本發(fā)明屬于光學(xué)計(jì)量測(cè)試領(lǐng)域，主要涉及一種光譜輻射測(cè)量及定標(biāo)方法，尤其涉及一種直徑微米量級(jí)點(diǎn)光源的光譜輻射亮度測(cè)量及定標(biāo)方法。

背景技術(shù)：

1、點(diǎn)光源是一種理想化的光波源，它被假設(shè)為無(wú)窮遠(yuǎn)處的一個(gè)點(diǎn)，光源的大小可以忽略不計(jì)，從該點(diǎn)發(fā)出的光波呈放射狀傳播，并且在距離光源無(wú)窮遠(yuǎn)處，光波可以被視為平行光。點(diǎn)光源通常有兩種涵義:一是光源尺寸極小。當(dāng)測(cè)量光程遠(yuǎn)大于接收面和輻射源的尺寸（>>10）時(shí)，輻射源就可以被看成點(diǎn)源進(jìn)行測(cè)量。點(diǎn)光源輻射強(qiáng)弱通常用輻射強(qiáng)度瓦/立體角（w/sr）表示；光譜輻亮度表示光源在單位立體角內(nèi)、單位面積下光源發(fā)出的輻射通量，是輻射度學(xué)中衡量光源發(fā)光能力的主要物理量。

2、現(xiàn)多使用經(jīng)過輻射校準(zhǔn)的輻射亮度計(jì)對(duì)光源的（光譜）輻射亮度測(cè)量，但常用的光譜輻射計(jì)受測(cè)量視場(chǎng)限制，只能滿足能夠充滿輻射計(jì)視場(chǎng)、具有較大面積的光源的輻射亮度測(cè)量需求，如積分球光源等。而對(duì)于直徑微米量級(jí)的點(diǎn)光源，現(xiàn)有光譜輻射測(cè)量?jī)x器無(wú)法實(shí)現(xiàn)其輻射亮度測(cè)量要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)點(diǎn)光源光譜輻射亮度的高準(zhǔn)確度測(cè)量難題，目前沒有發(fā)現(xiàn)關(guān)于直徑微米量級(jí)的點(diǎn)光源光譜輻射亮度的測(cè)量相關(guān)研究，本發(fā)明的目的在于在點(diǎn)光源的基礎(chǔ)上，尤其在紫外波段光源亮度較弱的情況下，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)光源在光譜輻射亮度的測(cè)量。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種點(diǎn)光源的光譜輻射亮度測(cè)量方法，點(diǎn)光源輸出光譜輻射亮度，經(jīng)前置光學(xué)系統(tǒng)將被測(cè)光源成像到雙級(jí)聯(lián)單色儀的入射狹縫上，雙級(jí)聯(lián)單色儀在控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)下將入射的復(fù)色光分光輸出單色光，光電探測(cè)器接收單色光并輸出電流，經(jīng)過高精度放大器放大后由pc上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，可計(jì)算系統(tǒng)整機(jī)絕對(duì)光譜響應(yīng)度，求取點(diǎn)光源的光譜輻射亮度。

2、優(yōu)選的是，根據(jù)點(diǎn)光源與前置光學(xué)系統(tǒng)和光電探測(cè)器之間的幾何關(guān)系計(jì)算出推導(dǎo)出單色儀入射狹縫處的光譜輻射照度，代入單色儀入射狹縫處的光譜輻射照度根據(jù)輻射度學(xué)理論推導(dǎo)光電探測(cè)器接收面上的輻射光功率，通過單色儀入射狹縫處的光譜輻射照度，光電探測(cè)器接收面上的輻射光功率、以及光電探測(cè)器光譜響應(yīng)度推導(dǎo)出系統(tǒng)光源輸出輻射亮度的對(duì)應(yīng)輸出光電流，得出光電系統(tǒng)輸出電流與入射輻射亮度成正比和測(cè)量帶寬成正比。

3、優(yōu)選的是，采用大面積光電探測(cè)器接收單色儀出射狹縫輸出的全部光功率。

4、對(duì)上述系統(tǒng)整機(jī)進(jìn)行定標(biāo)，利用與點(diǎn)光源具有相同視場(chǎng)和光譜輻射亮度已知的積分球作為標(biāo)準(zhǔn)光源照明測(cè)試系統(tǒng)，定標(biāo)系統(tǒng)整機(jī)絕對(duì)光譜響應(yīng)度、利用定標(biāo)后的系統(tǒng)整機(jī)絕對(duì)光譜響應(yīng)度對(duì)點(diǎn)光源的光譜輻射亮度進(jìn)行測(cè)試。

5、優(yōu)選的是，上述方法點(diǎn)光源光譜輻射亮度定標(biāo)應(yīng)用于基于不同輻射標(biāo)準(zhǔn)燈的紫外到可見波段絕對(duì)定標(biāo)：采用紫外波段光譜輻射照度標(biāo)準(zhǔn)燈測(cè)試系統(tǒng)紫外波段光譜輻射照度響應(yīng)度；采用標(biāo)準(zhǔn)積分球光源定標(biāo)可見光波段光譜輻射亮度響應(yīng)度；分別對(duì)紫外、可見兩波段歸一化光譜響應(yīng)度曲線處理后，采用最小二乘法對(duì)兩條相對(duì)光譜分布曲線進(jìn)行擬合處理，得到一條波段200nm-800nm相對(duì)光譜曲線，在200nm-800nm波段內(nèi)，將上述相對(duì)光譜分布曲線中的可見光峰值波長(zhǎng)處的絕對(duì)光譜輻射亮度響應(yīng)度代入到相對(duì)光譜分布曲線中得到全波段絕對(duì)光譜輻射亮度響應(yīng)度。

6、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

7、1、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了直徑達(dá)到100微米量級(jí)的點(diǎn)狀光源光譜輻射亮度測(cè)量，不僅填補(bǔ)了點(diǎn)光源光譜輻射測(cè)試與定標(biāo)技術(shù)的空白，同時(shí)具備了點(diǎn)光源高精度、高準(zhǔn)確度的測(cè)量能力。

8、2、本發(fā)明針對(duì)點(diǎn)光源光譜輻射亮度測(cè)量的問題，基于幾何成像和輻射度學(xué)理論提出和解決了光譜輻射亮度傳輸物理模型。

9、3、本發(fā)明建立了點(diǎn)光源的光譜輻射亮度和測(cè)量系統(tǒng)輸出信號(hào)的響應(yīng)函數(shù)關(guān)系。

10、4、本發(fā)明是點(diǎn)光源弱光條件下測(cè)量系統(tǒng)絕對(duì)光譜輻射亮度定標(biāo)的方法，提出采用基于不同標(biāo)準(zhǔn)輻射光源下實(shí)現(xiàn)紫外-可見光波段絕對(duì)光譜輻射亮度定標(biāo)方法。

11、5、本發(fā)明將基于兩種標(biāo)準(zhǔn)光譜輻射源獲得的測(cè)量系統(tǒng)兩個(gè)波段的光譜響應(yīng)曲線分別進(jìn)行歸一化處理，并結(jié)合曲線銜接算法得到一條全波段相對(duì)光譜響應(yīng)度曲線，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)光源測(cè)量系統(tǒng)全波段絕對(duì)光譜輻射亮度定標(biāo)。

12、6、本發(fā)明點(diǎn)光源光譜輻射亮度測(cè)量和定標(biāo)方法適用于紫外到紅外全波段的寬波段點(diǎn)光源的測(cè)量應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.點(diǎn)光源的光譜輻射亮度測(cè)量及定標(biāo)方法，其特征在于，點(diǎn)光源輸出光譜輻射亮度，經(jīng)前置光學(xué)系統(tǒng)將被測(cè)光源成像到雙級(jí)聯(lián)單色儀的入射狹縫上，雙級(jí)聯(lián)單色儀在控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)下將入射的復(fù)色光分光輸出單色光，光電探測(cè)器接收單色光并輸出電流，經(jīng)過高精度放大器放大后由pc上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，可計(jì)算系統(tǒng)整機(jī)絕對(duì)光譜響應(yīng)度，求取點(diǎn)光源的光譜輻射亮度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)光源的光譜輻射亮度測(cè)量及定標(biāo)方法，其特征在于，根據(jù)點(diǎn)光源與前置光學(xué)系統(tǒng)和光電探測(cè)器之間的幾何關(guān)系計(jì)算出推導(dǎo)出單色儀入射狹縫處的光譜輻射照度，代入單色儀入射狹縫處的光譜輻射照度根據(jù)輻射度學(xué)理論推導(dǎo)光電探測(cè)器接收面上的輻射光功率，通過單色儀入射狹縫處的光譜輻射照度，光電探測(cè)器接收面上的輻射光功率、以及光電探測(cè)器光譜響應(yīng)度推導(dǎo)出系統(tǒng)光源輸出輻射亮度的對(duì)應(yīng)輸出光電流，得出光電系統(tǒng)輸出電流與入射輻射亮度成正比和測(cè)量帶寬成正比。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的點(diǎn)光源的光譜輻射亮度測(cè)量及定標(biāo)方法，其特征在于，采用大面積光電探測(cè)器接收單色儀出射狹縫輸出的全部光功率。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)光源的光譜輻射亮度測(cè)量及定標(biāo)方法，其特征在于，對(duì)上述系統(tǒng)整機(jī)進(jìn)行定標(biāo)，包括以下步驟：利用與點(diǎn)光源具有相同視場(chǎng)和光譜輻射亮度已知的積分球作為標(biāo)準(zhǔn)光源照明測(cè)試系統(tǒng)，定標(biāo)系統(tǒng)整機(jī)絕對(duì)光譜響應(yīng)度，利用定標(biāo)后的系統(tǒng)整機(jī)絕對(duì)光譜響應(yīng)度對(duì)點(diǎn)光源的光譜輻射亮度進(jìn)行測(cè)試。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的點(diǎn)光源光譜輻射亮度測(cè)量及定標(biāo)方法，其特征在于，上述方法點(diǎn)光源光譜輻射亮度定標(biāo)應(yīng)用于基于不同輻射標(biāo)準(zhǔn)燈的紫外到可見波段絕對(duì)定標(biāo)：采用紫外波段光譜輻射照度標(biāo)準(zhǔn)燈測(cè)試系統(tǒng)紫外波段光譜輻射照度響應(yīng)度；采用標(biāo)準(zhǔn)積分球光源定標(biāo)可見光波段光譜輻射亮度響應(yīng)度；分別對(duì)紫外、可見兩波段歸一化光譜響應(yīng)度曲線處理后，采用最小二乘法對(duì)兩條相對(duì)光譜分布曲線進(jìn)行擬合處理，得到一條波段200nm-800nm相對(duì)光譜曲線，在200nm-800nm波段內(nèi)，將上述相對(duì)光譜分布曲線中的可見光峰值波長(zhǎng)處的絕對(duì)光譜輻射亮度響應(yīng)度代入到相對(duì)光譜分布曲線中得到全波段絕對(duì)光譜輻射亮度響應(yīng)度。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及光學(xué)計(jì)量測(cè)試領(lǐng)域，具體公開了一種點(diǎn)光源的光譜輻射亮度測(cè)量及定標(biāo)方法，該測(cè)量及定標(biāo)方法實(shí)現(xiàn)的方案如下：點(diǎn)光源輸出光譜輻射亮度，經(jīng)前置光學(xué)系統(tǒng)將被測(cè)光源成像到雙級(jí)聯(lián)單色儀的入射狹縫上，雙級(jí)聯(lián)單色儀在控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)下將入射的復(fù)色光分光輸出單色光，光電探測(cè)器接收單色光并輸出電流，經(jīng)過高精度放大器放大后由PC上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。對(duì)系統(tǒng)整機(jī)定標(biāo)：利用與點(diǎn)光源具有相同視場(chǎng)和光譜輻射亮度已知的積分球作為標(biāo)準(zhǔn)光源照明測(cè)試系統(tǒng)，定標(biāo)系統(tǒng)整機(jī)絕對(duì)光譜響應(yīng)度，利用定標(biāo)后的系統(tǒng)整機(jī)絕對(duì)光譜響應(yīng)度對(duì)點(diǎn)光源的光譜輻射亮度進(jìn)行測(cè)試，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)在較寬波段和微弱的點(diǎn)光源光譜輻射亮度測(cè)量。

技術(shù)研發(fā)人員：任建偉,金哲,戰(zhàn)大成,竇婉瑩,湯仙芝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：吉林省遠(yuǎn)大光學(xué)檢測(cè)技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19