一种黑体腔光谱吸收率测量装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种黑体腔光谱吸收率测量装置及方法。其中，测量装置包括光源、单色仪、光束准直系统、分束器、第一陷阱探测器、积分球、第二陷阱探测器、黑体腔、标准白板、电控平移台、控制器、信号放大器、六位半电压表以及工控机。本发明专利技术采用LDLS激光驱动光源和单色仪代替激光器作为黑体腔光谱吸收率测量光源，可将传统测量方法单波长点下吸收率扩展到170nm‑2100nm宽谱带下的光谱吸收率；本发明专利技术采用Si/InGaAs陷阱探测器代替传统方法下的Si/InGaAs探测器，可减小因入射光入射角度和偏振度等因素对测量结果带来的影响，提高测量不确定度。本发明专利技术利用黑体腔夹具和电控平移台搭建黑体腔光谱吸收率测量机械装置，可减小多次测量时黑体腔空间位置误差对测量结果的影响。

A device and method for measuring spectral absorption of black body cavity

The invention discloses a blackbody cavity spectral absorption rate measuring device and a method. The measuring devices include light source, monochromator, beam collimation system, beam splitter, first trap detector, integrating sphere, second trap detector, blackbody cavity, standard whiteboard, electronic control translation table, controller, signal amplifier, six-bit half voltmeter and industrial computer. The invention adopts LDLS laser driving light source and monochromator instead of laser as the light source for measuring the spectral absorptivity of blackbody cavity, which can expand the absorption rate of traditional measuring method to 170 nm_2100 nm wide spectral band, and uses Si/InGaAs trap detector instead of Si/InGaAs detector under the traditional method. It can reduce the influence of the incident angle and polarization of the incident light on the measurement results and improve the measurement uncertainty. The invention uses a blackbody cavity clamp and an electronic control translation table to build a mechanical device for measuring the spectral absorption of the blackbody cavity, which can reduce the influence of the spatial position error of the blackbody cavity on the measurement result when the blackbody cavity is measured many times.

【技术实现步骤摘要】
一种黑体腔光谱吸收率测量装置与方法
本专利技术涉及一种黑体腔光谱吸收率测量装置与方法。
技术介绍
低温辐射计是目前国际上对光功率进行绝对测量的最高基准，它利用低温超导下的电替代测量原理，将光辐射计量溯源到可以准确测量的电参数测量，得到光辐射绝对功率值的测量基准，测量不确定度可以达到10-5量级，并在“高分”、“导弹制导”以及“地球观测与导航”等领域光辐射计量方面发挥了重要作用。目前，以美国国家计量标准实验室(NIST)、英国国家物理研究所(NPL)和德国联邦物理研究院(PTB)为代表的国际领先计量机构均开展了低温辐射计高精度辐射计量标准的研制。黑体腔作为低温辐射计内部核心光辐射吸收元件，是连接光辐射与电加热等效替代的纽带。基于光电加热等效替代测量原理，采用电加热功率等效替代光辐射功率时，由于光辐射位置与电加热位置不完全一致，需要对电加热功率进行修正才能得到实际入射的光功率值，修正如下：P光·(A·S·T·N)＝P电。其中，A表示黑体吸收腔的吸收率，S表示杂散光修正系数，T为布儒斯特窗口透射比，N为光电加热不等效系数。黑体吸收腔采用特殊的结构设计，并在内壁涂有吸收率约为90％的黑材料，入射光在黑体腔内经过多次反射，绝大部分得到吸收转化为热。考虑到低温辐射计是一种宽波段光辐射功率计量基准，因此需要事先对不同波长下黑体腔的吸收率进行测量标定。当前一般采用激光和积分球相结合的方式来测量腔体吸收率，如公开号为CN104501949A的专利技术专利申请公开了一种基于替代法和探测器效率的腔体吸收率测量方法，上述测量方法采用532nm激光和积分球测量腔体吸收率。由于低温辐射计采用光电加热等效替代测量原理，需要事先对黑体腔的吸收率进行高精度测量用于后期光电加热修正。另外，考虑到吸收腔在不同波段下的吸收率存在差异，有必要对黑体腔进行宽波段下的吸收率测量，获取黑体腔吸收率曲线，进一步提高低温辐射计测量不确定度。目前，国内外对于低温辐射计黑体腔吸收率的测量还局限于采用532nm和632.8nm激光单波长下的吸收率测量，考虑到低温辐射计的宽波段光辐射功率计量和黑体腔不同波长下吸收率的差异性，单波长吸收率的测量影响低温辐射计的测量不确定。此外，基于现有Si/InGaAs探测器的腔体吸收率测量方法，受探测器自身稳定性的影响，腔体吸收率测量不确定度较大。以上两方面因素都不利于低温辐射计测量不确定度的提高。现有黑体腔吸收率的测量一般采用532nm激光器(或632.8nm氦氖激光器)、积分球、标准白板和Si/InGaAs探测器搭建测量装置，该方法存在如下影响测量不确定度的问题：(1)上述方法只能测量单一波长下腔体的吸收率，并利用该波长下的吸收率测量值进行全波长下电加热功率进行修正。实际上，黑体腔在不同波长下的吸收率之间存在差异，测量单一波长下的吸收率会增加低温辐射计测量不确定度。(2)现有技术采用的Si/InGaAs探测器对于低温辐射计黑体腔吸收率的测量，其稳定性较差。探测器受入射光的入射角度、偏振态等因素影响大。(3)黑体腔吸收率测试过程中需要多次对标准白板和黑体腔进行切换，每次切换黑体腔的过程中难以保证腔体在空间位置上的绝对一致。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种黑体腔光谱吸收率测量装置，以解决黑体吸收腔宽波段(170nm-2100nm)、高稳定性光谱吸收率测量问题。本专利技术为了实现上述目的，采用如下技术方案：一种黑体腔光谱吸收率测量装置，包括：光源、单色仪、光束准直系统、分束器、第一陷阱探测器、积分球、第二陷阱探测器、黑体腔、标准白板、电控平移台、控制器、信号放大器、六位半电压表以及工控机；光源发出的光依次经过单色仪和光束准直系统达到分束器；经过分束器后的透射光进入第一陷阱探测器；第一陷阱探测器通过信号线依次与信号放大器、六位半电压表和工控机连接；积分球上设有入光口、探测器端口以及样品端口，其中：经过分束器后的反射光经由所述入光口入射到积分球内；探测器端口位于与所述入射光轴垂直的截面上，样品端口位于积分球与入光口相对的另一端；第二陷阱探测器设置于积分球的探测器端口；第二陷阱探测器通过信号线依次与信号放大器、六位半电压表和工控机连接；黑体腔和标准白板安装于电控平移台上，且由电控平移台带动移动至积分球的样品端口；电控平移台、单色仪通过信号线与控制器相连，控制器通过信号线与工控机相连。优选地，所述光源采用LDLS激光驱动光源；光谱范围为170nm-2100nm，每纳米输出功率为10mW。优选地，所述分束器采用10％透过率，且90％反射率的分光镜。优选地，第一陷阱探测器采用Si陷阱探测器或InGaAs陷阱探测器；第二陷阱探测器采用Si陷阱探测器或InGaAs陷阱探测器。优选地，所述黑体腔配置有黑体腔夹具，并通过黑体腔夹具安装于电控平移台上。本专利技术还有一个目的在于提出一种黑体腔光谱吸收率测量方法，该测量方法基于上述黑体腔光谱吸收率测量装置，具体技术方案如下：一种黑体腔光谱吸收率测量方法，包括如下步骤：s1.光源发出的宽谱光经单色仪分光后由光束准直系统进行准直，准直光束经分束器后部分光透过分束器进入第一陷阱探测器，用作参考光，部分光经反射后进入积分球；s2.设置单色仪波长λi，170nm≤λi≤2100nm；通过控制器控制电控平移台移动，依次测量并记录：积分球样品端口空载时的参考电压和背景电压积分球样品端口放置标准白板时的参考电压和白板电压以及积分球样品端口放置黑体腔时的参考电压和黑体腔电压利用第一陷阱探测器的电压值对背景电压、白板电压和黑体腔电压进行修正：背景修正电压：白板修正电压：黑体腔修正电压：基于替代法测量黑体腔吸收率的计算公式如下其中，为黑体腔吸收率，为黑体腔反射率，为标准白板反射率；s3.根据公式(1)至公式(3)，用原始测量电压来表示各修正电压值，可获得黑体腔在波长λi下的吸收率计算公式如下：s4.调整单色仪的波长λi，重复上述步骤s2和步骤s3，依次获得黑体腔在170nm-2100nm波长范围内的光谱吸收率本专利技术具有如下优点：(1)本专利技术采用LDLS激光驱动光源和单色仪代替激光器作为黑体腔光谱吸收率测量光源，可将传统测量方法单波长点(532nm或632.8nm)下吸收率扩展到170nm-2100nm宽谱带下的光谱吸收率；LDLS激光驱动光源可输出每纳米单色波长光功率达10mW。(2)本专利技术采用Si/InGaAs陷阱探测器代替传统方法下的Si/InGaAs探测器，可减小因入射光入射角度和偏振度等因素对测量结果带来的影响，提高测量不确定度。(3)本专利技术利用黑体腔夹具和电控平移台搭建黑体腔光谱吸收率测量机械装置，可减小多次测量时黑体腔空间位置误差对测量结果的影响。附图说明图1为本专利技术中黑体腔光谱吸收率测量装置的原理框图；图2为本专利技术中搭建的黑体腔光谱吸收率测量机械装置的结构示意图。其中，1-光源，2-单色仪，3-光束准直系统，4-分束器，5-第一陷阱探测器，6-积分球，7-第二陷阱探测器，8-黑体腔，9-标准白板，10-电控平移台；11-控制器，12-信号放大器，13-六位半电压表，14-工控机，15-黑体腔夹具。具体实施方式下面结合附图以及具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明：结合图1所示，一种黑体腔光谱吸收率测量装置，包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种黑体腔光谱吸收率测量装置，其特征在于，包括：光源、单色仪、光束准直系统、分束器、第一陷阱探测器、积分球、第二陷阱探测器、黑体腔、标准白板、电控平移台、控制器、信号放大器、六位半电压表以及工控机；光源发出的光依次经过单色仪和光束准直系统达到分束器；经过分束器后的透射光进入第一陷阱探测器；第一陷阱探测器通过信号线依次与信号放大器、六位半电压表和工控机连接；积分球上设有入光口、探测器端口以及样品端口，其中：经过分束器后的反射光经由所述入光口入射到积分球内；探测器端口位于与所述入射光轴垂直的截面上，样品端口位于积分球与入光口相对的另一端；第二陷阱探测器设置于积分球的探测器端口；第二陷阱探测器通过信号线依次与信号放大器、六位半电压表和工控机连接；黑体腔和标准白板安装于电控平移台上，且由电控平移台带动移动至积分球的样品端口；电控平移台、单色仪通过信号线与控制器相连，控制器通过信号线与工控机相连。

【技术特征摘要】
1.一种黑体腔光谱吸收率测量装置，其特征在于，包括：光源、单色仪、光束准直系统、分束器、第一陷阱探测器、积分球、第二陷阱探测器、黑体腔、标准白板、电控平移台、控制器、信号放大器、六位半电压表以及工控机；光源发出的光依次经过单色仪和光束准直系统达到分束器；经过分束器后的透射光进入第一陷阱探测器；第一陷阱探测器通过信号线依次与信号放大器、六位半电压表和工控机连接；积分球上设有入光口、探测器端口以及样品端口，其中：经过分束器后的反射光经由所述入光口入射到积分球内；探测器端口位于与所述入射光轴垂直的截面上，样品端口位于积分球与入光口相对的另一端；第二陷阱探测器设置于积分球的探测器端口；第二陷阱探测器通过信号线依次与信号放大器、六位半电压表和工控机连接；黑体腔和标准白板安装于电控平移台上，且由电控平移台带动移动至积分球的样品端口；电控平移台、单色仪通过信号线与控制器相连，控制器通过信号线与工控机相连。2.根据权利要求1所述的一种黑体腔光谱吸收率测量装置，其特征在于，所述光源采用LDLS激光驱动光源，光谱范围为170nm-2100nm，每纳米输出功率为10mW。3.根据权利要求1所述的一种黑体腔光谱吸收率测量装置，其特征在于，所述分束器采用10％透过率，且90％反射率的分光镜。4.根据权利要求1所述的一种黑体腔光谱吸收率测量装置，其特征在于，第一陷阱探测器采用Si陷阱探测器...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄新港，刘红博，刘红元，史学舜，张鹏举，刘长明，王恒飞，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十一研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37