中国计量科学研究院光学与激光计量科学研究所, 北京 100029
开展了绝对辐射计溯源至低温辐射计的计量技术研究。选用激光作为光源,采用光斑非全覆盖绝对辐射计接收面的辐射功率模式进行校准实验。利用溯源至低温辐射计的陷阱探测器作为标准器定标激光器功率,然后通过替代法将量值传递至绝对辐射计。通过绝对辐射计光阑面积校准,实现激光功率与绝对辐射计测量辐照度的转化。通过对陷阱探测器的校准、绝对辐射计锥腔不同位置空间响应均匀性、锥腔的波长选择性等特性的分析,对实验所用绝对辐射计校准不确定度进行了详细评估,得到的校准不确定度为0.86%(包含因子k=2)。
测量 绝对辐射计 低温辐射计 量值溯源 测量不确定度
1 中国计量大学 光学与电子科技学院，杭州 310018
2 中国计量科学研究院 光学与激光计量科学研究所，北京 100029
InGaAs光电探测器是近红外波段重要的光探测器件之一，具有高量子效率、低暗电流、宽带宽等特性，被广泛应用于光电测量、光通信及遥感等领域中。基于超连续白光激光器与双单色仪的光谱比较装置，利用标准InGaAs陷阱探测器对平面InGaAs探测器在900 nm～1600 nm波段进行了相对光谱响应度的定标，并与利用钨灯作为光源的响应度定标结果进行了比较。两种光源条件下，光谱响应度在900 nm～1600 nm波段最大相对差值小于0.2%，取得了较好的一致性。超连续光源的测量重复性最大值小于0.06%，远小于使用卤钨灯的测量重复性1%，降低了因测量重复性贡献的不确定度分量，验证了超连续激光器在探测器相对光谱响应度定标中的可行性。此外，还对被定标的平面探测器光谱响应度结果进行了测量不确定度分析。
计量学 光电探测器 光谱响应度 超连续光源 定标 metrology photodetector spectral responsivity super-continuum light source calibration
中国计量科学研究院光学与激光计量科学研究所, 北京 100029
探测器的光谱辐射照(亮)度响应度是辐射定标中最重要的参数之一。 传统的光谱辐射定标采用宽谱段光源和单色仪装置测量, 新建的激光辐射测量装置采用激光和探测器测量, 可以大大降低测量的不确定度。 该装置首先将可调谐激光耦合进入积分球生成均匀的朗伯体单色光源, 然后采用低温辐射计量传的标准陷阱探测器和面积已知的光阑, 进行400～900 nm探测器的光谱辐射照度响应度标定。 研究主要集中在四个方面: (1) 低温辐射计仅在某些分立激光波长定标标准探测器, 其他激光波长下的光谱响应度必须进行插值, 通过对比光谱响应度直接测量方法推导的陷阱探测器量子吸收效率, 可以计算插值在其他波长带来的光谱响应度偏差, 结果表明400～900 nm数据插值算法的总体偏差小于0.074%; (2) 实验采用电荷积分法测量标准探测器和被测探测器的电荷信号, 并采用监视探测器消除激光功率起伏以降低激光功率稳定性的影响, 测量重复性优于0.1%; (3) 针对标准探测器在向低温辐射计溯源和进行光谱辐射照度响应度量传时的激光功率差异, 采用激光双光路叠加法测量探测器不同波长下的非线性系数, 分析标准探测器光谱非线性带来的测量不确定度, 在450, 632.8和850 nm波长下, 当探测器电流从0.2 mA变到3 nA时的非线性修正小于1.000 25; (4) 针对标准探测器定标时的功率模式和量传时的辐射照度模式差异, 采用二维电控位移平台测量探测器的均匀性并进行修正, 测量得到的标准探测器中心直径5 mm的非均匀性小于0.03%。 最终采用可调谐激光辐射照度响应度测量装置, 可以实现400～900 nm辐射照度响应度测量不确定度0.14%～0.074%(k=1)。 实验对比了激光辐照度响应度装置和标准灯-单色仪装置两种方法测量的探测器的光谱辐射照度响应度。 测量结果表明两种装置在400～900 nm的响应度标定近似等价, 测量偏差全部位于标准灯-单色仪装置的测量不确定度范围内, 验证了激光辐照度响应度测量装置的实用性。
低温辐射计 光谱辐射照度响应度 电荷积分法 Cryogenic radiometer Spectral irradiance responsivity Integrated charge method
1 中国计量科学研究院 光学与激光计量科学研究所，北京 100029
2 中国计量大学 光学与电子科技学院，浙江 杭州 310018
随着激光技术的快速发展，激光光源在光谱辐射和光学特性测量中得到了广泛的应用。与传统的灯光源相比，激光光源具有高功率、宽光谱和极低的波长不确定度等优点。建立了一套基于宽波段可调谐激光光源的光电探测器响应定标装置，其中激光光源的光谱覆盖范围为190 nm～4000 nm，激光脉冲宽度约130 fs，重复频率约80 MHz。为了避免高峰值功率脉冲光对探测器定标的影响并提高测量的线性度，利用光纤的固有特性成功研制了一种可将脉冲光转换成连续光的转换器。同时基于激光光源搭建了一套激光准直和扩束光路，在波长λ=550 nm时得到了非均匀性为0.29%的单色均匀辐射场。该单色均匀辐射场在高精度的探测器定标应用中具有重要的作用，围绕其搭建的定标测量装置在计量领域具有一定的参考价值。
可调谐激光 光学特性 光谱辐射 光电探测器 tunable laser optical properties spectral radiation photodetector
Author Affiliations
Abstract
Division of Optics, National Institute of Metrology, Beijing 100029, China
An absolute cryogenic radiometer (ACR) with a detachable optical window was designed and built for high accuracy optical radiant power measurement and photodetector spectral responsivity calibration. The ACR receiver is an electroplated pure copper cavity with a 50-μm-thick wall and inner surface coated with a specular black polymer material mixed with highly dispersible carbon nanotubes. The absorptivity of the cavity receivers was evaluated to be ≥0.9999 in the 250 nm–16 μm wavelength range and ≥0.99995 in 500 nm–16 μm. The cavity receiver works at the temperature of ～5.2 K with nanowatt-level noise-equivalent power. The relative standard uncertainty is 0.041% for the measurement of ～100 μW optical radiant power (250 nm–16 μm) and 0.015% for ～1 mW (500 nm–16 μm).
120.3930 Metrological instrumentation 120.3940 Metrology 120.5630 Radiometry Chinese Optics Letters
2019, 17(9): 091201
1 陕西能源职业技术学院, 陕西 咸阳 712000
2 中国计量科学研究院, 北京 100027
3 陕西省计量科学研究院, 陕西 西安 710065
提高稀土掺杂材料的上转换荧光效率具有重大的应用价值。本文通过水热法合成了不同种类的碱金属离子掺杂氟化物上转换荧光材料, 通过对比样品上转换荧光特性研究其中碱金属离子的作用。发现锂离子能够明显改善稀土掺杂NaYF4的上转换荧光强度, 并在稀土掺杂LiYF4中实现了比常用的NaYF4中强近7倍的上转换荧光发射。此外, 在具有较高上转换效率的LiYF4基质中通过浓度优化, 合成了具有高效白光上转换发射的荧光粉, 其CIE坐标值为(0.32,0.36)。本项工作将对高效稀土掺杂上转换材料及照明器件的构建提供一定的参考。
杂质 碱金属 上转换效率 白光 impurities alkali metal elements upconversion efficiency white light
中国计量科学研究院光学与激光计量科学研究所， 北京 100029
太赫兹技术的重要应用急需准确的太赫兹辐射功率计量作为支撑和保障，国际计量局组织开展了国际首次太赫兹辐射功率测量比对。为实现太赫兹辐射功率准确测量，保障我国太赫兹功率计量取得国际等效互认，报导了全吸收型太赫兹辐射功率计，对太赫兹辐射功率计的计量性能和测量不确定度进行详细分析和实验测试。利用一种具有镜反射的太赫兹辐射计，对全吸收型太赫兹辐射计的计量性能进行实验验证，保障了太赫兹辐射功率计响应度量值的准确性和不确定度分析的合理性。利用自主研制的太赫兹辐射计参加国际首次太赫兹功率比对，取得了国际等效一致。
测量 辐射计量 远红外和太赫兹 光学标准与测试 太赫兹光谱学
1 南京化工职业技术学院 机械技术系，江苏 南京 210048
2 奥克兰大学 机械工程系，密歇根 48309
3 青岛理工大学，山东 青岛 266033
采用离面位移测量精度达到10 nm~20 nm的电子散斑干涉测量系统验证了双目视觉数字散斑相关测量系统的离面位移测量精度。分别用电子散斑干涉测量系统和双目视觉数字散斑相关测量系统同时测量了平板离面位移，并对所测量的位移最大值进行了分析处理及比较。结果表明，双目视觉数字散斑相关测量系统的物体离面位移分布云图与电子散斑干涉测量系统的结果基本相同，且两者位移均方根相差为2.76 μm~3.56 μm，相对误差为4.59%~7.60%。因此，当被测量物体的离面位移大于4 μm时，双目视觉Q400测量系统精度可达到电子散斑干涉测量系统的精度。
数字散斑相关 电子散斑干涉 位移 测量精度 digital image correlation electronic speckle pattern interferometry displacement measurement accuracy
通过制备非对称结构SOI脊型波导, 设计并优化得到一个偏振相关损耗标准样品, 通过与标准单模光纤耦合封装, 实现了偏振相关损耗测试仪表的快速校准。该器件偏振相关损耗值为0.58dB, 测量重复性相对标准差为0.02, 测量不确定度为0.2dB。
脊型波导 偏振相关损耗 SOI材料 ridge waveguide polarization dependent loss SOI material
