光谱灵敏度校准的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种光谱响应度校准方法，其特征在于，利用波长连续可调的单波长辐射源、混光器、可在待校波段内输出一个以上离散波长激光的激光装置以及标准探测装置，实现待校探测装置光谱响应度校准：

在待校波段内，单波长辐射源发出的单色光或激光装置发出的离散波长激光经混光器混光后，分别入射到待校探测装置和已知光谱响应度的标准探测装置中；

依次比较在单波长辐射源发出的同一单色光入射时的待校探测装置与标准探测装置的响应值，结合标准探测装置的绝对光谱响应度，即可计算出待校探测装置的光谱响应度曲线；

依次比较在激光装置发出的同一离散波长激光入射时的待校探测装置与标准探测装置的响应值，结合标准探测装置的绝对光谱响应度，即可计算出待校探测装置的离散光谱响应度；

利用待校探测装置的离散光谱响应度校正光谱响应度曲线。

在本发明中，连续可调的单色光源在整个待校波段内依次产生不同波长的单色光，经混光器混光后作为主要光源；激光装置所产生的激光为待校波段内的一个或多个波长的单色光，经混光器混光后作为辅助光源。混光后的光源发光面亮度分布均匀，接近于理想朗伯体辐射源，可同时实现光谱辐照度、光谱辐亮度、光谱辐射功率等绝对量值的校准。在待校波段内，利用标准探测装置和待校探测装置测得的单波长辐射源发出的单色光的测量结果，获得待校探测装置的光谱响应度曲线，再利用标准探测装置和待校探测装置测量离散波长激光的测量结果，获得待校探测装置的离散光谱响应度。相比于主光源，激光的波长准确度高，功率也较高，基于激光装置的辅助光源可以使待校探测装置更加准确地响应各波长单色光的信号，进而获得待校探测装置更加准确的离散光谱响应度，即待校探测装置对各个离散波长的光谱响应情况。利用待校探测装置的离散光谱响应度修正光谱响应度曲线，可以获得待校探测装置在整个待校波段范围内的准确的绝对光谱响应度。本发明中的标准/待校探测装置优选为光辐射探测器，但也可以为其它探测装置。