紫外-可见光-近红外多通道光谱仪的定标

0　引言

    自1928年光谱分析成为常用的工业分析方法以后,光谱仪得到了迅速发展,特别当CCD的出现,利用其成像传感和自扫描功能可以很方便地进行光谱分析^[1-3]。以CCD作为探测元件,可以同时采集各个波长点的数据,并串行地输出给计算机进行分析处理,这就实现了光谱的快速分析^[4-7]。在照明行业,可见光光谱仪使用比较广泛,而目前电光源应用在农业、天文和夜视探测等方面的同时,紫外—可见—红外多波段快速分析光谱仪将成为照明行业检测中的一种重要设备。

    为了保证光谱仪的测量准确性,光谱定标在光谱仪的研发中是必不可少的。目前为止,对紫外—可见—红外多波段光谱仪的定标方法暂未有见。本文将介绍我们在紫 外—可见—近红外多波段的辐射功率测量的定标方法,以此定标方法为指导研发出来的紫外—可见—近红外多通道光谱仪的定标系统,进而完成整套光谱仪的研制。 利用研制的光谱仪对商用的高强度气体放电灯的辐射光谱进行了测量,测量结果与远方YF1000型紫外—可见—近红外光栅光谱仪测量结果一样。我们的多通道 光谱仪测量时间短,测量波段范围广。

1　初级定标

1.1　测光标准灯全波段辐射功率谱线的测量

    先根据普朗克黑体辐射公式计算测光标准灯相应色温的功率辐射谱线。再使用可见光光谱仪(远方YF1000型光电综合测量系统)测量测光标准灯(色温是 2794K,辐射波长范围是272-1822nm)的辐射功率谱线。该灯在波长为780nm处的辐射功率是781. 2mW /nm。然后比对色温为2794K的黑体辐射谱线与测量到的辐射功率谱,将黑体辐射谱线在780nm波长的辐射功率定为781. 2 mW /nm,进而确定测光标准灯在其他波长处的辐射功率。这样处理后,即使实验条件限制无法通过现有的光谱辐射分析系统直接获得测光标准灯的紫外和近红外波段 的辐射功率分布曲线,也可以通过可见光波段的测量结果来推断测光标准灯的紫外和红外波段的辐射功率谱线。图1为黑体辐射谱(实线)和通过远方YF1000 型光电色综合系统测量的测光标准灯的辐射功率谱(圆圈)。测量结果可知,远方YF1000型光电色综合系统测量到了380-780nm范围内测光标准灯的 辐射功率谱,且该辐射功率符合黑体辐射功率分布。进而可以推断测光标准灯在紫外到红外三波段范围内的辐射功率谱线。

1.2　初级定标系数的计算

    由标准灯的辐射光谱,通过积分法可计算得到各波长处辐射功率定标系数。通过黑体辐射公式和远方YF1000型光电色综合系统的测量结果,可以得到测光标准 灯在紫外—可见—近红外波段的辐射功率分布(图2细线谱线)。利用远方YF1000型光电色综合系统测量标准灯的同时,我们用研发的紫外—可见—近红外多 波段光谱辐射分析系统(定标前)测量测光标准灯的辐射功率分布(图2粗线谱线)。定标前的紫外—可见—近红外测量系统所显示的是原始信号累积的结果。由于 紫外—可见光波段的探头和近红外探头的灵敏度不一致,一般情况下获得的谱线在可见—近红外交接处是不连续的,所以我们在测量过程中调整二者的信号累积时间 可获得连续的辐射谱线。通过计算各波长处测光标准灯功率辐射和定标前的全波段辐射功率测量系统的测试结果的比值就可以获得相应的初级定标系数。