基于光线追迹法的低温辐射计光吸收腔设计

作     者：俞兵 储隽伟 范纪红 腾国奇 王曼 杨传森 郭磊 袁林光 李燕 金伟其 Yu Bing;Chu Junwei;Fan Jihong;Teng Guoqi;Wang Man;Yang Chuansen;Guo Lei;Yuan Linguang;Li Yan;Jin Weiqi

作者机构：北京理工大学光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081 西安应用光学研究所陕西西安710065 北京东方计量测试研究所北京100029 

出 版 物：《红外与激光工程》 (Infrared and Laser Engineering)

年 卷 期：2022年第51卷第8期

页      面：445-450页

核心收录：

学科分类：080705[工学-制冷及低温工程] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国防科工局技术基础项目(JSJL2018208A001) 

主　　题：低温辐射计 光电不等效性 加热器布置 光线追迹法 吸收腔 

摘      要：当前,工作在液氦温度的低温辐射计可以有效规避电路系统中非自发加热带来的误差,是国际上精度最高的光功率计量设备。理想低温辐射计在工作过程中,其核心器件-吸收腔对相同的热功率与电功率应当表现出相同的温升。然而对于实际情况,由于吸收腔涂层中复杂的光-物质相互作用,系统的光-电加热路径难以重合,黑体腔热传导分布的梯度差异导致误差的产生。当前国际上对光电不等效性产生的影响仍缺乏直观清晰的认知。在此,利用蒙特卡洛光线追迹方法,文中对低温辐射计吸收腔辐照度的空间分布进行了仿真。计算表明:当吸收腔斜底角控制在60°,涂层吸收率达到0.95时,系统在激光进入的第一次与第二次反射中分别吸收了98%与1.9%的能量,比例约为51.2∶1。通过在吸收腔斜底板和下侧面同时布置加热器,可实现光加热、电加热路径的耦合。进一步地,通过分别计算单加热器与双加热器布置下系统温度随时间的变化,文中证明了加热路径的不同将引入约为0.005%的光电不等效性。