[发明专利]一种基于气体吸收特征谱的红外光谱定标器

说明书

本发明公开了一种基于气体吸收特征谱的红外光谱定标器，由面黑体辐射体、辐射体温度控制器、抛物镜PM1、抛物镜PM2、抛物镜PM3、抛物镜PM4、双面反射镜、红外窗口镜、气体舱、抽气阀门、充气阀门和隔热波纹管构成。面黑体辐射体和辐射体温度控制器构成红外辐射源。抛物镜PM1、抛物镜PM2、抛物镜PM3、抛物镜PM4和双面反射镜构成的长光程光路系统。面黑体辐射体与红外窗口镜、气体舱、抽气阀门、充气阀门和隔热波纹管构成密闭气体室，室内充特定低压气体。面黑体辐射体发出的红外辐射，经长光程光路系统，被气体室内的低压气体特征吸收，由红外窗口镜出射后，形成携带气体特征吸收信息的红外辐射信号，用于超高光谱分辨率红外光谱仪高精度光谱定标。

技术领域

本发明涉及红外光谱仪定标技术领域，具体是涉及一种基于气体特征吸收谱的红外光谱定标器，用于超高光谱分辨率红外光谱仪高精度光谱定标。

背景技术

对于红外光谱仪，按照分光方式来分，主要包括窄带滤光片式、光栅式和干涉式光谱仪。窄带滤光片式光谱仪主要缺点是其光谱分辨率受到窄带滤光片的带宽限制，不能获得很高的光谱分辨率。光栅式光谱仪能实现较高光谱分辨率，获取信息的速度快，但很难实现宽带连续的超高光谱探测；干涉式光谱仪(傅里叶变换光谱仪)具有超高的光谱分辨率、高的光谱稳定度、超宽连续谱段和高的光学效率等优点，被广泛的应用于大气探测、环境监测、星际探测、军事侦察等不同的应用领域。例如，在大气遥感探测领域，目前国内外都在极力发展红外傅里叶变换光谱探测仪技术。国际上，在轨运行的红外傅里叶变换光谱探测仪如法国的IASI、美国的CrIS、德国的MIPAS、加拿大的ACE、美国的TES和日本的TANSO等。我国2016年发射升空的风云四号气象卫星—干涉式大气垂直探测仪(GIIRS)和2017年发射升空的风云三号气象卫星D星—红外高光谱大气探测仪，也都是红外傅里叶变换光谱仪。

随着红外光谱探测类遥感仪器的应用技术的发展，数据的定量化要求也越来越高，这就对红外傅里叶变换光谱仪的定标精度提出了新的挑战。红外傅里叶变换光谱仪定标分为辐射定标和光谱定标。红外傅里叶变换光谱仪探测辐射量的大小与光谱位置和线型密切相关，即准确的仪器辐射定标必须有准确的光谱通道定位。光谱定标就是要确定仪器线形函数ILS(Instrument Line Shape)和中心波数的定位。因此，红外傅里叶变换光谱仪实现高精度光谱定标的关键是建立标准谱线源。

目前，红外傅里叶变换光谱仪光谱定标源主要包括：稳频红外激光器和黑体辐射源+气体吸收室。稳频红外激光器输出的红外激光输出功率高、谱线宽度极窄，适合ILS和单一波长的光谱定标，但由于稳频红外激光器输出谱线单一，波长需要通过高精度波长计进行传递，导致光谱定标误差较大。黑体辐射源+气体吸收室作为光谱定标源，是利用气体室内特定气体(如NH₃、CO和CH₄等)的特征吸收谱作为光谱定标的标准。在一定的温度和压强下，气体吸收谱(NH₃、CO和CH₄归一化特征吸收谱分别如图2、图3和图4所示)是气体的物质特征，是光谱定标的标准。同时，采用气体吸收谱线的多条孤立吸收峰进行光谱定标，可有效减小非线性带来的误差，提高光谱定标精度。