一种宽波段布儒斯特窗口调节装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种宽波段布儒斯特窗口调节装置，还涉及 一种宽波段布儒斯特窗口调节方法。
【背景技术】
[0002] 低温辐射计可以在极宽的光谱范围内实现光辐射极低不确定度测量，普遍作为光 辐射基准用以实现光辐射的高精度校准量传。高性能的光电探测器被广泛的作为传递标 准，其量值溯源到低温辐射计，因而实现光电探测器量值的高精度定标溯源是极其重要的。
[0003] 基于低温辐射计进行光电探测器光辐射定标时，为了最大限度地保证偏振光束的 无损耗传输，实现较高的复现性，低温辐射计在研制中特意设计了布儒斯特窗口。利用光学 窗口的反射特性与激光光束偏振特性的相互关系，使得垂直于界面方向的线偏振入射光以 布儒斯特角入射时，理论上可以实现无损耗传输。
[0004] 实际的定标过程中，可见光波段主要通过观察或监测反射光法进行调节，由于可 见光波段光辐射测量具备成熟的器件和测量技术，而且可见光光斑具有极好可观察特性。 因此，可见光波段低温辐射计的布儒斯特窗口调节的难度并不是很大，其窗口反射率可以 达到10 5量级，可复现性较好。
[0005] 然而对于紫外和红外波段，由于其可观察性、可测量性都很差，尤其是红外波段， 即使在辅助设备的辅助下也很难观察，而且易受到外界环境的影响，因此，传统可见光的布 儒斯特窗口调节方法很难适应于这些波段，调节是极其困难，调节结果很难评估，因此采用 一种新方法实现布儒斯特窗口的高精度调节是极其必要的。
[0006]目前针对在紫外波段和红外波段布儒斯特窗口无法有效评估调节的问题，普遍采 用了两种方法：其一是放弃布儒斯特窗口的调节，适当的增大因此而带来的测量不确定度； 其二是通过折射率公式和布儒斯特角定义，计算得到对应的布儒斯特窗口的角度，用可见 光作为参考光进行角度调节，但这种方法操作起来极为困难。
[0007] 因此，现有技术不具备解决紫外到远红外宽波段范围内的布儒斯特窗口调节能 力，在紫外和红外波段采用的两种解决方法并不能具备高准确度、可操作性好的特点。
【发明内容】
[0008] 本发明提出一种宽波段布儒斯特窗口调节装置及方法，旨在从紫外到远红外这个 较宽的波段范围内，实现低温辐射计布儒斯特窗口的精确调节，提高低温辐射计的高精度 量传提供保障。
[0009] 本发明的技术方案是这样实现的：
[0010] -种宽波段布儒斯特窗口调节装置，He-Ne激光器产生632. 8nm的可见激光；激光 功率稳定装置用于提高激光的功率稳定性；经过起偏器和检偏器组成的偏振调节装置，使 得入射光的偏振方向为平行于入射界面的线偏振光；入射的线偏振光在布儒斯特窗口位置 发生反射和透射，反射光由监视探测器实时监视。
[0011] 可选地，所述监视探测器的输出信号经过前置放大器放大处理。
[0012] 基于上述装置，本发明还提出了一种宽波段布儒斯特窗口高精度调节方法，采用 632. 8nm激光作为参考激光光束，632. 8nm的激光从大气中入射到光学窗口时，对应的光学 窗口折射率为n。，利用布儒斯特角定义公式得到此时对应的布儒斯特角θB。;对于其他波 段任意波长λi，对应的光学窗口的折射率为]^，对应的布儒斯特角为ΘΒ1;
[0013] 测试时，将参考光束入射到光学窗口上，测量得到入射光的光功率为Ρ，将监视探 测器置于反射光束的光路上，调节窗口，改变窗口与光束的相对位置，微调偏振状态，使得 监视探测获得的光辐射最小，记录此时的响应电压值V。，此时的窗口状态即为632. 8nm时布 儒斯特窗口要求的状态，入射角等于对应的布儒斯特角ΘΒ。，有ΘΒ。和n。，通过菲涅耳公式 得到垂直入射面的偏振分量反射率Ps(]，然后通过探测器的响应率R，得到反射光中垂直偏 振分量的光功率Ps。；
[0014] 对于波长λi，其折射率通过校准得到或者通过柯西公式计算得到，其值为ηι，对 应的布儒斯特角为ΘΒ1;假设参考光束的入射角等于ΘB1时，通过菲涅耳公式得到垂直分量 的反射率psl和平行分量的反射率ppl，则此时监视探测器获得光辐射为两个分量的反射 光之和，其值为：
[0015]
[0016] 在保证入射光状态不变的前提下，调节布儒斯特窗口的空间位置，观察监视探测 器的响应输出，使得响应输出电压等于Vjt，此时对应的窗口状态即为波长为λ#寸对应的 布儒斯特窗口状态。
[0017] 可选地，首先通过光路调节使得参考光的光功率为lmW，功率不稳定性小于 0. 01% @30min。
[0018] 可选地，采用Si作为紫外到近红外波段的光学窗口材料，ZnSe作为近红外到远红 外的光学窗口材料。
[0019] 本发明的有益效果是：
[0020] (1)实现紫外到远红外宽波段范围的布儒斯特窗口调节；
[0021] (2)通过数字化监视技术，以及相关理论计算，将布儒斯特窗口的状态通过监视输 出表现出来，改进了现有的布儒斯特窗口调节评估方法，提高了调节精度；
[0022] (3)由于布儒斯特窗口调节的数字化监视评估的实现，使得窗口调节具有很好的 复现性，因而本发明可以为布儒斯特窗口的线下状态复现提供技术支持。
【附图说明】
[0023] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0024] 图1为本发明布儒斯特窗口调节装置的原理框图。
【具体实施方式】
[0025] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026] 在基于低温辐射计进行光辐量传时，低温辐射的光学窗口要求与入射激光光束之 间的角度为布儒斯特角，该光学窗口称为布儒斯特窗口，该窗口可以实现垂直于界面方向 的线偏振光近似无损耗传输，具有极好的重复性。
[0027] 目前在可见光波段，通过人眼观察或者借助探测器技术可以实现布儒斯特窗口调 节的有效评估。然而该种方法在紫外、红外波段并不适用，国内外并没有提出有效技术来解 决在紫外和红外波段布儒斯特窗口调节的评估问题。
[0028] 本发明旨在解决紫外到远红外宽波段范围内布儒斯特窗口的高精度调节的问题， 为提高低温辐射计的高精度量传提供保障。
[0029] 图1所示为本发明的宽波段布儒斯特窗口调节装置，He-Ne激光器产生632. 8nm 的可见激光；激光功率稳定装置用于提高激光的功率稳定性，使得激光的功率稳定性小于 0. 01% @30min;之后经过起偏器和检偏器组成的偏振调节装置，使得入射光的偏振方向为 平行于入射界面的线偏振光；入射的线偏振光在布儒斯特窗口位置发生反射和透射，反射 光由监视探测器实时监视，以便于评估窗口的状态。
[0030] 监视探测器的输出信号需要经过前置放大器放大处理，因为当窗口进入布儒斯特 状态时，监视探测器接受的反射光非常微弱，需要前置放大器实现有效信号的放大和噪声 的抑制，提高信号探测的信噪比。
[0031] 布儒斯特窗口相对入射光束空间位置的调节主要是通过图1中布儒斯特窗口中 1、 2、3三个旋钮旋转精确调节。本发明的装置可