空间低温绝对辐射初级基准实验特性及测量精度评估

衣小龙; 方伟; 林延东; 王玉鹏; 徐楠; 隋龙; 陈六彪; 夏志伟; 王凯; 叶新

doi:10.37188/OPE.20212901.0010

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空间低温绝对辐射初级基准实验特性及测量精度评估

现代应用光学 | 更新时间：2021-02-04

- 空间低温绝对辐射初级基准实验特性及测量精度评估
- Experimental characteristics and measurement accuracy evaluation of space cryogenic absolute radiometric primary benchmark
- 光学精密工程 2021年29卷第1期页码：10-20
- 作者机构：
  
  1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130033
  2.中国计量科学研究院，北京 100029
  3.中国科学院低温工程学重点实验室（理化技术研究所），北京 100190
- 作者简介：
  
  [ "衣小龙（1988-），男，吉林长春人，博士，副研究员，2011年于中国地质大学（武汉）获得学士学位，2016年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位，主要从事空间低温辐射计、总辐照度定标方面的研究。E-mail： yxl19880603@126.com" ]
  [ "叶　新（1979-），男，吉林省吉林市人，研究员，博士，2005年于中国科学技术大学获得硕士学位，2019年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位，现为中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间光学研究一部主任，主要从事星上辐射定标、太阳总辐照度测量方面的研究。E-mail： yexin@ciomp.ac.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家863高技术研究发展计划资助项目(2015AA123703);国家重点研发计划项目资助(2018YFB0504600);国家自然科学基金资助项目(42001316)
- DOI：10.37188/OPE.20212901.0010
  中图分类号： O536;P414.5
- 收稿日期：2020-09-18，
  
  修回日期：2020-10-14，
  
  纸质出版日期：2021-01-15
- 稿件说明：
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衣小龙,方伟,林延东等.空间低温绝对辐射初级基准实验特性及测量精度评估[J].光学精密工程,2021,29(01):10-20.

YI Xiao-long,FANG Wei,LIN Yan-dong,et al.Experimental characteristics and measurement accuracy evaluation of space cryogenic absolute radiometric primary benchmark[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(01):10-20.
衣小龙,方伟,林延东等.空间低温绝对辐射初级基准实验特性及测量精度评估[J].光学精密工程,2021,29(01):10-20. DOI： 10.37188/OPE.20212901.0010.

YI Xiao-long,FANG Wei,LIN Yan-dong,et al.Experimental characteristics and measurement accuracy evaluation of space cryogenic absolute radiometric primary benchmark[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(01):10-20. DOI： 10.37188/OPE.20212901.0010.

摘要

高精度星上辐射基准的建立是提升在轨辐射定标精度的主要技术手段，本文开展了溯源至国际基本单位制（SI）的空间低温绝对辐射基准研究。自主研制高灵敏度低温绝对辐射探测器，设计高热阻的探测器与冷指连接结构以提升灵敏度，通过多级精密温控建立优于0.4 mK的高稳定热环境。采用大冷量两级脉冲管制冷机，通过压缩工质气体的斯特林循环获得20 K的深低温工作环境。建立低温绝对辐射测量链路，评估测量不确定度，并与国家计量科学研究院的基准低温辐射计进行对比。实验结果表明：空间低温绝对辐射计实验样机的灵敏度达到3 565 K/W，对0.4 mW量级激光功率的测量重复性达到0.017%，相对标准不确定度为0.029%；与基准低温辐射计的归一化偏差为0.4，验证了不确定度评估结果的有效性。该工作为研制空间低温绝对辐射计奠定关键技术基础，对基于绝对探测器的在轨辐射定标方法研究具有重要意义。

Abstract

The establishment of a high-precision onboard radiometric benchmark is the primary technical means to improve on-orbit radiometric calibration accuracy. The space cryogenic absolute radiometric benchmark traced to the SI has been researched. First， a high-sensitivity cryogenic absolute radiation detector was developed. A high-thermal-resistance heat transfer structure was designed to connect the detector and cold finger to improve sensitivity. A highly stable thermal environment， better than 0.4 mK， was established by multistage precise temperature control. Then， a two-stage pulse tube cooler with a large cooling capacity was used to obtain a working environment of 20 K through a Stirling cycle in which the working fluid gas was compressed. Second， an absolute radiation measurement link was built to evaluate the measurement uncertainty. Finally， an indirect comparison was carried out using the reference cryogenic radiometer of the National Institute of Metrology of China. The experimental results illustrate that the sensitivity of the space cryogenic absolute radiometer experimental prototype was 3 565 K/W， the repeatability of 0.4 mW laser power measurement was 0.017%， and the relative standard uncertainty was 0.029%. The normalized deviation of the benchmark cryogenic radiometer was 0.4， and the validity of the uncertainty evaluation results was verified. The research lays a key technical foundation for the development of space cryogenic absolute radiometers. It is important to examine on-orbit radiometric calibration methods based on absolute detectors.

关键词

Keywords

references

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