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光谱辐亮度定标是辐射度学和辐射定标中一项基本内容,在定量化遥感中具有重要的意义。本文主要研究一种基于参量下转换效应的新型辐亮度定标技术,在原理上它不需要溯源到外部的初级标准,也不依赖于标准的传递,而这两点正是限制传统辐射定标技术精度提高的瓶颈。因而,这种方法在精度提高方面前景广阔。此外,这种方法是通过测量单位模式光子数来实现辐亮度的绝对测量,不需要测量立体角和面积因子,减少了测量过程中的不确定度来源。
本论文在充分调研参量下转换效应的研究和应用进展的基础上,建立了近红外辐亮度定标系统。利用高功率532nm激光泵浦钛宝石激光器,输出710nm激光,经过倍频器后产生355nm的线偏振激光。此激光作为参量下转换过程的泵浦源,与非线性晶体相互作用后,产生可见-红外(532.75nm和1064nm)下转换光子对。选择II类共线相位匹配方式,利用短波截止滤光片、二向色镜以及窄带干涉滤光片分别实现可见下转换光子的分离、泵浦光及背景散射光的抑制。在可见下转换光子方向上分别进行自发和受激两种情形下参量下转换信号光子数的测量,从而实现待测激光(1064nm)辐亮度的绝对测量。在入射功率为0.1mW至50mW时,实验结果与利用传统方法进行估算的结果在同一量级(107~109W/m2 nm sr);在不同的入射激光功率下,实验结果也显示了较好的线性。论文最后分析了实验系统的各项不确定度来源,并进行相应的评估。实验结果显示,待测激光功率为1mW至50mW时,绝对光谱辐亮度的相对标准不确定度最大为5.87‰大部分均保持在4%~5%左右;但是当待测激光功率低于1mW时,测量的不确定度明显增大。
本论文的工作在国内首次实现了基于参量下转换效应的光谱辐亮度绝对测量,验证了这种新型辐亮度定标技术的合理性和可行性。