为解决中高温条件下材料发射率的测量问题,提出了一种基于半椭球反射镜的高温材料光谱发射率测量技术。该技术使用800 mm口径半椭球反射镜大范围聚焦信号光,利用3种离轴抛物镜来切换不同测试视场,并利用高功率激光器对样品进行加热。仿真研究了所设计系统的测量误差,结果表明,反射率测量偏差最大为0.035,透射率测量偏差最大为0.031。构建了基于800 mm口径半椭球镜的发射率测量系统,测算了某合金材料和某半透明材料的反射率、透射率和发射率,表明所设计的系统可实现常温到中高温(300~1200 K)、多视场(30°、60°、90°)、宽谱段(2~14 μm)的测量。

为提升材料高温光学参数测量设备的光能利用率以及在待测样品表面获得更高的辐照度,将半椭球反射镜应用于该设备中。首先介绍材料高温光学参数测量设备以及半椭球反射镜在该设备中的作用,然后利用光线追迹和有限元分析的方法对半椭球反射镜的光学特性和面形变化分别进行分析,接着对半椭球反射镜在30 ℃下的面形变化对其光学特性的影响进行研究,最后通过三坐标测量仪对半椭球反射镜内表面的面形进行测量,并对仿真结果进行验证。实验结果表明:30 ℃下,半椭球反射镜去除椭球形变之后的形变量均方根(RMS)为2.15 μm,使用Φ15 mm黑体辐射源所获得的辐照均匀度为61%,能量利用率为7.6%,利用三坐标测量仪检测得到的RMS为5.75 μm。本研究为测量材料高温光学参数提供了一种新的思路。

近红外光谱技术检测速度快，不破坏样品，可在线分析，是血液无创生化分析能够获得应用的最具潜力的方法之一。但是由于人体血液的吸收光谱信号微弱，而常规光谱仪器在近红外无创生化分析中的光能利用率较低，给无创检测技术应用在临床分析上带来了困难。为了解决此问题，利用椭球反射镜的聚光特性，从几何光学角度出发，分析了椭球镜像点位置分布情况，并采用光线追迹方法优化其初始结构，从而将手指漫反射光高效收集到探测器上。通过仿真分析计算，该椭球反射镜的光能利用率比常规无收集装置的利用率提高了近5倍，增强了仪器检测血液吸收光谱信号的能力，有助于提高仪器信噪比。