环境温度对低温辐射计腔体吸收比的影响

　　0　引言

　　低温辐射计的腔体吸收比是其测量值的两个校正因子之一,所以它的准确度直接影响到测量值的好坏程度。我们所用的这台低温辐射计的腔体吸收比为α=0·999917±0·000007,它是腔体安装前在NPL由专用装置在室温(293K)下测定的。问题在于,腔体吸收比测量时的环境温度与使用时的环境温度相差较大;现在要研究此吸收比的值是否随腔体所处环境温度的变化而变化,以及变化的程度。必须强调指明,此处的环境温度不是指低温辐射计所处的实验室的温度,而是腔体所处的环境温度。

　　1　实验装置简介

　　示意性的实验装置见图1所示,为突出主题而大大简化了低温辐射计的结构,只是相对详细地画出了窗口部分,它的上边深度为92mm,外径为80mm,腔体开口到窗口的距离为450mm。待低温辐射计的窗口调好布儒斯特角并抽完真空后,安上专门设计的图示实验装置。两块硅光电二极管S6337并联后,尽可能近地靠近激光束入射孔和低温辐射计的窗口,这种管子灵敏面的有效面积为18×18mm,几乎是S1337的4倍,这三种措施的目的是尽可能多地吸收由腔体反射出来的光功率。为简洁起见,硅光电二极管响应后的光电流经A-V转换后放大并显示的仪器设备图中未画出来。密封罩与窗口部件的外径之间的配合既不可太紧以免改变布儒斯特角,也不可太松以免进入杂散光。密封罩仅开2个小孔,右面的小孔用于通过被测激光束,下面的小孔用于排掉窗口前后表面反射的两条光束,以免它在罩内转化成多余的杂散光。为了进一步屏蔽杂散光,整个密封罩的内壁涂敷上高吸收率的无光黑漆。测量光束是He-Ne激光的633nm波长,它必须经过下列三个处理步骤:通过激光功率稳定装置,其稳定度为6×10-5/h;通过空间滤波器,滤掉激光束周围的晕光;通过偏振棱镜,使线偏振激光束的电矢量垂直于实验台面;以便于实际的布儒斯特窗对应。

　　2　实验结果

　　在室温、液氮和液氦三种环境温度下的测量结果及数据处理见表1,表中第三列是不同温度下的反射比比值,设293K时的反射比ρ(To)=1·000,第四列是根据第二列的值和293K时的吸收比推算出的值,第五列是根据α(T)=1-ρ(T)算出的腔体反射比,第六列的值见讨论第二条。

　　由表1可知:首先,当腔体所处的环境温度从室温降至液氦温度(4·2K)时,腔体的相对反射比减少了11·6%,或者说,腔体吸收比在4·2K时的增加导致腔体吸收比的校正因子1α(T)减小了11·6×10-6,即从1·000083变成1·000073。其次,腔体吸收比的快速增长是在77K降到4·2K时发生的,而非273K降至77K时,所以液氦制冷对腔体性能参数变化的影响大于液氮制冷。