第36卷，第6期 2016年6月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
基于棱镜扫描法的太阳光谱仪光谱定标
高震字1,2，方伟"，王玉鹏，张浩1.2 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.中国科学院大学，北京100049
Vol. 36,No. 6pp1930-1935
June,2016
摘要为了标定扫描式棱镜太阳光谱仪的棱镜不同转动角度对应的中心波长和光谱带宽，利用了一种棱镜扫描方法对太阳光谱仪的光谱响应函数进行测量。该方法使用固定的单色光波长，控制棱镜转动实现单色光的像在探测器位置扫描，并通过坐标映射得到响应位置的光谱响应函数，文中根据光谱响应函数的定义，推导出棱镜扫描法与单色仪波长扫描方法波长定标原理上的等效性。之后分别以532nm固体激光器和 632.8nm氨氛激光器为光源，使用棱镜扫描法测量太阳光谱仪对应波长位置的光谱响应函数，并以单色仪波长扫描法实验作为对比。实验结果表明，对于扫描式棱镜太阳光谱仪，棱镜扫描法测量的中心波长分别为 531.86和632.67nm，其准确度优于单色仪波长扫描法测得的531.39和631.97nm。由于不受单色仪性能的限制，前者测量的光谱带宽值也优于后者。最后以汞灯为光源使用梭镜扫描法对太阳光谱仪进行了光谱定标实验，实现了特征光谱定标法结合棱镜扫描法对中心波长及光谱带宽的标定，该方法同样可以应用于扫描式光栅光谱仪以及单色仪的光谱定标。
关键调光谱响应函数；中心波长；光谱带宽；坐标映射
中图分类号：TH774
引言
文献标识码：A
D0I: 10, 3964 /j. issn, 1000-0593(2016 )06-1930-06
长，不能实现光谱带宽的标定，单色仪波长扫描法作为光谱定标常用方法，可同时实现宽光谱范围的中心波长和光谱分辨率的标定，具有定标精度高，可全光谱定标等优点
作为地球能量的主要来源，太阳辐射对全球能量平衡的至关重要。并且由于大气、海洋以及不同地貌的陆地对太阳辐射的反射和吸收均具有不同的光谱选择性，因此精确监测太阳光谱辐照度对地球气候研究和大气成分分析具有重要意义。太阳光谱仪是对太阳光谱辐照度进行连续定量化观测的仪器，准确、高精度的定标是保证其获得高质量监测数据的关键，太阳光谱仪的定标主要包括光谱定标和辐射定标，其中光谱定标是辐射定标的前提，且前者的定标精度将对后者的定标精度产生直接影响
光谱定标可视为求取光谱仪器各光谱通道的光谱响应函数(SRF)的过程，根据光谱响应函数可得到对应的中心波长和光谱带宽等特性。目前，光谱仪器常用的光谱定标方法主要有特征光谱定标法和单色仪波长扫描法，。其中，特征光谱定标法结构简单操作方便，在HRIS]，SCIAMACHY] 等仪器的在轨定标过程中都有所应用，但该方法一般用于具有线性色散、高光谱分辨率的仪器定标，且只能标定中心波
收稿日期：2015-05-04，修订日期：2015-09-20
基金项目：国家白然科学基金项目(41474161)资助
在AVIRIS9]，MODIS等光谱成像仪器中得到应用。但由于实验中光谱定标结果实际是定标光源光谱分布函数与光谱仪器光谱响应函数共同作用的结果，其定标精度受限于所用单色仪的精度和波长准确度。另外，对于色散元件转动式的光谱仪和单色仪，色散元件的转动定位精度及定位准确度也会使该类仪器光谱定标产生不确定度及误差项，这种不确定度与误差无法通过提高定标用单色仪的精度来消除。
针对上述情况，本文分析并使用了一种棱镜扫描方法对架棱镜色散型太阳光谱仪进行光谱响应函数测量，该方法与单色仪波长扫描法过程不同但原理类似口2}，以固定波长的单色光为光源，利用转动棱镜的方法实现单色光的像在探测器位置扫描，并通过坐标映射测得相应位置的光谱响应函数。文中利用一组单色仪波长扫描法测量光谱响应函数实验作为对比，结果表明，对于文中所述太阳光谱仪，棱镜扫描法测量的中心波长与光谱带宽均与单色仪波长扫描法的结果相符且具有更好的准确度与精度。本文最后基于棱镜扫描法
作者简介：高囊宇，1988年生，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所博土研究生
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