關(guān)鍵詞：高精度分光光度計(jì)；透過率；美析儀器www.tudou159.cn；UV-1100;UV-1800

    該型號(hào)紫外分光光度計(jì)系統(tǒng)的特點(diǎn)是基于雙光柵單色儀的全自動(dòng)單光束測量儀器。在出射光路中引入了積分球，用來消除光束的偏振性和不均勻性，而且在信號(hào)接收部分提出了將濾光片和探測器作為整體考慮，優(yōu)點(diǎn)是接近濾光片的實(shí)際使用環(huán)境，減少了其實(shí)際測量誤差。著重?cái)⑹隽嗽搩x器的設(shè)計(jì)過程和不確定度分析。測量的不確定度源包括光源的穩(wěn)定性，雙單色儀重復(fù)性、再現(xiàn)性，光束的均勻性，內(nèi)反射，探測器線性、穩(wěn)定性、偏振性、均勻性，系統(tǒng)雜散光。經(jīng)本儀器測量的濾光片透過率合成不確定度為 5.859×10-3，完全滿足測量精度要求。雙光束紫外分光光度計(jì)UV-1800。

引 言

目前，在光學(xué)遙感傳感器定標(biāo)領(lǐng)域，基于硅陷阱探測器的濾光片輻射計(jì)是解決波段式儀器高精度輻射定標(biāo)的有效途徑，因其體積小、重量輕、功耗低，在野外、機(jī)載和星載高精度輻射定標(biāo)中具有廣闊的應(yīng)用前景。因此，濾光片透過率和探測器絕對(duì)響應(yīng)率的測量對(duì)提高濾光片輻射計(jì)的測量精度至關(guān)重要。雙光束紫外分光光度計(jì)UV-1800。

通過實(shí)驗(yàn)證明，硅陷阱探測器的絕對(duì)光譜響應(yīng)率不確定度小于 0.035%，其可以作為高精度的絕對(duì)光譜響應(yīng)率標(biāo)準(zhǔn)探測器，濾光片透過率的不確定度則成為濾光片輻射計(jì)測量不確定度的主要來源。雖然，很多商業(yè)儀器測量透過率相對(duì)比較精確，但很難估算由于各種儀器參數(shù)引入的系統(tǒng)不確定度。高精度分光光度計(jì)是在 dk242 雙單色儀基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了入射光路和出射光路。入射光路是由兩塊離軸拋物鏡和光源冷卻系統(tǒng)組成，出射光路主要包括離軸拋物鏡和積分球。因?yàn)閱紊珒x出射的光束具有明顯的燈絲像，所以積分球主要起到均勻雙單色儀出射光和消除單色光的偏振性。接收部分直接采用濾光片輻射計(jì)整體作為探測單元，因?yàn)樵趯?shí)際測量時(shí)很難保證入射到濾光片表面的光束是平行光，而且光譜透過率曲線和入射光的角度也有很大關(guān)系，將濾光片和探測器作為整體考慮有利于測得的光譜透過率更接近實(shí)際測量條件。整個(gè)儀器光路采用單光路而不采用雙光路主要是因?yàn)椋菏紫?，單光路比雙光路有更大的光通量，而且光路調(diào)整簡單;其次，減少系統(tǒng)引入的誤差，有利于儀器的不確定度分析。雙單色儀出射光最大特點(diǎn)是光強(qiáng)很弱，而且通過積分球均勻化后出射光強(qiáng)大約削弱100 倍，使得探測器的信噪比很低，接近了探測器的本底噪聲。雙光束紫外分光光度計(jì)UV-1800。

為了解決信噪比低的矛盾，在雙單色儀的出射狹縫處加入了鎖相放大器，從而改善了探測器信噪比，為提高測量精度提供了保障。基于雙單色儀的高精度分光光度計(jì)對(duì)濾光片光譜透過率測量的合成不確定度優(yōu)于5.859×10-3。因此，通過該儀器測量的光譜透過率可以直接運(yùn)用到濾光片輻射計(jì)實(shí)際測量中，在傳遞標(biāo)準(zhǔn)(陷阱探測器) 和工作標(biāo)準(zhǔn)(積分球定標(biāo)源和標(biāo)準(zhǔn)燈等) 之間建立高精度輻射標(biāo)準(zhǔn)傳遞關(guān)系，實(shí)現(xiàn)光譜輻亮度和光譜輻照度等輻射量的高精度測量。雙光束紫外分光光度計(jì)UV-1800。

1 高精度分光光度計(jì)系統(tǒng)組成

1.1 入射光路

照明部分采用什么形式的光學(xué)結(jié)構(gòu)，對(duì)系統(tǒng)的入射效率以及后面的出射效率影響都很大。在光學(xué)結(jié)構(gòu)選型時(shí)，主要考慮以下幾種方式：

1.1.1 雙透鏡式

第一個(gè)透鏡為準(zhǔn)直作用，燈絲置于焦點(diǎn)處，經(jīng)第一個(gè)透鏡后，變成平行光;第二個(gè)透鏡按照系統(tǒng)的 f#進(jìn)行設(shè)計(jì)，并將平行光聚焦到入射狹縫處。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，光能量利用率較高。它的缺點(diǎn)是：由于使用了透鏡，必不可少地會(huì)給系統(tǒng)引入色差、球差等像差，這對(duì)于波譜測試系統(tǒng)是嚴(yán)重問題。

1.1.2 光纖導(dǎo)入方式

這里通常都使用多根光纖組成的光纖束。一端通過耦合裝置將光源發(fā)出的光線耦合進(jìn)光纖，另一端將光纖排列成入射狹縫的形狀。光纖選擇時(shí)考慮到了與單色儀的 f# 匹配。該方式顯著的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。同時(shí)也存在不足：光纖存在傳輸損耗，出射效率不高，輸出不穩(wěn)定，光纖與狹縫的配合對(duì)機(jī)械調(diào)整的要求很高，難以保證高精度的耦合重復(fù)性。顯然，它的缺點(diǎn)對(duì)于定標(biāo)測試系統(tǒng)來說是難以容忍的。

1.1.3 雙拋物反射鏡方式

拋物面反射鏡具有如下特性：對(duì)于從焦點(diǎn)射來的光線，經(jīng)拋物反射鏡后平行出射;對(duì)于平行入射的光線，經(jīng)拋物面反射鏡后會(huì)聚到焦點(diǎn)處。本照明方式選用的是一對(duì)完全相同的離軸拋物面反射鏡，光源位于第一個(gè)反射鏡的焦點(diǎn)處，經(jīng)過第一個(gè)鏡面反射形成平行光并傳遞給第二個(gè)反射鏡，平行光的出射方向和拋物鏡的光軸平行，第二個(gè)拋物反射鏡將光線會(huì)聚到焦點(diǎn)處，也就是單色儀的入射狹縫處。該方式的優(yōu)點(diǎn)在于光路中均采用了反射式結(jié)構(gòu)，不會(huì)引入像差，且效率較高;缺點(diǎn)是由于離軸拋物反射鏡屬于非球面鏡，加工難度大，成本高。

綜合比較這三種方式的優(yōu)缺點(diǎn)，我們選擇了第三種。這主要還是根據(jù)我們的使用要求而確定的。實(shí)際使用中單色儀覆蓋的波譜范圍寬，如果使用透鏡系統(tǒng)，必然會(huì)在波段變化過程中，光束路徑產(chǎn)生較大的偏差，測試條件就發(fā)生改變了。另外，測試過程中也要求能量盡量穩(wěn)定，而使用光纖系統(tǒng)卻很難保證這一點(diǎn)。第三種方式除加工較為復(fù)雜外，沒有明顯的不足，最終被應(yīng)用到這套系統(tǒng)中。

我們選用的是dk242 雙單色儀，由于 dk-242 雙單色儀是把兩個(gè)同樣的單色儀串聯(lián)在一起的，所以它存在加、減兩種工作模式。通常雙單色儀運(yùn)行在加模式下，在加模式下工作，兩個(gè)光柵轉(zhuǎn)動(dòng)方向、角度完全相同，被第一個(gè)單色儀色散的出射光，經(jīng)過第二個(gè)光柵作用，又一次被色散，相當(dāng)于焦距擴(kuò)大了二倍，系統(tǒng)的光譜分辨率也提高了二倍。同時(shí)在雙單色儀內(nèi)部，各光學(xué)路徑均有相應(yīng)的孔徑限制，隔板都采用特種工藝處理以盡量減少對(duì)光的反射，使得出射光中雜散光小于 10-10。dk-242 在設(shè)計(jì)中采用了凹面鏡聚焦和準(zhǔn)直的 czerny-turner 結(jié)構(gòu)。光柵放在一個(gè)三角形轉(zhuǎn)臺(tái)上，各邊均固定一塊光柵，通過合理選擇光柵配置，可以使單色儀的波譜覆蓋范圍充分滿足用戶要求。使用中，在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下，通過軟件選擇所使用的光柵，轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)到規(guī)定位置。由于雙單色儀中的三組光柵自身參數(shù)不同，波譜覆蓋范圍也不同，所以所能提供的波譜分辨率也不盡相同。

1.3 出射光路

雙單色儀出射光束特點(diǎn)是發(fā)散角很大，有明暗條紋 (因?yàn)槌錾涔馐蔁艚z像)，而且由于雙單色儀出射狹縫非常小(例如，分辨率為 0.75nm 時(shí)，那么出射狹縫大約只有 220μm)在光束邊緣光能分布不均勻，如果直接入射到探測器，勢必造成測量的很大誤差。因此，在探測器接收之前必須經(jīng)過積分球的均勻化，使得探測器接收到均勻的光斑，這同時(shí)和實(shí)際測量條件也相似。由于在貼近出射狹縫處的光束像最小，如果在雙單色儀出射狹縫處直接加入積分球，雖然光路很緊湊，但機(jī)械重復(fù)性很差，不能明確判斷光束完全入射積分球。作者從入射光路得到啟發(fā)，在通過兩塊離軸拋物鏡成像在積分球入射口處，這樣不僅容易調(diào)節(jié)光束進(jìn)入積分球，而且更重要的是在雙單色儀出射狹縫處可以加入光斬波器，滿足調(diào)制位置在系統(tǒng)的越前端越好的原則(入射光路和雙單色儀是通過 f# 進(jìn)行匹配的，無法插入斬波器，所以只好放在出射光路中)。雙單色儀出射光的另一個(gè)特點(diǎn)是出射光強(qiáng)很弱，如再經(jīng)過積分球光能又衰減了近 100 倍，測量信號(hào)和探測器的本底噪聲非常接近，信噪比很低，于是在光路中加入了光斬波器和鎖相放大器，用來提升探測器的信噪比，使得測量精度滿足要求。

2 光路各部分參數(shù)設(shè)計(jì)

2.1 工作原理

高精度分光光度計(jì)系統(tǒng)由入射、出射光路、雙單色儀、斬波器、積分球、鎖相放大器等部分組成，其工作原理圖如圖3。鹵鎢燈發(fā)出的光束，經(jīng)分束片一部分入射到電壓監(jiān)視電路，另一部分經(jīng)過入射光路的兩塊離軸拋物鏡無像差的成像到雙單色儀的入射狹縫，通過雙單色儀分光，經(jīng)斬波器斬波后進(jìn)入入射光路，最終被濾光片輻射計(jì)接收，探測器將經(jīng)過調(diào)制的光能轉(zhuǎn)化成交流電信號(hào)，經(jīng)鎖相放大器信號(hào)處理電路對(duì)交流信號(hào)放大、整形和濾波處理變?yōu)橄鄳?yīng)的直流信號(hào)，最后通過 gpib 接口上傳到微機(jī)。

雙光束紫外分光光度計(jì)UV-1800。

從工作原理上來看，這種測量濾光片透過率是利用雙單色儀對(duì)濾光片波段進(jìn)行光譜掃描的方法。通常光譜透過率通常定義為透射光和入射光之比，表示為

式中if為加載濾光片時(shí)測量值，iuf為不加載濾光片時(shí)測量值，i0為探測器背景噪聲測量值。從公式中可以看出在測試之前，先測出探測器的本底噪聲，然后依次測出加載和不加載濾光片條件下探測器值，利用透過率定義公式得出對(duì)應(yīng)波長下透過率值。最后，利用軟件對(duì)測量值進(jìn)行光源波動(dòng)補(bǔ)償，從而使得高精度測量濾光片透過率成為可能。

2.2 光路參數(shù)的確定

光路設(shè)計(jì)主要圍繞雙單色儀參數(shù)來設(shè)計(jì)的，根據(jù)其出射光的特點(diǎn)來估算入射光路和出射光路的一些主要參數(shù)。

2.2.1 入射光路參數(shù)設(shè)計(jì)

入射光路要求從光源出射的光束最大限度的入射到雙單色儀。根據(jù)這個(gè)設(shè)計(jì)思想，光路中采用了離軸拋物鏡，尺寸上根據(jù)雙單色儀的 f# 進(jìn)行設(shè)計(jì)，鏡面尺寸為 61mm×61mm，焦距為240mm。光源兩邊加了散熱裝置，使光源周圍的熱量不會(huì)聚集，從而保證光源穩(wěn)定性。為了定量評(píng)估光源穩(wěn)定性以及在后續(xù)測量中進(jìn)行修正，在入射光路中插入高精度陷阱探測器來監(jiān)視光源的穩(wěn)定性，為光譜透過率數(shù)值修正提供依據(jù)。

2.2.2 雙單色儀參數(shù)設(shè)計(jì)

雙單色儀參數(shù)主要是根據(jù)需要的測量分辨率來選擇入射狹縫和出射狹縫的寬度，以及根據(jù)雙單色儀的信噪比來選擇掃描速度。入射狹縫和出射狹縫寬度是根據(jù)光柵方程和選定的波譜位置，計(jì)算出當(dāng)前的線色散系數(shù)，然后通過用戶選定所需要的光譜分辨率，計(jì)算出狹縫的寬度并調(diào)節(jié)到相應(yīng)位置。光柵方程如下：

式中λ 為波長，θ 為入射光與光柵法線的夾角， 為入射光與當(dāng)前波譜光夾角的一半，d 為光柵常數(shù)，根據(jù)濾光片透過波長范圍，選定光柵為 1200 線/mm。已知 2φ 為 15o，即可求出此時(shí)θ 為 25.113o。根據(jù)光柵線色散系數(shù)計(jì)算公式，有：

式中d 和dθ分別為線色散本領(lǐng)和角色散本領(lǐng)。

而對(duì)光柵方程兩邊同時(shí)求導(dǎo)數(shù)，可得到：

當(dāng)dk-242 在加模式下運(yùn)行時(shí)，焦距應(yīng)是兩段焦距相加，即480mm。由上述公式可計(jì)算出對(duì)應(yīng)波長下線色散系數(shù)的倒數(shù)。再根據(jù)波長分辨率和出射狹縫、線色散系數(shù)倒數(shù)的關(guān)系：

由式(4)計(jì)算出對(duì)應(yīng)波長下雙單色儀出射狹縫、入射狹縫的寬度。而對(duì)于掃描速度來說，直接影響到雙單色儀測量的信噪比，光譜掃描速度 r 和信噪比關(guān)系為

式中δγ 為與狹縫有關(guān)的分辨率，r 是光譜掃描速度。從式中看出如果要求雙單色儀分辨率提高，或掃描速度快，則單色儀信噪比一定降低，所以，在兼顧測量時(shí)間的同時(shí)，選擇了掃描速度為 100nm/min。

2.2.3 出射光路參數(shù)設(shè)計(jì)

雙單色儀出射的光束特點(diǎn)是能量很弱，光束不均勻，而且?guī)в衅裥?。根?jù)這一特性，在出射光路中加入了積分球和鎖相放大器，積分球起到均勻光束和消偏振的作用而鎖相放大器起到探測弱信號(hào)的作用。積分球設(shè)計(jì)是根據(jù)所采用的光源、雙單色儀出射光斑大小以及后續(xù)探測器綜合設(shè)計(jì)的。它的設(shè)計(jì)非常重要，不僅關(guān)系到出射光斑的均勻性，而且關(guān)系到光斬波器需要 設(shè)置多大調(diào)制頻率來滿足探測器的信噪比。首先，需要估計(jì)光源的輻亮度值，利用普朗克公式得出光源的輻照度，在轉(zhuǎn)換成輻亮度。其次，計(jì)算雙單色儀內(nèi)部各反射鏡的反射效率，得出出射光束的輻通量。最后，利用傳遞積分球亮度公式計(jì)算積分球出射亮度：

式中a 為積分球內(nèi)表面積。f 為積分球的開口比，ρ 為積分球反射率，取ρ=0.97。通過計(jì)算，最終得出積分球出射光束亮度、積分球大小、入口、出口的面積等一些參數(shù)。本實(shí)驗(yàn)中積分球直徑為 30mm，材料為f4。入口根據(jù)出射光束形狀設(shè)計(jì)為 2mm×4mm 的長方形，出口形狀則根據(jù)后面探測器的視場角以及其有效接收面設(shè)計(jì)成直徑 8mm 的圓。由于從積分球出射的光能很弱(10-7量級(jí))，幾乎被探測器以及后續(xù)電路的噪聲所湮沒，因此在雙單色儀出射光路處加入斬波器，通常斬波頻率越大，越有利于提取噪聲中的有效信號(hào)。通過實(shí)驗(yàn)，斬波頻率選為1khz。

2.2.4 探測器部分設(shè)計(jì)

通常在信號(hào)接收部分采用積分球和探測器相結(jié)合的測量單元，但在本儀器設(shè)計(jì)中考慮到濾光片輻射計(jì)的實(shí)際測量條件，即在實(shí)際測量時(shí)光束可能不是垂直入射，而是以一定的入射角入射，從而使得測量的輻照度與實(shí)際的值有很大誤差(主要是濾光片透過率隨入射角度而變化)。將濾光片和探測器作為測量單元，從積分球出射的光直接照射到探測器，這種照射方式和濾光片輻射計(jì)實(shí)際測量狀態(tài)相似，因此測出的濾光片透過率更符合實(shí)際測量條件，可直接用于濾光片輻射計(jì)，而不需要在后續(xù)數(shù)據(jù)處理中對(duì)濾光片透過率加以修正。另外，由于探測器部分采用光陷阱探測器，其反射率為 0.25%，因此它和濾光片之間的內(nèi)反射可以忽略不計(jì)。

3 測量實(shí)驗(yàn)及儀器不確定度分析

3.1 測量過程

在測量實(shí)驗(yàn)之前系統(tǒng)整體預(yù)熱 30~40 分鐘，包括燈、積分球和探測器預(yù)熱。在預(yù)熱的同時(shí)可以進(jìn)行光路調(diào)整，光路調(diào)整主要是確保入射到雙單色儀的光斑能夠充滿光柵，使光柵效率達(dá)到最大，同時(shí)調(diào)整出射光路中積分球和濾光片輻射計(jì)，使它們?cè)谕还廨S上。為了保證測量值的精確，一方面光源監(jiān)視電路記錄光源波動(dòng)數(shù)據(jù)，一方面由于濾光片的中心波長會(huì)隨著溫度的變化而變化，一般溫度升高，中心波長會(huì)向長波方向漂移，溫度下降，否則反之。所以，在后續(xù)出射光路中還加入了測溫裝置。通過這兩方面監(jiān)視外界干擾，給測量數(shù)據(jù)及時(shí)修正。根據(jù)測量所需的分辨率和濾光片波段設(shè)定雙單色儀的入射狹縫和出射狹縫寬度，一般縫寬設(shè)置在測量過程中不變的。雙單色儀掃描光譜時(shí)，通過自行編寫的軟件控制其運(yùn)行，當(dāng)?shù)竭_(dá)指定波長便啟動(dòng)采集器采集數(shù)據(jù)，為了保證數(shù)據(jù)可靠性，一般相同波長下測量 10 次，然后取其平均值作為該波長下測量值。當(dāng)采集器采完數(shù)據(jù)后，啟動(dòng)雙單色儀到下一波段。依次反復(fù)上述過程，直到測量結(jié)束。對(duì)應(yīng)波長下光譜透過率公式改為

單光路測量一次光譜透過率需要 50 分鐘左右，這主要由單一波長下采集數(shù)據(jù)的時(shí)間所決定的。

3.2 儀器不確定度分析

濾光片透過率曲線的不確定度源主要來源于入射光路、雙單色儀和出射光路這三部分 (見表格 1)。測量結(jié)果中包括的不確定度由以下因素引起：

3.2.1 給光源供電的電源波動(dòng)

系統(tǒng)光源采用大功率恒流源，通過監(jiān)視電路加以監(jiān)控，電源引起的光源功率波動(dòng)小于 0.1‰。

3.2.2 雙單色儀系統(tǒng)光機(jī)部分重復(fù)性和復(fù)現(xiàn)性

雙單色儀系統(tǒng)內(nèi)部參與改變光路的光學(xué)器件有 12 個(gè)反射鏡和兩個(gè)光柵，由于空氣濕度、灰塵等因素的影響，必然會(huì)使它們的反射、衍射效率降低，從而影響系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定性。另外，雙單色儀波譜選擇是通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿使光柵臺(tái)上的光柵轉(zhuǎn)動(dòng)，它使光柵方程中所需的正弦運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)得以實(shí)現(xiàn)的。步進(jìn)電機(jī)和蝸輪蝸桿之間的配合必然存在間隙，它會(huì)直接導(dǎo)致出射波譜位置的不準(zhǔn)確，影響系統(tǒng)輸出的準(zhǔn)確性。這兩項(xiàng)誤差源對(duì)系統(tǒng)出射光的影響可以從雙單色儀出廠的標(biāo)稱值中獲得具體指標(biāo)：雙單色儀標(biāo)稱雜散光<10-10，因此該項(xiàng)可忽略;另外雙單色儀標(biāo)稱的波譜精密度和正確度最大偏差為 0.07nm，由此而引起的響應(yīng)率變化約為 3.1‰ (根據(jù)探測器線性擬合方程)。經(jīng)多次測試雙單色儀的重復(fù)性為4.9‰，復(fù)現(xiàn)性為3.1‰。

3.3 低溫輻射計(jì)定標(biāo)陷阱探測器絕對(duì)光譜響應(yīng)率

實(shí)驗(yàn)中共使用了七個(gè)單波長激光器作為光源，波長分別為 488nm、514nm、594nm、633nm、676nm、786nm、830nm、944nm。每個(gè)波長均在 25～250μw 范圍內(nèi)以 25μw 為間隔測量了十個(gè)功率點(diǎn)的光譜響應(yīng)值。詳細(xì)定標(biāo)過程參考文獻(xiàn)[1]。從參考文獻(xiàn)[1]得知，陷阱探測器的絕對(duì)光譜響應(yīng)率不確定小于0.035%。

3.4 陷阱探測器的穩(wěn)定性、偏振敏感性、線性和空間均勻性

3.4.1 陷阱探測穩(wěn)定性

在經(jīng)過充分預(yù)熱后，使陷阱探測器連續(xù)工作8h，每 30s 采集其輸出電壓。通過雙光路取比值消除激光功率的起伏后,得到探測器自身的均方根起伏為 0.00678%。通過定期用低溫輻射計(jì)標(biāo)定可以保證陷阱探測器的長期(數(shù)月至數(shù)年)穩(wěn)定性。

3.4.2 陷阱探測器偏振敏感性

使陷阱探測器相對(duì)于入射光軸作 360° 旋轉(zhuǎn)，每隔 30° 測量其輸出電壓，均方根起伏為 0.00492%。

3.4.3 陷阱探測器的線性

陷阱探測器線性測量采用了疊加法進(jìn)行測試，即基本原理是由兩個(gè)光源產(chǎn)生的兩個(gè)光通量 ф1和 ф2，分別照射在探測器上，產(chǎn)生兩個(gè)相應(yīng)的響應(yīng)n1和n2。之后兩個(gè)光通量ф1+ф2同時(shí)照射在探測器上，產(chǎn)生響應(yīng) n12。如果n1+n2=n12，那么探測器是線性的。如果 n1+n2≠n12，那么可以用非線性因子描述其偏離線性的程度，其定義是： (/())11212nl = nn+n 。通過該方法測得的陷阱探測器線性不確定度為 0.073%。3.4.4 陷阱探測器空間均勻性使陷阱探測器在垂直于入射光束的 x，y 方向上以步長0.5mm 平移，同時(shí)測量其輸出電壓。當(dāng)陷阱探測器相對(duì)于入射孔徑中心的平移范圍在 x，y= -2~2mm 時(shí)，其響應(yīng)的均方根起伏為 0.0199%。

3.5 光束的均勻性

由于從雙單色儀出射的光具有明暗條紋，如果直接入射到探測器勢必會(huì)帶來很大誤差。因此，從雙單色儀出射的光束必須進(jìn)入積分球均勻化。為了評(píng)價(jià)積分球出射光的均勻性，作者利用一套測量小口徑積分球面均勻性的檢測系統(tǒng)來檢測系統(tǒng)采用的積分球。該系統(tǒng)使用透鏡成像進(jìn)行間接檢測，采用計(jì)算機(jī)控制掃描，對(duì)高精度標(biāo)準(zhǔn)探測器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而得到該積分球的面均勻性。經(jīng)測試本系統(tǒng)中的積分球均勻度為 99.658%。

3.6 光束的內(nèi)反射

對(duì)于自行設(shè)計(jì)的高精度分光光度計(jì)，其中內(nèi)反射主要發(fā)生在雙單色儀出射處和濾光片之間，積分球和濾光片之間，以及在濾光片和探測器之間。通過理論分析，濾光片和探測器之間，由于探測器采用陷阱探測器，入射到探測器的光束幾乎全部被探測器吸收，因此能夠形成內(nèi)反射的光很少，可以忽略不計(jì)。而對(duì)于雙單色儀和濾光片之間，以及積分球和濾光片之間，由于積分球內(nèi)部反射特性以及積分球開口相對(duì)于積分球面積很小，因此這種內(nèi)反射對(duì)測量的影響很小，可以忽略。綜上所述，在該裝置中內(nèi)反射相對(duì)于其它不確定度很小(約 10-5量級(jí))，總體內(nèi)反射效應(yīng)可以忽略。

根據(jù)以上不確定度源分析以及nist 的 tn1297 綜合不確定度公式，公式如下：

由于每個(gè)不確定度之間并不相關(guān)，因此式(8) 改為如下：

根據(jù)式(9) 得出濾光片透過率測量綜合不確定度為5.859×10-3。表2 是濾光片光譜透過率的不確定度源以及綜合不確定度。

4 結(jié) 論

利用高精度分光光度計(jì)測量濾光片透過率，其光譜覆蓋范圍 380~1000nm，測量不確定度達(dá)到 5.859×10-3。這種全自動(dòng)單光路的分光光度計(jì)最大特點(diǎn)是：采用了積分球和高精度探測器，并且將濾光片和探測器作為測量單元。這種測量方式最大好處是濾光片和探測器作為整體考慮，符合實(shí)際使用狀態(tài)。同時(shí)，利用積分球出射的均勻單色光以實(shí)際入射角度入射，避免了因入射角度不同帶來的測量誤差。這種誤差主要是由于透過率中心波長隨入射角度不同而發(fā)生漂移所致。本文提出的分光光度計(jì)設(shè)計(jì)方案，不僅充分考慮到濾光片的實(shí)際使用條件，避免了其透過率值在后期數(shù)據(jù)處理中的修正，而且在測量精度上也滿足要求。另外，從本次實(shí)驗(yàn)不確定度分析看出，以后主要工作是如何提高雙單色儀的系統(tǒng)重復(fù)性，這是提高系統(tǒng)測試精度的一個(gè)關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：高精度分光光度計(jì)；透過率；美析儀器www.tudou159.cn；UV-1100;UV-1800