第7章光輻射測(cè)量系統(tǒng)性能及其

第7章光輻射測(cè)量系統(tǒng)的性能及理想的光輻射測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有以下性所測(cè)量的光譜范圍[1,2]內(nèi)，系統(tǒng)具有均勻的光譜響響應(yīng)光譜范圍以外的光譜響應(yīng)等于②在所要求測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，系統(tǒng)具有線性響③光學(xué)系統(tǒng)沒有漸暈和像差，即系統(tǒng)具有理想的視④測(cè)量系統(tǒng)的響應(yīng)不受入射光偏振程度的影用這種理想的測(cè)量系量值大小、視場(chǎng)內(nèi)的空間分布和偏振特性的變化而引起測(cè)量誤差 第7章光輻射測(cè)量系統(tǒng)的性能及測(cè)量系統(tǒng)的響應(yīng)遠(yuǎn)距離小光源遠(yuǎn)距離面光源近距離面光源近距離小光源

測(cè)量系統(tǒng)的光譜響測(cè)量系統(tǒng)的視場(chǎng)響測(cè)量系統(tǒng)的線性響測(cè)量系統(tǒng)的偏振響 測(cè)量系統(tǒng)的響應(yīng)根據(jù)儀器輸出電壓對(duì)應(yīng)入射輻射度量的不同，響應(yīng)度可分成射通量響應(yīng)度、輻亮輻射通量響應(yīng)度RV輻亮度響應(yīng) V/

RV/響應(yīng)度的標(biāo)定就是建立測(cè)量系統(tǒng)入瞳處輻射度量和輸出信號(hào)間的定量關(guān)系定的距離，因此標(biāo)定源輻射度量值并不是對(duì)應(yīng)儀器入瞳處的輻射度 測(cè)量系統(tǒng)的響應(yīng)探測(cè)器響應(yīng)度沿表面分布是均勻的，若響應(yīng)不均勻，則 測(cè)量系統(tǒng)的響應(yīng)存在著簡(jiǎn)單的關(guān)系。設(shè)輻射計(jì)的輻亮度響應(yīng)度，則對(duì)應(yīng)的 V/EV/LR/

RV/V/

/ R A 響應(yīng)度的標(biāo)定方法按照光源的大小及其相對(duì)待標(biāo)定儀器的位置，可以分成遠(yuǎn)距離小光源法、遠(yuǎn)距離面光源法、近距離小光源法和近距離面光源法 遠(yuǎn)距離小光源E

L()2l22

EI/精確計(jì)算輻照度E 在于要知道傳輸介質(zhì)(如大氣)的光譜射比 故可在真或充有

問題：如何消除背景輻射遠(yuǎn)距離小光源 V E a 遠(yuǎn)距離面光源標(biāo)定時(shí)面光源對(duì)儀器的張角焦在無(wú)限遠(yuǎn)，面光源可用積分球光源或大面積低溫黑體，并放在有限設(shè)面光源的光譜輻亮度為L(zhǎng)0()，傳輸介質(zhì)的光譜透射比為()，被標(biāo)定輻射計(jì)輸出電壓信號(hào)為RV 0 00該標(biāo)定方法不必知道

近距離面光源法與遠(yuǎn)距離面光源法類似。由于待標(biāo)定儀器距面光源較近，面光源可較小，且()1，故 7.1.4近距離小光源法（瓊斯法標(biāo)定光源從對(duì)應(yīng)儀器半視場(chǎng)角的立體角LA fLsAp f 7.1.4近距離小光源法（瓊斯法將輻亮度為L(zhǎng)的近距小光源看成輻亮度為L(zhǎng)s的近距離面光源，則對(duì)應(yīng)的輻亮fL

LAc

f

L A f A

LRVLL由于由于Ac<Ap,故L>Ls。即小光源被看作是輻亮度減弱 測(cè)量系統(tǒng)的響應(yīng)標(biāo)標(biāo)定儀器響應(yīng)度RL后，如果測(cè)出儀器的相對(duì)光譜響應(yīng)R()求儀器的光譜響應(yīng)度RL()R() LL R()L()d/ L()dLLLR()L

RR() LL R()L()d 測(cè)量系統(tǒng)的響應(yīng)課后思考：如何確定標(biāo)定原始誤差：標(biāo)定過程中所使用的標(biāo)準(zhǔn)器具本身的標(biāo)定誤差：當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)器具確定后，由所采用的標(biāo)定使用誤 第7章光輻射測(cè)量系統(tǒng)的性能及測(cè)量系統(tǒng)的響應(yīng)遠(yuǎn)距離小光遠(yuǎn)距離面光近距離面光近距離小光

測(cè)量系統(tǒng)的光譜響測(cè)量系統(tǒng)的視場(chǎng)響測(cè)量系統(tǒng)的線性響測(cè)量系統(tǒng)的偏振響測(cè)量系統(tǒng)的光譜響用等效理想矩形帶寬代替系統(tǒng)實(shí)際光譜響應(yīng)稱為帶寬規(guī)一化法，表示在一定條件下，使用理想響應(yīng)在測(cè)量結(jié)果上等效于實(shí)際測(cè)量系統(tǒng)的響應(yīng)。方法的基本出發(fā)點(diǎn)是：當(dāng)待測(cè)光源的光譜能量分布曲線可用一個(gè)二次函數(shù)來(lái)表示時(shí)，系統(tǒng)的等效理想響應(yīng)可通過精確地的計(jì)算確 7.2測(cè)量系統(tǒng)的光譜響設(shè)待測(cè)光源的光譜能量分布特性為S()，則系統(tǒng)的輸出電壓信 V0S()R()dR

S

(7-若S()可表示成二次函S()ABC

(7-代入(7-9)式 VAR()dBR()d 2R( 對(duì)(7-10)式的光源函數(shù)在[1，2]范圍內(nèi)積

(7-VRS

R[ )B 2 )C R[AB()C(23)](

(7- 測(cè)量系統(tǒng)的光譜響比較(7-11)式和(7-12)式R R()d/(

(7-

R()d

22

3

(7- 聯(lián)立解(7-14)方程1F1

3(GF2

F

3(GF2

(7-2確定等效理想響應(yīng)的方法：由系統(tǒng)響應(yīng)R()，2

0R()d

20

由(7-14)式可求得F和G的值，并(7-15)式來(lái)得1和2，進(jìn)而由(7-13)式求 測(cè)量系統(tǒng)的光譜響 測(cè)量系統(tǒng)的光譜響光譜泄漏主要原11給出了幾種常用的紅外光學(xué)材料的光譜透射特性曲線因而長(zhǎng)波泄漏更 測(cè)量系統(tǒng)的光譜響光譜泄漏主要原因②用以分隔譜段的薄 級(jí) 測(cè)量系統(tǒng)的光譜響光譜泄漏主要原因③單色儀中由于棱鏡和光柵表面的自身缺陷及小角度散射、系統(tǒng)像④光學(xué)元件吸收短波輻射而在較長(zhǎng)波長(zhǎng)處受激發(fā)射螢光，則當(dāng)紫外為此，對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行光譜響應(yīng)測(cè)量的一個(gè)重要工作是檢查統(tǒng)光譜泄漏的程 測(cè)量系統(tǒng)的光譜響光譜泄漏檢查方法由于短波截止濾光片的短波截止性能光片插入光路，如果系統(tǒng)仍有信號(hào)輸出 測(cè)量系統(tǒng)的光譜響光譜泄漏檢查方法由于黑體溫度變化時(shí)，輻射長(zhǎng)波泄漏的檢查。 第7章光輻射測(cè)量系統(tǒng)的性能及測(cè)量系統(tǒng)的響應(yīng)遠(yuǎn)距離小光遠(yuǎn)距離面光近距離面光近距離小光

測(cè)量系統(tǒng)的光譜響測(cè)量系統(tǒng)的視場(chǎng)響測(cè)量系統(tǒng)的線性響測(cè)量系統(tǒng)的偏振響測(cè)量系統(tǒng)的視場(chǎng)響視場(chǎng)響應(yīng)是測(cè)量系統(tǒng)性能的另一個(gè)重要指標(biāo)。嚴(yán)重的視場(chǎng)外響應(yīng)會(huì)的日冕，如果系統(tǒng)能有效地把來(lái)自量。實(shí)際測(cè)量系統(tǒng)對(duì)視場(chǎng)入的光能總會(huì)在不同程度上散射到探設(shè)待測(cè)輻射通量在空間的分布為 是某面元與測(cè)量系統(tǒng)入瞳中的連線與系統(tǒng)光軸的夾角(圖7-是該連線在空間所處的方位角，系統(tǒng)視場(chǎng) 測(cè)量系統(tǒng)的視場(chǎng)響③待測(cè)光源尺寸很小，對(duì)系統(tǒng)的張角小于視場(chǎng)光闌對(duì)應(yīng)的 測(cè)量系統(tǒng)的視場(chǎng)響

7.3測(cè)量系統(tǒng)的視場(chǎng)響 測(cè)量系統(tǒng)的視場(chǎng)響的1和2。在數(shù)個(gè)方位角處找到一系列的1和2值，并求出對(duì)應(yīng)的中點(diǎn)平均值0=(1+2)/2。同理，對(duì)應(yīng)一系列角，找到對(duì)應(yīng)最大輸出信號(hào)一半時(shí)的一系列1和2及其中點(diǎn)平均值0，(0,0)可確定出待測(cè)系統(tǒng)的光軸。 測(cè)量系統(tǒng)的視場(chǎng)響 測(cè)量室內(nèi)空氣不清潔，待測(cè)系統(tǒng)視場(chǎng)內(nèi)大顆?；覊m對(duì)光的散射(甚至鏡面反射)影響也 測(cè)量系統(tǒng)的視場(chǎng)響721。首先在測(cè)量室內(nèi)的一角 測(cè)量系統(tǒng)的視場(chǎng)響由于測(cè)量要求系統(tǒng)有較大的這種方法檢測(cè)系統(tǒng)的總雜散 第7章光輻射測(cè)量系統(tǒng)的性能及測(cè)量系統(tǒng)的響應(yīng)遠(yuǎn)距離小光源遠(yuǎn)距離面光源近距離面光源近距離小光源

測(cè)量系統(tǒng)的光譜響測(cè)量系統(tǒng)的視場(chǎng)響測(cè)量系統(tǒng)的線性響測(cè)量系統(tǒng)的偏振響 測(cè)量系統(tǒng)的線性響線性響應(yīng)定義為測(cè)量系統(tǒng)的輸出電壓與入瞳處的輻射度量之比具有線性響應(yīng)的系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛，其輸入信號(hào)和輸出信號(hào)值間存在如下關(guān)VR式中，R是系統(tǒng)的輻射通量響應(yīng)度，與入射量的大小無(wú)關(guān)，也稱系統(tǒng)增益；b是偏置電光輻射測(cè)量系統(tǒng)中，為在完全相同或接近條件下進(jìn)—輸出特性。 測(cè)量系統(tǒng)的線性響難范圍內(nèi)是常數(shù)，時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)難

的各參數(shù)(例如探測(cè)不可避免的。信號(hào)過大信號(hào)過小時(shí)，系統(tǒng)響不偏度允許誤差的范圍來(lái)規(guī)定系統(tǒng)的線性工作范圍(如圖7-23)，線性動(dòng)態(tài)范圍上限Imax由輸出信號(hào)偏離理論線性值的誤差確定,的大小般信號(hào)甚小時(shí),系統(tǒng)具有較好的線性響應(yīng)，影響信號(hào)輸出主要是噪聲 測(cè)量系統(tǒng)的線性響線性動(dòng)態(tài)范圍一般用數(shù)量級(jí)M來(lái)表Mlg(Imax例如，M=6，則系統(tǒng)的線性動(dòng)態(tài)范圍為106更精確地，可用二次或三次函數(shù)來(lái)表示輸入-輸出的關(guān)系，例二次函0VVa0將實(shí)際測(cè)得的輸入-輸出值，建立最佳近的回歸方程，由最近求得參數(shù)a、b 測(cè)量系統(tǒng)的線性響要待系入處一列知射度，并測(cè)得對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)輸出信號(hào)值。由于系統(tǒng)的線性響應(yīng)可能達(dá)幾個(gè)數(shù)量，故要在相當(dāng)寬的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)建立一系列已知的輻度量是比較 的。常用的方法是下列方法或其組合。 7.4測(cè)量系統(tǒng)的線性響 7.4測(cè)量系統(tǒng)的線性響 在分束片BS2處兩束光合一，再經(jīng)過W3和反射鏡M5、 在探測(cè)器P上五個(gè)W1位置和五個(gè)W2位置,共有25種組合，去掉W1和W2同時(shí)切斷光源的狀態(tài)，計(jì)24種組合。W3有四個(gè)位置,所以三個(gè)濾光片輪的不同位置構(gòu)成4×24=96檔透射比值。所用的濾光片經(jīng)嚴(yán)格的挑選,材料散射大的不宜應(yīng)用,安裝時(shí)與光軸稍傾一個(gè)角度,以防止測(cè)量系統(tǒng)中元件之間的多次反射，濾光片 測(cè)量系統(tǒng)的線性響 測(cè)量系統(tǒng)的線性響④用偏振片組。如果一對(duì)偏振片的偏振軸之間的夾角為，則通過它們后光振幅衰減cos，輻射通量變化cos2500的0.5cos20 測(cè)量系統(tǒng)的線性響⑤可的旋轉(zhuǎn)調(diào)制板加入光路()在一個(gè)時(shí)間周期T內(nèi)的通光時(shí)間隨而變化，從而也可改變調(diào)制板在 測(cè)量系統(tǒng)的線性響(730(10~15功率大小而定)。 第7章光輻射測(cè)量系統(tǒng)的性能及測(cè)量系統(tǒng)的響應(yīng)遠(yuǎn)距離小光源遠(yuǎn)距離面光源近距離面光源近距離小光源

測(cè)量系統(tǒng)的光譜響測(cè)量系統(tǒng)的視場(chǎng)響測(cè)量系統(tǒng)的線性響測(cè)量系統(tǒng)的偏振響 測(cè)量系統(tǒng)的偏振響光輻射測(cè)量中的偏振源①光源。自然光中 測(cè)量系統(tǒng)的偏振響光輻射測(cè)量中的偏振源②光學(xué)和色散元件。反射、透射的偏振度取決于入射角和介質(zhì)的折射率。 例如,一些棱鏡單色儀的偏振度可高達(dá)50~60%(儀器的結(jié)構(gòu)不同可相差甚遠(yuǎn)),偏振度隨波長(zhǎng)的變化10~20%。光柵單色儀的偏振度約20%，但隨波長(zhǎng)變化偏振度變化更大，圖7-31給出Cary