CN113686428B - 一种低温辐射计吸收腔 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光学计量技术领域，公开了一种低温辐射计吸收腔，包括：离轴椭球面光阑、斜口‑斜底圆柱腔、斜底面；离轴椭球面光阑采用在离轴椭球面开圆孔制作；斜口‑斜底圆柱腔采用圆柱腔线切割制作，斜口‑斜底圆柱腔一端为斜口，另一端为斜底；斜底面为椭圆形；离轴椭球面光阑的切面与斜口‑斜底圆柱腔的斜口端面重合并连接，斜底面与斜口‑斜底圆柱腔的斜底端面重合并连接。本发明采用离轴球面光阑，光阑与腔体的连接面与圆柱的轴线之间夹角和吸收腔斜底所在平面与圆柱的轴线之间夹角互余，形成多次反射结构，减少入射到腔中的辐射通过镜面反射和漫反射溢出腔外，从而有效形成光陷阱，使入射到腔中的辐射经过多次反射后被近似完全吸收。
Description
技术领域
本发明属于光学计量技术领域，涉及一种低温辐射计吸收腔，尤其涉及一种用于光辐射基准的低温辐射计吸收腔。
背景技术
低温辐射计广泛应用于辐射测量学、光辐射计量学、光谱学和天体物理学等领域。尤其在光辐射计量领域，低温辐射计已经成为辐射源和辐射探测器共同溯源的基准，光辐射计量的重要单位都可以与低温辐射计建立联系并由此提高相应量的测量准确度。低温辐射计是集光、机、电、算于一体的高精尖光功率测量仪器，其工作原理和绝对辐射计是相同的，由于工作在液氦温度，所以突破了环境和材料的限制，不确定度比常温绝对辐射计降低约一个量级。
吸收腔作为低温辐射计的光辐射接收器件其根本目的是形成光陷阱，使入射到腔中的辐射经过多次反射后被近似完全吸收。目前低温辐射计的吸收腔主要有带斜底面的圆锥腔和带斜底面的圆柱腔，在相同腔长和开口面积条件下，带斜底面的圆锥腔吸收率高于带斜底面的圆柱腔，但目前喷涂工艺难以满足圆锥腔对高吸收率涂黑要求。对于圆柱腔，在斜底面倾角以及内壁涂黑确定时，随着吸收腔长的增加，吸收腔内表面积与开口面积的比值增大，吸收率单调增高。同时吸收腔光阑的使用可以进一步提高腔体的吸收率。
中国专利公告号CN 106768372 B公开了一种低温辐射计黑体腔，包括由正圆锥侧面、圆柱侧面、斜底面连接组成的腔体，其中采用正圆锥侧面作为黑体腔入射口径的光阑，该设计与无圆锥挡光设计情况下相比可减少腔体内部部分漫反射光溢出腔外，但对溢出腔外的腔体内部镜面反射光抑制效果甚微。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：针对高精度光功率测量需求，提供一种低温辐射计吸收腔。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种低温辐射计吸收腔，包括离轴椭球面光阑1、斜口-斜底圆柱腔2、斜底面3。
所述离轴椭球面光阑1采用在离轴椭球面开圆孔制作形成，离轴椭球面离轴量为α，切面长轴长度l1为短轴长度l2的二倍，离轴椭球面切面与斜口-斜底圆柱腔2的斜口面重合，圆孔孔径中心轴与圆柱的轴线重合，圆孔直径长度d为切面短轴长度l2的一半；
所述斜口-斜底圆柱腔2采用圆柱腔线切割制作形成，圆柱腔内径长度l3等于离轴椭球面光阑1切面短轴长度l2，斜口所在平面与圆柱腔的轴线之间夹角为α，斜底所在平面与圆柱腔的轴线之间夹角为β，且满足α+β＝90°；
所述斜底面3为椭圆形，椭圆面与圆柱腔的轴线之间夹角为β，短轴长度l4等于圆柱腔内径长度l3，长轴长度为l5，且满足l5＝l4/sinβ。
所述离轴椭球面光阑1、斜口-斜底圆柱腔2和斜底面3均采用电解铜制作。
所述离轴椭球面光阑1、斜口-斜底圆柱腔2和斜底面3的内表面均涂装碳纳米管阵列涂层。
所述离轴椭球面光阑1、圆柱腔斜口、圆柱腔斜底和斜底面3外圈均设计加工椭圆环状法兰，环状法兰宽度为h，采用扩散焊方式实现离轴椭球面光阑与圆柱腔斜口之间的和圆柱腔斜底与斜底面之间的分别连接。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的低温辐射计吸收腔，具有以下有益效果：
(1)采用离轴球面光阑，光阑与腔体的连接面与圆柱的轴线之间夹角和吸收腔斜底所在平面与圆柱的轴线之间夹角互余，形成多次反射结构，减少入射到腔中的辐射通过镜面反射和漫反射溢出腔外，从而有效形成光陷阱，使入射到腔中的辐射经过多次反射后被近似完全吸收。
(2)离轴椭球面光阑、圆柱腔斜口、圆柱腔斜底和斜底面外圈均设计加工椭圆环状法兰，采用扩散焊方式进行连接形成低温辐射计吸收腔，在保证吸收腔一体性、密封性的同时可避免损伤涂层。
附图说明
图1是本发明一种低温辐射计吸收腔的组成示意图。
图2是本发明一种低温辐射计吸收腔的结构图。
图3是本发明离轴球面光阑结构图。
图4是本发明斜口—斜底圆柱腔正视组成示意图。
图5是本发明斜口—斜底圆柱腔结构图。
图6是本发明斜底面结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1和u2所示，本发明实施例由离轴椭球面光阑1、斜口-斜底圆柱腔2、斜底面3组成。
如图3所示，离轴椭球面光阑1使用0.1mm厚电解铜材料，采用在离轴椭球面上开圆孔制作形成，外圈设计加工椭圆环状法兰，环状法兰宽度1mm，内壁涂覆碳纳米管阵列涂层，离轴椭球面离轴量30°，切面长轴为20mm，短轴为10mm。如图1、图2所示，离轴椭球面切面与斜口-斜底圆柱腔2的斜口面重合，圆孔孔径中心轴与圆柱腔的轴线重合，圆孔直径5mm。
如图4、图5所示，斜口-斜底圆柱腔2使用0.1mm厚电解铜材料，采用圆柱腔线切割制作形成，内壁涂覆碳纳米管阵列涂层，斜口和斜底外圈均设计加工椭圆环状法兰，环状法兰宽度1mm，圆柱腔长40mm，内腔直径为10mm，斜口所在平面与圆柱的轴线之间夹角30°，斜底所在平面与圆柱的轴线之间夹角60°；
如图6所示，斜底面使用0.1mm厚电解铜材料制作，内壁涂覆碳纳米管阵列涂层，为椭圆形，长轴为14.14mm，短轴为10mm，外圈设计加工椭圆环状法兰，环状法兰宽度1mm，如图1、图2所示，斜底与圆柱的轴线之间夹角60°，斜底面与斜口-斜底圆柱腔斜底重合；
采用扩散焊方式连接离轴椭球面光阑1的环状法兰和斜口-斜底圆柱腔2斜口环状法兰，连接斜口-斜底圆柱腔2斜底环状法兰和斜底面法兰，如图2所示，形成低温辐射计吸收腔。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种低温辐射计吸收腔，其特征在于，包括：离轴椭球面光阑1、斜口-斜底圆柱腔2、斜底面3；所述离轴椭球面光阑1采用在离轴椭球面开圆孔制作形成；所述斜口-斜底圆柱腔2采用圆柱腔线切割制作形成，斜口-斜底圆柱腔2一端为斜口，另一端为斜底；斜底面3为椭圆形；离轴椭球面光阑1的切面与斜口-斜底圆柱腔2的斜口端面重合并连接，斜底面3与斜口-斜底圆柱腔2的斜底端面重合并连接。
2.如权利要求1所述的低温辐射计吸收腔，其特征在于，所述离轴椭球面光阑1的切面长轴长度l1为短轴长度l2的二倍，圆孔孔径中心轴与圆柱的轴线重合，圆孔直径长度d为切面短轴长度l2的一半。
3.如权利要求2所述的低温辐射计吸收腔，其特征在于，所述斜口-斜底圆柱腔2的圆柱腔内径长度l3等于离轴椭球面光阑1切面短轴长度l2。
4.如权利要求3所述的低温辐射计吸收腔，其特征在于，所述离轴椭球面离轴量为α，斜口所在平面与圆柱腔的轴线之间夹角为α，斜底所在平面与圆柱腔的轴线之间夹角为β，斜底面3为椭圆面与圆柱腔的轴线之间夹角为β，满足α+β＝90°。
5.如权利要求4所述的低温辐射计吸收腔，其特征在于，所述斜底面3的短轴长度l4等于圆柱腔内径长度l3，长轴长度为l5，满足l5＝l4/sinβ。
6.如权利要求5所述的低温辐射计吸收腔，其特征在于，所述离轴椭球面光阑1、斜口-斜底圆柱腔2和斜底面3均采用电解铜制作。
7.如权利要求5所述的低温辐射计吸收腔，其特征在于，所述离轴椭球面光阑1、斜口-斜底圆柱腔2和斜底面3的内表面均涂装碳纳米管阵列涂层。
8.如权利要求5所述的低温辐射计吸收腔，其特征在于，所述离轴椭球面光阑1、圆柱腔斜口、圆柱腔斜底和斜底面3外圈均设计加工椭圆环状法兰，环状法兰宽度为h，采用扩散焊方式实现离轴椭球面光阑与圆柱腔斜口之间、圆柱腔斜底与斜底面之间分别连接。
9.如权利要求5所述的低温辐射计吸收腔，其特征在于，α＝30°，β＝60°，l1为20mm，l2为10mm，l3为10mm，l4为10mm，l5为14.14mm。
10.如权利要求1-9中任一项所述的低温辐射计吸收腔在光学计量技术领域中的应用。
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