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光纤光谱仪的相对辐射校准
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发布时间:2011/6/11 阅读:7143

每一台海洋光学的光谱仪都有所谓的‘仪器响应函数’(instrument response function-IRF),其表征光谱仪对光谱范围内光的响应程度,一般来讲光经光纤、光学元器件最后到达探测器,由于吸收、透射、反射、探测器响应不均匀,都会引起光的非线性衰减及失真。引起这些失真的因素包括但不限于:

  • 光纤的非线性吸收衰减
  • 反射元件的自吸收
  • 光栅的衍射效率
  • CCD探测器的非线性响应
    仪器系统的IRF响应,一般难于直接测量;但可以通过补偿,来间接地测量;两种常用的方法:

  • 相对辐射校正
  • 绝对辐射校正
    绝对辐射校正用一个已知功率输出的标准光源,来校准光谱仪每一个像素点的光谱响应,得到波形及功率幅度都校准的光谱,单位以uW/nm来表征。绝对辐射校正由于超出此范围,在此不作赘述。

    相对辐射校正用一个已知色温(无需功率已知)的光源来校准光谱的波形,不作功率幅度校正。只是用于测量校正像素间的相对光强,做波形校正。此校正在一些测量应用中颇为有用,比如荧光测量、LED等其它光源灯具的颜色色度测量。

    相对辐射计算如下:

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

    其中:

  • IL,T 是黑体在波长L,色温T(开尔文)处的相对辐射功率
  • N 是正交归一化因子(IL,T范围0-100)
  • SL 是波长L处的测量光谱
  • DL 是波长L处的暗光谱
  • RL是波长L处的参考光谱
  • BL,T 是波长L,色温T处的黑体辐射功率
    根据普朗克定律可得;
    BL,T = 2*h*c2 / (L5 * (e( h*c / L*k*T ) - 1 ))

    其中:

  • L是波长(米)
  • T 是黑体温度(开尔文)
  • h 是普朗克常数 (近似 6.626 * 10-34 J*s)
  • k 是波尔兹曼常数 (近似1.38 * 10-23 J/K)
  • c 是光速(近似 3 * 10^8 m/s)
  • e 是自然对数基底 (近似 2.718)
    我们通过计算黑体辐射在给定温度下的峰值功率波长来计算N;可以通过维恩位移定律来得到

    Lmax = 2898 / T

    因此:

    N = 100 / BLmax,T

    实验搭建

    将已知色温的黑体辐射光源,通过光纤连接至光谱仪。带有衰减器及快门的光源是比较好的选择(如:HL-2000-FHSA),调节积分时间使光谱仪不要饱和。也可以用LS-1卤钨灯,但需要挡板及圆孔板等来挡光及对光衰减。

    取暗光谱时,需将光路挡住,遮光。如果光源没有自带快门,请不要关闭光源来取暗光谱,最好用一块挡板;因为每次光源开启后,需一段时间才能稳定。

    利用广州标旗分析软件向导来进行相对辐射校正
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