红外成像设备的光谱响应测试方法

1.什么是光谱响应

光谱响应指的是探测设备对不同波长入射光的输出情况。在探测设备工作的整个波段得到这样的测试数据绘制曲线就可以得到设备的光谱响应曲线。

当设备的输出量用绝对值物理量（如电流、电压等有量纲的物理量）统计的话，叫绝对光谱响应曲线。如果是做了归一化处理等无量纲处理，一般叫相对光谱响应曲线。下图是两个不同型号光电探测器的光谱响应曲线。

光谱响应曲线可以让我们很直观的了解一个设备或器件在不同波长范围内的反应情况，对于灵活使用设备、合理判断测试结果很重要。

2.红外成像

所有利用红外辐射成像的技术都叫做红外成像技术。主要包括被动成像和主动成像。

被动成像指没有人工红外光源照明，只依靠接收物体自身发射/反射的红外辐射信号成像，如传统的热成像。

主动成像是指利用人工红外光源照明，通过接收物体反射回来的红外信号成像。

红外成像设备覆盖的波段很广如0.7um-30um，从近红外、短波红外、中波红外到长波红外、甚长波红外、远红外等。

关于光谱范围的分类，不同行业不同领域都有所不同，后面专门写一篇介绍。这里不再展开，就以0.7um-30um的范围作为红外成像设备的常用工作波段，可以代表绝大多少的应用场景。

3.测量系统与原理

整个测试系统如下图所示。光源发出的宽谱光经过单色仪变成单一波长为主的光，再入射到待测红外成像设备中，由计算机记录红外成像设备对应的输出值。

如果在某一波段光源输出的光功率过低，可以配合使用锁相系统，提高微弱光信号的探测灵敏度。即光信号经过斩波器调制后再进入待测设备，锁相放大器与斩波器相连，获取信号调制的频率信息，在计算机上实现对信号值的获取。

(1)光源

要测量红外成像设备的光谱响应首先需要有宽谱光源，能够覆盖待测光谱的范围。通常首选黑体辐射源。黑体辐射源通过腔体加热可以对外辐射宽谱光源，中心波长会随着温度升高而向短波方向移动。如下图所示。

在小于1um波长的光信号通过黑体辐射产生的话，需要较高的温度。这种3000K左右及以上的高温黑体辐射源价格较高。可以采用氘灯、卤钨灯等替代，与黑体辐射源组合使用。

（2）单色仪

单色仪的作用是从光源发出的宽谱光中逐个过滤出不同的单一波长。由于光源光谱范围极宽，单色仪需要多块光栅切换以覆盖波段范围。

另外，单色仪尽量选用反射式的光学系统，因为透镜的材质会对红外波段有较大影响，不利于测量。

（3）其他

红外成像设备一般都会有积分时间等参数设置，在测量过程中注意保持参数设置的一致性。如果参数变化要进行等效换算。

同时，对于使用多个光源拼接测试的情况，要在拼接波段处进行交叉重叠测试，以保持不同光源测试时的测试一致性。