1 中国科学院合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所，合肥 230031
2 中国科学技术大学，合肥 230026
3 西安应用光学研究所，西安 710065
为满足气候监测、微光辐射计量、单光子计量等定量应用需求，设计了基于相关光子自校准的紧凑型三通道微光辐亮度计，其光谱范围为460~1 550 nm，辐亮度测量范围为1×10-9~1×10-6 W/（cm2·sr·nm）。设计时考虑整机的集成化、小型化和模块化，将8个光谱波段集成为三通道结构。其中可见光近红外波段采用自由空间耦合，短波红外波段采用多模光纤耦合方式。通过设计优化分析，微光辐亮度计的第一、二通道的聚焦光斑满足Si单光子探测器光敏面300 μm像元要求，第三通道的聚焦光斑满足多模光纤62.5 μm芯径和0.22数值孔径要求，三个通道的聚焦光斑均可被单光子探测器光敏面接收，满足设计目标，可为后续的工程化应用提供参考。
辐射定标 辐亮度计 光学设计 相关光子 微光 Radiometric calibration Radiance meter Optical design Correlated photons Low light 光子学报
2023, 52(12): 1212002
1 北京理工大学 光电学院，北京 100081
2 西安应用光学研究所 国防科技工业光学一级计量站，陕西 西安 710065
为满足隐身材料、热防材料和隔热涂层等高温材料涂层的光谱发射率的高精度测量需求，研究了在1 273 K～3 100 K条件下准确测量材料法向光谱发射率的方法。基于发射率定义，建立了材料法向光谱发射率测量模型，并在该基础上研建了光谱范围为0.7 μm～12 μm的材料法向光谱发射率测量装置。为克服测量装置中样品高精度加热时伴随腔体效应的技术难点，研制了具备可移动石墨坩埚的样品加热炉，取得了良好的实验效果。使用发射率测量装置对SiC与低发射率涂层2种样品的法向光谱发射率进行实验测量。结果表明：2种样品的法向光谱发射率均随波长增加而降低，随温度的升高而升高。最后对高温状态下材料法向光谱发射率测量不确定度进行了评定，相对扩展不确定度为3.6%。
光谱发射率 涂层 腔体效应 测量不确定度 spectral emissivity coating cavity effect measurement uncertainty
1 北京理工大学 光电成像技术与系统教育部重点实验室，北京 100081
2 西安应用光学研究所，陕西 西安 710065
3 北京东方计量测试研究所，北京 100029
当前，工作在液氦温度的低温辐射计可以有效规避电路系统中非自发加热带来的误差，是国际上精度最高的光功率计量设备。理想低温辐射计在工作过程中，其核心器件-吸收腔对相同的热功率与电功率应当表现出相同的温升。然而对于实际情况，由于吸收腔涂层中复杂的光-物质相互作用，系统的光-电加热路径难以重合，黑体腔热传导分布的梯度差异导致误差的产生。当前国际上对光电不等效性产生的影响仍缺乏直观清晰的认知。在此，利用蒙特卡洛光线追迹方法，文中对低温辐射计吸收腔辐照度的空间分布进行了仿真。计算表明：当吸收腔斜底角控制在60°，涂层吸收率达到0.95时，系统在激光进入的第一次与第二次反射中分别吸收了98%与1.9%的能量，比例约为51.2∶1。通过在吸收腔斜底板和下侧面同时布置加热器，可实现光加热、电加热路径的耦合。进一步地，通过分别计算单加热器与双加热器布置下系统温度随时间的变化，文中证明了加热路径的不同将引入约为0.005%的光电不等效性。
低温辐射计 光电不等效性 加热器布置 光线追迹法 吸收腔 cryogenic radiometer optical-electrical non-equivalency heater arrangement ray-tracing method absorption chamber 红外与激光工程
2022, 51(8): 20210918
1 北京理工大学 光电成像技术与系统教育部重点实验室，北京 100081
2 西安应用光学研究所，陕西 西安 710065
3 中国科学院重庆绿色智能技术研究院，重庆 710699
为了实现低温辐射计工作温度4 K条件下吸收腔吸收率的测量，研究了变温条件下吸收腔吸收率的测量方法。通过在低温辐射计布儒斯特窗口前设计反射监测组件，并控制低温辐射计工作在10−6 Pa的真空环境下，调节低温辐射计制冷温度，分别测量室温条件和不同温度条件下低温辐射计吸收腔在632.8 nm处的反射信号，结合利用传统积分球法在室温条件下低温辐射计吸收腔632.8 nm处反射率的测量结果，通过计算可精确得到不同温度条件下低温辐射计吸收腔的吸收率。实验测量吸收腔在室温条件和4 K温度条件下的吸收率，分别为0.99976和0.99971，对4 K条件下低温辐射计吸收腔吸收率的测量不确定度进行评定，得到的结果显示其相对扩展不确定度为0.005%（k=2）。
低温辐射计 吸收腔 反射率 吸收率 cryogenic radiometer absorbing cavity reflectivity absorptivity 红外与激光工程
2022, 51(9): 20210984
1 国防科技大学 智能科学学院,湖南 长沙 410073
2 西安应用光学研究所, 陕西 西安 710065
当前的光电侦察领域设备不断地向轻、小型化发展, 而传统变焦光学系统的体积与质量往往达不到微小型光电侦察平台的载荷要求, 因此小型无人机等侦查平台只能搭载定焦镜头, 制约了分辨率与侦查距离的提升, 限制了侦查能力。液态透镜技术利用单片透镜即可实现透镜焦距的调节, 大大减小了光学系统的体积, 且其变焦响应速度快、变焦范围大, 由液态透镜组合的光学系统可以在固定的小体积内实现快速变焦, 在军民领域都有广阔的应用前景。该文对前人的理论基础与研究方法进行了调研与综述, 简述了液态透镜的5种基本原理, 并分析了各自的特点, 分别介绍了国内外液态透镜的研究现状, 指出了不同液态透镜的优缺点及未来的发展与研究方向。
液态透镜 液压驱动 电润湿效应 光学设计 弹性薄膜 liquid lens hydraulic-driven electrowetting on dielectric (EWOD) optical design elastic membrane
1 西安应用光学研究所，陕西 西安 710065
2 陆军装备部航空军代局驻西安地区航空军代室，陕西 西安 710065
为实现目标光谱辐射亮度的高精度测量，研制了一种小视场近紫外到近红外光谱辐射计，光谱范围为300 nm～2 000 nm，光谱辐射亮度测量范围为50 μW/cm2·nm·sr～1 000 μW/cm2·nm·sr。阐述了近紫外到近红外光谱辐射计设计原理及关键部件，使用基于钨带灯的直接定标法实现了光谱辐射计光谱辐射亮度绝对定标，测量了标准积分球光源的光谱辐射亮度，测量值与积分球光源标准值偏差优于0.5%。
光谱辐射计 光谱辐射亮度定标 积分球光源 spectroradiometer spectral radiance calibration integrating sphere source
1 西安应用光学研究所, 陕西 西安 710065
2 中国人民解放军94303部队, 山东 潍坊 261051
凝视阵列型热像仪的空间噪声制约着热像仪对远距离目标的探测、分辨、跟踪性能。为解决热像仪空间噪声实际测量问题, 分析了热像仪的空间噪声测量原理, 给出了热像仪基于信号传递函数的空间噪声测量数学模型, 介绍了热像仪某一组、某一区域或全部像素如何剔除时间域NETD, 再通过统计计算得到其空间NETD的数学模型。对制冷型MCT320×256凝视列阵热像仪的SiTF和空间NETD进行测量, 当背景黑体温度为5 ℃时, FOV区域中心信号传递函数(SiTF)为27.29 mV/℃, NETD为0.128 ℃, 20 ℃时FOV区域中心SiTF为29.03 ℃, NETD为0.121 ℃。测量结果表明: 该方法可评估空间噪声对热像仪性能的影响。
红外热像仪 空间噪声 固定模式噪声 时间噪声 infrared thermal imager spatial noise fixed pattern noise temporal noise NETD noise equivalent temperature difference
1 西安应用光学研究所，陕西 西安 710065
2 中国兵器科学研究院，北京 100089
为解决热像仪测试设备校准问题，设计了内部参考黑体温度与环境温度相等的红外辐射计。为评估精密红外辐射计的性能指标，指导精密红外辐射计的设计，建立了红外辐射计NETD (噪声等效温差，Noise equivalent temperature difference)数学模型。估算了在不同电子带宽、光谱波段下红外辐射计的NETD。结果表明，当噪声带宽小于1 Hz时，红外辐射计自身的NETD在MWIR(mid-wavelength infrared )、LWIR(long wavelength infrared)波段均小于0.01℃,能够满足热像仪测试设备校准需要。
红外热像仪 红外辐射计 黑体 辐射温度 噪声等效温差 infrared imager infrared radiometer blackbody radiant temperature NETD
