基于参量下转换的精细光谱定标方法及其应用研究

Calibration of optical radiation sensor has an important role for researching sensor's performance change, atmosphere parameter retrieval, globle unbalanced, global climate change, ocean production evaluation, etc., In order to overcome severe dependence on primary standard and transferring standard about methods of standard detector and standard source, This item will research new technology of no standard transferring, using continious and tunable correlated photons sources produced by parametric downconversion,optical radiation sensor will be systemically and fine calbrated.the major calibration parameter will be obtained such as center wavelength, bandwidth,and spectral responsivity etc.,The key technology problem will be solved, such as production of continue and correlated photons based on parametric downconversion, the experiment of space segregation of fine spectra and concidence detection,correlation function measurement used for analog detectors etc.This item will research optical radiation calibration range from 400nm to 1100nm,the calibration uncertainty will be estimated by 0.5%,the spectral calibration uncertainty is exceed 0.1nm..This item will use applicant's calibration foundation of correlated photons, and develop absolute, no standard transferring calibration method. Its research fruits will be beneficial to explore optical calibration and application.

光辐射传感器定标对研究传感器性能变化、大气参数反演、地球收支平衡、全球气候变化、海洋生产力评估等方面的科学研究起到非常重要的作用。为了克服传统的基于标准传递探测器和基于辐射源方法对初级标准和标准传递过程的依赖性，本项目研究"无标准传递"的参量下转换定标新方法，利用参量下转换产生的连续可调谐相关光子光源，对光辐射遥感器进行系统级、精细光谱响应定标，可以获得仪器的中心波长、带宽和光谱响应度等核心定标参数。解决基于参量下转换过程连续相关光子对制备、精细光谱空间分离和符合探测、推广应用到模型探测器定标的相关函数测量等关键科学技术问题。本项目开展基于参量下转换效应在400-1100nm波段的辐射定标，预计辐射定标不确定度优于0.5%，光谱定标精度优于0.1nm。.本项目将利用申请者已具有的相关光子定标基础，发展自身绝对的、"无标准传递"的定标方法。其研究成果将有利于探索光辐射定标和和应用的新途径。

为了克服传统的基于标准传递探测器和基于辐射源方法对初级标准和标准传递过程的依赖性，开展了“无标准传递”的参量下转换定标新方法研究，利用激光与非线性晶体产生时间、空间、偏振、波长成对相关的光子对，实现对光辐射探测器无标准传递定标。解决基于参量下转换过程相关光子对制备、连续分布的相关光子空间分离和高精度符合探测实验、推广应用到模型探测器定标的相关函数测量以及不确定度评价等关键科学技术问题。. 在光谱分布理论方面，利用355nm连续激光泵浦非线性BBO晶体，产生I类非共线SPDC过程，根据相位匹配条件模拟计算得到了不同相位匹配角情况下的SPDC光谱分布，并采用放大传递函数理论对理想相位匹配和相位失配两种情况进行模拟计算和分析。结果表明，上述两种匹配方式模拟得到的结果是一致的，随着泵浦光相位匹配角θ的增大，对某一固定波长而言其非共线角是增大的，且光谱分布从分段分布逐渐向连续分布过渡。在光子速率分布理论模拟方面，对参量下转换过程产生的光子速率分布进行了理论推导，可以定量化评估参量下转换过程产生的信号光和空闲光的光子速率分布。. 在光谱分布和光子速率分布测量实验方面，设计了I类非共线SPDC过程光谱测量实验，扫描获得信号光通道550nm、633nm、645nm、720nm和空闲光通道的700nm、710nm、790nm、808nm八个波段的相关光子光谱，利用单色仪对参量下转换过程的光谱分布和光子速率分布进行连续测量，单色仪光谱分辨率可以达到0.1nm，定量化评估实验测量值和理论模拟值的关系，两者具有较好的一致性。. 开展了基于相关光子方法的模拟探测器定标实验研究，根据泊松分布统计学物理模型，创新地采用了将采集到的光电流转换为等效光子计数的方法，解决了基于相关光子技术模拟探测器定标实验中提取两通道光电流相关信息的难题。通过对待定标通道带宽修正和对两通道的波动修正，实现了PMT模拟探测器在736.9nm量子效率绝对定标。将实验测量结果与厂家给出的典型量子效率值比较，相对偏差优于1%，实验测量结果的相对标准不确定度优于2.1%。从实验上验证利用相关光子方法定标模拟探测器的可行性，研究结果可用于空间辐射基准测量和宽波段的模拟探测器定标等方面。