近红外波段的双向反射分布函数(BRDF)能够有效表征材料的反射特性,广泛应用于计算机建模、遥感、航天等领域。为了高精度测量近红外波段的BRDF值,研制了一套近红外波段的BRDF测量系统,提出了基于等面积亮度的单次绝对测量方案。该测量系统以被测样品中心为基点对测量系统的空间坐标系进行重新建模,使用六轴机械臂作为变角装置实现建模,能够无死角地改变样品的三维空间朝向,可以在2π半球空间内测量任意角度组合的材料BRDF值,该测量方案高精度测量了覆盖1000~3000 nm近红外波段的材料BRDF值。使用该系统对标准漫反射金板的BRDF值进行测量,结果表明测量结果的相对不确定度为1.5%,说明所研制的系统实现了高精度测量。

针对平面干涉仪参考镜误差的标定方法进行文献综述。根据干涉原理分析了干涉仪系统误差的主要来源, 干涉仪测量原理是携带参考面信息的参考光和携带被测面信息的物光发生干涉, 若参考平面存在误差则会直接影响最后的测量精度, 所以参考平面的精度是干涉仪主要误差来源之一。因此归纳总结了现有的参考平面绝对测量方法, 结合国内外相关文献系统地介绍了液面基准法、三平面互检法以及伪剪切法的发展过程, 并对各类方法进行了对比分析。最后对该技术领域的发展进行了总结。

利用自行研制的双向反射分布函数(BRDF)测量装置测量了可见光波段紫铜表面的面内光谱BRDF。分析了波长、入射天顶角、表面粗糙度等因素对测量结果的影响。结果表明: (1)BRDF随波长的变化主要受样品表面颜色的影响, 与入射和反射角度无关; (2)入射天顶角对测量结果有明显的影响, 主要归结于角度因子和反射强度随入射天顶角的变化; (3)粗糙度对测量结果也有明显的影响, 随着粗糙度的增加, 样品在镜面反射方向的反射减弱, 在其它方向的反射增强。另外, 分别采用不同的分布函数对测量结果进行了拟合, 结果表明, 采用Lorentz分布能够得到更好的拟合结果。

在北京同步辐射光源上使用自由空气电离室绝对测量了同步辐射硬X射线光子通量。通过自由空气电离室复现空气比释动能率量值，根据在电离辐射量及其单位中定义的空气比释动能与注量及通量的关系，定量得到了光子通量。由于在测量期间，光子通量随时间变化，而测量需要一定的时间，因此，研究了配套的在线通量监测系统，监测带来的不确定度为0.03%。通过测量空气衰减修正因子及复合损失修正因子，结合在线通量监测，在能量为15 keV的同步辐射X射线上用自由空气电离室复现了空气比释动能率。在实际实验条件下复现的空气比释动能率为0.239 Gy/s，从而得到同步辐射X射线的光子通量为5.28×109 photons/s， 相对标准不确定度为0.68%。

针对具有复杂形貌的大面积组织体，基于空间频率域方法，提出并搭建了一种具有在线形貌矫正能力的绝对光学参数测量系统.首先利用相位轮廓术获取组织体三维表面轮廓，用余弦辐射公式法矫正由组织体表面复杂形貌引起的光照度的差异.然后，采用漫反射板代替传统方法中的参考仿体，基于空间频率域测量模式进行绝对光学参数测量，并利用提出的光学参数反演方法实现组织体吸收系数的重建.组织仿体实验结果表明，对于表面高度小于29 mm的仿体，经矫正后，吸收系数的测量相对误差从60%下降到13%.

为满足高精度太阳光谱辐照度绝对测量的需求, 研制了太阳光谱辐照度绝对测量系统及其定标单色仪。介绍了太阳光谱辐照度绝对测量的现状, 并着重介绍了太阳定标单色仪和积分球太阳光谱仪的设计方案, 以及高精度辐射定标传递链路。设计用于太阳光谱辐照度绝对测量的太阳定标单色仪和积分球太阳光谱仪, 通过低温绝对辐射计和太阳定标单色仪实现绝对定标, 使积分球太阳光谱仪测量数据可溯源至国际基本单位(SI)。结果表明: 太阳定标单色仪的光谱范围覆盖300～2 400 nm, 光谱分辨率为3～10 nm, 输出单色太阳光功率的不确定度为0.2%～0.5%; 积分球太阳光谱仪的光谱范围覆盖300～2 500 nm, 光谱分辨率为1～8 nm, 太阳光谱辐照度绝对测量精度最高可达0.5%。用低温绝对辐射计和太阳定标单色仪绝对定标积分球太阳光谱仪, 可以实现高精度太阳光谱辐照度的绝对测量。

球面透镜的透射波前畸变是影响激光驱动器光束质量的重要参数。采用移相干涉仪检测球面透镜波前畸变时，测量结果的精度受限于标准球面镜头和后置平面反射镜的精度。然而，现有的绝对检测技术仅适用于反射元件。为了满足球面透镜波前畸变的高精度检测需求，提出了一种适用于球面透镜透射波前的绝对检测方法: 三位置-平移相减法。详细介绍了三位置-平移相减法的原理，对其进行了模拟仿真和实验验证。仿真结果显示: 三位置-平移相减法的仿真误差为10 nm~13 nm，达到高精度测量的理论要求; 实验结果表明: 三位置-平移相减法可以有效地减小前标准球面镜头和后置平面反射镜对测量结果的影响，该方法对球面透镜的加工和装调具有很好的指导意义。

将待测面形表示为多项式的和，通过分别沿x,y向多次平移待检光学元件得到移动前后待测元件面形差，采用最小二乘法拟合多项式系数，得到待检光学元件的绝对面形。推导了多次平移法的理论公式，并进行了仿真实验，模拟了移动次数、移动间隔和采样点数对测量精度的影响。仿真结果表明:待测平面与初始平面残差图的均方根值为5.118×10-13λ，理论误差达到高精度平面面形检测要求。

基于太阳漫射板+稳定性监视辐射计的星上定标方式能有效地提高遥感数据定量化水平，其中漫射板的双向反射分布函数(BRDF)定标精度是高精度星上定标的关键，BRDF绝对测量可实现漫射板的高精度定标。为解决高精度BRDF绝对测量的关键技术，设计了高亮度、高稳定度、高均匀性积分球光源；使用单色仪和单片探测器对大动态范围入射和反射辐亮度信号进行高精度探测，并利用锁相放大器对信号进行放大和采集；采用样品漫射板三维转动和三维平移及光源一维转动的组合运动形式，以高精密六轴串联机械手和中空分度盘分别作为样品漫射板和光源的定位机构，可高精度、无遮挡、快速地构建BRDF测量所需的几何关系。研制的装置可实现包括“平面外”在内的全角度BRDF绝对测量，可测量的入射、反射光束角度范围：天顶角为0°~75°、方位角为0°~360°，目前可测量的光谱范围为250~1700 nm，装置的BRDF绝对测量不确定度优于1%。