采用超连续谱激光源的光谱辐射定标系统及应用
发布时间：2023-05-03 22:03
宽光谱范围、高光谱分辨率的光学遥感器在大气环境监测等领域的定量化应用,推动了实验室细分光谱扫描定标技术的发展。高光谱分辨的定标技术,需要调谐范围宽、输出带宽窄、辐射通量高的可调谐光源。目前在太阳反射谱段(350 nm～2500 nm)常用的可调谐光源主要有单色仪分光的卤钨灯(以下简称单色仪光源)和可调谐激光器。受到卤钨灯光谱通量和单色仪相对孔径的限制,单色仪光源的光谱辐射通量大约在100 nWnm-1～1 μW nm-1量级,限制了定标时的信噪比和精度。可调谐激光器具有极高的波长准确性,但单台调谐激光器的覆盖光谱范围有限,一般在几纳米到几百纳米之间,需要数套激光器才能覆盖可见光～短波红外谱段,且调试流程复杂,运行环境严苛,一般仅适用于最高精度的初级辐射标准系统。为了满足遥感器业务化定标的应用需求,本文提出了一种超连续谱激光与单色仪相结合的绝对光谱辐射定标系统(Supercontinuum laser and Mono-chromator,以下简称SCM定标系统),充分利用超连续谱激光光源的宽光谱范围和高功率密度优势,结合单色仪快速调谐和光谱分辨率可调的特点,设计了超连续谱激光至单色仪的...
【文章页数】：159 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 辐射定标的意义及作用
1.2 辐射定标的类型
1.3 辐射标准传递技术
1.3.1 初级标准辐射源
1.3.2 辐射标准传递方法
1.4 光谱辐射定标装置概述
1.4.1 国外研究现状调研
1.4.2 国内研究现状调研
1.5 本论文的研究内容
第2章 SCM定标系统的设计
2.1 整体定标方案
2.2 超连续谱激光光源
2.3 单色仪
2.3.1 平面衍射光栅
2.3.2 单色仪选型
2.3.3 前置耦合光路
2.4 积分球
2.4.1 积分球的辐亮度模型
2.4.2 积分球设计
2.5 硅标准辐亮度计
2.5.1 硅标准辐亮度计的设计
2.5.2 绝对光谱辐亮度响应度的标准传递
2.5.3 硅陷阱探测器响应度定标
2.5.4 硅量子效率的模型
2.5.5 光阑筒的几何因子测量
2.5.6 辐亮度响应度的计算及不确定度分析
2.6 InGaAs标准辐亮度计的设计
2.6.1 InGaAs探测器响应度定标
2.6.2 辐亮度响应度的计算及不确定度分析
2.7 本章小结
第3章 SCM定标系统特性测试分析
3.1 波长精度
3.1.1 SHR波长计
3.1.2 波长及带宽测量
3.2 光功率分布
3.2.1 标准探测器
3.2.2 光功率测量
3.2.3 积分球光源辐亮度
3.3 积分球光源非稳定性
3.4 积分球光源非均匀性
3.4.1 空间平面非均匀性
3.4.2 角度非均匀性
3.5 偏振特性表征
3.5.1 光谱偏振分析仪
3.5.2 单色仪出射光偏振特性
3.5.3 积分球光源偏振态
3.6 相干特性
3.7 内部杂散光分析
3.8 本章小结
第4章 SCM系统定标能力的比对验证
4.1 SCM系统级绝对辐亮度响应度定标
4.1.1 系统级辐亮度响应度定标
4.1.2 SCM定标系统数据采集软件
4.1.3 定标结果比对
4.1.4 定标不确定度分析
4.2 系统级定标能力比对验证
4.2.1 可调谐激光器定标系统
4.2.2 硅辐亮度计定标结果比较
4.2.3 通道式辐射计响应度定标及比对
4.2.4 激光干涉效应的影响分析
4.2.5 不确定度评估
4.3 卤钨灯积分球比对验证
4.3.1 宽谱段光源定标方法
4.3.2 滤光片辐射计相对光谱
4.3.3 积分球辐亮度及测量不确定度
4.3.4 滤光片辐射计辐亮度响应度计算
4.3.5 定标结果比较与不确定度分析
4.4 本章小结
第5章 SCM定标系统的应用
5.1 偏振遥感器光谱响应度定标影响分析
5.1.1 偏振遥感器系统组成
5.1.2 偏振遥感器定标原理
5.1.3 传统相对光谱定标装置及方法
5.1.4 系统级相对光谱响应度定标
5.1.5 定标实验及分析
5.1.6 结果与讨论
5.2 大气校正仪光谱定标
5.2.1 大气校正仪光谱定标的传统方法
5.2.2 SCM系统定标方法及结果
5.3 大气校正仪绝对光谱辐亮度响应度定标
5.3.1 辐亮度响应度定标结果
5.3.2 定标不确定度分析
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 论文工作总结
6.2 论文工作创新点
6.3 存在问题及展望
6.3.1 超连续谱激光光源的升级
6.3.2 定标光源的性能优化
6.3.3 宽光谱范围的定标需求
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3807366
【文章页数】：159 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 辐射定标的意义及作用
1.2 辐射定标的类型
1.3 辐射标准传递技术
1.3.1 初级标准辐射源
1.3.2 辐射标准传递方法
1.4 光谱辐射定标装置概述
1.4.1 国外研究现状调研
1.4.2 国内研究现状调研
1.5 本论文的研究内容
第2章 SCM定标系统的设计
2.1 整体定标方案
2.2 超连续谱激光光源
2.3 单色仪
2.3.1 平面衍射光栅
2.3.2 单色仪选型
2.3.3 前置耦合光路
2.4 积分球
2.4.1 积分球的辐亮度模型
2.4.2 积分球设计
2.5 硅标准辐亮度计
2.5.1 硅标准辐亮度计的设计
2.5.2 绝对光谱辐亮度响应度的标准传递
2.5.3 硅陷阱探测器响应度定标
2.5.4 硅量子效率的模型
2.5.5 光阑筒的几何因子测量
2.5.6 辐亮度响应度的计算及不确定度分析
2.6 InGaAs标准辐亮度计的设计
2.6.1 InGaAs探测器响应度定标
2.6.2 辐亮度响应度的计算及不确定度分析
2.7 本章小结
第3章 SCM定标系统特性测试分析
3.1 波长精度
3.1.1 SHR波长计
3.1.2 波长及带宽测量
3.2 光功率分布
3.2.1 标准探测器
3.2.2 光功率测量
3.2.3 积分球光源辐亮度
3.3 积分球光源非稳定性
3.4 积分球光源非均匀性
3.4.1 空间平面非均匀性
3.4.2 角度非均匀性
3.5 偏振特性表征
3.5.1 光谱偏振分析仪
3.5.2 单色仪出射光偏振特性
3.5.3 积分球光源偏振态
3.6 相干特性
3.7 内部杂散光分析
3.8 本章小结
第4章 SCM系统定标能力的比对验证
4.1 SCM系统级绝对辐亮度响应度定标
4.1.1 系统级辐亮度响应度定标
4.1.2 SCM定标系统数据采集软件
4.1.3 定标结果比对
4.1.4 定标不确定度分析
4.2 系统级定标能力比对验证
4.2.1 可调谐激光器定标系统
4.2.2 硅辐亮度计定标结果比较
4.2.3 通道式辐射计响应度定标及比对
4.2.4 激光干涉效应的影响分析
4.2.5 不确定度评估
4.3 卤钨灯积分球比对验证
4.3.1 宽谱段光源定标方法
4.3.2 滤光片辐射计相对光谱
4.3.3 积分球辐亮度及测量不确定度
4.3.4 滤光片辐射计辐亮度响应度计算
4.3.5 定标结果比较与不确定度分析
4.4 本章小结
第5章 SCM定标系统的应用
5.1 偏振遥感器光谱响应度定标影响分析
5.1.1 偏振遥感器系统组成
5.1.2 偏振遥感器定标原理
5.1.3 传统相对光谱定标装置及方法
5.1.4 系统级相对光谱响应度定标
5.1.5 定标实验及分析
5.1.6 结果与讨论
5.2 大气校正仪光谱定标
5.2.1 大气校正仪光谱定标的传统方法
5.2.2 SCM系统定标方法及结果
5.3 大气校正仪绝对光谱辐亮度响应度定标
5.3.1 辐亮度响应度定标结果
5.3.2 定标不确定度分析
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 论文工作总结
6.2 论文工作创新点
6.3 存在问题及展望
6.3.1 超连续谱激光光源的升级
6.3.2 定标光源的性能优化
6.3.3 宽光谱范围的定标需求
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3807366
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