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光纖光譜儀的相對輻射校準
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發布時間:2011-06-11 閱讀:6088

每一臺海洋光學的光譜儀都有所謂的‘儀器響應函數’(instrument response function-IRF),其表征光譜儀對光譜范圍內光的響應程度,一般來講光經光纖、光學元器件最后到達探測器,由于吸收、透射、反射、探測器響應不均勻,都會引起光的非線性衰減及失真。引起這些失真的因素包括但不限于:

  • 光纖的非線性吸收衰減
  • 反射元件的自吸收
  • 光柵的衍射效率
  • CCD探測器的非線性響應
    儀器系統的IRF響應,一般難于直接測量;但可以通過補償,來間接地測量;兩種常用的方法:

  • 相對輻射校正
  • 絕對輻射校正
    絕對輻射校正用一個已知功率輸出的標準光源,來校準光譜儀每一個像素點的光譜響應,得到波形及功率幅度都校準的光譜,單位以uW/nm來表征。絕對輻射校正由于超出此范圍,在此不作贅述。

    相對輻射校正用一個已知色溫(無需功率已知)的光源來校準光譜的波形,不作功率幅度校正。只是用于測量校正像素間的相對光強,做波形校正。此校正在一些測量應用中頗為有用,比如熒光測量、LED等其它光源燈具的顏色色度測量。

    相對輻射計算如下:

    IL,T = N * BL,T * (SL - DL) / (RL - DL)

    其中:

  • IL,T 是黑體在波長L,色溫T(開爾文)處的相對輻射功率
  • N 是正交歸一化因子(IL,T范圍0-100)
  • SL 是波長L處的測量光譜
  • DL 是波長L處的暗光譜
  • RL是波長L處的參考光譜
  • BL,T 是波長L,色溫T處的黑體輻射功率
    根據普朗克定律可得;
    BL,T = 2*h*c2 / (L5 * (e( h*c / L*k*T ) - 1 ))

    其中:

  • L是波長(米)
  • T 是黑體溫度(開爾文)
  • h 是普朗克常數 (近似 6.626 * 10-34 J*s)
  • k 是波爾茲曼常數 (近似1.38 * 10-23 J/K)
  • c 是光速(近似 3 * 10^8 m/s)
  • e 是自然對數基底 (近似 2.718)
    我們通過計算黑體輻射在給定溫度下的峰值功率波長來計算N;可以通過維恩位移定律來得到

    Lmax = 2898 / T

    因此:

    N = 100 / BLmax,T

    實驗搭建

    將已知色溫的黑體輻射光源,通過光纖連接至光譜儀。帶有衰減器及快門的光源是比較好的選擇(如:HL-2000-FHSA),調節積分時間使光譜儀不要飽和。也可以用LS-1鹵鎢燈,但需要擋板及圓孔板等來擋光及對光衰減。

    取暗光譜時,需將光路擋住,遮光。如果光源沒有自帶快門,請不要關閉光源來取暗光譜,最好用一塊擋板;因為每次光源開啟后,需一段時間才能穩定。

    利用廣州標旗分析軟件向導來進行相對輻射校正
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