真空紫外反射率计用于BRDF的测量

　　一、引言

　　光辐射在光滑表面上反射是镜反射或者基本是镜反射,而在粗糙表面上的反射出现不同程度上的漫反射,即镜反射方向以外存在其他方向的漫射。从本质上讲,漫反射和镜反射是一样的,只是漫反射是极多个不同角度方向镜反射元宏观上的表现。因而漫反射的程度很大程度上取决于表面粗糙的状况。描述漫反射特性非常重要的一个参量是双向反射率分布函数(BRDF)。它定义为反射辐亮度和入射辐照度的比[1,2],即

　　用BRDF来描述材料表面的反射特性具有唯一性的特点,该比值所确定的反射特性只取决于材料表面本身的特性,它表示不同入射条件下物体表面在任意观测角的反射特性[3]。由双向反射率分布函数的定义可知,直接测定BRDF的方法是分别用照度计和亮度计测出入射光谱辐照度和反射光谱辐亮度,两者之比即为BRDF。这种方法实现起来比较麻烦,这里采用一种间接测量方法,在真空紫外反射率计上完成聚四氟乙烯漫反射板双向反射率分布函数的测量。

　　二、双向反射率分布函数的测定方法

　　由辐射度学可知具有较好的朗伯漫射特性的漫反射板有如下关系式[2]

　　令B(0,θ′)=R(0,θ′)/R(0,45°),即B(0,θ′)是R(0,θ′)的归一化值。B(0,θ′)的测量方法可以这样实现,光源垂直照射标准样品,在包括θ′=45°在内的7个不同的θ′,辐射计读数为V(0,θ′),考虑到余弦定律,则

　　在(6)式中,对于i=0~5,对应的Ii均可以计算得到。这样由求得的6个B(0,θ′)值,利用(5)式可以求解系数bi(i=0~5),再由(6)式和已知bi、Ii,求得R(0,d)/R(0,45°),由于R(0,d)=ρ(0,d)是已知的,则R(0,45°)可以计算出来。再由

求得反射比因数R(0,θ′)。对于不同的入射角求法相同。这样样品的反射比因数就已知了,于是样品的双向反射率分布函数为

　　三、测试装置

　　建立了紫外—真空紫外反射率测试系统,如图1所示。该系统由紫外—真空紫外光源、光谱仪、反射率计及电子学—微机系统组成,该反射率计可用于紫外—真空紫外镜面反射率测试。在此根据上面阐述的双向反射率分布函数测试原理,将紫外—真空紫外反射率测试系统用于聚四氟乙烯漫反射板的双向反射率分布函数(BRDF)的测试。

　　紫外—真空紫外波段可利用的光源有氘灯、壁稳氩弧光源,它们是连续谱,另外还有汞灯和空阴极光源等线谱光源。单色仪为Mcpherson2253M5三米正入射紫外—真空紫外光谱仪,两块光栅切换可在50nm~600nm波段工作,空阴极光源经差分泵单元直接与单色仪相连。