光学 精密工程
2023, 31(16): 2319
山东大学信息科学与工程学院, 山东 青岛 266237
鬼成像是一种具有双臂结构的新型成像技术,一路利用无空间分辨能力的探测器接收与物体相互作用的光束,另一路用于记录原始光场的空间分布。鬼成像通过多次测量对二者进行关联运算,即可重构出目标物体的空间强度信息,因此受到了研究人员的广泛关注。最近,基于光的时空二元性,鬼成像从空域扩展到时域,时域鬼成像被提出并得以验证。由于使用低速探测器可以探测到高速信号,时域鬼成像逐步发展为一种高速光信号探测方法。此外,许多基于时域鬼成像的信息安全和传输方案也被相继提出。主要介绍时域鬼成像技术的基本原理及应用的发展历程,并着重介绍了其在长距离光纤探测、超快信号探测、信息安全以及提升相机帧率中的应用工作。
中国激光
2021, 48(12): 1212001
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为满足空间遥感器在轨辐射定标精度和溯源性的需求, 中科院长春光机所研制了空间低温绝对辐射计。本文介绍了实验室辐射基准的低温辐射计的发展现状, 并着重介绍了我们研制的空间低温绝对辐射计的设计方案。空间低温绝对辐射计采用斯特林机械制冷机提供20 K工作环境, 通过优化吸收腔结构和热连接, 设计出响应度0.2 K/mW和1 K/mW的总腔和光谱腔。采用闭环高精度温度控制和两次电定标的电替代测量方式, 利用探测器材料在低温下的优异热性能, 实现总腔0.02%精度水平的光功率测量, 建立辐射基准。并采用温度比对的方式, 将辐射基准传递给光谱腔, 实现溯源至国际单位制基本单位的光谱辐射测量, 为遥感器在轨可溯源的光谱辐射定标提供重要的技术储备。
辐射基准 辐射定标 可溯源 低温辐射计 radiance benchmark radiance calibration traceability cryogenic radiometer
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院, 北京 100049
鉴于传递辐射计对成像光谱仪定标时其通道选择对成像光谱仪的定标精度具有重要影响, 本文使用MATLAB语言编写评价函数, 作为对3 000 K黑体光谱曲线进行多光谱反演精度的评价标准, 最后利用MATLAB遗传算法和模式搜索算法工具箱对评价函数寻找最小值解, 即传递辐射计的最优通道选择, 并根据评价函数对光谱通道数、中心波长偏移、带宽展宽和测量系统误差对光谱反演精度的影响进行分析。结果表明, 为实现0.12%的光谱反演精度, 要求传递辐射计中心波长的偏移量不超过0.2 nm、带宽展宽不大于0.02 nm, 测量系统误差小于0.1%。本研究可以指导传递辐射计的设计, 对提高地球成像光谱仪的定标精度具有重要意义。
成像光谱仪 传递辐射计 优化选择通道 反演精度 遗传算法 imaging spectrometer transfer radiometer optimal selection channel inversion accuracy the genetic algorithm
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
为满足高精度太阳光谱辐照度绝对测量的需求, 研制了太阳光谱辐照度绝对测量系统及其定标单色仪。介绍了太阳光谱辐照度绝对测量的现状, 并着重介绍了太阳定标单色仪和积分球太阳光谱仪的设计方案, 以及高精度辐射定标传递链路。设计用于太阳光谱辐照度绝对测量的太阳定标单色仪和积分球太阳光谱仪, 通过低温绝对辐射计和太阳定标单色仪实现绝对定标, 使积分球太阳光谱仪测量数据可溯源至国际基本单位(SI)。结果表明: 太阳定标单色仪的光谱范围覆盖300～2 400 nm, 光谱分辨率为3～10 nm, 输出单色太阳光功率的不确定度为0.2%～0.5%; 积分球太阳光谱仪的光谱范围覆盖300～2 500 nm, 光谱分辨率为1～8 nm, 太阳光谱辐照度绝对测量精度最高可达0.5%。用低温绝对辐射计和太阳定标单色仪绝对定标积分球太阳光谱仪, 可以实现高精度太阳光谱辐照度的绝对测量。
单色仪 低温绝对辐射计 绝对测量 空间遥感 monochromator cryogenic radiometer absolute measurement space remote sensing
1 中国科学院大学, 北京 100049
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
传递辐射计是实现卫星遥感仪器在轨光谱辐射定标传递的核心设备, 也是地面实验室高精度光谱定标系统的关键。 介绍了不同机构研制的覆盖350～700, 700～2 500 nm谱段的多个传递辐射计的结构组成、 工作原理及辐射定标基准传递方式, 及其异同点的比对, 再通过它们在不同谱段的定标过程中所应用的关键技术的分析, 说明每种技术的优缺点和所能达到的精度, 及其应用条件。 文中通过对国际上标准计量机构采用的光谱辐亮度基准定标传递过程的介绍, 突出了传递辐射计系统的重要作用, 再结合其对光谱仪等遥感器定标光源的定标监测应用, 说明了传递辐射计在航天辐射定标领域的不可或缺性。 最后, 通过国内设计的新型传递辐射计的介绍, 对传递辐射计未来研究的发展方向和关键问题进行了展望, 并对传递辐射计搭配低温辐射计组成的未来实现可溯源国际单位制在轨基准定标传递系统所存在的研究难点予以预测分析。
传递辐射计 光谱辐射基准传递链 光源定标监测 可溯源SI在轨定标 Transfer radiometer Traceability chain for spectral radiance standard Monitoring calibration of source SI-traceability calibration on-orbit 光谱学与光谱分析
2016, 36(9): 2984
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了标定扫描式棱镜太阳光谱仪的棱镜不同转动角度对应的中心波长和光谱带宽, 利用了一种棱镜扫描方法对太阳光谱仪的光谱响应函数进行测量。 该方法使用固定的单色光波长, 控制棱镜转动实现单色光的像在探测器位置扫描, 并通过坐标映射得到响应位置的光谱响应函数。 文中根据光谱响应函数的定义, 推导出棱镜扫描法与单色仪波长扫描方法波长定标原理上的等效性。 之后分别以532 nm固体激光器和632.8 nm氦氖激光器为光源, 使用棱镜扫描法测量太阳光谱仪对应波长位置的光谱响应函数, 并以单色仪波长扫描法实验作为对比。 实验结果表明, 对于扫描式棱镜太阳光谱仪, 棱镜扫描法测量的中心波长分别为531.86和632.67 nm, 其准确度优于单色仪波长扫描法测得的531.39和631.97 nm。 由于不受单色仪性能的限制, 前者测量的光谱带宽值也优于后者。 最后以汞灯为光源使用棱镜扫描法对太阳光谱仪进行了光谱定标实验, 实现了特征光谱定标法结合棱镜扫描法对中心波长及光谱带宽的标定。 该方法同样可以应用于扫描式光栅光谱仪以及单色仪的光谱定标。
光谱响应函数 中心波长 光谱带宽 坐标映射 Spectral response function (SRF) Center wavelength Spectral bandwidth Coordinate mapping 光谱学与光谱分析
2016, 36(6): 1930
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所， 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
针对绝对辐射计光电不等效性来源复杂、实验测量难度大的特点，提出了修正太阳辐照度绝对辐射计(SIAR)光电不等效性的有限元单元法。结合SIAR的测量方法，对真空中辐射计的腔温响应进行了实验测试。基于有限元单元法，建立了与实验腔温度响应相对误差仅为0.14%的有限元模型，对接收腔的温度响应进行了实验测试。测试结果显示: 入射光功率为73.8 mW时，接收腔与热沉之间的温度差异约为0.85 K，响应的时间常数为29.8 s。运用建立的有限元模型对SIAR的光电不等效性进行了评估和修正。 结果表明: 太阳辐照度绝对辐射计的光电不等效性来源主要为不同加热途径和不同加热区域引起的偏差，SIAR的光电不等效性因子N为0.999 621±0.000 004。该修正模型完善了仪器的修正体系，提高了测量精度，为绝对辐射计的发展提供了可靠的数据来源。
太阳辐照度绝对辐射计 有限元单元法 光电不等效性 温度响应 Solar Irradiance Absolute Radiometer(SIAR) finite element method non-equivalence temperature response 光学 精密工程
2016, 24(10): 2370
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 上海卫星工程研究所, 上海 200240
为了扩展动态测量范围, 提高对较低的激光功率的测量不确定度, 对太阳辐照度绝对辐射计的测量方法进行了研究与改进。首先, 重复测量各个激光功率的响应度, 分析由响应度引入的系统误差对测量不确定度的影响; 其次, 提出改进的测量方法, 通过两次电定标实时修正光功率附近小功率区间的响应度; 最后, 使用新方法和传统方法测量各个功率的激光, 比较测量不确定度。实验结果表明: 根据宽功率区间获得的响应度的相对不确定度为2.7%, 测量较低的激光功率时, 不可忽略由响应度引入的误差。当激光功率低于20 mW时, 改进方法的相对测量不确定度仍为0.1%, 具有更好的稳定性, 补偿了响应度误差。因此, 电定标与光定标差距非常大, 不具备可比性, 需两者结合实现全动态范围定标; 该方法可以扩展动态测量范围, 对于定标太阳辐照度绝对辐射计具有重要意义。
测量不确定度 绝对辐射计 响应度 激光功率 定标 measure uncertainty absolute radiometer sensitivity laser power calibration 红外与激光工程
2016, 45(9): 0917001
