簡介

我們會被經(jīng)常問到關(guān)于使用裸光纖測量光源的問題，特別是當測試的光源強度特別低或者視場有所要求的時候。那我們就針對輻射校準這方面進行討論。

輻亮度和輻照度

輻（射）亮度是指輻射通量的測量或者單位面積單位固定視場角的入射光強度，單位為W/cm²/Sr，Sr是球面度。這與輻照度是不同的，輻照度測量的是單位面積的光強，單位為W/cm²。首先我們將討論輻射亮度測量，相對于輻照度測量，輻射亮度測量更容易，使用裸光纖即可完成。

裸光纖的校準

使用裸光纖可獲得25°全角視場角（FOV），采樣光區(qū)域的直徑大致為光纖到測量面垂直距離的一半。裸光纖很適合觀測到大面積發(fā)光區(qū)域，比如天空，或者近距離觀測某個光源（當然發(fā)光面積要覆蓋光纖全視場）。如果測試一個面積比裸光纖全視場角范圍還要小的樣品，可以使用海洋光學(xué)的Gershun Tube套裝（GER-KIT）可以將裸光纖的視場角降低，重新校準后再進行測量。

相對于搭配余弦校正器或者另外的光學(xué)器件，裸光纖信號衰減大幅減小，特別有利于測量弱光信號，但也會對于光學(xué)和測量位置條件敏感度更高。

裸光纖的輻射亮度校準是使用NIST溯源的大面積漫射標準源，配合定位導(dǎo)軌上進行的。主要的校準思路是：選擇已知的，標準的光譜輻射亮度源（單位：μW/cm²/nm/steradian）；然后使用光纖連接光譜儀得到其輸出值（單位：counts/sec）；已知光譜輻射亮度對未知光譜儀的讀出值( scope mode) 的比值就可以得到校準系數(shù)，該校準系數(shù)在一個像元上的單位為μJ/cm²/steradian/count。

海洋光學(xué)可以在出廠時對帶光纖的光譜儀進行輻射亮度校準，也可以指導(dǎo)客戶自行開展輻亮度校準。

裸光纖測量

裸光纖輻射測量的理想應(yīng)用是測試大面積漫射面光源，比如LCD屏幕。為了確保測量的準確性，我們建議使用裸光纖的測量時，樣品應(yīng)具有大面積漫射特性。當我們測量點光源時（比如LEDs，激光或者光纖源），光纖探頭可能過估了物體的光學(xué)輸出量。比如說，使用NIST校準可追溯的積分球光源（可以視為擴展漫射光源）對裸光纖和光譜儀進行了校準，然后再使用這一套設(shè)備測量一個NIST校準過的FEL燈（比如可以視為點光源），這時得到的輻射照度數(shù)值是真實值的2-3倍。此外，測量的一致性很容易受探頭的對安裝位置和距離敏感性影響，如果位置收到擾動，測試系統(tǒng)的讀出值之間會有30-40%的偏差。

對于那些需要使用裸光纖測試點光源的客戶而言，NIST溯源的FEL光源可以幫助他們校準光纖探頭和光譜儀，以確保測量與校準條件一致。這會幫助客戶減小測量誤差，但是這對讀出數(shù)據(jù)的不確定性沒有任何改善，讀出數(shù)據(jù)的不確定性由兩部分組成:系統(tǒng)校準時的讀出不確定性，測量時的讀出不確定性。海洋光學(xué)正在逐步淘汰使用FEL校準光源對裸光纖校準的標準服務(wù)，現(xiàn)在更多的是看具體案例而定。但是，為了更貼近客戶，海洋光學(xué)可以提供替代的校準服務(wù)來滿足客戶對精度和準確性的要求。

裸光纖系統(tǒng)輻射亮度到輻照度轉(zhuǎn)變

裸光纖測量到的輻射單位為μW/cm²/nm/steradian，如果想得到輻照度（單位是μW/cm²/nm），可以通過下列公式進行轉(zhuǎn)換。理論上，轉(zhuǎn)換公式如下

其中Ls是測量得到的輻射亮度值(單位μW/cm²/nm/steradian)，?是光纖探頭的立體角（球面度），等于π×(NA)²，NA為光纖的數(shù)值孔徑(海洋光學(xué)提供的大多數(shù)光纖的數(shù)值孔徑均為0.22).

目前，使用裸光纖進行的校準，包括海洋光學(xué)提供的校準光源，均以海洋光學(xué)的軟件（比如：OceanView和SpectraSuite）讀出值和單位作為默認值，而且提供的輻照度校準參數(shù)均是使用數(shù)值孔徑為0.22的光纖獲得的。如果需要使用不同數(shù)值孔徑（比如0.35）的光纖進行輻照度測量，請聯(lián)系海洋光學(xué)工程師。大多數(shù)情況下，只要進行簡單的比例系數(shù)轉(zhuǎn)換即可。

結(jié)論

使用裸光纖進行弱光源的輻射亮度和輻照度測量是比較好的選擇，因為它不會對信號有衰減，所以對于那些不能使用余弦校正器的微弱光源來說，該方案是很有用的。然而，該測量方案對于發(fā)光物體的發(fā)光狀態(tài)非常敏感，所以當校準條件與測量條件不一致時，測量結(jié)果的誤差就比較大。標準校準流程可以確保在測量漫射光源樣品時的準確性。對于其他應(yīng)用情況下使用裸光纖，請聯(lián)系海洋光學(xué)工程師。如您還需要了解更多關(guān)于輻射或者輻照度的測量問題，請聯(lián)系海洋光學(xué)。