第7章 光辐射测量系统的性能及其测量PPT讲稿.ppt

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1、第7章 光辐射测量系统的性能及其测量第1页，共48页，编辑于2022年，星期二第第7章章 光辐射测量系统的性能及其测量光辐射测量系统的性能及其测量 第2页，共48页，编辑于2022年，星期二第第7章章 光辐射测量系统的性能及其测量光辐射测量系统的性能及其测量 理想的光辐射测量系统应当具有以下性能：理想的光辐射测量系统应当具有以下性能：在所测量的光谱范围1,2内，系统具有均匀的光谱响应，在响应光谱范围以外的光谱响应等于零，即测量系统具有理想的光谱带宽响应。在所要求测量动态范围内，系统具有线性响应，即输出信号和待测辐射度量之间成正比关系。光学系统没有渐晕和像差。在测量视场内，各视场角能接收等量的光

2、辐射能，而在测量视场外，射入系统的杂散光不能到达探测器表面，即系统具有理想的视场响应。测量系统的响应不受入射光偏振程度的影响。用这种理想的测量系统去测量光辐射度量，不会因待测量的光谱特性、量值大小、视场内的空间分布和偏振特性的变化而引起测量误差。第3页，共48页，编辑于2022年，星期二第第7章章 光辐射测量系统的性能及其测量光辐射测量系统的性能及其测量 7.1 测量系统的响应度测量系统的响应度 7.1.1 远距离小光源法远距离小光源法 7.1.2 远距离面光源法远距离面光源法 7.1.3 近距离面光源法近距离面光源法 7.1.4 近距离小光源法近距离小光源法7.2 测量系统的光谱响应测量系统

3、的光谱响应 7.3 测量系统的视场响应测量系统的视场响应7.4 测量系统的线性响应测量系统的线性响应7.5 测量系统的偏振响应测量系统的偏振响应第4页，共48页，编辑于2022年，星期二7.1 测量系统的响应度测量系统的响应度 根据仪器输出电压对应入射辐射度量的不同，响应度可分成辐射通量响应度、辐亮度响应度、辐照度响应度。响应度的标定就是建立测量系统入瞳处辐射度量和输出信号之间的定量关系。一般用标准光源作为标定源。但由于标定源到仪器入瞳之间有一定的距离，因此标定源辐射度量值并不是对应仪器入瞳处的辐射度量，在传输路径上辐射度量的变化必须考虑进去。第5页，共48页，编辑于2022年，星期二7.1

4、测量系统的响应度测量系统的响应度 如果光源不能充满仪器视场，仪器输出信号是光源和背景辐亮度贡献的总和。仪器入瞳处不是标定光源的辐亮度值，而是仪器视场内标定光源辐亮度和背景辐亮度的权重平均辐亮度，故简单地标定光源的辐亮度值求响应度必然产生错误。此时，如果标定光源距仪器足够远，则在仪器入瞳处的辐照度是均匀的，因此，可可用用测测量量仪仪器器的的辐辐照照度度(或或辐辐射射通通量量)响响应应来来表表征征，但要求探测器响应度沿表面分布是均匀的，若响应不均匀，则需采用匀光器。第6页，共48页，编辑于2022年，星期二7.1 测量系统的响应度测量系统的响应度 当标定光源充满仪器视场时，光源尺寸的增加不会对仪器

5、输出信号有贡献(不考虑杂散光的影响)，仪器测量的是在其响应视场内光源的平均辐亮度。因此，用用辐辐亮亮度度响响应应能能够够正正确确地地建建立立标标定定光光源源在在仪仪器器视视场场内内平平均均辐辐亮亮度度和和输输出出电电压压信信号号之之间间的的关关系系。而用辐照度响应则是没有意义的，因为标定光源尺寸增大，虽然仪器入瞳处的辐照度值将增加，但探测器上物像尺寸的增加并不能使探测器输出信号增加，即尺寸增加的部分处于探测器有效探测面积之外，故仪器的输出信号将不改变。第7页，共48页，编辑于2022年，星期二7.1 测量系统的响应度测量系统的响应度 在光源可正好充满仪器视场的标定条件下，三种响应度之间存在着简

6、单的关系。设辐射计的辐亮度响应度RL=V/L，则对应的辐照度响应度和辐射通量响应度分别为 响应度的标定方法按照光源的大小及其相对待标定仪器的位置，可以分成远远距距离离小小光光源源法法、远远距距离离面面光光源源法法、近近距距离离小小光光源源法法和和近近距距离离面面光光源源法法。标定时仪器调焦至无限远。第8页，共48页，编辑于2022年，星期二7.1.1 远距离小光源法远距离小光源法 精确计算辐照度E的困难在于要知道传输介质(如大气)的光谱透射比()。由于在水气吸收谱段内，辐射衰减相当大，故可在真空或充有无吸收的惰性气体(如氮)的密闭室内进行标定。第9页，共48页，编辑于2022年，星期二7.1.

7、1 远距离小光源法远距离小光源法 焦距f 的测量比距离l 的测量简单，标定时当准直系统输出光平行性良好时，待标定仪器到准直系统的距离没有过多要求。由于准直系统边缘光束的辐照度往往不太均匀，其口径应当比待标定仪器的口径大。第10页，共48页，编辑于2022年，星期二7.1.1 远距离小光源法远距离小光源法 在远距离小光源法中，由于仪器视场大于标定光源对应的视场，仪器视场还接收部分来自光源周围的背景辐射能。为消除背景光对标定的影响，可调制标定光源的光输出信号，即式中，E是光源和背景一起在仪器入瞳处产生的辐照度；Ea是光源输出光能被遮挡时背景在待标定仪器入瞳处产生的辐照度，相应产生的电压信号为V和V

8、a。即E为标定光源本身在仪器入瞳处产生的辐照度，而V为调制光信号产生的交变输出电压信号的幅度。调制电压信号还可将探测器的暗电流对测量的影响消除。第11页，共48页，编辑于2022年，星期二7.1.2 远距离面光源法远距离面光源法 标定时面光源对仪器的张角一般应大于仪器视场的4倍。仪器调焦在无限远，面光源可用积分球光源或大面积低温黑体，并放在有限远距离上(图7-6)。设面光源的光谱辐亮度为L0()，传输介质的光谱透射比为()，被标定辐射计输出电压信号为V，则仪器的辐亮度响应度该标定方法不必知道待标定仪器的视场角及入瞳面积Ap。近近近近距距距距离离离离面面面面光光光光源源源源法法法法与与与与远远远

9、远距距距距离离离离面面面面光光光光源源源源法法法法类类类类似似似似。由由由由于于于于待待待待标标标标定定定定仪仪仪仪器器器器距距距距面面面面光光光光源源源源较较较较近近近近，面面面面光光光光源源源源可可可可较较较较小小小小，且且且且 ()1 1，故应用得较多。故应用得较多。故应用得较多。故应用得较多。第12页，共48页，编辑于2022年，星期二7.1.4 近距离小光源法（琼斯法）近距离小光源法（琼斯法）标定光源放在待标定仪器入瞳附近，而标定光源的尺寸要比仪器入瞳口径小得多。为使探测器上得到均匀的辐照，标定光源应当放在图7-7的阴影线区域之内。标定光源从对应仪器半视场角 的立体角内发出的辐射能恰

10、都能为探测器所接收，则进入待标定辐射计的辐射通量为 设有一辐亮度为Ls的面光源使辐射计同样接收辐射通量为的光能，则第13页，共48页，编辑于2022年，星期二7.1.4 近距离小光源法（琼斯法）近距离小光源法（琼斯法）将辐亮度为L的近距小光源看成辐亮度为Ls的近距离面光源，则对应的辐亮度 辐射计的辐亮度响应度 由于AcLs。即小光源被看作是辐亮度减弱了Ap/Ac倍的面光源。近距小光源和面光源是在探测器接收均匀且同样大小辐照度的意义上等效的。当辐射计标定用的光源很暗(接近背景光平)时，用这种方法很有效，因为这时光源相当辐亮度减弱了Ap/Ac倍。但这种方法的缺点是背景辐亮度对信号的贡献难以消除。在

11、用调制光进行标定时，由于光源距待标定仪器很近，在光源前的调制板对应仪器的立体角相当大，故还同时调制了相当一部分背景辐射，故难以消除背景辐射对标定信号的贡献。第14页，共48页，编辑于2022年，星期二7.1 测量系统的响应度测量系统的响应度 标定仪器响应度后，如果测出仪器的相对光谱响应，则可求得仪器的光谱响应度令这里Rmax是峰值响应波长的光谱辐亮度响应度，R()是归一化光谱响应或叫相对光谱响应，则，即有由于R()、L()是已知的，故确定RL后，即可得到仪器的光谱辐亮度响应度。第15页，共48页，编辑于2022年，星期二7.2 测量系统的光谱响应测量系统的光谱响应 测量系统的光谱响应是系统中光

12、学和色散元件的光谱透射、反射、色散特性和探测器光谱响应的乘积，很难使系统的光谱响应接近理想响应。图7-8是一种典型的测量系统的光谱响应曲线，在系统工作谱段1，2内并不象理想响应那样具有明显的波长限，且在1，2谱段内的响应也不均匀，在离工作谱段较远的波长区，甚至还可能出现次响应谱段，并可延伸到相当宽的波长范围，这种工作谱段以外的响应称为光谱泄漏。用用用用等等等等效效效效理理理理想想想想矩矩矩矩形形形形带带带带宽宽宽宽代代代代替替替替系系系系统统统统实实实实际际际际光光光光谱谱谱谱响响响响应应应应称称称称为为为为带带带带宽宽宽宽规规规规一一一一化化化化法法法法，表表表表示示示示在在在在一一一一定定

13、定定条条条条件件件件下下下下，使使使使用用用用理理理理想想想想响响响响应应应应在在在在测测测测量量量量结结结结果果果果上上上上等等等等效效效效于于于于实实实实际际际际测测测测量量量量系系系系统统统统的的的的响响响响应应应应。方方方方法法法法的的的的基基基基本本本本出出出出发发发发点点点点是是是是：当当当当待待待待测测测测光光光光源源源源的的的的光光光光谱谱谱谱能能能能量量量量分分分分布布布布曲曲曲曲线线线线可可可可用用用用一一一一个个个个二二二二次次次次函函函函数数数数来来来来表表表表示示示示时时时时，系系系系统统统统的的的的等等等等效效效效理理理理想想想想响应可通过精确地的计算确定。响应可通

14、过精确地的计算确定。响应可通过精确地的计算确定。响应可通过精确地的计算确定。第16页，共48页，编辑于2022年，星期二7.2 测量系统的光谱响应测量系统的光谱响应 第17页，共48页，编辑于2022年，星期二7.2 测量系统的光谱响应测量系统的光谱响应 第18页，共48页，编辑于2022年，星期二7.2 测量系统的光谱响应测量系统的光谱响应 第19页，共48页，编辑于2022年，星期二7.2 测量系统的光谱响应测量系统的光谱响应 大多数光学材料具有较好的短波截止性能，但长波的截止性能较差(图7-11给出了几种常用的红外光学材料的光谱透射特性曲线),因而长波泄漏更容易出现。光谱泄漏主要原因：光

15、谱泄漏主要原因：光谱泄漏主要原因：光谱泄漏主要原因：第20页，共48页，编辑于2022年，星期二7.2 测量系统的光谱响应测量系统的光谱响应 用以分隔谱段的薄膜干涉滤光片、分光元件光栅等利用干涉现象的元件存在干涉级。干涉滤光片在其窄带透射谱段的两侧还有一系列的次透射峰，多层镀膜虽可大大减弱次峰，但不可能做到在主窄带透射谱段以外的谱段完全无透过。光谱泄漏主要原因：光谱泄漏主要原因：光谱泄漏主要原因：光谱泄漏主要原因：第21页，共48页，编辑于2022年，星期二7.2 测量系统的光谱响应测量系统的光谱响应 单色仪中由于棱镜和光栅表面的自身缺陷及小角度散射、系统像差及衍射等，使透射谱线加宽。杂散光不

16、经色散元件或经过色散元件，由出射狭缝出射，使依靠单色仪分隔谱段的效能减弱。光学元件吸收短波辐射而在较长波长处受激发射萤光，则当紫外测量仪器中探测器在可见谱段未能有效地截止而有响应时，就会产生光谱泄漏。为此，对测量系统进行光谱响应测量的一个重要工作是检查系统光谱泄漏的程度。光谱泄漏主要原因：光谱泄漏主要原因：光谱泄漏主要原因：光谱泄漏主要原因：第22页，共48页，编辑于2022年，星期二7.2 测量系统的光谱响应测量系统的光谱响应 由于短波截止滤光片的短波截止性能较好，可用来检查长波泄漏。检查时将滤光片插入光路，如果系统仍有信号输出(不是暗电流)，则说明系统有长波泄漏，而信号的大小可确定长波泄漏

17、的程度。光谱泄漏检查方法：光谱泄漏检查方法：光谱泄漏检查方法：光谱泄漏检查方法：用图7-14所示的两块短波截止滤光片先后插入光路，可发现长波泄漏的谱段位置，滤光片其透射谱段的透射比应大于0.80.9，而截止谱段的透射比则不应大于10-4。由于检测整个长波泄漏的总响应，因而可期望得到较大的信号。如若用窄带滤光片来检查长波泄漏的位置和大小，往往信号很小，甚至难以察觉。反之，用短波透过的滤光片(图7-14的虚线)可检查系统短波泄漏。第23页，共48页，编辑于2022年，星期二7.2 测量系统的光谱响应测量系统的光谱响应 另一种检查长波泄漏的方法是用变温度的黑体作为光源，由于黑体温度变化时，辐射能的峰

18、值也随之变化，这相当于引入一个变发射谱段的光源作为长波泄漏的检查手段。光谱泄漏检查方法：光谱泄漏检查方法：光谱泄漏检查方法：光谱泄漏检查方法：图7-15(a)给出不同黑体温度的辐射出射度曲线。当系统有长波泄漏和没有长波泄漏时，由黑体光谱辐射出射度曲线和测量系统的光谱响应曲线相乘，可得到图7-15(b)的曲线，图中斜直线表示没有长波泄漏时，系统输出信号随黑体光谱辐亮度变化；有长波泄漏时，随着黑体温度减小，黑体光谱辐射出射度曲线峰值向长波方向位移，长波泄漏对系统的输出信号贡献更加显著，这时，实测值偏离斜直线越来越远。信号经过处理可确定长波泄漏的谱段位置及响应大小。第24页，共48页，编辑于2022

19、年，星期二7.3 测量系统的视场响应测量系统的视场响应 实际测量系统对视场外进入的光能总会在不同程度上散射到探测器表面，使系统有一定的视场外响应。一个原因是测量系统本身没有明显的视场大小，另一个原因是系统不可能把杂散光完全阻挡掉。视场响应是测量系统性能的另一个重要指标。严重的视场外响应会给测量系统带来很大的误差，一个极端的例子是用辐射计测量太阳的日冕，如果系统能有效地把来自太阳的直射辐射挡掉，那就不必等到日全蚀才可能对日冕进行测量。设待测辐射通量在空间的分布为(,)，是某面元与测量系统入瞳中心的连线与系统光轴的夹角(图7-16)，是该连线在空间所处的方位角，系统视场。第25页，共48页，编辑于

20、2022年，星期二7.3 测量系统的视场响应测量系统的视场响应 系统具有理想视场响应。系统具有理想视场响应。系统具有理想视场响应。系统具有理想视场响应。被测辐射度量在空间的分布是均匀的被测辐射度量在空间的分布是均匀的被测辐射度量在空间的分布是均匀的被测辐射度量在空间的分布是均匀的 待测光源尺寸很小，对系统的张角小于视场光阑对应的待测光源尺寸很小，对系统的张角小于视场光阑对应的待测光源尺寸很小，对系统的张角小于视场光阑对应的待测光源尺寸很小，对系统的张角小于视场光阑对应的 空间视场角。空间视场角。空间视场角。空间视场角。第26页，共48页，编辑于2022年，星期二7.3 测量系统的视场响应测量系

21、统的视场响应 第27页，共48页，编辑于2022年，星期二7.3 测量系统的视场响应测量系统的视场响应 第28页，共48页，编辑于2022年，星期二7.3 测量系统的视场响应测量系统的视场响应 图7-19是测量系统视场响应的一种装置。准直管安装在导轨上，准直管口径应使其发出的平行光束足以充满待测系统的入射孔径。待测系统安置在一可绕直轴转动的支架上，旋转支架可使待测系统相对准直管有不同的视场角与方位角。支架回转轴应通过待测系统入射孔径的中心，这样系统绕支架垂直轴转动时，进入系统的光束口径不会被切掉。在零度视场，待测系统的光轴和准直管光轴大致重合，这可通过调节使待测系统的俯仰和升降装置来实现。测量

22、前首先要确定系统的光轴(零视场角)，它不一定是光学元件的中心和探测器中心的连线。测量时首先使待测系统在光轴附近得到最大的非饱和输出信号，在一定的方位角，通过改变视场角，找到对应最大输出信号一半时的 1和 2。在数个方位角处找到一系列的 1和 2值，并求出对应的中点平均值 0=(1+2)/2。同理，对应一系列 角，找到对应最大输出信号一半时的一系列1和2及其中点平均值0，(0,0)可确定出待测系统的光轴。使待测系统处于不同的视场角，记录系统的输出，得到如图7-17的系统视场响应。第29页，共48页，编辑于2022年，星期二7.3 测量系统的视场响应测量系统的视场响应 视场外和视场内响应相比，前者

23、属于杂散光，其输出信号比视场内响应的输出小几个甚至十几个数量级，因而测量相当困难。有两点必须特别注意：测测量量环环境境的的影影响响；测测量量系系统响应线性度的影响统响应线性度的影响。测量环境的影响测量环境的影响 主要是部分通过准直管照射到待测系统的光、或者照到待测系统以外部分的光被散射而照到测量暗室内。测量室内空气不清洁，待测系统视场内大颗粒灰尘对光的散射(甚至镜面反射)影响也需考虑，因而保持测量室内空气清洁是十分必要的。第30页，共48页，编辑于2022年，星期二7.3 测量系统的视场响应测量系统的视场响应 一种减少室内散射光对测量影响的方法如图7-21。首先在测量室内的一角单独建立一与测量

24、室隔开封闭的灯室，可大大改善测量室内的散射水平；其次在待测系统后面设陷光器，使未能射入系统的直射光为陷光器所吸收；再在待测系统周围设置双圆心反射壁，壁为抛光金属表面，使由待测系统散射到璧上的光不能直接射回。第31页，共48页，编辑于2022年，星期二7.3 测量系统的视场响应测量系统的视场响应 测量系统响应线性度的影响测量系统响应线性度的影响 由于测量要求系统有较大的动态响应范围，系统响应线性度直接影响到测量的精确性。改变积分球出射光孔到待测系统的距离是一种简单快速检查测量系统视场外响应的方法(图7-22)。这种方法检测系统的总杂散光水平，能得到较大的杂散光信号。测量中探测器接收的辐照度变化不

25、大，因此，对系统的动态范围要求不严。第32页，共48页，编辑于2022年，星期二7.4 测量系统的线性响应测量系统的线性响应 线性响应定义为测量系统的输出电压与入瞳处的辐射度量之比。具有线性响应的系统应用最为广泛，其输入信号和输出信号值之间存在如下关系：式中，R是系统的辐射通量响应度，与入射量的大小无关，也称为系统增益；b是偏置电压，即输入信号为零时的输出值。光辐射测量系统中，为在完全相同或接近条件下进行测量，广泛使用比较测量法。线性响应使测量信号的处理大为简化，尤其是复杂系统的信号处理。因为只要最少的参数就可表征线性响应系统的输入输出特性。第33页，共48页，编辑于2022年，星期二7.4

26、测量系统的线性响应测量系统的线性响应 在实际测量系统中，由于决定系统总响应度的各参数(例如探测器的响应度，放大器的增益，显示系统的特性等)都只能在一定的动态范围内是常数，因此，系统的非线性响应是不可避免的。信号过大时，系统的响应出现饱和现象；反之，输入信号过小时，系统响应淹没在噪声中，难以反映输入信号的变化。表示测量系统线性动态范围的方法很多，较方便的是用响应度增益不偏度允许误差的范围来规定系统的线性工作范围(如图7-23)，线性动态范围上限Imax由输出信号偏离理论线性值的误差确定,的大小取决于所允许的测量误差；下限Imin往往由系统的噪声电平确定。一般信号甚小时,系统具有较好的线性响应，影

27、响信号输出主要是噪声把信号湮没。第34页，共48页，编辑于2022年，星期二7.4 测量系统的线性响应测量系统的线性响应 线性动态范围一般用数量级M来表示例如，M=6，则系统的线性动态范围为106。更精确地，可用二次或三次函数来表示输入-输出的关系，例如二次函数 将实际测得的输入-输出值，建立最佳逼近的回归方程，由最优逼近求得参数a、b。第35页，共48页，编辑于2022年，星期二7.4 测量系统的线性响应测量系统的线性响应 系统线性响应特性的标定需要在待测系统的入瞳处给定一系列已知的辐射度，并测得对应的系统输出信号值。由于系统的线性响应可能达几个数量级，故要在相当宽的动态范围内建立一系列已知

28、的辐射度量是比较困难的。常用的方法是下列方法或其组合。在导轨上改变光源到测量系统的距离。用一组透射比经过标定的中性密度滤光片插入或移出光路的方法。用一系列固定孔径的光阑插入光路作为光衰减器。用偏振片组。可变开口角的扇形调制板。加光法。第36页，共48页，编辑于2022年，星期二7.4 测量系统的线性响应测量系统的线性响应 用一组透射比经过标定的中性密度滤光片插入或移出光路的方法。第37页，共48页，编辑于2022年，星期二7.4 测量系统的线性响应测量系统的线性响应 这里重要的是要求滤光片的透射比与波长无关，因为中性密度滤光片的光谱透射比只可在一定的波长范围内认为是不变的(图7-25(a)，用

29、涂黑的金属筛网或透光网格玻璃片(图7-25(b)能较好地满足要求，一般不推荐使用几块中性密度滤光片的叠合来得到不同的透射比，因玻璃片之间的多次反射会使叠合后的透射比不是几块滤光片透射比的简单乘积。图7-26是美国国家标准局(NBS)用以标定探测器线性响应的测量装置原理示意图。图中W1、W2、W3是中性密度滤光片轮，每一轮上装有四块透射比不同的中性密度滤光片。第五个位置是不通孔。光源由S发出，经过平面反射镜M1和凹面反射镜M2成平行光，再由分束片BS1分成两路，分别经M3和M4，在分束片BS2处两束光合一，再经过W3和反射镜M5、M6，聚集在探测器P上。五个W1位置和五个W2位置,共有25种组合

30、，去掉W1和W2同时切断光源的状态，计24种组合。W3有四个位置,所以三个滤光片轮的不同位置构成424=96档透射比值。所用的滤光片经严格的挑选,材料散射大的不宜应用,安装时与光轴稍倾一个角度,以防止测量系统中元件之间的多次反射，滤光片透射比在其工作位置上事先标定。第38页，共48页，编辑于2022年，星期二7.4 测量系统的线性响应测量系统的线性响应 用一系列固定孔径的光阑插入光路作为光衰减器(图7-27)。相邻档光阑孔的面积相差一倍。如有九档，则可改变辐射通量29=512倍。孔径的形状不必很规则，一个孔可用多个小孔替代，但孔径的面积要精确标定，且放在最大光阑孔一档时，要求孔径各处的辐照度均

31、匀。这种方法对光谱特性没有影响。第39页，共48页，编辑于2022年，星期二7.4 测量系统的线性响应测量系统的线性响应 用偏振片组。如果一对偏振片的偏振轴之间的夹角为，则光通过它们后光振幅衰减cos，辐射通量变化cos2。若光源是一自然光，经过第一片偏振片后，辐射通量衰减50。设两偏振片偏振轴重合时的透射比为0，则光通过偏振轴夹角为的一对偏振片时，总的透射比第40页，共48页，编辑于2022年，星期二7.4 测量系统的线性响应测量系统的线性响应 可变开口角的扇形调制板。将两片相对可调节位置以改变开口角的旋转调制板加入光路(图7-29)，使光只在一部分时间内可通过。在一个时间周期T内的通光时间

32、随而变化，从而也可改变调制板在T内的“平均透射比”。第41页，共48页，编辑于2022年，星期二7.4 测量系统的线性响应测量系统的线性响应 加光法。在一积分球内用一系列灯泡，通过灯泡点亮的多少改变积分球出射孔的辐亮度(图7-30)。由于每一灯泡之间的辐射特性有所差异，故每一档都要事先标定。使用时应顺序灭灯，而不应顺序点灯或忽亮忽灭，因为灯泡点燃到达稳定的光输出特性需要一段时间(一般1015分钟，视灯的功率大小而定)。第42页，共48页，编辑于2022年，星期二7.5 测量系统的偏振响应测量系统的偏振响应 光辐射测量的偏振响应是测量系统对具有不同偏振特性的入射待测量的响应。由于待测辐射源的偏振

33、特性非常复杂，因而测量系统的偏振响应会使测量产生误差。光辐射测量中的偏振源光辐射测量中的偏振源光辐射测量中的偏振源光辐射测量中的偏振源：光源。自然光中太阳可认为无偏振，而大气对阳光的散射光、自然景物的反射光、样品的反射和透射光等是偏振光的主要来源。人工光源中黑体模拟器、积分球和某些无光泽的钨带灯可认为无偏振,而多数人工光源都具有一定的偏振度。实验发现,白炽灯灯丝的边缘发出的光偏振度较大，有人测得螺旋钨丝灯的偏振度约15%，钨带灯约28%，萤光灯约826%。第43页，共48页，编辑于2022年，星期二7.5 测量系统的偏振响应测量系统的偏振响应 光辐射测量中的偏振源光辐射测量中的偏振源光辐射测量

34、中的偏振源光辐射测量中的偏振源：光学和色散元件。反射、透射的偏振度取决于入射角和介质的折射率。分色片及分束片一般都呈45安置在光路中，光入射的角度和布儒斯特角相差不大，因此透过和反射引起的偏振度相当大。同理,棱镜、光栅等色散元件的透射、反射也会引起偏振。例如,一些棱镜单色仪的偏振度可高达5060%(仪器的结构不同可相差甚远),偏振度随波长的变化约在1020%。光栅单色仪的偏振度约20%，但随波长变化偏振度变化更大，图7-31给出Cary 14分光光度计的偏振度随波长变化的曲线。第44页，共48页，编辑于2022年，星期二7.5 测量系统的偏振响应测量系统的偏振响应 当待测样品有旋光性时，线偏振

35、光通过时偏振面会发生转动。当测量系统的透射比和探测器响应度是偏振方向的函数时，将使仪器测量值发生变化。双折射样品还会使测量系统的偏振度增加。探测器。探测器本身会引入偏振，如光电倍增管引入的偏振度可达112%。硅光电二极管、光电管等的响应随偏振方向、入射光的入射角以及偏振程度而变化。光辐射测量中的偏振源光辐射测量中的偏振源光辐射测量中的偏振源光辐射测量中的偏振源：第45页，共48页，编辑于2022年，星期二7.5 测量系统的偏振响应测量系统的偏振响应 减少待测光的入射角。尽量使光在每一介质表面的入射角趋近于零。图7-32是一种成像光谱仪的光路图，其采用近零入射角系统，可大大减少系统的偏振响应。透

36、射比、反射比测定中，在两个正交方向(和，和)分别进行样品测量，取读数值的算术平均值作为样品读数。用理想朗伯漫射材料及漫射系统(积分球，锥腔等)。因为漫射性能越近似朗伯特性，漫射器的消偏振率就越高。表7-3是硫酸钡板和积分球的消偏振率值。由表可知，硫酸钡漫射板的消偏振率平均达84%，而积分球由于光在其内部多次漫射，消偏振率平均可达96%。用1/4波片。测出系统椭圆偏振的长短轴方向，使1/4波片的快轴与其中一根轴重合，则椭圆偏振光成为圆偏振光，对光辐射测量，其效果与自然光一样。减少偏振对测量影响的方法减少偏振对测量影响的方法减少偏振对测量影响的方法减少偏振对测量影响的方法：11第46页，共48页，

37、编辑于2022年，星期二大作业大作业 1.反射比的测量(镜面反射、漫反射)2.反射因数的测量3.透射比、吸收比的测量4.发射率的测量5.BRDF的测量6.辐射测温(双色高温计、热像仪测温)7.火车轮轴温测试8.光电色度计9.光谱辐射计（包括标定方法）10.亮度计11.光辐射测量系统线性响应测量12.光辐射测量系统偏振响应测量也可自拟题目也可自拟题目例如：例如：LED灯特性测试、荧光屏亮度灯特性测试、荧光屏亮度/颜色特性测试、颜色特性测试、第47页，共48页，编辑于2022年，星期二大作业要求n写作格式：北京理工大学学报要求n篇幅：8页n内容：引言、国内外现状、典型系统原理及误差分析、我们的设计、总结、参考文献、小组成员分工安排、课程意见n提交时间：11月24日前发送到 及班级邮箱第48页，共48页，编辑于2022年，星期二