CN203274912U - 一种光辐射校准装置 - Google Patents

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杨乐臣
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Abstract

本实用新型提出了一种光辐射校准装置，包括：主光路单元、激光辐射稳定系统、真空系统和低温辐射计；所述主光路单元包括光源、光纤波分复用器和光束整形器，光源输出的光信号经过光纤波分复用器和光束整形器后输入到所述激光辐射稳定系统；所述激光辐射稳定系统包括第一平移导轨、紫外功率稳定系统、可见功率稳定系统和中红外功率稳定系统；所述激光辐射稳定系统和真空系统之间设置有空间滤波器；所述真空系统包括探测器真空仓和预备真空仓。本实用新型的光辐射校准装置反映探测器在真空环境下的响应度，大大提高低温辐射计对空间应用中光谱辐射校准结果的精度，使得在紫外到红外很宽的波段范围内直接利用低温辐射计进行高精度的校准成为现实。

Description

一种光辐射校准装置
技术领域
本实用新型涉及测试技术领域，特别涉及一种光辐射校准装置。
背景技术
光辐射校准在光辐射测量、空间遥感、气候监测和通讯等领域发挥着关键性的作用。低温辐射计是目前光辐射校准方面精度最高的计量标准，它利用低温、真空及超导技术，利用电替代原理测量光辐射的绝对功率，其测量精度达到了优于10-5数量级。
近年来美国的NIST和英国的NPL等机构发展了以低温辐射计作为绝对光辐射的初级标准，开展了大量的基础性实验研究和技术集成。在国内国防科技工业光电子一级计量站深入开展了以低温辐射计为初级标准，以陷阱探测器为传递标准的光辐射量值传递体系研究。
传统的低温辐射计光辐射入射窗口为布鲁斯特窗口，这种窗口可以消除腔体外部杂散光的干扰，提高光辐射校准的精度。但是每次校准前后要将窗口从低温辐射计上卸下，将窗口恢复到与低温辐射计相同的工作状态，通过测量有窗口和无窗口时的量值来评价窗口的透过率值，实验的测量值要根据透过率值进行修正。窗口从低温辐射计拆下后，其复位存在较大难度，窗口复位的角度和光斑落点位置难以保证与在低温辐射计上完全一致；对于每个工作波段布儒斯特角需要进行调节，调节精度差。在标准传递过程中，低温辐射计的窗口透过率成为影响标准传递过程测量不确定度的主要来源。
目前，紫外到中红外光谱范围内对于光辐射校准的普遍方法是，紫外波段通过标准灯进行传递校准；可见光到近红外波段，基于低温辐射计进行光辐射直接校准；中红外波段通过热探测器或黑体进行传递校准。基于低温辐射计的光辐射直接校准波长范围仅覆盖可见光到近红外波段，难以实现紫外到中红外宽光谱范围光辐射直接校准，导致紫外和中红外波段不确定度很大，精度难以提高。
实用新型内容
本实用新型提出了一种光辐射校准装置，为一种基于低温辐射计的高精度宽光谱光辐射校准装置，解决了目前基于低温辐射计光辐射直接校准波段范围窄、不确定度大、紫外和红外波段精度难以提高等问题。
本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种光辐射校准装置，包括：主光路单元、激光辐射稳定系统、真空系统和低温辐射计；所述主光路单元包括光源、光纤波分复用器和光束整形器，其中，光源包括紫外光源、可见近红外光源和中红外光源，光源输出的光信号经过光纤波分复用器和光束整形器后输入到所述激光辐射稳定系统；所述激光辐射稳定系统包括第一平移导轨、紫外功率稳定系统、可见功率稳定系统和中红外功率稳定系统；所述激光辐射稳定系统和真空系统之间设置有空间滤波器；所述真空系统包括探测器真空仓和预备真空仓，探测器真空仓腔体一端通过第一闸板阀与所述低温辐射计腔体相连，另一端配置有布鲁斯特窗口，预备真空仓腔体通过第二闸板阀与探测器真空仓腔体相连，探测器真空仓与预备真空仓上端都配备观察窗口，所述探测器真空仓与预备真空仓还包括可三维调节的精密位移台和第二平移导轨。
可选地，所述第二平移导轨为高精度平移导轨。
可选地，所述精密位移台和第二平移导轨的数量是多个。
可选地，所述布鲁斯特窗口选用氟化镁光学玻璃。
可选地，所述低温辐射计为闭环机械制冷低温辐射计。
本实用新型的有益效果是：
(1)使待校准探测器处于高真空环境，保证被测器件和低温辐射计处于相同的测量环境，反映真空工作环境下的响应度，更接近于空间应用的环境状态，减小不确定度，提高光辐射校准的精度；
(2)既保留了布鲁斯特窗口可以消除腔体外部杂散光的优点，又消除了窗口透过率测量引入的测量不确定度，这将大大提高低温辐射计对光谱辐射校准结果的精度；
(3)直接消除了腔体布鲁斯特窗口透过率的测量环节，使得在紫外到红外很宽的波段范围内直接利用低温辐射计进行高精度的校准成为现实。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型光辐射校准装置的结构示意图；
图2为图1所示探测器真空仓、预备真空仓与低温辐射计的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型的光辐射校准装置包括主光路单元、激光辐射稳定系统40、真空系统和低温辐射计2。主光路单元包括光源70、光纤波分复用器20和光束整形器30，其中，光源70包括紫外光源71、可见近红外光源72和中红外光源73，光谱范围包含了从紫外一直到中红外。光源70输出的光信号首先要经过光纤波分复用器20，光纤波分复用器20的作用主要是解决多台光源光路调整的问题，因此，只要将光纤波分复用器20输出端口与主光路单元光轴调整好，就可以避免更换波长时重新对准光路。光纤波分复用器20输出的光信号经过光束整形器30，使光信号达到实验所需的要求，然后输入到激光辐射稳定系统40。激光辐射稳定系统40包括平移导轨41、紫外功率稳定系统42、可见功率稳定系统43和中红外功率稳定系统44，对于不同的光波段，选用不同的稳定系统，这样可以保证从紫外到中红外光谱范围内所需波长点激光辐射的稳定性达到10-5数量级。经过功率稳定的光束通过空间滤波器50，最终到达真空系统与低温辐射计2。真空系统包括探测器真空仓3和预备真空仓4，其中，探测器真空仓3腔体一端与低温辐射计2腔体相连，另一端配置装有紫外到中波红外高透过率材料的布鲁斯特窗口1；预备真空仓4腔体与探测器真空仓3腔体相连。
图2所示为探测器真空仓、预备真空仓与低温辐射计的结构示意图。布鲁斯特窗口1与探测器真空仓3相连接，探测器真空仓3与低温辐射计2相连接，中间配备闸板阀10；探测器真空仓3与预备真空仓4通过闸板阀5相连接，探测器真空仓3与预备真空仓4上端都配备观察窗口8。
低温辐射计与真空系统中仍然保留布鲁斯特窗口1，可以消除腔体外部杂散光的干扰，消除窗口透过率测量引入的测量不确定度，提高光辐射校准的精度。布鲁斯特窗口1选用氟化镁(MgF2)光学玻璃，保证紫外到中红外的高透过率。
低温辐射计2采用低温、真空和超导技术，利用电替代原理测量光辐射的绝对功率。入射光使低温辐射计2内部吸收腔的温度升高，达到热平衡后挡住入射光，用电加热产生同样的温升，所需要的电功率就等于实际入射的光辐射。电替代测量是低温辐射计2的核心，闭环机械制冷低温辐射计的电替代过程由主控计算机60自动控制完成。低温辐射计2与探测器真空仓3中间配备闸板阀10，可以方便控制连接处的通断，保证低温辐射计2的高真空环境。
探测器真空仓3是一种真空腔体，将待测探测器6放置于真空腔体中，确保被测器件与低温辐射计2处于相同的测试环境，反映真实工作环境下的响应度。待测探测器6配置精密位移台7和高精度平移导轨9，精密位移台7可以进行三维调节，保证探测器6光敏面中心与光束光轴统一，精密位移台7和高精度平移导轨9的数量可以是多个，图2中的结构仅为示意性的。预备真空仓4与探测器真空仓3通过闸板阀5相连接，更换探测器时先将探测器放置在预备真空仓4的精密位移台7上，然后对预备真空仓4抽真空，待真空度达到要求，打开闸板阀5，通过高精度平移导轨9将待测探测器6送入到探测器真空仓3中，将已经测量完毕的探测器移出探测器真空仓3，送回预备真空仓4中。通过预备真空仓4可以避免破坏探测器真空仓3的高真空环境，减少抽真空的时间，可以提高光辐射校准的效率与精度。探测器真空仓3和预备真空仓4选用真空机组进行抽真空，真空机组采用分子泵机组和离子泵组合，确保光辐射校准装置的高真空度。光辐射校准装置中的控制通过主控计算机60实现，例如控制平移导轨41、平移导轨9和低温辐射计2中的自动控制部件。
本实用新型的光辐射校准装置具有以下优点：(1)使待校准探测器处于高真空环境，保证被测器件和低温辐射计处于相同的测量环境，反映真空工作环境下的响应度，更接近于空间应用的环境状态，减小不确定度，提高光辐射校准的精度；(2)既保留了布鲁斯特窗口可以消除腔体外部杂散光的优点，又消除了窗口透过率测量引入的测量不确定度，这将大大提高低温辐射计对光谱辐射校准结果的精度；(3)直接消除了腔体布鲁斯特窗口透过率的测量环节，使得在紫外到红外很宽的波段范围内直接利用低温辐射计进行高精度的校准成为现实。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种光辐射校准装置，其特征在于，包括：主光路单元、激光辐射稳定系统、真空系统和低温辐射计；
所述主光路单元包括光源、光纤波分复用器和光束整形器，其中，光源包括紫外光源、可见近红外光源和中红外光源，光源输出的光信号经过光纤波分复用器和光束整形器后输入到所述激光辐射稳定系统；
所述激光辐射稳定系统包括第一平移导轨、紫外功率稳定系统、可见功率稳定系统和中红外功率稳定系统；
所述激光辐射稳定系统和真空系统之间设置有空间滤波器；
所述真空系统包括探测器真空仓和预备真空仓，探测器真空仓腔体一端通过第一闸板阀与所述低温辐射计腔体相连，另一端配置有布鲁斯特窗口，预备真空仓腔体通过第二闸板阀与探测器真空仓腔体相连，探测器真空仓与预备真空仓上端都配备观察窗口，所述探测器真空仓与预备真空仓还包括可三维调节的精密位移台和第二平移导轨。
2.如权利要求1所述的光辐射校准装置，其特征在于，所述第二平移导轨为高精度平移导轨。
3.如权利要求2所述的光辐射校准装置，其特征在于，所述精密位移台和第二平移导轨的数量是多个。
4.如权利要求1所述的光辐射校准装置，其特征在于，所述布鲁斯特窗口选用氟化镁光学玻璃。
5.如权利要求1所述的光辐射校准装置，其特征在于，所述低温辐射计为闭环机械制冷低温辐射计。
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