本發(fā)明屬于光學計量測試領域，主要涉及一種光譜輻射測量及定標方法，尤其涉及一種直徑微米量級點光源的光譜輻射亮度測量及定標方法。

背景技術：

1、點光源是一種理想化的光波源，它被假設為無窮遠處的一個點，光源的大小可以忽略不計，從該點發(fā)出的光波呈放射狀傳播，并且在距離光源無窮遠處，光波可以被視為平行光。點光源通常有兩種涵義:一是光源尺寸極小。當測量光程遠大于接收面和輻射源的尺寸（>>10）時，輻射源就可以被看成點源進行測量。點光源輻射強弱通常用輻射強度瓦/立體角（w/sr）表示；光譜輻亮度表示光源在單位立體角內(nèi)、單位面積下光源發(fā)出的輻射通量，是輻射度學中衡量光源發(fā)光能力的主要物理量。

2、現(xiàn)多使用經(jīng)過輻射校準的輻射亮度計對光源的（光譜）輻射亮度測量，但常用的光譜輻射計受測量視場限制，只能滿足能夠充滿輻射計視場、具有較大面積的光源的輻射亮度測量需求，如積分球光源等。而對于直徑微米量級的點光源，現(xiàn)有光譜輻射測量儀器無法實現(xiàn)其輻射亮度測量要求。

技術實現(xiàn)思路

1、針對點光源光譜輻射亮度的高準確度測量難題，目前沒有發(fā)現(xiàn)關于直徑微米量級的點光源光譜輻射亮度的測量相關研究，本發(fā)明的目的在于在點光源的基礎上，尤其在紫外波段光源亮度較弱的情況下，實現(xiàn)點光源在光譜輻射亮度的測量。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：一種點光源的光譜輻射亮度測量方法，點光源輸出光譜輻射亮度，經(jīng)前置光學系統(tǒng)將被測光源成像到雙級聯(lián)單色儀的入射狹縫上，雙級聯(lián)單色儀在控制系統(tǒng)驅動下將入射的復色光分光輸出單色光，光電探測器接收單色光并輸出電流，經(jīng)過高精度放大器放大后由pc上位機進行數(shù)據(jù)采集和處理，可計算系統(tǒng)整機絕對光譜響應度，求取點光源的光譜輻射亮度。

2、優(yōu)選的是，根據(jù)點光源與前置光學系統(tǒng)和光電探測器之間的幾何關系計算出推導出單色儀入射狹縫處的光譜輻射照度，代入單色儀入射狹縫處的光譜輻射照度根據(jù)輻射度學理論推導光電探測器接收面上的輻射光功率，通過單色儀入射狹縫處的光譜輻射照度，光電探測器接收面上的輻射光功率、以及光電探測器光譜響應度推導出系統(tǒng)光源輸出輻射亮度的對應輸出光電流，得出光電系統(tǒng)輸出電流與入射輻射亮度成正比和測量帶寬成正比。

3、優(yōu)選的是，采用大面積光電探測器接收單色儀出射狹縫輸出的全部光功率。

4、對上述系統(tǒng)整機進行定標，利用與點光源具有相同視場和光譜輻射亮度已知的積分球作為標準光源照明測試系統(tǒng)，定標系統(tǒng)整機絕對光譜響應度、利用定標后的系統(tǒng)整機絕對光譜響應度對點光源的光譜輻射亮度進行測試。

5、優(yōu)選的是，上述方法點光源光譜輻射亮度定標應用于基于不同輻射標準燈的紫外到可見波段絕對定標：采用紫外波段光譜輻射照度標準燈測試系統(tǒng)紫外波段光譜輻射照度響應度；采用標準積分球光源定標可見光波段光譜輻射亮度響應度；分別對紫外、可見兩波段歸一化光譜響應度曲線處理后，采用最小二乘法對兩條相對光譜分布曲線進行擬合處理，得到一條波段200nm-800nm相對光譜曲線，在200nm-800nm波段內(nèi)，將上述相對光譜分布曲線中的可見光峰值波長處的絕對光譜輻射亮度響應度代入到相對光譜分布曲線中得到全波段絕對光譜輻射亮度響應度。

6、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

7、1、本發(fā)明實現(xiàn)了直徑達到100微米量級的點狀光源光譜輻射亮度測量，不僅填補了點光源光譜輻射測試與定標技術的空白，同時具備了點光源高精度、高準確度的測量能力。

8、2、本發(fā)明針對點光源光譜輻射亮度測量的問題，基于幾何成像和輻射度學理論提出和解決了光譜輻射亮度傳輸物理模型。

9、3、本發(fā)明建立了點光源的光譜輻射亮度和測量系統(tǒng)輸出信號的響應函數(shù)關系。

10、4、本發(fā)明是點光源弱光條件下測量系統(tǒng)絕對光譜輻射亮度定標的方法，提出采用基于不同標準輻射光源下實現(xiàn)紫外-可見光波段絕對光譜輻射亮度定標方法。

11、5、本發(fā)明將基于兩種標準光譜輻射源獲得的測量系統(tǒng)兩個波段的光譜響應曲線分別進行歸一化處理，并結合曲線銜接算法得到一條全波段相對光譜響應度曲線，進而實現(xiàn)點光源測量系統(tǒng)全波段絕對光譜輻射亮度定標。

12、6、本發(fā)明點光源光譜輻射亮度測量和定標方法適用于紫外到紅外全波段的寬波段點光源的測量應用。

技術特征：

1.點光源的光譜輻射亮度測量及定標方法，其特征在于，點光源輸出光譜輻射亮度，經(jīng)前置光學系統(tǒng)將被測光源成像到雙級聯(lián)單色儀的入射狹縫上，雙級聯(lián)單色儀在控制系統(tǒng)驅動下將入射的復色光分光輸出單色光，光電探測器接收單色光并輸出電流，經(jīng)過高精度放大器放大后由pc上位機進行數(shù)據(jù)采集和處理，可計算系統(tǒng)整機絕對光譜響應度，求取點光源的光譜輻射亮度。

2.根據(jù)權利要求1所述的點光源的光譜輻射亮度測量及定標方法，其特征在于，根據(jù)點光源與前置光學系統(tǒng)和光電探測器之間的幾何關系計算出推導出單色儀入射狹縫處的光譜輻射照度，代入單色儀入射狹縫處的光譜輻射照度根據(jù)輻射度學理論推導光電探測器接收面上的輻射光功率，通過單色儀入射狹縫處的光譜輻射照度，光電探測器接收面上的輻射光功率、以及光電探測器光譜響應度推導出系統(tǒng)光源輸出輻射亮度的對應輸出光電流，得出光電系統(tǒng)輸出電流與入射輻射亮度成正比和測量帶寬成正比。

3.根據(jù)權利要求2所述的點光源的光譜輻射亮度測量及定標方法，其特征在于，采用大面積光電探測器接收單色儀出射狹縫輸出的全部光功率。

4.根據(jù)權利要求1所述的點光源的光譜輻射亮度測量及定標方法，其特征在于，對上述系統(tǒng)整機進行定標，包括以下步驟：利用與點光源具有相同視場和光譜輻射亮度已知的積分球作為標準光源照明測試系統(tǒng)，定標系統(tǒng)整機絕對光譜響應度，利用定標后的系統(tǒng)整機絕對光譜響應度對點光源的光譜輻射亮度進行測試。

5.根據(jù)權利要求4所述的點光源光譜輻射亮度測量及定標方法，其特征在于，上述方法點光源光譜輻射亮度定標應用于基于不同輻射標準燈的紫外到可見波段絕對定標：采用紫外波段光譜輻射照度標準燈測試系統(tǒng)紫外波段光譜輻射照度響應度；采用標準積分球光源定標可見光波段光譜輻射亮度響應度；分別對紫外、可見兩波段歸一化光譜響應度曲線處理后，采用最小二乘法對兩條相對光譜分布曲線進行擬合處理，得到一條波段200nm-800nm相對光譜曲線，在200nm-800nm波段內(nèi)，將上述相對光譜分布曲線中的可見光峰值波長處的絕對光譜輻射亮度響應度代入到相對光譜分布曲線中得到全波段絕對光譜輻射亮度響應度。

技術總結
本發(fā)明涉及光學計量測試領域，具體公開了一種點光源的光譜輻射亮度測量及定標方法，該測量及定標方法實現(xiàn)的方案如下：點光源輸出光譜輻射亮度，經(jīng)前置光學系統(tǒng)將被測光源成像到雙級聯(lián)單色儀的入射狹縫上，雙級聯(lián)單色儀在控制系統(tǒng)驅動下將入射的復色光分光輸出單色光，光電探測器接收單色光并輸出電流，經(jīng)過高精度放大器放大后由PC上位機進行數(shù)據(jù)采集和處理。對系統(tǒng)整機定標：利用與點光源具有相同視場和光譜輻射亮度已知的積分球作為標準光源照明測試系統(tǒng)，定標系統(tǒng)整機絕對光譜響應度，利用定標后的系統(tǒng)整機絕對光譜響應度對點光源的光譜輻射亮度進行測試，本發(fā)明可實現(xiàn)在較寬波段和微弱的點光源光譜輻射亮度測量。

技術研發(fā)人員：任建偉,金哲,戰(zhàn)大成,竇婉瑩,湯仙芝
受保護的技術使用者：吉林省遠大光學檢測技術有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/19