高精度分光光度计测量光谱透过率

　　引 言

　　目前，在光学遥感传感器定标领域，基于硅陷阱探测器的滤光片辐射计是解决波段式仪器高精度辐射定标的有效途径，因其体积小、重量轻、功耗低，在野外、机载和星载高精度辐射定标中具有广阔的应用前景。因此，滤光片透过率和探测器绝对响应率的测量对提高滤光片辐射计的测量精度至关重要。

　　通过实验证明[1]，硅陷阱探测器的绝对光谱响应率不确定度小于 0.035%，其可以作为高精度的绝对光谱响应率标准探测器，滤光片透过率的不确定度则成为滤光片辐射计测量不确定度的主要来源。虽然，很多商业仪器测量透过率相对比较精确，但很难估算由于各种仪器参数引入的系统不确定度。高精度分光光度计是在 DK242 双单色仪基础上，设计了入射光路和出射光路。入射光路是由两块离轴抛物镜和光源冷却系统组成，出射光路主要包括离轴抛物镜和积分球。因为单色仪出射的光束具有明显的灯丝像，所以积分球主要起到均匀双单色仪出射光和消除单色光的偏振性。接收部分直接采用滤光片辐射计整体作为探测单元，因为在实际测量时很难保证入射到滤光片表面的光束是平行光，而且光谱透过率曲线和入射光的角度也有很大关系，将滤光片和探测器作为整体考虑有利于测得的光谱透过率更接近实际测量条件。整个仪器光路采用单光路而不采用双光路主要是因为：首先，单光路比双光路有更大的光通量，而且光路调整简单;其次，减少系统引入的误差，有利于仪器的不确定度分析。双单色仪出射光最大特点是光强很弱，而且通过积分球均匀化后出射光强大约削弱100 倍，使得探测器的信噪比很低，接近了探测器的本底噪声。

　　为了解决信噪比低的矛盾，在双单色仪的出射狭缝处加入了锁相放大器，从而改善了探测器信噪比，为提高测量精度提供了保障。基于双单色仪的高精度分光光度计对滤光片光谱透过率测量的合成不确定度优于5.859×10-3。因此，通过该仪器测量的光谱透过率可以直接运用到滤光片辐射计实际测量中，在传递标准(陷阱探测器) 和工作标准(积分球定标源和标准灯等) 之间建立高精度辐射标准传递关系，实现光谱辐亮度和光谱辐照度等辐射量的高精度测量。

　　1 高精度分光光度计系统组成

　　1.1 入射光路

　　照明部分采用什么形式的光学结构，对系统的入射效率以及后面的出射效率影响都很大。在光学结构选型时，主要考虑以下几种方式：

　　1.1.1 双透镜式

　　第一个透镜为准直作用，灯丝置于焦点处，经第一个透镜后，变成平行光;第二个透镜按照系统的 F#进行设计，并将平行光聚焦到入射狭缝处。该结构的优点是：结构简单，光能量利用率较高。它的缺点是：由于使用了透镜，必不可少地会给系统引入色差、球差等像差，这对于波谱测试系统是严重问题。