單色面陣光源設(shè)計(jì)

1、單色面陣光源設(shè)計(jì) ， ， ， 劉紅元 王恒飛 應(yīng)承平 吳斌 （中國電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所 ，山東 青島 ） ： “ 積分球 ” 、 、 該光源 采 摘 要 提出并研究了一種 單色儀 為主體設(shè)計(jì)的單色 大面積 高均勻性輻射光源 用四套單色儀 ，在每臺(tái)單色儀輸出口進(jìn)行會(huì) 聚 ，通過大芯 徑光纖束 將單色光從不同的方 向（對稱狀）注入 到積分球中 相比于傳統(tǒng) 采用一臺(tái)單色儀 ， 功率和積分球輸出面的均勻性 ， 該光源提高了積分球的輸出 并通過實(shí)驗(yàn)對積分球輸出波長 、 結(jié)果表明 ： ， 輸出 功率及輸出口均勻性進(jìn)行了測量 在積分球輸出口面上 在輸出波長范圍 ， ， ， 內(nèi) 波長 準(zhǔn)確度可以達(dá)到

2、 輸出 功率最 小可以 達(dá)到 輸出 面均勻性比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)也提高了 ： ； ； ； ； ； ； ； 關(guān)鍵詞 光學(xué)設(shè)計(jì) 面陣光源 高均勻性 對稱法 單色儀 積分球 光纖束 成像器件 中圖分類號(hào) ： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ： 文章編號(hào) ： （ ） ， ， ， （ ， ， ， ） ： ， ， ， ， ： ； ； ； ； ； ； ； ： ； ； 在這種情況下 就會(huì)產(chǎn)生積分球的輸出口 ， 引言 光不均勻 一 般會(huì)使積分球 光輸入的一側(cè)光強(qiáng)較 ， 大另一側(cè)光強(qiáng)較 單色分析法作為一種重要的分析手段，在科研、生 弱 但如果采用 多臺(tái)單色儀輸出口直接對 這積分球光 、 源的入口處 ， ， 用無論是穿透吸收 光源和單色儀等設(shè)備

3、又不好擺放 很難 滿 產(chǎn) 質(zhì)控等方面都發(fā)揮著極大的作 光譜 ，還是熒光 光譜、喇曼光譜，獲得單波長輻射是不 足目前大面陣成像器件的測試需求 可缺少的手 段 ， 隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展大面陣成像 “ ” 本文提出了基于 積分球 單色儀 為主體研制單 器件 已成為一種 發(fā)展方向，但是在生產(chǎn)和使用中，還沒 、 、 色大面陣高均勻性輻射光源采用四套單色儀組 有 類似的單色面陣光源來滿足大面 陣成像器件的測量 成 ， ， 在每臺(tái)單色儀輸出口進(jìn)行會(huì) 聚 通過大芯徑光 需求 對于單色面陣光源的研究大多采用單個(gè)光 纖束將單 色光從不同的方向 （ ） 對 稱 狀 注入到積分球 ， 源 而且單色儀輸出口直接對這積分球

4、光源的入口處 ， 、 中 并通過實(shí)驗(yàn)對積分球輸出的波長示值 輸出功率及 基金項(xiàng)目 ： （ ） “ ” （ ） 國家重點(diǎn)基金 和十二五 計(jì)量技術(shù)基礎(chǔ)科研項(xiàng)目 資 助 第 一 作者 ：劉 紅 元（ ），男，工程 師 ，主要 研究 方向 為 紅外 探測 器校 準(zhǔn) ： 收稿日期 ： ； ： 錄用 日 期 ： 光子學(xué)報(bào) 輸出口均勻性進(jìn)行了測量 基本原理 目前大面陣成像器件的發(fā)展無法滿足當(dāng)前成像器 件的測試需求 本文基于目前面陣光源均勻 性差和光 ， “ ” 功率較弱的問題 提出了 單色儀 積分球滿足成像 器件對單色 、 、 學(xué)系統(tǒng)的需要單色 大 面積 高均勻性光 儀和積分球之間的接口設(shè)計(jì)是提高光輻射均勻

5、性和提 高光輻射能量 的 關(guān)鍵 ，一般情況下采用單色 儀輸出的 空間光直接注 入 積分 球 這種方法的缺點(diǎn)是 光只能從 一個(gè)地方注入積分 球，要想使輻射非均勻性達(dá) 到 ， ， 難度很大 并且限制了單色儀和積分球擺放的靈活 性 本設(shè)計(jì)采用大 口徑光纖束的方法注 ， 入 將單色儀 發(fā) 出 的光通過聚焦 系統(tǒng)收集到大口徑光纖束 ， 中 分 別 從不同位置 （ ） ， 對稱 狀 注入到積分球系 統(tǒng) 此方法大大 提 高 了積分球的輻射均勻性 ， 方便儀器擺放 設(shè)計(jì)采用 “單色儀積分球”為主體設(shè)計(jì)光學(xué)系 統(tǒng)，光源采用進(jìn)口的氙燈 ，積分球直徑 ，輸出孔徑 ， ， 為了增加積分球輻射均勻 性 采用大口徑光纖

6、束程對稱裝注 入 積分 球 盡量將單色儀輸出 的光注入 積分球 ， 出的光收 采用高 質(zhì)量的光收集器將單色儀輸 集到大口徑光纖束中 ， 從不同的地方注入到積分球 中 為提高積分球 ， 像 輻 射功率 滿足監(jiān)測探測器和成 器 件 測試需要 ，采用 多個(gè)光源和單色儀的方式設(shè) 計(jì) 光 學(xué) 系 統(tǒng)，但多個(gè)單色 儀之間的波長一致性需要精 確 校 準(zhǔn) 或 實(shí)時(shí)測量 輸出波長可通過光纖光譜儀實(shí)時(shí)檢測 ， 通過 以上設(shè)計(jì) 實(shí) 現(xiàn) 了 積 分 球 在 的 波 長 范 ， ， 圍 提高輸出均勻性和輻射功 率 在出口設(shè)計(jì)上 積分 球設(shè)計(jì)成多個(gè)出口 ， ， 每個(gè)出口光能量分 布是相同的 這 樣可通過檢測口實(shí)時(shí)獲得出光

7、孔處的 能量分布和輻射 波長 設(shè)計(jì)原理框圖如圖 圖單色面陣光源設(shè)計(jì)原理框圖 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 本實(shí)驗(yàn)為了驗(yàn)證單色面 陣光源的輸出波長示值、 功率輸出均勻性和輸出功率 單色面陣光源波長輸出測量數(shù)據(jù) 對于積分球輸 出的波長，采用光纖光譜儀進(jìn)行測 量 測量時(shí)通過軟件設(shè)置四臺(tái)單色 ， 儀波長同時(shí)變動(dòng) 測 量波長范圍 ： ，步進(jìn) ，測量數(shù)據(jù)見 表 ， 從實(shí) 驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 可以看 出 單色 輸出光波長準(zhǔn)確 度優(yōu)于 表 單色面陣光源波長輸出測量數(shù)據(jù) 單色面陣光源輸出均勻性測量數(shù)據(jù) 采用該設(shè)計(jì)方 法和傳統(tǒng)的方法都進(jìn)行了實(shí) ， 驗(yàn) 從實(shí)驗(yàn) 對于單色面陣 ， 數(shù)據(jù)可以看到 ，采用本文的設(shè)計(jì)方法積分 球輸出均勻 光源輸出均勻

8、性 設(shè)計(jì)采用單元探 “ ”， 性可以達(dá)到 ， 從 圖 中 傳統(tǒng)的方法均勻性為 測 器 弓型掃描法 所有用設(shè)備通電進(jìn)行預(yù)熱 將單元 探測器置于多 ， 單 元 探 可以明顯看出 積分球光輸入的一側(cè)光強(qiáng)較 大，另一側(cè) 維 位 移 臺(tái) 上 調(diào)整多維位移臺(tái)使 測器 表面緊靠 積分球輻 射面中 心 ， 光強(qiáng)較弱 從而驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)的可行性 ， 且垂直于輻射面 選 采用該方法 和 用 生產(chǎn)的型 號(hào) 為 ， 傳統(tǒng)方法的均勻性測量數(shù)據(jù)如圖 積分球單色儀 ， 步進(jìn) 設(shè)置波長為 ，掃描范圍 劉紅元 ，等：單色面陣光源設(shè)計(jì) 圖單色面陣光源輸出均勻性測量數(shù)據(jù) 單色面陣光源輸出功率測量數(shù)據(jù) 實(shí)驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)對積分球輸出輻

9、射的光功率 進(jìn)行測量，測量波長范圍 為，測 量 步進(jìn) ，測量數(shù)據(jù)如圖 從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出 ，輸出功 率完全可以滿足目前成像器件的測試 ， 特別是 成 像器件 圖單色面陣光源輸出功率測量數(shù)據(jù) 結(jié)論 本文基于單色面陣光源的設(shè)計(jì)原理，提出了 “單 色儀 積分球 ” 通過實(shí)驗(yàn)對積分球輸出口 的設(shè)計(jì)方法 的光功率 、 、 行了驗(yàn)證 ， 中心 波 長 輸出均性進(jìn) 根據(jù)實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)分析可知 ，在積分球輸出口面上 ，在輸出波長范圍 內(nèi) ， ， 波長準(zhǔn)確度可以達(dá)到 輸出功 率最小可以達(dá) 到 ，輸 出 面 均 勻 性 比 傳 統(tǒng)設(shè) 計(jì) 也提高了 完全可以滿足目前大面陣成像器件 的測試需求 ， 重要的實(shí) 在 大面陣成

10、像器件測試上具有 用意義 參考文獻(xiàn) 秦積榮 光電檢測原理及應(yīng)用 中 冊 ： 北京 國防工業(yè)出 版 社 安毓英光電子技術(shù) ： ， 北京 電子工業(yè)出版社 湯定元，正瑜糜光電器件概論上海：上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn) 出版 社， ， ， ， ， ， （ ）： 王高 明 ， ， ， 郭 城 張 亮 亮 等積 分 球 光 能 均 勻性 的 模 擬 ， ， （）： 激光與紅外 ， ， ， ， ，（）： ， ， ， 李葆勇 任建偉 萬志 等一種空間相機(jī)輻射定標(biāo)用大面積輻 ， ， （）： 射光 源的 研 制 光電 子 激 光 ， ， ，（）： 張紅坡，黃莉 點(diǎn)源目標(biāo)模擬器研制光學(xué)儀器， ， （ ）： ， ， ， ， （ ）： ， ， 紅外與激光工 劉亞平李娟 張宏 星模擬器的設(shè)計(jì)與標(biāo)定 ， ，（）： 程 ， ， ， ， ，（）： 謝娜，周海，張軍偉，等 大型激光裝置光學(xué)元件的穩(wěn)定性設(shè)計(jì) ， ，（）： 光 學(xué)精 密工 程 ，