GF-5卫星多角度偏振成像仪(DPC)同一波段三个偏振通道(0°、60°及120°)必须进行响应非一致性校正,才能达到偏振探测的精度要求。将范围为-50°~50°的DPC宽视场划分为15×15个分视场,使用高精度的二维转动平台调整各分视场的位置以对准积分球参考光源进行成像。设计基于时间稳定性的分视场图像数据的拼接算法,得到全视场的拼接图像,并应用对数增强方法检测拼接图像中坏像元的位置与数量。采用拼接图像计算DPC同一波段三偏振通道的相对透过率、低频相对透过率及高频相对透过率,为DPC偏振通道响应非一致性校正提供了校正系数。结果表明,DPC偏振通道的响应非一致性测量不确定度优于0.67%。所提方法为校正DPC偏振通道间的响应非一致性、提高偏振信息的解析精度提供了高精度的手段。

红外傅里叶光谱的等效噪声辐亮度(NESR)是反映其对红外目标信号的极限探测能力, 也是仪器的主要技术指标。受限于我国当前的技术条件, 尚无相关能力的测试定标系统和检定规范。通过借鉴当前国内外的红外辐射计量装置的标准传递思路, 提出了一种NESR高精度测试装置方案。给出了该装置的溯源链路, 描述了其整体和光路结构, 并设计了低温真空背景抑制模块。着重介绍了宽动态范围红外积分球辐射源设计、等效光路设计和真空低温环境模块等设计方案。提出的设计方案为NESR高精度测量提供基本的参考依据, 为我国傅里叶光谱的NESR的量值溯源提供支撑条件。

基于受激参量下转换过程产生光子的相关特性, 构建了一套无需制冷且只利用可见光探测器即可实现红外标准传递辐射测量的系统。首先详细描述了该红外标准传递辐射计系统的工作原理, 接着利用标准黑体拟合获取了该系统的定标系数, 由此得到红外标准传递辐射计温度与待测黑体响应值的关系, 最后通过与水浴黑体在相同温度点的响应值所反演获取的辐射温度作比较, 进一步评估和验证了该红外标准传递辐射计系统的不确定度。实验结果表明: 该红外标准传递辐射计测量水浴黑体辐亮度的联合不确定度为1.64%, 表明该红外标准传递辐射计可作为标准黑体到用户传感器的传递标准。

为在相关光子定标技术工程化过程中选择合适的泵浦机制及相位匹配模式, 开展了基于连续和脉冲激光的相关光子比对实验.采用355 nm连续激光泵浦偏硼酸钡晶体产生相关光子对, 对晶体吸收、透射损耗以及光学元件透过率进行测量和修正, 同时使用基于时间幅度转换的符合测量方法,得到单光子探测器量子效率为59.15%.利用518 nm脉冲激光泵浦周期极化磷酸钛氧钾晶体, 采用准相位匹配技术获取相同波段的相关光子, 基于时间幅度转换的符合测量方法得到单光子探测器量子效率为59%.比对实验结果, 两套定标装置方法的测量结果之差在0.25%以内, 主要误差来源于单光子探测器的响应非线性、光路透过率修正误差和单光子探测量子效率面非均匀性.实验结果验证了相关光子定标技术可随时随地复现的优点, 以及相关光子定标结果不受泵浦机制差异和实验装置差异的影响, 可为相关光子技术工程化中的激光器工作模式和相位匹配方式的选择提供参考依据.

为满足红外遥感器高精度定标和性能测试的要求,设计了一种高均匀性和宽辐射动态范围的红外积分球辐射源。积分球辐射源采用碳纤维石英电热管作为红外辐射介质,工作波段覆盖3~15 μm。利用积分球的空腔辐射理论和黑体辐射理论,提出子母镀金积分球串联的匀光方式,有效提高了红外积分球的均匀性。通过设计程控镀金光阑实现了动态范围的线性调节。建立了温度变化与辐射源辐亮度输出稳定性之间的关系,并确定了子母镀金积分球的温控精度。对红外积分球的特性进行分析与检测,结果表明:红外积分球出光口法线Φ200 mm范围内的面均匀性为98.87%,-15°~15°内竖直方向上的角度均匀性为99.69%,实现了动态范围的近线性可调功能,背景辐射小于同温度的黑体,非稳定性为0.16%,表现出较好的性能。红外积分球定标光源是传统黑体辐射源的有效补充,在红外遥感器的实验室光谱辐射定标中具有潜在的应用价值。

黑体辐射源作为初级标准, 其辐射特性的测量精度决定了整个标准传递链路的不确定度。为了提高黑体的辐亮度测量精度, 研制了一台可直接观测黑体辐亮度的双通道热红外标准辐亮度计。根据仪器的工作原理, 采用自行研制的高精度水浴黑体获取标准辐亮度计的定标系数。实验结果表明, 该辐亮度计的1 h信号非稳定性优于0.3%, 定标系数拟合不确定度优于1.23%, 5 μm通道整体不确定度为0.39%, 10 μm通道整体不确定度为1.3%。可实现黑体辐亮度与实验室辐射标准之间的传递。

为测量红外模拟探测器量子效率, 搭建了基于参量下转换效应的测量系统.利用光学参量振荡器调谐输出的2 576.5 nm波长连续激光束作为泵浦源、ZnGeP2晶体作为非线性晶体, 获取了3.42 μm和10.4 μm的相关光子对.实验中通过将采集到的两个通道的光电流/电压信号转换为等效光子计数, 并利用两光路平衡测量的方法对每个模式的平均光子计数进行校正, 实现了碲镉汞红外模拟探测器在10.4 μm处的绝对功率响应度定标, 得到了相对合成不确定度优于4.53%的定标结果.

利用基于参量下转换产生的相关光子可以实现“无溯源”的绝对定标。该定标方法推广应用于模拟探测器定标的过程中,其中获 取高通量的相关光子是一个重要的难点。介绍了一种基于自发参量下转换制备高通量相关光子的方法原理和实验装置。 采用532 nm连续激光泵浦周期性极化铌酸锂(PPLN)晶体,在满足准相位匹配(QPM)方式下产生高通量的纠缠光源,改变泵浦 光源的功率,实验结果显示具有较好的线性。叙述了准相位匹配技术原理,搭建了制备高通量相关光子的实验装置,并优化 了泵浦激光光源和各光学元器件的设计参数。该研究结果为后期进行高精度定标和模拟探测奠定了基础。