红外探测器参数校准装置的研究

摘要

光辐射计量是光学计量最基本的组成部分。其核心是对辐射源辐射特性和辐射探测器的探测特性进行计量测试。因此作为光辐射的基准，一是标准辐射源，二是标准探测器。由于低温辐射计能够达到前所未有的最低的不确定度(0.01%)而受到各国光辐射计量专家的青睐，被用做光辐射基准。以低温辐射计为基准开展红外辐射量值传递，首先要解决的问题就是对红外辐射传递标准探测器的绝对光谱响应度进行标定，对其空间均匀性和直线性等探测器的关键技术指标进行测试，筛选出满足要求的红外标准探测器，完成红外波段的量值传递。 本文对红外探测器参数的校准装置及其校准方法进行了研究，建立了以腔体热释电探测器为标准的红外光谱响应度标准装置，探讨了空间均匀性测量方法，建立了红外探测器空间均匀性测量装置及红外探测器直线性测量装置。研究表明：红外光谱响应度标准装置实现的技术指标为：波长为(1～14)μm，测量不确定度为1．4%(2k)；响应度的空间均匀性和直线性测量装置实现的技术指标为：波长范围为(0.4～14)μm；直线性测量范围为106:1；测量不确定度为0.1%(2k)。

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绪论

1 红外辐射传递标准及其校准技术研究

1.1红外辐射基准及其传递标准的研究

1.1.1红外辐射基准源——标准黑体

1.1.2红外标准探测器

1.2红外光谱响应度测试技术研究

1.2.1红外探测器相对光谱响应度测试方法

1.2.2本方案的测试原理

1.3红外探测器空间均匀性测试技术研究

1.4红外探测器直线性测试技术研究

第一章小结

2红外探测器参数校准装置的研究与建立

2.1红外探测器相对光谱响应度测量装置的研究与建立

2.1.1红外光谱响应度测量装置的总体设计

2.1.2红外探测器相对光谱响应度分系统设计与研制过程

2.1.3光路的准直与调试

2.2红外辐射传递标准空间均匀性及其直线性测量装置

2.2.1装置的总体设计

2.2.2装置关键设备的研制过程

2.2.3整机系统的调试工作

第二章小结

3课题中解决的关键技术

3.1整套系统的集成技术

3.2离轴抛物镜的设计

3.3精密二维扫描系统的设计

3.4双孔转盘及其衰减系统的设计

3.5微小光斑的设计

3.6综合测量软件的编制

第三章小结

4测试结果

4.1红外探测器光谱响应度的校准

4.1.1 InGaAs探测器光谱响应度的校准

4.1.2 InSb探测器光谱响应度的校准

4.1.3 HgCdTe探测器光谱响应度的校准

4.1.4热释电探测器光谱响应度的校准

4.2红外辐射传递标准器空间均匀性测试

4.2.1 InSb探测器响应度均匀性测试

4.2.2 MCT探测器空间均匀性测试

4.2.3腔体热释电探测器空间均匀性测试

4.2.4 InGaAs探测器空间均匀性测试

4.2.5系统重复性测试结果

4.3红外辐射传递标准器直线性测试

4.3.1 Si探测器响应度的直线性测试

4.3.2 InSb探测器直线性测量

4.3.3系统重复性测量

4.4与英国NPL测量结果的比较

第四章小结

5测量不确定度分析

5.1红外辐射传递标准(绝对光谱响应度)测量的不确定度评定

5.1.1InGaAs探测器绝对光谱响应度测量的不确定度评定

5.1.2InSb探测器绝对光谱响应度测量的不确定度评定

5.1.3HgCdTe探测器绝对光谱响应度测量的不确定度评定

5.1.4热释电探测器绝对光谱响应度测量的不确定度评定

5.2空间均匀性测量不确定度分析

5.2.1数学模型

5.2.2不确定度来源

5.2.3不确定度评定

5.2.4相对合成标准不确定度

5.2.5扩展不确定度

5.3响应度直线性测量的不确定度分析

5.3.1数学模型

5.3.2不确定度来源

5.3.3不确定度评定

5.3.4相对合成标准不确定度

5.3.5扩展不确定度

第五章小结

6结论

参考文献

致谢

附录 工程硕士期间发表论文及获奖情况