实现光辐射度量基准的几种方法

　　引言

　　在1979年10月的第16届国际计量会议(CGPM)上,根据光度和辐射度咨询委员会(CCPR)的建议,对国际单位(SI)中的光强度单位——坎德拉(cd)进行了重新定义:坎德拉(cd)是一光源在给定方向上的发光强度,使光源发出频率为540×1012Hz的单色辐射,且在此方向上的辐射强度为1/683W/sr。这一定义废除了1948～1979年间广泛使用的以铂凝固点黑体辐射作为光度基本单位——旧坎德拉的定义,第一次建立了光度量与辐射度量之间的关系[1]。

　　从坎德拉的新定义可以看出,它是一个开放性的定义,没有规定复现光强单位的具体手段,从而允许选择不同的方法来实现光度基准。从各国的实践来看,目前已经采用的方法主要分两大类:一类是光源为标准的黑体辐射器法;另一类是以探测器为标准的电替代绝对辐射计法和自校准硅光电二极管法。还有一种正处于研究阶段,但具有相当潜力的方法,这就是基于自发参量下转换双光子绝对测量光电探测器量子效率法。本文将对这几种方法进行总结,并对各种方法的优缺点进行比较。

　　1　黑体辐射器法

　　能够在任何温度下全部吸收任何波长的入射辐射的物体,称为绝对黑体。基于黑体辐射器法实现的光度基准,就其本质而言是建立在黑体热辐射理论基础上的。

　　黑体辐射器光谱辐射特性和总辐射特性完全可由理论公式导出。它在给定温度T(K)下发射辐射的光谱分布只是波长的函数。因此,可以作为辐射度量的计量基标准。实际的人工模拟黑体辐射器结构如图1所示。

　　人工模拟黑体辐射器的品质主要决定于黑体腔温度测量的准确度和其发射率接近于1的程度。黑体腔的发射率与腔体材料表面发射率、腔型及腔的温度分布有关。当上述3个参量确定后,可以对黑体的有效发射率进行精确的计算。

　　常温黑体辐射标准的工作范围为-40～90℃,它辐射出射度或辐照度的测量不确定度(σ)为0.5%,全辐射温度的不确定度为0.4K。

　　基于黑体辐射器法建立光度基准的不确定度相对较大,而且制作黑体原器的工艺复杂,所用材料有放射性污染,其最大缺陷在于实际复现的难度较大。

　　2　电替代绝对辐射计法

　　电替代绝对辐射计法的原理是基于使光辐射加热功率的等效平衡,用电加热功率作为所测量的光辐射功率的度量。等效平衡的指标可以是热电堆、测辐射热计或热释电输出。电替代绝对辐射计的原理图如图2所示。

　　被测辐射功率Pr经限制光阑射到辐射计接收面,被接收面黑层吸收后产生温升,从而使热电堆产生一热电势输出。关闭快门,切断辐射束Pr,合上开关K,在接收面上装的加热丝上接通电源,使加热丝在接收面产生的热与辐射照射吸收后所产生的热相等。测出加热丝两端的电流和电压,求出电功率Pe=1V。将此值作光电不等效的修正后,就获