FY-3紫外臭氧垂直探测仪10^6动态范围线性测量及修正

　　0 引 言

　　光电探测器系统对入射光强响应的线性是光电探测系统的重要参量之一，其测量方法有距离平方反比定律法、中性减光片法、偏振片法、比尔衰减法及双光阑法等[1]。

　　距离平方反比定律法是通过改变光源至光电探测系统入射光瞳的距离定量改变光强，测量系统的输出，考察系统的线性。该方法比较经典，且直观有效。由于环境杂光影响及精密导轨长度所限，所检验的动态范围一般只有10³-10⁴。

　　通常单个单色仪的杂光水平为 10^-3，通过中间狭缝串接在一起的双单色仪则可达 10^-6左右。SBUS 即是一台光栅双单色仪，其电子学系统的最小量化信号到满量程最大信号间有 10⁶量级的动态范围，因此在定标过程中要考察整个动态范围内的线性，距离平方反比定律法则不太适用，采用中性减光片法和双光阑法相结合可以实现单色仪入射信号10⁶动态范围的变化。

　　1 测量原理

　　中性减光片法通过更换透过率已知的中性减光片达到逐步衰减入射光强，测量系统的输出进而考察其线性。该方法对距离、前置光学系统及待测系统的安放等均没有严格的要求，一旦光源达到稳定状态即可开始测试，且受环境杂光影响小。但需精确测量所用中性减光片的透过率，且实验室中一般只配备几片减光片，因此该方法通常不单独运用。双光阑法根据非相干光的叠加原理，分别测量光阑 A、光阑 B 及光阑 A+B 打开时整个系统的输出A'、B' 及( A + B) '，若( A + B) ' = A' + B'，则系统在( A'+ B') /2 处是线性的，若( A + B) ' ≠ A' + B'，则系统在此点非线性[2—5]。系统的线性度为

　　改变光源强度，扩大测量范围，测得一组不同辐射通量下的线性度 Ll，L2，…，Ln。在线性区域内令某点( A + B) 'k处非线性修正系数 k= 1，并以此归一化，则任意点( A + B) 'm处的非线性修正系数 Cm为

　　由这些非线性修正系数和相应的输出信号值，通过线性内插得到一条非线性修正系数曲线。该方法简单、精确，广泛用于光度、辐射及光谱仪器系统线性度检测，美国 SBUV 和 SBUV/2 即采用此方法检测其线性度[6]，但其直接依赖于光源的动态范围。

　　SBUS 光电倍增管的 2 个增益高压 900V 和1500V 可实现 102动态范围，其余14动态范围则由107/108/109三档输出电流放大器实现，2 档增益高压及 3 档电流放大器间一共有 6 种组合，对应 6 种档位。标称透过率为 10%、1%、0. 1%、0. 01% 的 4片中性减光片可实现信号 104量级的衰减，加上光源自身 20 倍以上及双光阑 5 倍左右，总的入射信号改变达到 106，满足 SBUS 线性测量的先决条件。对于光源某一个信号下，通过加入对应的中性衰减片，用双光阑法给出整个动态范围内 6 个点的线性情况。逐步调节光源电流，重复以上步骤，实现 106整个动态范围的线性测试。