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。

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%。

随着空间红外探测、卫星遥感等技术的飞速发展, 低温红外辐射源的需求日益迫切。研制了一种基于液体循环控温原理的低温红外辐射源。辐射源的工作温度范围为-60℃～50 ℃, 控温精度达到0.01 ℃, 有效发射率优于0.999 7。首先阐述了低温红外辐射源的设计原理, 介绍了辐射源腔形设计, 使用基于蒙特卡罗算法的软件STEEP3计算了辐射腔的有效发射率; 接着对辐射腔内部温度特性进行了研究, 实验结果表明低温红外辐射源辐射腔温度均匀性优于0.02 ℃, 腔底温度稳定性优于0.05 ℃/h; 最后通过与镓熔点黑体比较得到低温红外辐射源在29.76 ℃时的光谱发射率, 与仿真计算结果一致。

研究了在-60～50 ℃条件下准确测量材料法向发射率的方法。基于发射率定义建立了材料法向发射率测量模型。为屏蔽环境杂散辐射与大气吸收的影响, 利用真空液氮背景通道搭建了低温状态下材料发射率测量装置。测量了氧化铜与高发射率陶瓷两种样品的法向发射率随温度、波长的变化情况。结果表明: 两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, 氧化铜样品法向积分发射率稳定为0.850±0.012, 陶瓷样品的法向积分发射率降低了0.124。最后, 实现了低温状态下红外光谱辐射的高精度采集, 对低温状态下材料法向光谱发射率测量结果的不确定度进行了评定, 得到的结果显示其相对扩展不确定度小于6.0%。