[发明专利]一种变温条件下黑体腔吸收系数的定标方法

说明书

本发明属于光学计量测试领域，公开了一种变温条件下黑体腔吸收系数的定标方法，该方法利用高稳定辐射源结合稳功率仪产生均匀的单色辐射，并被待测黑体腔接收，通过在布儒斯特窗口前加入倒装的光电探测器，对反射光束强度进行标定，从而实现黑体腔吸收系数的全温度段定标。本发明方法针对当前温度波动导致黑体腔吸收系数漂移的检定难题，创新性引入变温腔‑探测器一体测试手段，实现了对变温环境下腔体全波段吸收系数的测量，具有体积小、定标准确度高，应用前景广的特点。

技术领域

本发明属于光学计量测试技术领域，涉及一种吸收系数定标的方法，具体为一种变温条件下黑体腔吸收系数的定标方法。

背景技术

绝对低温辐射计是集光、机、电、算于一体的高精尖光功率测量仪器，涉及光学设计仿真、光学工艺设计、精密光学元件制造、精密机械加工、光电系统集成和精密装调、精密测温控温、真空技术、制冷技术、超导技术、自动控制等多个领域的技术研究，研建以低温辐射计为基准的光辐射量传体系，不仅使国防光辐射计量标准的测量不确定度得到改善、补充急需的标准器具，还能提升国防军工光辐射计量的自主创新能力。

低温辐射计工作于液氦制冷温度(2～4K)，并处于超高真空度环境(10-7Pa)，极大减小了接收腔与环境辐射能量的交换，而且彻底解决了常温条件下物质热性能问题，如黑体腔材料的热学特性发生巨大的变化，比热减小三个量级，热导率提高几倍至十几倍，这样腔体的热扩散率就提高约四个量级，使得高吸收率、短时间常数的吸收腔体成为可能；腔体的热扩散率提高后，腔体更容易达到热平衡，减小了电加热功率和光加热功率的热流通道的不一致造成的差异；而且在电替代电路中使用了低温超导加热引线消除了连接探测器上电加热部分的引线的功率损失。通过采取以上措施，可以使电替代辐射计的灵敏度和准确度提高100余倍，达到的测量不确定度优于0.01％。

低温辐射计的测量过程基于光-热过程实现，黑体吸收腔是其核心器件，要求对不同波长的入射辐射都表现出接近100％的吸收率，以确保完全光-热转换，降低测试不准确度。对应的，必须对黑体腔变波长吸收率进行辐射定标，否则就不能对采集的光热信号给出合理解释，得到精确定量信息。其辐射定标过程落足于建立光谱范围与腔体吸收率的一一对应关系。

激光辐射在进入黑体腔之后，尽管黑体腔经过涂覆、镀膜等表面处理技术极大提升了吸收率，仍有部分辐射经由镜面/漫反射散逸到腔体外，因此，通过对吸收腔的散逸光信号强度进行捕获，可极大提升定标的准确度。

当前对于黑体腔吸收率的标定主要基于积分球法：将吸收腔放置在积分球出口，标准反射板作为阻挡可以随时介入光路；在激光进入积分球的光路中内置分束镜与监视探测器，积分球在入射光成90度角的位置上放置积分球探测器，随着标准板介入前后分别接收黑体腔和标准板的反射光信号，通过计算得到黑体腔反射率。由于采用监视探测器进行稳功率激光/黑体辐射的稳定性测量，监视探测器与积分球探测器同时采集信号，因此可对吸收腔反射率的测量结果进行修正，从而也对吸收腔吸收率的测量结果进行了修正。

积分球法存在两点主要问题：1.低温环境下材料热导率、热扩散系数急剧上升，可能伴随腔体形变，此外内涂覆/镀层光谱响应特性往往会受到温度波动的极大影响，在室温下测试的黑体腔吸收系数难以反应其低温特性；2.随着空间任务的进行，黑体腔面临内镀层衰减的问题：在高能空间辐射作用下，镀层脱附、氧化引起吸收率的降低。目前仍然没有技术实现对黑体腔吸收率的变温实时标定。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：针对目前温度波动导致黑体腔吸收系数漂移的检定难题以及黑体腔吸收率实时监测技术缺失的技术问题，发展一种基于倒装光电探测器的测量技术，对变温环境下黑体吸收腔逸出的功率进行监测，实现对黑体腔吸收系数的精确标定。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种变温黑体腔吸收系数的定标方法，其包括以下步骤：

第一步：调制得到稳定的单色辐射激光；