长波红外光谱(8~14 μm)是介于中红外和太赫兹波之间的重要电磁辐射, 对应着地球表面常温目标物体的光谱辐射波段和地球“第三大气窗口”, 相对于短波和中波光谱辐射, 长波红外辐射受大气散射影响较小。 因此, 长波红外光电探测器在红外光谱成像、 红外侦察、 光谱探测等领域得到广泛使用。 绝对光谱响应率作为表征探测器响应能力的主要参数之一, 对其高精度标定的需求亟待解决。 现在传统方法, 即基于标准辐射源的定标方法已无法满足诸多高精度绝对光谱响应率的应用需求。 目前, 国内还没有建立基于激光光源和低温辐射计的长波红外绝对光谱响应率校准装置, 主要原因是缺少光功率稳定、 光束质量高的激光光源, 以及性能稳定的长波红外传递标准探测器。 针对此问题, 开展了以激光为光源, 以低温辐射计为光功率测量基准的长波红外绝对光谱响应率量值溯源技术研究。 课题组选用可调谐CO2稳频激光器作为光源, 以低温辐射计作为光功率测量基准; 采用CdTe晶体电光调制器搭建了激光功率稳定控制系统; 根据光束传输理论, 搭建长波红外空间滤波器以优化光束质量; 采用积分球与HgCdTe探测器组合, 研制了性能稳定可靠的标准传递探测器, 建立了长波红外探测器绝对光谱响应率高准确度校准装置, 实现长波红外光谱范围(9.2~10.8 μm)探测器绝对光谱响应率的高准确度校准测量。 选择可调谐激光器输出的波长值9.62和10.60 μm分别对积分球型HgCdTe探测器进行了测量。 实验结果表明, (1)利用低温辐射计准确测量光功率, 光功率测量不确定度优于0.30%~0.42%(k=2); (2)探测器绝对光谱响应率测量不确定度优于0.80%~1.02%(k=2), 其他波长点可参考分析。 该工作实现了基于激光光源的长波红外探测器绝对光谱响应率的高准确度校准。
长波红外光谱 长波红外探测器 绝对光谱响应率 低温辐射计 Long-wave infrared spectrum Absolute spectral responsivity Infrared detector Cryogenic radiometer 光谱学与光谱分析
2020, 40(12): 3680
提出一种长波红外光谱的温度场测量方法。 将谱色测温原理与三级Fabry-Perot(FP)型Liquid Crystal Tunable Filter(LCTF)相结合， 并对测温理论模型中三组非线性相关方程组所得的解进行了优化， 以进一步减小误差， 使测量值更加客观、 真实； 然后运用液晶双折射可调谐滤光原理， 制作了三级FP型LCTF滤光系统， 该系统在一定的长波红外光谱范围内实现了波长的任意调谐， 从而保证测温系统的响应快速、 准确。 该方法测温前无需知晓被测物发射率， 且能有效抑制背景光辐射和环境光源对测温精度带来的影响， 保证了测温结果的准确性。 最后通过matlab仿真软件验证了滤光系统所得红外光谱符合系统设计要求， 并通过实验验证了该测温方法的可行性， 测温准确性较之传统的单波段红外热像仪得到了提高。
长波红外光谱 谱色测温法 三级FP型LCTF 红外热像仪 热态锻件温度场 Long-wavelength infrared spectrum Primary spectrum pyrometry Three-stage FP-cavity LCTF Thermal infrared imager Temperature field of hot forging
