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国际光学杂志/2020./文章

研究文章|开放获取

体积 2020. |文章的ID 4184360 | 10. 页面 | https://doi.org/10.1155/2020/4184360

基于激光的光学系统的光辉量级利用传输功能的实现

米千林，1 H. Tutunculer，1 O. Bazkir，2 和 美国美力克2

1工程物理署，加入科技大学，27310 Sehitkamil，Gaziantep，土耳其

2光学实验室，大桶全国计量研究所（UME），41470 Gebze，Kocaeli，土耳其

学术编辑：Nicusor Iftimia
已收到 2019年8月02
修改后的 2020年2月14日
接受 2020年3月06
发表 2020年04月01

摘要

这个工作的目的是确定该辐射响应在具有低的不确定性的多色辐射源的校准中使用。To realize the radiance, Ar-ion, He-Ne, and Nd-YAG lasers as well as an integrating sphere with a 0.15 m diameter are used to obtain radiation sources having Lambertian distributions. Then, a silicon photodiode-based reflection-type trap detector with calibrated precision aperture, which is traceable to a liquid helium cooled laser-based cryogenic radiometer, is used to measure the photocurrent corresponding to each wavelength and thereby to obtain radiance. The proposed system, which measures the spectral current response of this laser-based radiance, is a double-grating monochromator with a 2 × 300 mm focal length and triple gratings in each of its turrets. First, the radiance of the laser beam that emerged from the integrating sphere is calculated, and then the radiance responsivity of the system is obtained by measuring the photocurrent outputted from the exit slit of the monochromator at each laser wavelength. Finally, the spectral radiance values of the polychromatic lamps are obtained using the radiance responsivity of the system. Consequently, the study aims to develop the derivation and better understand traceability of the other radiometric and photometric quantities with low uncertainty from the fundamental radiometric radiance unit. Measurement results obtained in the expanded measurement uncertainty scale are determined using both classical and Monte Carlo methods.

1.介绍

在光学辐射测定中，测量系统由三个主要成分，即辐射源，探测器和光学机械材料组成，这构成了转移的环境的基础。用于控制这些组件的光学性能的测量可追溯性链可以以两种不同的方式实现，这取决于它们是基于源还是检测器。

基于源的测量链采用黑体辐射原理，称为“黑体辐射器”，形成为可追溯到高精度系统[1，2］.Detector-based measuring chains have been formed such that they are traceable to low-temperature radiometry that operates on the principle of electrical substitution of the response of the detectors to optical power at the liquid helium temperature (4.2 K) [3.- - - - - -6］.

之一被开发以实现辐射刻度测量链所使用的方法是，以获得与黑体辐射体系统的相比，光源的辐射。这些辐射测量由与所述光谱辐射数据的物理建模延伸在特定温度下进行[7- - - - - -9］.一个nother alternative measurement method that was developed uses a monochromator system and a sensor that is calibrated against a low-temperature radiometer operating at liquid helium temperature (4.2 K) [10.，11.］.第二种方法的不确定度比第一种方法低，但它在测量所需的分辨率范围内;单色器输出的信噪比(SNR)导致传递函数的高不确定性。近年来，为了解决这一问题，提出了一种用激光辐射源代替多色辐射源的方法，并在计量实验室中得到了应用。这种方法有助于获得辐射尺度和确定单色仪传递函数的低不确定度。通过使用激光辐射，可以得到比多色辐射源更稳定、更窄频带、更大功率的光束，大大减少上述问题[12.- - - - - -16.］.

在这项研究中，建立了基于激光的高分辨率分光系统。所提出的系统计算与低不确定性的基本辐射单元辐射和满足仪器表征，其可以使用其他辐射和光度数量的科研活动产生的需求。此外，它的目的是建立潜在的研究需求，可能欧洲计量方案的创新和研究（EMPIR）的范围内，以各种主题出现的基础设施。

基于源的测量系统的低不确定性获得的光谱辐射响应量度[17.]可用于航天和国防等应用。本文的目的是通过研究和建立一个合适的辐射测量系统来建立一个光谱辐射响应度标度。此外，未知辐射源或表面的光谱辐亮度可以用基于激光的辐射源定义，该辐射源具有朗伯分布。采用经典方法和蒙特卡罗方法分别计算定义的测量结果，并进行比较。

在本研究中，首先对用于光谱辐亮度测量的单色仪进行了波长精度表征[18.］.其次，在NMI实验室中使用的反射型Si基捕集器作为辐射传输标准[19.，20.]，被再生和比较基于所述均匀性，偏振依赖性，非线性，量子效率和响应性使用反射型Si-基于陷阱检测器，这是以前在国家研究理事会，其特征在于对一个电取代低温辐射测量（ESCR）系统测试-UME光学实验室设施[21，22］.再次，利用积分球和激光，确定了朗伯尔分布辐射光束。积分球是一个几乎朗伯源，在各个方向上都有相同的辐亮度场，所以它一般适合于辐亮度和辐照度的测量[15.］.我n the specific laser wavelength region, radiance values of the laser beam created with the integrating sphere were obtained using a He-Ne tunable (543, 594, 604, 612, and 632.8 nm), Argon-ion (457, 477, 488, and 514 nm), and Nd-YAG (1064 nm) lasers. After that, using a monochromator, detector, and polychromatic light, radiance responsivity values were measured. Spectral radiance values obtained by using certain laser wavelengths and trap detectors have been transferred to the system consisting of telescope, monochromator, and detector and transfer function has been produced. These calculations and operations performed at certain laser wavelengths were checked using a reference standard polychromatic radiation source, and the scale was generalized by fitting to the points where laser wavelengths were missing. The known radiance values of both laser and reference standard radiation sources provide an important use for pairwise comparison and generalization while creating the transfer function of the system. Since the use of laser for transfer function is within the facilities of the laboratory in terms of metrology, the reference polychromatic source has provided an important step for both customizing and controlling measurement accuracy. By using the obtained radiance values, the transfer function of the monochromator was obtained, and the radiation values of an unknown source were obtained with standard uncertainty measurements using both the classical and Monte Carlo approaches. The radiance is the basic unit for measurements in the optical region, and the radiance is easily converted to another unit. For this reason, the measurement of the radiance is very important for photometric and radiometric measurements.

绝对辐射响应度是通过将辐射从带有积分球和再生反射型陷阱探测器的可调谐激光系统传输到光谱辐射测量系统来实现的[23- - - - - -25］.通过使用不确定性计算，以高分辨率研究未知来源的光谱辐射。与传统方法相比，基于激光的系统更适合于实现任何来源的辐射测量校准[16.，26］.

2.测量设置和理论背景

在辐射测量中，光功率测量对辐射源和光学探测器都很重要。对辐射源的光谱功率值和探测器中产生的电流值进行低不确定度的测量和测试，是利用这种光学系统进行科学研究的研究人员的重要步骤。在辐射测量中，一个基本的光量是辐亮度，其他的量可以由辐亮度计算出来。

近年来，许多计量实验室优选的方法涉及使用光学检测器和激光源，其可追溯到低温辐射仪。使用激光辐射源和可追溯到低温辐射测定的探测器实现的辐射测量技术可以满足该领域目前的技术发展并行地出现的要求[12.］.

在本研究中，建立了基于激光的测量系统，如图所示1．首先，通过使用基于硅的捕集器检测器在激光波长处获得光谱辐射辐射值，该捕集器相对于低温辐射测量计27］.然后，将相同的系统转移到双单色仪系统中，获得系统的光谱传递函数。因此，使用以低不确定性获得的传递函数导出未知多色散热器源的光谱辐射辐射值。


图1
光谱辐射度测量系统。

图的左边部分1，它有激光器，一个积分球，基于si的陷阱探测器，放大器和万用表，用来获得每个激光波长的光谱辐亮度值。通过分析图中测量装置中源-探测器之间的物理参数，数值计算得到辐射亮度1．理论上，采用以下方法得到辐射亮度公式[28］.

辐射通量之间的关系（ ）和光辉(l)的资料如下:

辐射通量在（1)是空间坐标和角坐标的函数。放射性感兴趣的来源通常可以认为是兰伯特的。它们从各个方向向半球辐射出恒定的辐亮度。由于这个原因，可以做一些假设，积分只能依赖于波长的函数[28］.因为激光辐射是非常相似的单色辐射，当δ函数的积分被接管的激光的波长，光谱辐射亮度可能会失去它的积分的依赖，并可以通过使用积分球与窄带激光辐射而获得。

当前的 在探测器中产生的表示如下： 在哪里 为陷阱探测器的谱功率响应度，并结合图中所要求的参数和几何值2中，光谱辐射和辐射通量之间的关系如下相同： 在哪里 和 在 （3.), 和 分别为辐射源和探测器的活动面积。d表示源半径之间的距离 和探测器 ．此外， 是测量的光谱电流， 是光谱光散，和 是检测器的光谱功率响应度。


图2
源和检测器之间的几何识别。
2．1.基于激光辐射亮度测量的评估模型

当测量确定辐射功率时，输出信号与标准探测器的功率响应度之间的关系如(2)．使用几何及辐射计算，(3.)。通过使用(2)和(3.)，以及一些删减，(4然后获得：

光谱辐射响应度 可以使用光谱功率响应值来改变， ；和 和 ，标准检测器输出信号可以得到: 在哪里 的单位是安培， / (W / (m2老··海里)), 在W / (m2老··海里)。由于激光辐射与单色辐射非常相似，当对脉冲函数对激光波长积分时，探测器输出信号为: 在哪里 是波长的光谱线的激光辐射 ．请注意, ．

当得到的亮度场传输到单色器时，单色器的输出信号依赖于激光波长和单色器调整后的波长。得到的信号成为单色仪的光谱辐亮度响应函数 ．因此，单色器的输出信号 描述如下：

代替 在 （7），下面的单色仪的未知光谱辐射响应率的等式 认为：

在三种不同的视野（1.7mRad，5mRad和11mRad）中，将获得的辐射场转移到单色仪中。在辐射场的传输过程中使用了Bentham Tel310望远镜。因此，根据望远镜，光纤电缆，双单色器和检测器参数来定义单色仪系统的光谱光辐射传递函数。

要定义的单色系统的传递函数是双壳体系统，所以三隙缝构造是可用的，即，入口，中间和出口狭缝。为了使所发送的辐射场，得到正确的输出信号，每个狭缝范围需要一个合适的调整。在理论上和实践中，狭缝的范围可以被设置为相同的值。然而，在双单色系统，入射狭缝应该比出口缝处宽，中间的缝隙应该比入射狭缝宽。狭缝宽度之间的差异不应该是显著。这三个缝都有其特殊的意义。因此，当出射狭缝是在其中图像发生侧，它需要在最小的缝隙值最大SNR [17.］.

由光源产生的亮度场被转换成取决于单色器波长的输出信号 ，辐射源 ，和单色仪的光谱光辐射响应函数 ．因此,如果(7)通过使用输出信号重新排列 来自单色器的未知来源和单色仪的波长调节 ，所以 ，可以得到如下结果: 在哪里 是单色仪波长设置的单色器输出信号 和 为未知源的光谱辐亮度。因为 具有线性依赖性作为波长的函数， 可以移到积分外。

单色仪的光谱光辐射响应度被视为波长设置的积分，而何时（8） 用来， （10.)为未知源的辐亮度值: 在哪里 是半最大值（FWHM），其是单色的光谱带通值的整个宽度。狭缝间距的双单色系统的调节，以计算此带通值。

2.2。系统特征和校正因子

中定义的光谱辐射亮度式（10.）应包括由图测量设置一定的不确定性和校正因子1．这些是单色仪系统的波长精度，陷阱探测器表征，由于辐射节约，单色仪波长偏移和带宽而导致的几何校正因子。

这些校正参数中的第一个是单色仪的波长不确定性。对于双重单色器系统中的每个光栅系统，标度的指定波长不确定性如表中确定1［18.］.
单色型 光栅（G / mm） 光谱带宽，SBW（NM） 结果的不确定性(nm) 扩展% 95 (k = 2) uncertainty (nm)
双倍的 2400. 0.17 0.146 0.291
1200. 0.34 0.138 0.275
600 0.68 0.146 0.293
表1
显示双单色仪测量不确定度的结果[18.］.

获得了再生反射型硅阱探测器的光谱光功率响应，并与阱探测器进行了比较，阱探测器在土耳其国家计量研究所(UME)设施中使用电替代低温低温辐射法进行了表征[27］.

不同的光功率值得到的光谱功率响应为我们提供了探测器的线性和均匀性信息。测量不确定度k= 2扩展测量不确定度计算为:在300 nm ~ 340 nm波长范围为1.5%，350 nm ~ 850 nm波长范围为1.1%，860 nm ~ 1100 nm波长范围为1.4%。

另一个特征参数是几何校正因子，其根据辐射节约描述[28］.使用积分球和HE-NE 632.8nm激光获得的近似兰伯语辐射图案由捕集器检测器以0.05μm至0.39μm定期测量。在每个点处，通过使用测量的电流值和几何参数来确定辐射值（3.)．这个方程y = 一个 × xb+c用亮度值作为函数距离的曲线拟合幂级数二阶曲线时，得到。利用拟合函数，确定一个特定的两点范围，其中辐射值的变化是恒定的，并根据这些点归一化新的电流值。在相对标准不确定度下，根据辐射守恒定律，几何校正因子在1.2392±0.0156 ~ 1.2484±0.0158之间。

当通过使用积分球所获得的辐射场被发送到双单色系统中，存在由于单色的波长偏移的校正系数[29］.这种波长偏移被描述为(11.)．沿着望远镜（Bentham Tel 310）在三个不同的视野（1.7mrad，5.0mrad，11.0mrad）上传输到望远镜（Bentham Tel 310），以定义为图中定义的单色仪系统1： 在CorFacWS是波长偏移的校正因子。这里，我和我T是双重单色器和陷阱检测器输出的电流值。此外，引号 代表第一个推导我通过波长。微分动作是通过应用数值衍生物规则来执行。进行内插和中央差分近似的操作，和数值衍生物施加到特定波长的值。因为计算对于每个视场和波长，即分别由波长偏移所确定的校正因子被定义为于表2．此外，波长校正为 ，在哪里 是从单色器的波长偏移的结果，并且对每个波长具有不同的值。值定义为 对于每个波长是相同的，并且是由系统重复性引起的。
波长 1.7 mrad 5 mrad 11 mrad
价值 σ 价值 σ 价值 σ
457. 9.50E−1 3.53E−02 9.84E−1 3.23E−03 9.95E−1 3.20E−04
477. 9.92E−1 1.35E−02 9.98E−1 8.48E−04 9.99E−1 4.05E−04
488 9.99E−1 2.56E−03 1.01E+00 4.04E−04 1.01E+00 3.47E−03
514. 9.87E−1 3.58E−03 9.92E−1 7.45E−04 9.99E−1 2.30E−04
543. 9.86E−1 3.00E−02 9.82E−1 1.26E−03 9.91E−1 5.89E−04
594. 9.93E−1 5.07E−03 9.96.E−1 7.52E−04 1.00E+00 5.68E−04
604. 9.90E−1 8.34E−03 9.98E−1 1.18E−03 1.00E+00 1.11E−03
612. 9.85E−1 3.89E−03 9.83E−1 7.79E−04 9.87E−1 4.57E−04
633. 1.00E+00 3.82E−03 9.97E−1 6.11E−04 9.99E−1 2.51E−04
1064. 1.00E+00 3.10E−03 1.00E+00 8.97E−04 9.98E−1 1.38E−03
表2
所有MRAD视野（FOV）值的波长移位校正因子。

单色仪带宽的另一个校正因子被称为corfacBW．此定义在（12.)，修正了单色仪的三角形狭缝函数[29］. 指的是n电流作为波长函数的导数。对于不同的视场，计算结果如表所示3.：

波长 1.7 mrad 5 mrad 11 mrad
价值 σ 价值 σ 价值 σ
457. 1.00E+00 9.12E−03 1.00E+00 2.78E−03 1.00E+00 3.68E−04
477. 1.01E+00 4.65E−03 1.00E+00 7.48E−04 1.00E+00 2.32E−04
488 1.00E+00 5.73E−04 1.00E+00 5.91E−05 1.00E+00 7.35E−04
514. 1.00E+00 2.29E−03 1.00E+00 3.77E−04 1.00E+00 1.37E−04
543. 9.99E−1 6.34E−03 1.00E+00 2.38E−03 1.00E+00 2.67E−04
594. 1.01E+00 2.60E−03 1.00E+00 3.99E−04 1.00E+00 2.81E−04
604. 9.88E−1 1.98E−03 1.00E+00 3.19E−04 1.00E+00 3.37E−04
612. 1.01E+00 1.18E−03 1.01E+00 4.59E−04 1.00E+00 8.29E−05
633. 1.00E+00 1.33E−03 1.00E+00 1.55E−04 1.00E+00 7.98E−05
1064. 1.00E+00 3.08E−04 1.00E+00 5.64E−04 1.00E+00 4.60E−04
表3
所有mrad视场值的单色器带宽校正因子。

对于基于波长偏移和带宽的校正因子测量，除了不同激光源的辐射强度之外，在大MRAD值中，不确定性在大的MRAD值中的原因对于每个激光波长不同。低辐射强度的激光源的不确定度的增加是由于在穿过积分球和通过单色仪系统时减少辐射强度。

如果光谱辐射分布式的未知辐射定义为（10.）重新定义，如下：

3.测量系统的光谱光辐射响应度

当(8)和(13.）被重新考虑，测量系统的光谱辐射响应值被再现为一公知的辐射源的功能。下式定义在（8)为利用激光辐射得到的光谱辐亮度响应值。分别应用这两个方程，得到了同一系统的光谱辐亮度响应值。在(14.)，采用Bentham SRS-12标准辐射源，根据其值生成由Tel310、光缆和双单色仪系统组成的测量装置的光谱响应值。 和 分别为单色器输出信号的证书亮度值和电流值，定义为14.)．与源激光波长相比，SRS-12参考标准具有5 nm间隔波长的辐射认证值。将这些点的辐射亮度值与基于激光系统的扩展不确定度值进行了比较，并将其推广到分枝长度为300 nm和1100 nm的区域。从计量的角度来看，仅使用SRS-12参考辐射源来定义传递函数对可追溯性的控制是不准确的。因此，使用SRS-12仅用于一般化和固化测量更为准确:

研究了基于激光测量系统和SRS12参考源测量系统在同一波长范围内获得的所有三个mrad FOV值的光谱辐亮度响应值。这个定义描述了由Tel-310望远镜、光纤电缆、单色仪和基于si的陷阱探测器组成的测量系统的传递函数。通过使用这个传递函数，可以定义未知辐射源的光谱辐亮度，并进一步传递辐射量和光度量。数字3.说明了所有mrad FOV值的测量和结果的定义。


图3
光谱辐射亮度响应用于所有毫弧度FOV值二者的基于激光的和参考标准测量系统。
3.1。SRS12参考源的辐射

（13.）是未知辐射源的广义辐射方程。等式，包括两者（8)和(14.）描述系统的传递函数，是一般方程。如图所示，将SRS12具有SRS12的SRS12的光谱辐射度值和通过激光的转移函数获得的辐射值进行比较，如图所示4．


图4
SRS12参考辐射源所有mrad FOV值的光谱辐亮度。

4.未知源或表面光谱辐亮度的不确定度估算

为了确定未知辐射源的光谱辐亮度、辐照度和功率等参数，需要计算测量不确定度。最常用的测量不确定度表示工具之一是《测量不确定度表示指南》(GUM)，该指南在2008年出版了最新版本，许多NMI实验室都在使用[30.］.这些不确定度可能在测量过程中发生，也可能由所使用的设备产生;此外，执行测量的人的经验可能会影响这种情况。

Monte Carlo方法是一种相对较新的方法，是Gum方法的有用和实用的替代品。这里，为每个测量的输出量定义概率密度函数（PDF）并定义系统并包括伪随机数。该方法被ISO和CIE-2006描述为Gum补充-1。使用计算中使用的每个测量输出的平均值和Sigma值产生的概率函数可以定义为高斯，矩形和任何其他分发类型。通过生成随机数而获得的该计算是一种实用的方法，因为它消除了在定义非线性系统时与部分推导相关的难度。另外，在使用GUM方法执行计算时，必须包括计算模型功能的所有参数，因此蒙特卡罗不确定性计算方法提供比经典方法更实用和更精确的方法。

4．1.GUM法光谱辐亮度值的定义

在本研究中，根据GUM [30.选择方法作为类型-A和型-B。将得到的测量和随行的系统或随机的不确定性值进行计算，并在不确定性预算范围内单独放置。最后，通过计算灵敏度系数值来完成不确定性预算。计算测量中使用的每个激光波长和三个MRAD FOV的不确定性值作为波长的函数计算。只有632.8 nm He-ne激光波长是详细定义的不确定性预算，如表所示4，并且在95％的置信水平中确定光谱辐射度值值k= 2扩大的不确定性。
不确定性组件(X我） 信谊 测量值(x我） 单元 标准测量不确定性 单元 灵敏度系数（C我） 单元 不确定性的贡献 方差
陷阱探测器响应性 R 3.3170e- 01 A / W. 3.6487e−03 A / W. -1.0316e+00 W2/·米2·SR·NM −3.7640e−03 1.4167e−05
几何常数 ΔC 6.1421e- 07年 米2·SR. 1.2536e−08年 米2·SR. -5.5711e+05 w /（m2·SR.2·纳米 -6.9841.e−03 4.8777e−05
探测器输出信号 我年代 2.3811e- 07年 一个 7.8377e−11 一个 1.4371e+06 W·m2·SR·NM 1.1263e−04 1.2687e−08年
光谱仪输出信号 我米 2.8013e−10 一个 1.9801e−13 一个 −1.2215e+09 W·m2·SR·NM −2.4187e−04 5.8500e−08年
未知的输出信号 我U 1.7669e−10 一个 6.4885.e−13 一个 1.9366e+09 W·m2·SR·NM 1.2566e−03 1.5790e−06
波长带通 Δλ. 2.6500e+00 纳米 1.0000e−02 纳米 −1.2912e−1 W / M.2·SR·NM2 −1.2912e−03 1.6673e−06
修正因素 δR 1.2301e+00 - - - - - - 3.7718e−04 - - - - - - 1.0000e+00 - - - - - - 3.7718e−04 1.4227e−07
可重复性 δR 3.6793e−1 W / M.2·SR·NM 5.5423e−04 W / M.2·SR·NM 1.0000e+00 - - - - - - 5.5423e−04 3.0717e−07
总和(W / m2·SR·NM） 6.6404.e−05
总测量不确定度(W/m2·SR·NM） 0.0081
扩展测量不确定度(W/m2·SR·NM） 0.0163
表4
k= 2扩大了11 mrad FOV中632.8 nm的标准不确定度预算。
4.2。Gum补充-1方法的光谱光谱值的定义

当定义测量系统的功能是线性时，GUM方法提供了一个简单的解决方案，但是当定义系统的功能而不是线性时，蒙特卡罗[31]方法更实用，因为根据每个输入量的输出量的部分推导使得计算变得困难。此外，需要在不确定性预算范围内定义Gum方法中的所有不确定性组件，并且这些比蒙特卡罗方法更复杂。

每个测量量y以及随之而来的u（y）SIGMA值由具有随机数的PDF根据变化的类型定义，并且在描述系统的函数中更换后形成的高斯函数的Sigma值给我们相关的测量不确定值。

对每个mrad视场进行了蒙特卡罗运算，计算了激光波长处光谱辐亮度值对应的不确定度。我们还定义了1064 nm处的亮度值的直方图分布，如图所示5，并对其应用高斯拟合函数。


图5
图显示1064 nm光谱辐射的直方图分布和相关的高斯拟合函数。函数的平均值为光谱辐亮度值0.25424 (Wm−2·SR.−1·纳米−1），以及它的一个西格玛值是0.007315（WM−2·SR.−1·纳米−1)．

5.结果和讨论

通过定义测量系统的光谱传递函数来确定未知光源的光谱辐射值，并且使用经典方法和蒙特卡罗方法定义与辐射值相关联的扩展不确定值。

在本研究中，建立了一个基于激光的光谱辐射系统，并将该系统转移到一个有望远镜、双单色器系统和硅探测器的系统中;由此得到了系统的光谱辐亮度传递函数。利用这个传递函数，可以得到任何具有均匀辐射的辐射源的光谱辐亮度值。

在辐射度测量过程中，将三种不同类型的气体激光辐射发送到周围直径为0.15 m、出口直径为0.02 m的积分球，积分球内部覆盖着BaSO4(硫酸钡有反射99%的能力)。积分球出口处的辐射近似于朗伯分布。该辐射具有朗伯分布，从一定的几何距离通过孔径为0.08 m的反射型硅阱探测器，获得每个激光波长点的辐射亮度值。

表中给出了用GUM法和蒙特卡罗法计算两种情况的不确定度的比较结果5．虽然有每毫弧度FOV，表计算5只给出11个MRAD值的结果。
波长(nm) 胶 蒙特卡洛 两种计算的比率
计算辐射（W / m2·SR·NM） k = 2 expanded measurement uncertainty (W/m2·SR·NM） 计算辐射（W / m2·SR·NM） k = 2 expanded measurement uncertainty (W/m2·SR·NM）
457. 0.11952 0.0058 0.11953 0.0057 1.0229
477. 0.14892 0.0072 0.14887 0.0071 1.0198
488 0.16825 0.0119 0.16819 0.0108 1.0998
514. 0.19524 0.0094 0.19483. 0.0093 1.0086
543. 0.24632 0.0122 0.24708 0.0121 1.0099
594. 0.32095 0.0153 0.32041 0.0153 1.0033
604. 0.33359 0.0165 0.33469 0.0162 1.0204.
612. 0.32635 0.0155. 0.32543 0.0155. 0.9980.
633. 0.34347 0.0163 0.34237 0.0163 0.9993.
1064. 0.25589 0.0150 0.25424 0.0146. 1.0253
表5
k = 2 expanded standard uncertainty for 11 mrad FOV in terms of both GUM and GUM Supplement-1.

这些辐射值被转移到双单色仪系统作为基于激光的参考。这是使用一个望远镜和光纤电缆三种不同的FOV值，即1.7,5.0和11.0 mrad。数字3.表明，获得了不同FOV值的光谱辐射传递函数。通过该测量获得的结果具有相同波长的FOV的一些差异，这是由于激光功率值的减小和FOV值的降低。

为了确定辐射源的辐亮度值，将得到的光谱传递函数用于不同的视场视角。数字4结果表明，光谱辐亮度值是利用系统的传递函数和SRS12光谱参考辐亮度源的证书值得到的。结果表明，验证值与实测值非常接近。这种测量装置不仅可以用于辐射源，也可以用于辐射反射的表面。

由于激光在某些波长的功率较低，所以在小视场时传输给系统的功率会较小，因此在这些区域的不确定性较高，如图所示6．但是，可以看出，其他一般地区的不确定性分布在4.5%到6%之间。


图6
所有mrad FOV值的未知辐射源光谱辐亮度的不确定度百分比分布。

这项研究是TUBITAK-UME光学实验室的内部项目。在我国的辐射测量和光度测量领域，通过建立可追溯链来消除对国外来源的依赖。这样，所有辐射材料的正确辐射和光度测量可以通过测量所有单位的转换以低不确定度计算。

六，结论

产生光谱辐射可追溯链，并且可以轻松地描述任何辐射源或未知辐射值的表面的辐射值。在本研究中，为了找到光谱传递函数，通过经典方法和蒙特卡罗方法通过95％的置信水平来定义不确定性值。

本研究是朝向辐射测量和光度测量单元推导的指南，这些测量单元是服务AR-GE，军事，计量或行业的实验室中所有光功率测量系统设备的基础。此外，蒙特卡罗不确定性，最近几天往往是许多国家计量实验室的优选，是计算指南。

数据可用性

在这项研究中，位于国家计量研究所(NMI)内的土耳其科学和技术研究理事会(TUBITAK)利用光学实验室基础设施进行了准备。本研究是在一个公司内部项目的框架内进行评估的。用于支持本研究发现的数据可由通讯作者要求提供。

利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

致谢

本研究由tubitak -国家计量研究所(UME)光学实验室支持。作者感谢所有光学实验室的研究人员。

参考

  1. E. R. Woolliams，“用于实现NPL主要光谱辐照度尺度的高温黑体源的开发和评估”，曼彻斯特大学，曼彻斯特，英国，2003，博士论文。查看在：谷歌学术搜索
  2. F. Grum和R. Becherer，光学辐射测量，卷。1，学术出版社，剑桥，马，美国，1979年。
  3. T. J. Quinn和J. E. Martin，“用于校准辐射计和辐射温度计的−50至+200°C范围内的黑体源”，应用光学，第30卷，第2期第31页，1991年。查看在：出版商的网站|谷歌学术搜索
  4. J. E. Martin, N. P. Fox，和P. J. Key，“用于绝对辐射测量的低温辐射计”，Metrologia，卷。21，不。3，pp。147-155,1985。查看在：出版商的网站|谷歌学术搜索
  5. C. C. Hoyt和P. V. Foukal，《低温辐射计及其在计量学中的应用》，Metrologia第28卷第2期3，页163-167，1991。查看在：出版商的网站|谷歌学术搜索
  6. o.Bazkir，S. Ugur，F. Samedov和A.Sendemir，通过使用电气替换冷冻辐射计“的高精度光功率测量”光学工程，第44卷，第5期。1、文章编号016401,pp. 64011-64016, 2005。查看在：谷歌学术搜索
  7. H. W. James, D. S. Robert, T. H. Albert和国家统计局，“光谱辐亮度校准”，技术代表，第250-251页，国家标准局，盖瑟斯堡，马里兰州，美国，1987，技术代表，250-1。查看在：出版商的网站|谷歌学术搜索
  8. P. Sperfeld，J. Metzdorf，S. G.优素福，K. D.库存，和W.默勒，“改进和基于黑体光谱辐照度刻度的扩展名，”Metrologia第35期4、1998年。查看在：出版商的网站|谷歌学术搜索
  9. P. Sperfeld, S. Pape, B. Khlevnoy, and A. Burdakin，“由于在最高温度下的吸收带，碳腔黑体的性能限制”，Metrologia第46卷，第46期4、pp. S170-S173, 2009。查看在：出版商的网站|谷歌学术搜索
  10. E. W. M. van der Ham, H. C. D. Bos，和C. a . Schrama，“在200 nm和20 nm之间使用基于单色仪的低温辐射测量法的光谱辐照度尺度的初步实现μ.米。”Metrologia，卷。40，pp。177-180,2003。查看在：出版商的网站|谷歌学术搜索
  11. T. Keawprasert，K.安哈尔特，R. D.陶伯特，A.阿卜杜勒Elmageed，A.斯珀林，和J.哈特曼，“用于辐射温度计的光谱响应的绝对标定，”在第十届最佳辐射测量新发展与应用国际会议论文集，大田，韩国，2008年10月。查看在：谷歌学术搜索
  12. A. Abd-Elmageed, S. Winter, S. Nevas, P. Sperfeld, S. Kück，和A. Sperling，“基于探测器的光谱辐照度溯源链使用可调谐激光器，独立于黑体辐射器”《2010年亮点论文集》2010年6月，保加利亚瓦尔纳。查看在：谷歌学术搜索
  13. T. Keawprasert，K.Anhalt，R. D. Taubert，A. Abd-Elmageed，A. Sperling和J. Hartmann，基于单色仪的辐射温度计的绝对校准，“TEMPMEKO和ISHM 2010会议记录，Portoroć，斯洛文尼亚，2010年5月。查看在：谷歌学术搜索
  14. V. E. Anderson，N.P.Fox和D. H. Nettleton，“高度稳定，单色和可调光辐射源及其在高精度分光光度法中的应用，”应用光学第31卷第1期1992年，第536页。查看在：出版商的网站|谷歌学术搜索
  15. S. Brown，G. Eppeldauer和K.L.Lykke，“使用统一来源的光谱辐照度和光谱辐照度和辐射响应校准的设施”，“应用光学第45卷第5期32页，2006。查看在：出版商的网站|谷歌学术搜索
  16. G. P. Eppeldauer，S. W.布朗，T. C. Larason，M. RACZ和K. R. Lykke，“用基于激光的光源和Si辐射米的光谱辐射亮度响应规模的实现，”Metrologia，卷。37，不。5，pp。531-534,2000。查看在：出版商的网站|谷歌学术搜索
  17. A. Abd-Elmageed，“在PTB使用可调谐激光基础设施的光谱辐照度的基于探测器的可追溯链”，Braunschweig，德国，2011，博士论文。查看在：谷歌学术搜索
  18. M.kkin，H.Tutuncular和S. MERIC，“通过使用Monte Carlo不确定性计算”有效地测量波长精度校准“AIP会议论文集，卷。2178，印度肯斯，2019年6月。查看在：出版商的网站|谷歌学术搜索
  19. N. Mart，“光谱辐照度和辐射温度测量的探测器和校准方法的发展”，计量研究所技术代表，2005年，第25/2005号报告。查看在：谷歌学术搜索
  20. R. Köhler, R. Goebel和R. Pello，“硅光电探测器光谱响应度的国际比较结果”，Metrologia，卷。32，pp。463-468,1995。查看在：出版商的网站|谷歌学术搜索
  21. A. R.谢弗和K. L. ECKERLE，“使用基于染料的激光辐射特性设施光度法测试，”应用光学，卷。23，不。2，pp。250-256,1984。查看在：出版商的网站|谷歌学术搜索
  22. J. Geist，E.F.Zalewski和A. R. Schaefer，“硅光电二极管的光谱响应自校准和插值”，应用光学第19卷第2期22，第3795-3799页，1980。查看在：出版商的网站|谷歌学术搜索
  23. N. P.福克斯，《陷阱探测器及其特性》，Metrologia第28卷第2期第3页，197-202页，1991。查看在：出版商的网站|谷歌学术搜索
  24. R.弗里德里希和J.费“从220至2500nm新光谱辐射亮度刻度，”Metrologia，卷。37，不。5，pp。539-542,2000。查看在：出版商的网站|谷歌学术搜索
  25. B.奥兹坎和S. Ferhad，“基于光电二极管硅陷阱探测器和建立光谱响应规模的表征，”光学与激光工程，卷。43，不。2，pp。131-141,2005。查看在：出版商的网站|谷歌学术搜索
  26. S. W.布朗，G. P. Eppeldauer和K. R. Lykke，“为具有均匀源光谱辐照度和辐亮度响应校准NIST设施，”Metrologia，卷。37，不。5，pp。579-582,2000。查看在：出版商的网站|谷歌学术搜索
  27. B. Ozcan和S. Ferhad，“基于250-2500 nm波长之间光谱响应度的电替代低温辐射计”，光学与激光工程， 2004, vol. 34, pp. 427-438。查看在：谷歌学术搜索
  28. A. C. Parr, R. U. Dotta, J. L. Gardner，《光学辐射测量学》，物理科学中的实验方法，卷。41，elsevier，阿姆斯特丹，荷兰，2005年。查看在：出版商的网站|谷歌学术搜索
  29. S. Winter和a . Sperling，“在PTB的DSR设置的光度计校准的不确定度分析”，在第2次专家衡量不确定性研讨会，CIE X029：2006，第139-142页，德国Braunschweig, 2006年6月。查看在：谷歌学术搜索
  30. 计量指南联合委员会，测量数据的评价-测量不确定度表示指南(GUM 1995小修正)，卷。100，BIPM指南指南，Sèvres，法国，2008年。
  31. 计量指南联合委员会，测量数据的评定-测量不确定度表示指南的补充1 -用蒙特卡罗方法传播分布， BIPM计量指南联合委员会，Sèvres，法国，2006。

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