基于参量下转换的中波红外辐亮度定标技术研究

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在红外辐射度学和辐射定标研究过程中,对红外辐射源辐亮度的定标是其中的一项基本内容。本文研究了一种新型的基于参量下转换实现红外辐射源辐亮度的绝对定标方法,它与传统定标方法的不同在于它不依赖外加的初级标准源和标准传递链。基于参量下转换的定标方法是通过测量单位模式光子数来实现对辐亮度的计算,因为测量过程中不需要测量立体角和面积因子,所以可以减少测量中的不确定度,理论上基于参量下转换的定标方法具有更高的精度。在对参量下转换效应在计量领域的应用和进展调研的基础上,建立了中波红外辐亮度定标系统。本实验中的选择的泵浦光波长为532nm,它是由二极管激光器出射的具有高功率的激光。泵浦光源与非线性介质PPLN晶体发生非线性作用后,产生可见-红外(631nm和3390nm)的相关光子对。根据非线性晶体的特性,选择准相位共线相位匹配方式,利用短波带通滤光片、二向色镜以及单色仪实现对相关光子对中信号光子的选取及探测、残余泵浦光消除及背景噪声的衰减。实验中分别测量的是自发参量下转换和受激参量下转换过程输出的信号光光子数,通过计算受激/自发的信号光子计数的比值R,实现对待测辐射源(OPO出射的3390nm)辐亮度的绝对定标。实验中到达晶体前端的泵浦光功率和待测中波红外辐射源的功率分别为17mW和1.48mW,实验结果与利用传统方法计算的结果都在同一量级内,且两种方法的相对标准偏差为4.22%。根据分析主要测量不确定性的来源,得出了OPO激光器在3390nm波段辐亮度的合成标准不确定度优于1.18%的定标结果。随后,我们继续利用该方法测量并且计算了水浴黑体五个温度点的辐亮度值,进而通过普朗克公式反演实际温度,将反演温度与预设温度比较,发现两者的偏差在5.17%。上述两个实验结果初步证实了通过探测可见波段光子计数实现红外辐射源的辐亮度定标的原理可行性。研究结果将有望应用于基于受激参量下转换的红外波段高精度定标以及红外OPO激光器等领域。
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