基於參量下轉換的精細光譜定標方法及其套用研究

《基於參量下轉換的精細光譜定標方法及其套用研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由李健軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於參量下轉換的精細光譜定標方法及其套用研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李健軍
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

光輻射感測器定標對研究感測器性能變化、大氣參數反演、地球收支平衡、全球氣候變化、海洋生產力評估等方面的科學研究起到非常重要的作用。為了克服傳統的基於標準傳遞探測器和基於輻射源方法對初級標準和標準傳遞過程的依賴性，本項目研究無標準傳遞的參量下轉換定標新方法，利用參量下轉換產生的連續可調諧相關光子光源，對光輻射遙感器進行系統級、精細光譜回響定標，可以獲得儀器的中心波長、頻寬和光譜回響度等核心定標參數。解決基於參量下轉換過程連續相關光子對製備、精細光譜空間分離和符合探測、推廣套用到模型探測器定標的相關函式測量等關鍵科學技術問題。本項目開展基於參量下轉換效應在400-1100nm波段的輻射定標，預計輻射定標不確定度優於0.5%，光譜定標精度優於0.1nm。.本項目將利用申請者已具有的相關光子定標基礎，發展自身絕對的、無標準傳遞的定標方法。其研究成果將有利於探索光輻射定標和和套用的新途徑。

結題摘要

為了克服傳統的基於標準傳遞探測器和基於輻射源方法對初級標準和標準傳遞過程的依賴性，開展了“無標準傳遞”的參量下轉換定標新方法研究，利用雷射與非線性晶體產生時間、空間、偏振、波長成對相關的光子對，實現對光輻射探測器無標準傳遞定標。解決基於參量下轉換過程相關光子對製備、連續分布的相關光子空間分離和高精度符合探測實驗、推廣套用到模型探測器定標的相關函式測量以及不確定度評價等關鍵科學技術問題。 在光譜分布理論方面，利用355nm連續雷射泵浦非線性BBO晶體，產生I類非共線SPDC過程，根據相位匹配條件模擬計算得到了不同相位匹配角情況下的SPDC光譜分布，並採用放大傳遞函式理論對理想相位匹配和相位失配兩種情況進行模擬計算和分析。結果表明，上述兩種匹配方式模擬得到的結果是一致的，隨著泵浦光相位匹配角θ的增大，對某一固定波長而言其非共線角是增大的，且光譜分布從分段分布逐漸向連續分布過渡。在光子速率分布理論模擬方面，對參量下轉換過程產生的光子速率分布進行了理論推導，可以定量化評估參量下轉換過程產生的信號光和空閒光的光子速率分布。 在光譜分布和光子速率分布測量實驗方面，設計了I類非共線SPDC過程光譜測量實驗，掃描獲得信號光通道550nm、633nm、645nm、720nm和空閒光通道的700nm、710nm、790nm、808nm八個波段的相關光子光譜，利用單色儀對參量下轉換過程的光譜分布和光子速率分布進行連續測量，單色儀光譜解析度可以達到0.1nm，定量化評估實驗測量值和理論模擬值的關係，兩者具有較好的一致性。 開展了基於相關光子方法的模擬探測器定標實驗研究，根據泊松分布統計學物理模型，創新地採用了將採集到的光電流轉換為等效光子計數的方法，解決了基於相關光子技術模擬探測器定標實驗中提取兩通道光電流相關信息的難題。通過對待定標通道頻寬修正和對兩通道的波動修正，實現了PMT模擬探測器在736.9nm量子效率絕對定標。將實驗測量結果與廠家給出的典型量子效率值比較，相對偏差優於1%，實驗測量結果的相對標準不確定度優於2.1%。從實驗上驗證利用相關光子方法定標模擬探測器的可行性，研究結果可用於空間輻射基準測量和寬波段的模擬探測器定標等方面。