VIS-NIR光谱辐射定标模块化设计

积分球的作用是对辐射通量进行空间积分。针对特定应用，定制设计积分球时，了解积分球的工作原理非常重要。积分球理论是研究漫射表面内的辐射交换原理的一种理论方法。尽管积分球理论的基础理论可能看起来复杂，但实际上有许多简便易行的方法和技巧可以帮助您理解和学习。这个概念可以简述为：积分球表面两个区域之间的辐射度交换与视角和表面之间的距离无关，即积分球壁上任何一点接收到的通量的比例对于积分球壁上任何其他辐射点都是相同的。积分球结构简单，但其在光学测量中的作用却不可小觑。VIS-NIR光谱辐射定标模块化设计

内置光源积分球的被测光源安装在积分球内部，于探测端球壁位置开一个窗口用来连接探测装置，光源与探测窗口之间有一块隔光板用来放置光源发出光直接照射在探测端口，光在积分球内壁进行充分的漫反射后，在内壁行程均匀照度，后照射到光电探测端口，进而得出光束的光学性质。积分球的进光口和探测端口分别各开一个窗口，积分球内部同样放置遮光板放置光束直接照射探测端口，光束从进光口进入积分球，经过充分的漫反射后行程均匀照度，后从积分球探测端口进行光学性质测量。VIS-NIR光谱辐射定标模块化设计积分球的设计精巧，为光学测量提供了理想的解决方案。

积分球球体倍增因子对表面反射率极为敏感。选择漫反射涂层或材料会对给定设计的辐射度产生很大影响（如图3所示）。所示的两种涂层都具有高反射率，在350至1350 nm范围内的反射率超过95%。因此，对于相同的积分球，人们可能预期不会有明显的辐射度增加。然而，辐射度的相对增加大于反射率的相对增加，其系数等于球体倍增因子。虽然其中一种涂层在一定波长范围内比另一种提供2%到15%的反射率增加，但相同的积分球设计将导致辐射度增加40%至240%。较大的增加发生在1400纳米以上的近红外光谱区域。

这种辐射度交换一次又一次地发生，直到它在空间上整合。入射到整个积分球体表面的总通量的n次反射的交换可以用幂级数来建模，并简化为一个简单的辐射方程:式中Φ为入射到积分球内的光，As为积分球壁面积，p为积分球壁反射率，f为开口端口面积占比。简化的辐射度方程可用于模拟光和LED测量应用的光学效率。这些应用包括用于激光表征的光学衰减，进入光纤或安装在积分球体上的探测器表面的通量，用于图像传感器的光谱辐射度和用于非成像光学传感传感器的光谱辐照度，或积分球体应用所需的其他许多辐射和光度参数。积分球内部的涂层材料对光线的反射率有明显影响。

如果积分球被用作光源以提供大而均匀的出光面，那么也可能需要大直径的积分球。这是因为在这种情况下，积分球的尺寸将直接影响到光的散射和反射效果，以及光场的均匀性。为了达到理想的测量效果，需要根据实际应用场景选择合适的积分球直径。Greg McKee是美国***制造积分球的Labsphere公司的系统业务部门主管，回复道：决定积分球较小尺寸的几个主要因素:要测量的灯的物理尺寸(为挡板留出空间)、灯的自吸收性和积分球内部温度。灯具安装硬件也必须能足够安装在里面。另一方面，积分球不能太大，否则它的响应性是有限的:理想的直径是小灯较大尺寸的十倍，或者是被测量的长灯长度的两倍。实际上，1到3米的积分球用于较常见的白炽灯和紧凑型荧光灯的光通量测量。2米或更大的球体通常用于测量500瓦或更大的光源。积分球的内壁应是良好的球面，通常要求它相对于理想球面的偏差应不大于内径的0.2%。A光源均匀光源多光谱

积分球的外壳通常由透明材料制成，以便观察球内的光分布。VIS-NIR光谱辐射定标模块化设计

积分球辐射源是一种非常优异的定标光源，其输出的辐亮度面均匀性和稳定性是普通光源无法比拟的。在需要使用面光源的领域，被普遍用于光学探测器的实验室定标，空间光学遥感仪器发射前的地面辐射定标。因此辐射源的稳定性、准确性对于辐射定标非常关键，直接影响到被定标仪器探测结果。影响积分球辐射源输出稳定性和均匀性的主要因素包括积分球光源供电的恒流源稳定性、积分球内部材料的反射率稳定性和球内挡板设置,三者会影响积分球输出光通量、辐亮度变化和均匀性。VIS-NIR光谱辐射定标模块化设计