本发明公开了一种低温绝对辐射计绝对光谱响应度定标方法及实验装置，主要包括有：主光路单元、摆动模块单元、低温绝对辐射计、探测器真空仓、主控计算机；本发明思路是将标准传递探测器和低温绝对辐射计置于同一真空环境中，通过弧形导轨的驱动控制，保证低温绝对辐射计和标准传递探测器经过相同的光路传输路径，接收的入射光功率完全一致，从而消除了测量窗口透过率过程中带来的不确定度的影响，这将大大提高了低温绝对辐射计标准传递过程中的精度，实现紫外-红外波段范围内的标准传递探测器绝对光谱响应度的高精度定标。
1.一种低温绝对辐射计的实验装置，其特征在于：包括有主光路单元、摆动模块单元、低温绝对辐射计、探测器真空仓、主控计算机；
所述主光路单元包括有柱状水平固定的真空管路，所述的真空管路一侧壁开有通孔，通过法兰密封连接有真空规管，真空管路另一侧壁通过法兰密封连接有抽空阀门，抽空阀门的另一端与真空机组连接，真空管路通过一金属波纹软管与一个旋转切换腔体连接，所述的旋转切换腔体是一只横放的Y型状高真空腔体，金属波纹软管与旋转切换腔体连接处还安装有一个可替换的光学窗口，光学窗口入光一侧固定有一个3×1的光纤分路器；所述的旋转切换腔体两只真空管道端口分别通过一个高真空闸板阀与金属波纹软管连接，所述的高真空闸板阀通过法兰进行密封连接；
所述的摆动模块单元包括有可±20°水平摆动的主控制平台，主控制平台旋转主轴固定在旋转切换腔体背面，旋转切换腔体两只真空管道架设在主控制平台上；摆动模块单元根据所接受的控制信号分别切换控制旋转切换腔体两只真空管道至光路主轴上；
所述低温绝对辐射计与探测器真空仓分别密封连接至Y型两只金属波纹软管上，所述的低温绝对辐射计置于低温绝对辐射计升降平台及其转向平台上，两个控制平台根据接收的控制信号实现低温绝对辐射计精密对准；所述的探测器真空仓是边缘连通有一个抽空阀门的真空腔体，所述抽空阀门通过法兰进行密封连接，抽空阀门的另一端同时连接真空机组；所述的探测器真空仓内安装有一高精度电控平移台，高精度电控平移台上并列放置有三个波段的待定标探测器，高精度电控平移台根据接收的控制信号实现三个待定标探测器的移动切换；
所述的主控制平台、低温绝对辐射计升降平台及其转向平台、高精度电控平移台，均连接有步进电机，步进电机由内置运动控制卡的主控计算机控制连接。
2.根据权利要求1所述的一种低温绝对辐射计的实验装置，其特征在于：所述探测器真空仓还外接有电源和静电器。
3.根据权利要求1所述的一种低温绝对辐射计的实验装置，其特征在于：所述的真空机组采用干泵与分子泵组合。
4.根据权利要求1所述的一种低温绝对辐射计的实验装置，其特征在于：还包括有精密减振平台，所述的精密减振平台将低温绝对辐射计实验装置进行固定。
5.根据权利要求1所述的一种低温绝对辐射计的实验装置，其特征在于：所述的电控平移台内部设计有冷水循环换热器，为探测器工作时降温处理。
6.根据权利要求1所述的一种低温绝对辐射计的实验装置，其绝对光谱响应度定标方法具体步骤如下：
（1）打开抽空阀门，以及与低温绝对辐射计、探测器真空仓连接的高真空闸板阀，运作真空机组，使低温绝对辐射计和待定标的探测器置于同一真空环境中；
（2）关闭探测器真空仓连接处高真空闸板阀，将低温绝对辐射计旋转切换到光路主轴上；
（3）可见-短波红外波段调谐激光经起偏、功率稳定以及空间滤波后分别入射到光纤分路器中，各波段的激光光束经光纤分路器的公共端输出后，经Y型真空仓光学窗口进入到仓体内部；激光光束再经过精确对准耦合进低温绝对辐射计的有效孔径内，由低温绝对辐射计测量入射激光的绝对功率；
（4）打开探测器真空仓连接处高真空闸板阀，同时关闭低温绝对辐射计连接处高真空闸板阀，将探测器真空仓旋转切换到光路主轴上，激光光束经精确对准耦合进探测器真空仓内的待定标探测器有效孔径内；三个待定标探测器通过高精度的电控平移台实现移动切换；
（5）低温绝对辐射计和待定标探测器各重复测量5次，获得平均的激光绝对功率和待定标探测器平均输出电压值，待定标探测器的输出电压与入射激光绝对功率的比值即为待定标探测器在该波长点的绝对光谱响应度；
低温绝对辐射计绝对光谱响应度定标方法及实验装置
技术领域
[0001] 本发明涉及遥感科学和光辐射测量领域，具体是一种低温绝对辐射计绝对光谱响应度定标方法及实验装置。
背景技术
[0002] 低温绝对辐射计是目前光辐射功率测量方面最高精度的计量标准，它利用低温、-5真空和超导技术，将光辐射加热测量完全等效为电功率测量，其测量精度达到了优于10量级，在遥感定标、气候变化、环境监测、光辐射计量等领域发挥了基础性的关键作用。
[0003] 近年来以美国为首的发达国家，针对低温绝对辐射计开展了大量的基础性实验研究和技术集成，随着一系列的高精度的标准传递探测器（功率、亮度、照度等）的研制成功，低温绝对辐射计高精度的辐射基准也逐步量值传递到地面光谱辐射计、星载遥感器等用户遥感器。在国内，中国科学院安徽光学精密机械研究所率先开展了以低温绝对辐射计为初级标准的光辐射定标与标准传递工作。
[0004] 从用户遥感器的定标情况来看，在可见波段的定标精度优于1%，在红外波段定标精度难以优于5%。这主要是由低温绝对辐射计标准传递过程中引入了较大的测量不确定度引起的。历史研究表明，低温绝对辐射计到标准传递探测器的绝对光谱响应度定标是遥感器高精度量值传递的关键环节。在标准传递过程中，低温绝对辐射计的窗口透过率是影响标准传递过程测量不确定度的主要来源。
[0005] 传统的低温绝对辐射计窗口透过率测量是低温绝对辐射计定标前后，将窗口从低温绝对辐射计上卸下，将窗口恢复到与低温绝对辐射计相同的工作状态，通过测量有窗口和无窗口时探测器测量的比值来评价窗口透过率值，入射到待定标探测器的入射光功率可以将低温绝对辐射计测量值与窗口透过率值进行修正。这种方法存在问题主要有：（1）低温绝对辐射计在每个工作波段布儒斯特角需要进行调节，调节精度差；（2）窗口从低温绝对辐射计拆下过程中，其复位存在较大难度，窗口复位的角度和光斑落点位置难以保证与在低温绝对辐射计上完全一致。本发明设计了一种低温绝对辐射计绝对光谱响应度定标方法及实验装置，低温绝对辐射计量值传递过程中完全消除窗口透过率修正的问题，大大提高低温绝对辐射计的量值传递精度。
发明内容
[0006] 针对低温绝对辐射计窗口透过率测量过程的难题，本发明设计了一种低温绝对辐射计绝对光谱响应度定标方法及实验装置，它将标准传递探测器和低温绝对辐射计置于同一真空环境中，通过弧形导轨的驱动控制，保证低温绝对辐射计和标准传递探测器经过相同的光路传输路径，接收的入射光功率完全一致，从而消除了测量窗口透过率过程中带来的不确定度的影响，这将大大提高了低温绝对辐射计标准传递过程中的精度。
[0007] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0008] 一种低温绝对辐射计的实验装置，包括有：主光路单元、摆动模块单元、低温绝对辐射计、探测器真空仓、主控计算机；所述主光路单元包括有柱状水平固定的真空管路，所述的真空管路侧壁开有通孔，通过法兰密封连接有真空规管，真空管路下侧通过法兰密封连接有抽空阀门，抽空阀门的另一端与真空机组连接，真空管路通过一金属波纹软管与一个旋转切换腔体连接，所述的旋转切换腔体是一只横放的Y型状高真空腔体，金属波纹软管与旋转切换腔体连接处还安装有一个可替换的光学窗口，光学窗口入光一侧固定有一个3×1的光纤分路器；所述的旋转切换腔体两只真空管道端口分别通过一个高真空闸板阀与金属波纹软管连接，所述的高真空闸板阀通过法兰进行密封连接；
[0009] 所述的摆动模块单元包括有可±20°水平摆动的主控制平台，主控制平台旋转主轴固定在旋转切换腔体背面，旋转切换腔体两只真空管道架设在主控制平台上；摆动模块单元根据所接受的控制信号分别切换控制旋转切换腔体两只真空管道至光路主轴上。
[0010] 所述低温绝对辐射计与探测器真空仓分别密封连接至Y型两只金属波纹软管上，所述的低温绝对辐射计置于低温绝对辐射计升降平台及其转向平台上，两个控制平台根据接收的控制信号实现低温绝对辐射计精密对准；所述的探测器真空仓是边缘连通有一个抽空阀门的真空腔体，所述抽空阀门通过法兰进行密封连接，抽空阀门的另一端同时连接真空机组；所述的探测器真空仓内安装有一高精度电控平移台，高精度电控平移台上并列放置有三个波段的待定标探测器，高精度电控平移台根据接收的控制信号实现三个待定标探测器的移动切换；
[0011] 所述的主控制平台、低温绝对辐射计升降平台及其转向平台、高精度电控平移台，均连接有步进电机，步进电机由内置运动控制卡的主控计算机控制连接。
[0012] 基于低温绝对辐射计的实验装置的绝对光谱响应度定标方法，具体实施步骤如下：
[0013] （1）打开抽空阀门，以及与低温绝对辐射计、探测器真空仓连接的高真空闸板阀，运作真空机组，使低温绝对辐射计和待定标的探测器置于同一真空环境中；
[0014] （2）关闭探测器真空仓连接处高真空闸板阀，将低温绝对辐射计旋转切换到光路主轴上；
[0015] （3）可见-短波红外波段调谐激光经起偏、功率稳定以及空间滤波后分别入射到光纤分路器中，各波段的激光光束经光纤分路器的公共端输出后，经Y型真空仓光学窗口进入到仓体内部；激光光束再经过精确对准耦合进低温绝对辐射计的有效孔径内，由低温绝对辐射计测量入射激光的绝对功率；
[0016] （4）打开探测器真空仓连接处高真空闸板阀，同时关闭低温绝对辐射计连接处高真空闸板阀，将探测器真空仓旋转切换到光路主轴上，激光光束经精确对准耦合进探测器真空仓内的待定标探测器有效孔径内；三个待定标探测器通过高精度的电控平移台实现移动切换。
[0017] （5）低温绝对辐射计和待定标探测器各重复测量5次，获得平均的激光绝对功率和待定标探测器平均输出电压值，待定标探测器的输出电压与入射激光绝对功率的比值即为待定标探测器在该波长点的绝对光谱响应度。其他波长点定标方法与此相同。
[0018] 所述探测器真空仓还外接有电源和静电器；真空机组采用干泵与分子泵的组合，为所述低温绝对辐射计实验装置进行抽空处理，可以实现低温绝对辐射计实验装置内的高真空。
[0019] 所述的精密减振平台将低温绝对辐射计实验装置进行固定，减小由于外界振动等因素对测量过程的影响；所述的电控平移台内部设计有冷水循环换热器，为探测器工作时降温处理。
[0020] 所述主光路单元前段安装的可以替换玻璃的光学窗口，系统配套石英玻璃、ZnSe光学玻璃各一套，可以实现紫外-红外光辐射功率透过。
[0021] 所述摆动模块单元设计有调整机构，在低温绝对辐射计和探测器真空仓分别切换到光路主轴上后，进行低温绝对辐射计和探测器真空仓的升降和摆动调节，完成低温绝对辐射计和探测器真空仓的高低和方向的精确对准，实现光辐射通量的完全接收。
[0022] 所述低温绝对辐射计采用真空、低温和超导技术将电加热完全等效为光辐射加热，可精确测量入射激光的绝对光辐射功率。
[0023] 本发明的优点是：
[0024] 本发明将低温绝对辐射计和待定标的探测器置于同一真空环境中，使低温绝对辐射计和待定标探测器经过相同的光路传输路径，因此到达低温绝对辐射计和待定标探测器的光功率完全相同，即在低温绝对辐射计量值传递过程中完全消除窗口透过率修正的问题，大大提高低温绝对辐射计的量值传递精度。本发明可以实现紫外-红外波段范围内的标准传递探测器绝对光谱响应度的高精度定标，减小低温绝对辐射计到标准传递探测器传递链路的测量不确定度，将有利于提高光学遥感器全过程定标的精度和遥感定量化反演水平。
附图说明
[0025] 图1为本发明低温绝对辐射计实验装置结构示意俯视图。
[0026] 图2为本发明主光路单元光路传输示意图。
[0027] 图3为本发明摆动模块控制系统原理框图。
具体实施方式
[0028] 如图1、2、3所示，一种 低温绝对辐射计的实验装置，包括有：主光路单元1、摆动模块单元2、低温绝对辐射计3、探测器真空仓4、主控计算机13；
[0029] 主光路单元1包括有柱状水平固定的真空管路10，真空管路10一侧面开有通孔，通过法兰密封连接有真空规管6，真空管路10下侧通过法兰密封连接有抽空阀门5，抽空阀门5的另一端与真空机组连接，真空管路10通过一金属波纹软管与一个旋转切换腔体7连接，所述的旋转切换腔体7是一只横放的Y型状高真空腔体，金属波纹软管与旋转切换腔体7连接处还安装有一个可替换的光学窗口，光学窗口入光一侧固定有一个3×1的光纤分路器12；所述的旋转切换腔体7两只真空管道端口分别通过一个高真空闸板阀8、9与金属波纹软管连接，所述的高真空闸板阀8、9通过法兰进行密封连接；
[0030] 所述的摆动模块单元2包括有可±20°水平摆动的主控制平台16，主控制平台16旋转主轴固定在旋转切换腔体7背面，旋转切换腔体7两只真空管道架设在主控制平台16上；摆动模块单元2分别切换控制旋转切换腔体两只真空管道至光路主轴上。
[0031] 所述低温绝对辐射计3与探测器真空仓4分别密封连接至Y型两只金属波纹软管上，所述的低温绝对辐射计3外接至两个控制平台：低温绝对辐射计升降平台17及其转向平台18，两个控制平台根据接收的控制信号实现低温绝对辐射计精密对准；所述的探测器真空仓4是边缘连通有一个抽空阀门的真空腔体，抽空阀门11通过法兰进行密封连接，抽空阀门11的另一端同时连接真空机组；所述的探测器真空仓4内安装有一高精度电控平移台19，高精度电控平移台19上并列放置有三个波段的待定标探测器，高精度电控平移台19根据接收的控制信号实现三个待定标探测器的移动切换。
[0032] 所述的主控制平台16、低温绝对辐射计升降平台17及其转向平台18、高精度电控平移台19，均连接有步进电机，步进电机由内置运动控制卡14的主控计算机13控制连接。
[0033] 探测器真空仓还外接有电源21和静电器22；真空机组采用干泵与分子泵的组合；精密减振平台将低温绝对辐射计实验装置进行固定，减小由于外界振动等因素对测量过程的影响；电控平移台内部设计有冷水循环换热器，为探测器工作时降温处理。
[0034] 低温绝对辐射计的实验装置的绝对光谱响应度定标方法，具体实施步骤如下：
[0035] （1）打开抽空阀门，以及与低温绝对辐射计、探测器真空仓连接的高真空闸板阀，运作真空机组，使低温绝对辐射计和待定标的探测器置于同一真空环境中；
[0036] （2）关闭探测器真空仓连接处高真空闸板阀，将低温绝对辐射计旋转切换到光路主轴上；
[0037] （3）紫外-红外波段调谐激光经起偏、功率稳定以及空间滤波后分别入射到光纤分路器中，各波段的激光光束经光纤分路器的公共端输出后，经Y型真空仓光学窗口进入到仓体内部；激光光束再经过精确对准耦合进低温绝对辐射计的有效孔径内，由低温绝对辐射计测量入射激光的绝对功率；
[0038] （4）打开探测器真空仓连接处高真空闸板阀，同时关闭低温绝对辐射计连接处高真空闸板阀，将探测器真空仓旋转切换到光路主轴上，激光光束经精确对准耦合进探测器真空仓内的待定标探测器有效孔径内；三个待定标探测器通过高精度的电控平移台实现移动切换。
[0039] （5）低温绝对辐射计和待定标探测器各重复测量5次，获得平均的激光绝对功率和待定标探测器平均输出电压值，待定标探测器的输出电压与入射激光绝对功率的比值即为待定标探测器在该波长点的绝对光谱响应度。其他波长点定标方法与此相同。
