第7章光輻射測量系統(tǒng)的性能及其測量

第7章光輻射測量系統(tǒng)的性能及其測量1目前一頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)第7章光輻射測量系統(tǒng)的性能及其測量2目前二頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)輻射測量系統(tǒng)的三種典型結(jié)構(gòu)光輻射測量系統(tǒng)性能及其測量：測量條件

光輻射量是一個(gè)場量

標(biāo)定3目前三頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)第7章光輻射測量系統(tǒng)的性能及其測量①在所測量的光譜范圍[1,2]內(nèi)，系統(tǒng)具有均勻的光譜響應(yīng)，在響應(yīng)光譜范圍以外的光譜響應(yīng)等于零。

理想的光輻射測量系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有以下性能：②在所要求測量動態(tài)范圍內(nèi)，系統(tǒng)具有線性響應(yīng)。③光學(xué)系統(tǒng)沒有漸暈和像差，即系統(tǒng)具有理想的視場響應(yīng)。④測量系統(tǒng)的響應(yīng)不受入射光偏振程度的影響。用這種理想的測量系統(tǒng)去測量光輻射度量，不會因待測量的光譜特性、量值大小、視場內(nèi)的空間分布和偏振特性的變化而引起測量誤差。4目前四頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)第7章光輻射測量系統(tǒng)的性能及其測量7.1測量系統(tǒng)的響應(yīng)度

7.1.1遠(yuǎn)距離小光源法

7.1.2遠(yuǎn)距離面光源法

7.1.3近距離面光源法

7.1.4近距離小光源法7.2測量系統(tǒng)的光譜響應(yīng)7.3測量系統(tǒng)的視場響應(yīng)7.4測量系統(tǒng)的線性響應(yīng)7.5測量系統(tǒng)的偏振響應(yīng)5目前五頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.1測量系統(tǒng)的響應(yīng)度

根據(jù)儀器輸出電壓對應(yīng)入射輻射度量的不同，響應(yīng)度可分成輻射通量響應(yīng)度、輻亮度響應(yīng)度、輻照度響應(yīng)度。

響應(yīng)度的標(biāo)定就是建立測量系統(tǒng)入瞳處輻射度量和輸出信號之間的定量關(guān)系。一般用標(biāo)準(zhǔn)光源作為標(biāo)定源。但由于標(biāo)定源到儀器入瞳之間有一定的距離，因此標(biāo)定源輻射度量值并不是對應(yīng)儀器入瞳處的輻射度量，在傳輸路徑上輻射度量的變化必須考慮進(jìn)去。6目前六頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.1測量系統(tǒng)的響應(yīng)度

可用測量儀器的輻照度(或輻射通量)響應(yīng)來表征，但要求探測器響應(yīng)度沿表面分布是均勻的，若響應(yīng)不均勻，則需采用勻光器。用輻亮度響應(yīng)能夠正確地建立標(biāo)定光源在儀器視場內(nèi)平均輻亮度和輸出電壓信號之間的關(guān)系。7目前七頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.1測量系統(tǒng)的響應(yīng)度

在光源可正好充滿儀器視場的標(biāo)定條件下，三種響應(yīng)度之間存在著簡單的關(guān)系。設(shè)輻射計(jì)的輻亮度響應(yīng)度RL=V/L，則對應(yīng)的輻照度響應(yīng)度和輻射通量響應(yīng)度分別為

響應(yīng)度的標(biāo)定方法按照光源的大小及其相對待標(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。標(biāo)定時(shí)儀器調(diào)焦至無限遠(yuǎn)。8目前八頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.1.1遠(yuǎn)距離小光源法

精確計(jì)算輻照度E的困難在于要知道傳輸介質(zhì)(如大氣)的光譜透射比

()。由于在水氣吸收譜段內(nèi)，輻射衰減相當(dāng)大，故可在真空或充有無吸收的惰性氣體(如氮)的密閉室內(nèi)進(jìn)行標(biāo)定。問題：如何消除背景輻射的影響？9目前九頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.1.1遠(yuǎn)距離小光源法

在遠(yuǎn)距離小光源法中，由于儀器視場大于標(biāo)定光源對應(yīng)的視場，儀器視場還接收部分來自光源周圍的背景輻射能。為消除背景光對標(biāo)定的影響，可調(diào)制標(biāo)定光源的光輸出信號，即式中，E是光源和背景一起在儀器入瞳處產(chǎn)生的輻照度；Ea是光源輸出光能被遮擋時(shí)背景在待標(biāo)定儀器入瞳處產(chǎn)生的輻照度，相應(yīng)產(chǎn)生的電壓信號為V和Va。即E為標(biāo)定光源本身在儀器入瞳處產(chǎn)生的輻照度，而V為調(diào)制光信號產(chǎn)生的交變輸出電壓信號的幅度。調(diào)制電壓信號還可將探測器的暗電流對測量的影響消除。10目前十頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.1.2遠(yuǎn)距離面光源法

標(biāo)定時(shí)面光源對儀器的張角一般應(yīng)大于儀器視場的4倍。儀器調(diào)焦在無限遠(yuǎn)，面光源可用積分球光源或大面積低溫黑體，并放在有限遠(yuǎn)距離上(圖7-6)。設(shè)面光源的光譜輻亮度為L0()，傳輸介質(zhì)的光譜透射比為

()，被標(biāo)定輻射計(jì)輸出電壓信號為V，則儀器的輻亮度響應(yīng)度該標(biāo)定方法不必知道待標(biāo)定儀器的視場角及入瞳面積Ap。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，故應(yīng)用得較多。11目前十一頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.1.4近距離小光源法（瓊斯法）

標(biāo)定光源放在待標(biāo)定儀器入瞳附近，而標(biāo)定光源的尺寸要比儀器入瞳口徑小得多。為使探測器上得到均勻的輻照，標(biāo)定光源應(yīng)當(dāng)放在圖7-7的陰影線區(qū)域之內(nèi)。標(biāo)定光源從對應(yīng)儀器半視場角的立體角內(nèi)發(fā)出的輻射能恰都能為探測器所接收，則進(jìn)入待標(biāo)定輻射計(jì)的輻射通量為

設(shè)有一輻亮度為Ls的面光源使輻射計(jì)同樣接收輻射通量為的光能，則12目前十二頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.1.4近距離小光源法（瓊斯法）

將輻亮度為L的近距小光源看成輻亮度為Ls的近距離面光源，則對應(yīng)的輻亮度輻射計(jì)的輻亮度響應(yīng)度

由于Ac<Ap,故L>Ls。即小光源被看作是輻亮度減弱了Ap/Ac倍的面光源。

近距小光源和面光源是在探測器接收均勻且同樣大小輻照度的意義上等效的。13目前十三頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.1測量系統(tǒng)的響應(yīng)度標(biāo)定儀器響應(yīng)度RL后，如果測出儀器的相對光譜響應(yīng)R()，求儀器的光譜響應(yīng)度RL()。14目前十四頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.1測量系統(tǒng)的響應(yīng)度課后思考：如何確定標(biāo)定精度？原始誤差：標(biāo)定過程中所使用的標(biāo)準(zhǔn)器具本身的誤差，它是確定標(biāo)定精度的一種極限。標(biāo)定誤差：當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)器具確定后，由所采用的標(biāo)定方法不同所增加的那部分誤差。使用誤差。15目前十五頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)第7章光輻射測量系統(tǒng)的性能及其測量7.1測量系統(tǒng)的響應(yīng)度

7.1.1遠(yuǎn)距離小光源法

7.1.2遠(yuǎn)距離面光源法

7.1.3近距離面光源法

7.1.4近距離小光源法7.2測量系統(tǒng)的光譜響應(yīng)7.3測量系統(tǒng)的視場響應(yīng)7.4測量系統(tǒng)的線性響應(yīng)7.5測量系統(tǒng)的偏振響應(yīng)16目前十六頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.2測量系統(tǒng)的光譜響應(yīng)

在系統(tǒng)工作譜段[1，2]內(nèi)并不象理想響應(yīng)那樣具有明顯的波長限，且在[1，2]譜段內(nèi)的響應(yīng)也不均勻，在離工作譜段較遠(yuǎn)的波長區(qū)，甚至還可能出現(xiàn)次響應(yīng)譜段，并可延伸到相當(dāng)寬的波長范圍，這種工作譜段以外的響應(yīng)稱為光譜泄漏。

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)在測量結(jié)果上等效于實(shí)際測量系統(tǒng)的響應(yīng)。方法的基本出發(fā)點(diǎn)是：當(dāng)待測光源的光譜能量分布曲線可用一個(gè)二次函數(shù)來表示時(shí)，系統(tǒng)的等效理想響應(yīng)可通過精確地的計(jì)算確定。17目前十七頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.2測量系統(tǒng)的光譜響應(yīng)

設(shè)待測光源的光譜能量分布特性為S()，則系統(tǒng)的輸出電壓信號若S()可表示成二次函數(shù)，即對(7-10)式的光源函數(shù)在[1，2]范圍內(nèi)積分，則

代入(7-9)式，有(7-9)

(7-11)

(7-12)

(7-10)

18目前十八頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.2測量系統(tǒng)的光譜響應(yīng)

比較(7-11)式和(7-12)式，有

聯(lián)立解(7-14)方程，得

(7-13)

(7-14)

(7-15)

確定等效理想響應(yīng)的方法：由系統(tǒng)響應(yīng)R()，求、和，由(7-14)式可求得F和G的值，并由(7-15)式來得1和2，進(jìn)而由(7-13)式求得。19目前十九頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.2測量系統(tǒng)的光譜響應(yīng)

20目前二十頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.2測量系統(tǒng)的光譜響應(yīng)

①大多數(shù)光學(xué)材料具有較好的短波截止性能，但長波的截止性能較差(圖7-11給出了幾種常用的紅外光學(xué)材料的光譜透射特性曲線),因而長波泄漏更容易出現(xiàn)。光譜泄漏主要原因：21目前二十一頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.2測量系統(tǒng)的光譜響應(yīng)

②用以分隔譜段的薄膜干涉濾光片、分光元件——光柵等利用干涉現(xiàn)象的元件存在干涉級。干涉濾光片在其窄帶透射譜段的兩側(cè)還有一系列的次透射峰，多層鍍膜雖可大大減弱次峰，但不可能做到在主窄帶透射譜段以外的譜段完全無透過。光譜泄漏主要原因：22目前二十二頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.2測量系統(tǒng)的光譜響應(yīng)

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)像差及衍射等，使透射譜線加寬。雜散光不經(jīng)色散元件或經(jīng)過色散元件，由出射狹縫出射，使依靠單色儀分隔譜段的效能減弱。④光學(xué)元件吸收短波輻射而在較長波長處受激發(fā)射螢光，則當(dāng)紫外測量儀器中探測器在可見譜段未能有效地截止而有響應(yīng)時(shí)，就會產(chǎn)生光譜泄漏。為此，對測量系統(tǒng)進(jìn)行光譜響應(yīng)測量的一個(gè)重要工作是檢查系統(tǒng)光譜泄漏的程度。光譜泄漏主要原因：23目前二十三頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.2測量系統(tǒng)的光譜響應(yīng)

短波截止/透過濾光片：由于短波截止濾光片的短波截止性能較好，可用來檢查長波泄漏。檢查時(shí)將濾光片插入光路，如果系統(tǒng)仍有信號輸出(不是暗電流)，則說明系統(tǒng)有長波泄漏，而信號的大小可確定長波泄漏的程度。光譜泄漏檢查方法：用圖7-14所示的兩塊短波截止濾光片先后插入光路，可發(fā)現(xiàn)長波泄漏的譜段位置，濾光片其透射譜段的透射比應(yīng)大于0.8~0.9，而截止譜段的透射比則不應(yīng)大于10-4。由于檢測整個(gè)長波泄漏的總響應(yīng)，因而可期望得到較大的信號。如若用窄帶濾光片來檢查長波泄漏的位置和大小，往往信號很小，甚至難以察覺。反之，用短波透過的濾光片(圖7-14的虛線)可檢查系統(tǒng)短波泄漏。24目前二十四頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.2測量系統(tǒng)的光譜響應(yīng)

變溫黑體法：由于黑體溫度變化時(shí)，輻射能的峰值也隨之變化，這相當(dāng)于引入一個(gè)變發(fā)射譜段的光源作為長波泄漏的檢查手段。光譜泄漏檢查方法：當(dāng)系統(tǒng)有長波泄漏和沒有長波泄漏時(shí)，由黑體光譜輻射出射度曲線和測量系統(tǒng)的光譜響應(yīng)曲線相乘，可得到圖7-15(b)的曲線，圖中斜直線表示沒有長波泄漏時(shí)，系統(tǒng)輸出信號隨黑體光譜輻亮度變化；有長波泄漏時(shí)，隨著黑體溫度減小，黑體光譜輻射出射度曲線峰值向長波方向位移，長波泄漏對系統(tǒng)的輸出信號貢獻(xiàn)更加顯著，這時(shí)，實(shí)測值偏離斜直線越來越遠(yuǎn)。信號經(jīng)過處理可確定長波泄漏的譜段位置及響應(yīng)大小。25目前二十五頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)第7章光輻射測量系統(tǒng)的性能及其測量7.1測量系統(tǒng)的響應(yīng)度

7.1.1遠(yuǎn)距離小光源法

7.1.2遠(yuǎn)距離面光源法

7.1.3近距離面光源法

7.1.4近距離小光源法7.2測量系統(tǒng)的光譜響應(yīng)7.3測量系統(tǒng)的視場響應(yīng)7.4測量系統(tǒng)的線性響應(yīng)7.5測量系統(tǒng)的偏振響應(yīng)26目前二十六頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.3測量系統(tǒng)的視場響應(yīng)

實(shí)際測量系統(tǒng)對視場外進(jìn)入的光能總會在不同程度上散射到探測器表面，使系統(tǒng)有一定的視場外響應(yīng)。一個(gè)原因是測量系統(tǒng)本身沒有明顯的視場大小，另一個(gè)原因是系統(tǒng)不可能把雜散光完全阻擋掉。

視場響應(yīng)是測量系統(tǒng)性能的另一個(gè)重要指標(biāo)。嚴(yán)重的視場外響應(yīng)會給測量系統(tǒng)帶來很大的誤差，一個(gè)極端的例子是用輻射計(jì)測量太陽的日冕，如果系統(tǒng)能有效地把來自太陽的直射輻射擋掉，那就不必等到日全蝕才可能對日冕進(jìn)行測量。設(shè)待測輻射通量在空間的分布為(,)，

是某面元與測量系統(tǒng)入瞳中心的連線與系統(tǒng)光軸的夾角(圖7-16)，是該連線在空間所處的方位角，系統(tǒng)視場。

27目前二十七頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.3測量系統(tǒng)的視場響應(yīng)

①系統(tǒng)具有理想視場響應(yīng)。②被測輻射度量在空間的分布是均勻的③待測光源尺寸很小，對系統(tǒng)的張角小于視場光闌對應(yīng)的空間視場角。28目前二十八頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.3測量系統(tǒng)的視場響應(yīng)

29目前二十九頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.3測量系統(tǒng)的視場響應(yīng)

30目前三十頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.3測量系統(tǒng)的視場響應(yīng)

圖7-19是測量系統(tǒng)視場響應(yīng)的一種裝置。準(zhǔn)直管安裝在導(dǎo)軌上，準(zhǔn)直管口徑應(yīng)使其發(fā)出的平行光束足以充滿待測系統(tǒng)的入射孔徑。待測系統(tǒng)安置在一可繞直軸轉(zhuǎn)動的支架上，旋轉(zhuǎn)支架可使待測系統(tǒng)相對準(zhǔn)直管有不同的視場角與方位角。支架回轉(zhuǎn)軸應(yīng)通過待測系統(tǒng)入射孔徑的中心，這樣系統(tǒng)繞支架垂直軸轉(zhuǎn)動時(shí)，進(jìn)入系統(tǒng)的光束口徑不會被切掉。在零度視場，待測系統(tǒng)的光軸和準(zhǔn)直管光軸大致重合，這可通過調(diào)節(jié)使待測系統(tǒng)的俯仰和升降裝置來實(shí)現(xiàn)。測量前首先要確定系統(tǒng)的光軸(零視場角)，它不一定是光學(xué)元件的中心和探測器中心的連線。測量時(shí)首先使待測系統(tǒng)在光軸附近得到最大的非飽和輸出信號，在一定的方位角，通過改變視場角，找到對應(yīng)最大輸出信號一半時(shí)的

1和

2。在數(shù)個(gè)方位角處找到一系列的

1和

2值，并求出對應(yīng)的中點(diǎn)平均值

0=(

1+

2)/2。同理，對應(yīng)一系列

角，找到對應(yīng)最大輸出信號一半時(shí)的一系列1和2及其中點(diǎn)平均值0，(

0,0)可確定出待測系統(tǒng)的光軸。使待測系統(tǒng)處于不同的視場角，記錄系統(tǒng)的輸出，得到如圖7-17的系統(tǒng)視場響應(yīng)。31目前三十一頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.3測量系統(tǒng)的視場響應(yīng)

視場外和視場內(nèi)響應(yīng)相比，前者屬于雜散光，其輸出信號比視場內(nèi)響應(yīng)的輸出小幾個(gè)甚至十幾個(gè)數(shù)量級，因而測量相當(dāng)困難。有兩點(diǎn)必須特別注意：①測量環(huán)境的影響；②測量系統(tǒng)響應(yīng)線性度的影響。①測量環(huán)境的影響主要是部分通過準(zhǔn)直管照射到待測系統(tǒng)的光、或者照到待測系統(tǒng)以外部分的光被散射而照到測量暗室內(nèi)。測量室內(nèi)空氣不清潔，待測系統(tǒng)視場內(nèi)大顆?；覊m對光的散射(甚至鏡面反射)影響也需考慮，因而保持測量室內(nèi)空氣清潔是十分必要的。32目前三十二頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.3測量系統(tǒng)的視場響應(yīng)

一種減少室內(nèi)散射光對測量影響的方法如圖7-21。首先在測量室內(nèi)的一角單獨(dú)建立一與測量室隔開封閉的燈室，可大大改善測量室內(nèi)的散射水平；其次在待測系統(tǒng)后面設(shè)陷光器，使未能射入系統(tǒng)的直射光為陷光器所吸收；再在待測系統(tǒng)周圍設(shè)置雙圓心反射壁，壁為拋光金屬表面，使由待測系統(tǒng)散射到璧上的光不能直接射回。33目前三十三頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.3測量系統(tǒng)的視場響應(yīng)

②測量系統(tǒng)響應(yīng)線性度的影響由于測量要求系統(tǒng)有較大的動態(tài)響應(yīng)范圍，系統(tǒng)響應(yīng)線性度直接影響到測量的精確性。改變積分球出射光孔到待測系統(tǒng)的距離是一種簡單快速檢查測量系統(tǒng)視場外響應(yīng)的方法(圖7-22)。這種方法檢測系統(tǒng)的總雜散光水平，能得到較大的雜散光信號。測量中探測器接收的輻照度變化不大，因此，對系統(tǒng)的動態(tài)范圍要求不嚴(yán)。34目前三十四頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)第7章光輻射測量系統(tǒng)的性能及其測量7.1測量系統(tǒng)的響應(yīng)度

7.1.1遠(yuǎn)距離小光源法

7.1.2遠(yuǎn)距離面光源法

7.1.3近距離面光源法

7.1.4近距離小光源法7.2測量系統(tǒng)的光譜響應(yīng)7.3測量系統(tǒng)的視場響應(yīng)7.4測量系統(tǒng)的線性響應(yīng)7.5測量系統(tǒng)的偏振響應(yīng)35目前三十五頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.4測量系統(tǒng)的線性響應(yīng)

線性響應(yīng)定義為測量系統(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，其輸入信號和輸出信號值之間存在如下關(guān)系：式中，R是系統(tǒng)的輻射通量響應(yīng)度，與入射量的大小無關(guān)，也稱為系統(tǒng)增益；b是偏置電壓，即輸入信號為零時(shí)的輸出值。光輻射測量系統(tǒng)中，為在完全相同或接近條件下進(jìn)行測量，廣泛使用比較測量法。線性響應(yīng)使測量信號的處理大為簡化，尤其是復(fù)雜系統(tǒng)的信號處理。因?yàn)橹灰钌俚膮?shù)就可表征線性響應(yīng)系統(tǒng)的輸入—輸出特性。36目前三十六頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.4測量系統(tǒng)的線性響應(yīng)

在實(shí)際測量系統(tǒng)中，由于決定系統(tǒng)總響應(yīng)度的各參數(shù)(例如探測器的響應(yīng)度，放大器的增益，顯示系統(tǒng)的特性等)都只能在一定的動態(tài)范圍內(nèi)是常數(shù)，因此，系統(tǒng)的非線性響應(yīng)是不可避免的。信號過大時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象；反之，輸入信號過小時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)淹沒在噪聲中，難以反映輸入信號的變化。表示測量系統(tǒng)線性動態(tài)范圍的方法很多，較方便的是用響應(yīng)度增益不偏度允許誤差的范圍來規(guī)定系統(tǒng)的線性工作范圍(如圖7-23)，線性動態(tài)范圍上限Imax由輸出信號偏離理論線性值的誤差確定,的大小取決于所允許的測量誤差；下限Imin往往由系統(tǒng)的噪聲電平確定。一般信號甚小時(shí),系統(tǒng)具有較好的線性響應(yīng)，影響信號輸出主要是噪聲把信號湮沒。37目前三十七頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.4測量系統(tǒng)的線性響應(yīng)

線性動態(tài)范圍一般用數(shù)量級M來表示例如，M=6，則系統(tǒng)的線性動態(tài)范圍為106。更精確地，可用二次或三次函數(shù)來表示輸入-輸出的關(guān)系，例如二次函數(shù)

將實(shí)際測得的輸入-輸出值，建立最佳逼近的回歸方程，由最優(yōu)逼近求得參數(shù)a、b。38目前三十八頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.4測量系統(tǒng)的線性響應(yīng)

系統(tǒng)線性響應(yīng)特性的標(biāo)定需要在待測系統(tǒng)的入瞳處給定一系列已知的輻射度，并測得對應(yīng)的系統(tǒng)輸出信號值。由于系統(tǒng)的線性響應(yīng)可能達(dá)幾個(gè)數(shù)量級，故要在相當(dāng)寬的動態(tài)范圍內(nèi)建立一系列已知的輻射度量是比較困難的。常用的方法是下列方法或其組合。①在導(dǎo)軌上改變光源到測量系統(tǒng)的距離。②用一組透射比經(jīng)過標(biāo)定的中性密度濾光片插入或移出光路的方法。③用一系列固定孔徑的光闌插入光路作為光衰減器。④用偏振片組。⑤可變開口角的扇形調(diào)制板。⑥加光法。39目前三十九頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.4測量系統(tǒng)的線性響應(yīng)

②用一組透射比經(jīng)過標(biāo)定的中性密度濾光片插入或移出光路的方法。40目前四十頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.4測量系統(tǒng)的線性響應(yīng)

這里重要的是要求濾光片的透射比與波長無關(guān)，因?yàn)橹行悦芏葹V光片的光譜透射比只可在一定的波長范圍內(nèi)認(rèn)為是不變的(圖7-25(a))，用涂黑的金屬篩網(wǎng)或透光網(wǎng)格玻璃片(圖7-25(b))能較好地滿足要求，一般不推薦使用幾塊中性密度濾光片的疊合來得到不同的透射比，因玻璃片之間的多次反射會使疊合后的透射比不是幾塊濾光片透射比的簡單乘積。圖7-26是美國國家標(biāo)準(zhǔn)局(NBS)用以標(biāo)定探測器線性響應(yīng)的測量裝置原理示意圖。圖中W1、W2、W3是中性密度濾光片輪，每一輪上裝有四塊透射比不同的中性密度濾光片。第五個(gè)位置是不通孔。光源由S發(fā)出，經(jīng)過平面反射鏡M1和凹面反射鏡M2成平行光，再由分束片BS1分成兩路，分別經(jīng)M3和M4，在分束片BS2處兩束光合一，再經(jīng)過W3和反射鏡M5、M6，聚集在探測器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,以防止測量系統(tǒng)中元件之間的多次反射，濾光片透射比在其工作位置上事先標(biāo)定。41目前四十一頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.4測量系統(tǒng)的線性響應(yīng)

③用一系列固定孔徑的光闌插入光路作為光衰減器(圖7-27)。相鄰檔光闌孔的面積相差一倍。如有九檔，則可改變輻射通量29=512倍?？讖降男螤畈槐睾芤?guī)則，一個(gè)孔可用多個(gè)小孔替代，但孔徑的面積要精確標(biāo)定，且放在最大光闌孔一檔時(shí)，要求孔徑各處的輻照度均勻。這種方法對光譜特性沒有影響。42目前四十二頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.4測量系統(tǒng)的線性響應(yīng)

④用偏振片組。如果一對偏振片的偏振軸之間的夾角為，則光通過它們后光振幅衰減cos，輻射通量變化cos2。若光源是一自然光，經(jīng)過第一片偏振片后，輻射通量衰減50％。設(shè)兩偏振片偏振軸重合時(shí)的透射比為0，則光通過偏振軸夾角為的一對偏振片時(shí)，總的透射比43目前四十三頁\總數(shù)四十八頁\編于四點(diǎn)7.4測量系統(tǒng)的線性響應(yīng)

⑤可變開口角的扇形調(diào)制板。將兩片相對可調(diào)節(jié)位置以改變開口角的旋轉(zhuǎn)調(diào)制板加入光路(圖7-29)，使光只在一部分時(shí)間內(nèi)可通過。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T內(nèi)的“平均透射比”。