CN109506774A - 一种低温辐射计黑体腔光束对准装置及对准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温辐射计黑体腔光束对准装置及对准方法，属于光辐射功率测量领域，包括离轴抛物面镜、离轴抛物面镜底座、低温辐射计黑体腔、四象限探测器、直流放大器和隔热基座；其中，离轴抛物面镜安装在离轴抛物面镜底座上，离轴抛物面镜的镜面中心设置有离轴抛物面镜中心孔，离轴抛物面镜与低温辐射计黑体腔共轴安装，且两者紧贴放置，四象限探测器安装在隔热基座上。本发明的离轴抛物面镜与低温辐射计黑体腔共轴安装，当光束调整到离轴抛物面镜的镜面中心时，可最大限度保证光束在低温辐射计黑体腔轴线位置，并正入射；进入低温辐射计的激光光束为空间滤波后的线偏振准直光束，光束质量极好，杂散光较少。
Description
技术领域
本发明属于光辐射功率测量领域，具体涉及一种低温辐射计黑体腔光束对准装置及对准方法。
背景技术
低温辐射计是目前国际公认的光辐射功率测量最高计量基准，利用低温、真空和超导技术，将光辐射功率测量完全等效为电功率测量，其测量不确定度优于10-5量级。在空间载荷、遥感成像、气候变化、环境监测等领域发挥了基础性的关键作用。
基于电替代测量技术约在1891年提出，用于对普朗克定律的验证。上世纪90年代，英国NPL、美国NIST和德国PTB等国际计量机构相继研制出电替代测量的低温辐射计，建立了光辐射功率测量基标准。由于低温辐射计测量精度较高，杂散光对测量准确度将产生很大影响。国外计量技术机构在研制低温辐射计时，相继开展了低温辐射计黑体腔光束对准技术研究工作。英国NPL采用在黑体腔前放置中心开孔四象限探测器(A mechanicallycooled portable cryogenic radiometer，1995Metrologia 32 581)，用以进行光束对准定位和杂散光测量。该方案结构简单，但需要定制适用于低温下的中心开孔四象限探测器，这成为限制该方案使用的最大难点。国内低温辐射计研制较晚，目前还没有开展相关实施技术的研究工作。
低温辐射计黑体腔多采用圆柱腔结构，被测光辐射经布儒斯特窗后垂直入射到黑体腔底面，经多次反射后被黑体腔吸收，将光辐射测量完全等效为电功率测量。目前低温辐射计黑体腔光束对准存在以下问题：(1)光辐射是否入射到黑体腔口径平面中心；(2)低温辐射计黑体腔光辐射对准难以进行精确量化调节。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种低温辐射计黑体腔光束对准装置及对准方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的实用性和可操作性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种低温辐射计黑体腔光束对准装置，包括离轴抛物面镜、离轴抛物面镜底座、低温辐射计黑体腔、四象限探测器、直流放大器和隔热基座；其中，离轴抛物面镜安装在离轴抛物面镜底座上，离轴抛物面镜的镜面中心设置有离轴抛物面镜中心孔，离轴抛物面镜与低温辐射计黑体腔共轴安装，且两者紧贴放置，四象限探测器安装在隔热基座上，离轴抛物面镜的反射焦点位于四象限探测器的光敏面，四象限探测器外接四路直流放大器；
离轴抛物面镜中心孔，被配置为用于作为入射孔径光阑，阻挡杂散光进入低温辐射计黑体腔；
直流放大器，被配置为用于对四象限探测器的每个象限输出的直流电信号进行104～107倍的放大，方便信号采集与显示。
优选地，离轴抛物面镜采用微晶玻璃材料，其反射面被抛光并镀有金层。
优选地，离轴抛物面镜底座选用中心开孔纯铜材料，外表面镀有金层，与离轴抛物面镜中心孔保持同轴。
优选地，隔热基座选用环氧树脂玻璃纤维布复合材料。
此外，本发明还提到一种低温辐射计黑体腔光束对准方法，该方法采用如上所述的一种低温辐射计黑体腔光束对准装置，具体包括如下步骤：
步骤1：经空间滤波后线偏振准直的激光光束经过布儒斯特窗后，沿离轴抛物面镜的轴线水平入射，穿过离轴抛物面镜中心孔，进入低温辐射计黑体腔；
步骤2：激光光束杂散光入射到离轴抛物面镜的反射面上，经离轴抛物面镜的反射，聚焦后，入射到放置在隔热基座上的四象限探测器的中心位置；
步骤3：通过四象限探测器连接的四路直流放大器，对每个象限输出的电信号进行104～107倍的放大；
步骤4：通过读取四象限探测器的各个象限的数值，判断激光光束偏离黑体腔的轴线的量值，进而对激光光束位置进行调整。
本发明所带来的有益技术效果：
1)离轴抛物面镜与低温辐射计黑体腔共轴安装，且两者紧贴放置，当光束调整到离轴抛物面镜的镜面中心时，可最大限度保证光束在低温辐射计黑体腔轴线位置，并正入射；
2)进入低温辐射计的激光光束为空间滤波后的线偏振准直光束，光束质量极好，杂散光在纳瓦量级，因此，离轴抛物面镜收集的杂散光反射到四象限探测器，还需要对响应信号进行放大处理，一般需要进行104～107倍的放大，便于进行光束方位识别和调整；
3)微晶玻璃具有极小的温度膨胀系数，低温辐射计降温过程可大幅减小抛物面镜形变对光束定位的影响；
4)离轴抛物面镜反射面被抛光并镀有金层，使得离轴抛物面镜在光谱范围：490nm～20μm具有大于96％的反射率，可最大限度反射杂散光；
5)低温辐射计黑体腔一般安装于纯铜材料的热沉板上，为保证离轴抛物面镜与低温辐射计黑体腔具有相同的温度膨胀系数，离轴抛物面镜基座选用纯铜材料；
6)四象限探测器安装基座选用隔热效果极好的G10材料(环氧树脂玻璃纤维布复合材料)，可保证四象限探测器工作于合适温区。
附图说明
图1为一种低温辐射计黑体腔光束对准装置的结构示意图；
其中，1-离轴抛物面镜轴线；2-离轴抛物面镜；3-离轴抛物面镜底座；4-低温辐射计黑体腔；5-离轴抛物面镜中心孔；6-反射光束轴线；7-四象限探测器；8-隔热基座；9-直流放大器；
图2为离轴抛物面镜的左视图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
实施例1：
如图1所示，一种低温辐射计黑体腔光束对准装置，包括离轴抛物面镜2、离轴抛物面镜底座3、低温辐射计黑体腔4、四象限探测器7和隔热基座8；其中，离轴抛物面镜2安装在离轴抛物面镜底座3上，离轴抛物面镜2的镜面中心设置有离轴抛物面镜中心孔5，离轴抛物面镜2与低温辐射计黑体腔4共轴安装，且两者紧贴放置，四象限探测器7安装在隔热基座8上，离轴抛物面镜2的反射焦点位于四象限探测器7的光敏面，四象限探测器7连接四路直流放大器9；
离轴抛物面镜中心孔5，被配置为用于作为入射孔径光阑孔，阻挡杂散光进入低温辐射计黑体腔4；
直流放大器9，被配置为用于对四象限探测器7的每个象限输出的电信号进行104～107倍的放大。
离轴抛物面镜2采用微晶玻璃材料，其反射面被抛光并镀有金层。
离轴抛物面镜基底3选用中心开孔纯铜材料，外表面镀有金层，与离轴抛物面镜中心孔5保持一致。
隔热基座8选用环氧树脂玻璃纤维布复合材料。
实施例2
在上述实施例1的基础上，本发明还提到一种低温辐射计黑体腔光束对准方法，具体过程如下：经空间滤波后线偏振准直的激光光束经过布儒斯特窗后，沿离轴抛物面镜轴线1水平入射，穿过抛物面镜中心孔5，进入低温辐射计黑体腔4，离轴抛物面镜轴线与低温辐射计黑体腔4共轴安装；激光光束杂散光入射到离轴抛物面镜2的反射面上；经离轴抛物面镜2的反射，聚焦后，入射到放置在隔热基座8上的四象限探测器7的中心位置，四象限探测器7连接四路直流放大器9，对每个象限输出的电信号进行104～107倍的放大，通过四象限探测器7的各个象限的读数大小，判断激光光束偏离低温辐射计黑体腔4的轴线的量值，进而对光束进行调整定位。
本发明的关键点：
1)采用中心开孔离轴抛物面镜-四象限探测器组合型结构；
2)离轴抛物面镜采用微晶玻璃材料，反射面高精度抛光并镀金；
3)离轴抛物面镜底座采用纯铜材料，外表面镀有金层；
4)四象限探测器隔热基座选用G10(环氧树脂玻璃纤维布复合材料)。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种低温辐射计黑体腔光束对准装置，其特征在于：包括离轴抛物面镜、离轴抛物面镜底座、低温辐射计黑体腔、四象限探测器、直流放大器和隔热基座；其中，离轴抛物面镜安装在离轴抛物面镜底座上，离轴抛物面镜的镜面中心设置有离轴抛物面镜中心孔，离轴抛物面镜与低温辐射计黑体腔共轴安装，且两者紧贴放置，四象限探测器安装在隔热基座上，离轴抛物面镜的反射焦点位于四象限探测器的光敏面，四象限探测器连接四路直流放大器；
离轴抛物面镜中心孔，被配置为用于作为入射孔径光阑，阻挡杂散光进入低温辐射计黑体腔；
直流放大器，被配置为用于对四象限探测器的每个象限输出的直流电信号进行104～107倍的放大，方便信号采集与显示。
2.根据权利要求1所述的低温辐射计黑体腔光束对准装置，其特征在于：离轴抛物面镜采用微晶玻璃材料，其反射面被抛光并镀有金层。
3.根据权利要求1所述的低温辐射计黑体腔光束对准装置，其特征在于：离轴抛物面镜底座选用中心开孔纯铜材料，外表面镀有金层，与离轴抛物面镜中心孔保持同轴。
4.根据权利要求1所述的低温辐射计黑体腔光束对准装置，其特征在于：隔热基座选用环氧树脂玻璃纤维布复合材料。
5.一种低温辐射计黑体腔光束对准方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的一种低温辐射计黑体腔光束对准装置，具体包括如下步骤：
步骤1：经空间滤波后线偏振准直的激光光束经过布儒斯特窗后，沿离轴抛物面镜的轴线水平入射，穿过离轴抛物面镜中心孔，进入低温辐射计黑体腔；
步骤2：激光光束杂散光入射到离轴抛物面镜的反射面上，经离轴抛物面镜的反射，聚焦后，入射到放置在隔热基座上的四象限探测器的中心位置；
步骤3：通过四象限探测器连接的四路直流放大器，对每个象限输出的电信号进行104～107倍的放大；
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190322 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |