CO2探測(cè)儀星上定標(biāo)鋁漫反射板的制備與試驗(yàn)

王 龍，藺 超，鄭玉權(quán)

（中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，吉林長(zhǎng)春130033）

CO2探測(cè)儀星上定標(biāo)鋁漫反射板的制備與試驗(yàn)

王 龍*，藺 超，鄭玉權(quán)

（中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，吉林長(zhǎng)春130033）

為了研制CO2探測(cè)儀定標(biāo)漫反射板，采用物理研磨和化學(xué)腐蝕相結(jié)合的工藝方法制作了鋁漫反射板試驗(yàn)樣塊，搭建了相對(duì)雙向反射分布函數(shù)和半球反射率的測(cè)試裝置。在0°和45°入射光的情況下，對(duì)可見(jiàn)近紅外波段的測(cè)試結(jié)果表明：表面粗糙度影響鋁漫反射板的朗伯特性，240#研磨砂制作的漫射板的朗伯特性最佳；化學(xué)腐蝕不僅能提高鋁漫反射板的朗伯特性，也能提高鋁漫反射板的半球反射率。當(dāng)選取堿蝕溫度為室溫20℃、NaOH溶液濃度為52.6 g/L時(shí)，最佳腐蝕時(shí)間約為4 min；鍍膜使鋁漫反射板的半球反射率平均提高20%，但會(huì)使其朗伯特性稍變差；不同波長(zhǎng)處鋁漫反射板的相對(duì)雙向反射分布函數(shù)略有不同，但變化趨勢(shì)相同。實(shí)驗(yàn)確定了影響漫反射板漫反射特性的關(guān)鍵參數(shù)，并定量?jī)?yōu)化了這些工藝參數(shù)，為進(jìn)一步研制CO2探測(cè)儀星上定標(biāo)漫反射板提供了依據(jù)。

CO2探測(cè)儀；化學(xué)腐蝕；鋁漫反射板；半球反射率；相對(duì)雙向反射分布函數(shù)

1 引 言

高光譜與高空間分辨率二氧化碳（CO2）探測(cè)儀（簡(jiǎn)稱(chēng)CO2探測(cè)儀）為探測(cè)全球CO2含量和分布的光學(xué)遙感載荷。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)CO2探測(cè)儀在軌光譜和輻射性能的精確標(biāo)定，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣CO2柱濃度的高精度反演，CO2探測(cè)儀采用了漫反射板作為其星上定標(biāo)的關(guān)鍵元件［1］。CO2探測(cè)儀工作在可見(jiàn)近紅外波段，因此，本文開(kāi)展了可見(jiàn)近紅外譜段的漫反射板漫反射特性的研究。在研究鋁漫反射板制作工藝的同時(shí)，建立了可見(jiàn)近紅外波段鋁漫反射板漫反射特性的測(cè)試裝置。通過(guò)相對(duì)雙向反射函數(shù)和半球反射率的測(cè)試，確定了影響鋁漫反射板朗伯特性的關(guān)鍵參數(shù)，并定量?jī)?yōu)化了這些工藝參數(shù)，為CO2探測(cè)儀漫反射板初、正樣產(chǎn)品的研制提供了支持［2］。

在可見(jiàn)和近紅外波段，空間環(huán)境下應(yīng)用的漫反射板的研究是比較成熟的，國(guó)際上眾多的研究機(jī)構(gòu)如美國(guó)國(guó)家技術(shù)研究所、英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)計(jì)量科學(xué)院都建有相應(yīng)的變角測(cè)試裝置用于漫反射特性的研究［3-4］。漫反射板材料有硫酸鋇、聚四氟乙烯及鋁等［5-6］。對(duì)半球反射率和相對(duì)雙向反射分布函數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究表明，表明硫酸鋇、聚四氟乙烯的漫反射特性均優(yōu)于鋁漫反射板［7］。但在外太空強(qiáng)烈紫外光照射下，太陽(yáng)電磁輻射、帶電粒子輻射、高真空、冷黑環(huán)境、原子氧侵蝕，以及微流星和空間碎片的撞擊等會(huì)導(dǎo)致漫反射板的漫反射特性存在衰變。鋁漫反射板采用金屬鋁合金材質(zhì)，具有較強(qiáng)的抗輻照能力，可經(jīng)受惡劣的外太空條件，性能穩(wěn)定可靠，被廣泛應(yīng)用在遙感儀器的漫反射板制作中［8-9］。CO2探測(cè)儀在軌輻射定標(biāo)模式為星上定標(biāo)燈輻射定標(biāo)和太陽(yáng)定標(biāo)兩種模式。本文將針對(duì)這兩種定標(biāo)模式，分別開(kāi)展正入射和45°入射條件下，鋁漫反射板的漫反射特性的研究［10］。

2 鋁漫反射板的制備

傳統(tǒng)加工金屬鋁合金漫反射板主要使用物理磨砂方法。物理磨砂過(guò)程有兩個(gè)步驟：首先篩選出相同粒徑的SiC微粉，并用蒸餾水清洗干凈；然后用純凈的SiC微粉對(duì)鋁合金基板進(jìn)行物理研磨，使其表面形成漫反射表面。對(duì)制作完成的漫反射表面進(jìn)行清洗，清洗過(guò)程分兩個(gè)步驟：首先浸入蒸餾水中用超聲波清洗干凈；然后用蒸餾得來(lái)的丙酮除水。物理研磨使漫反射板表面形成一定程度的砂面，但存在研磨劃痕，砂面不夠均勻，表面殘留的研磨微粒難于清洗等問(wèn)題。這不僅降低了漫反射板表面的朗伯特性和半球反射率，還將影響鍍膜的牢固程度，使得漫反射表面在空間環(huán)境下受到高能粒子撞擊時(shí)，膜層容易受到剝蝕與損傷，影響在軌使用時(shí)的穩(wěn)定性。

為了克服物理磨砂加工鋁漫反射板的缺陷，在傳統(tǒng)物理磨砂的基礎(chǔ)上又增加了化學(xué)磨砂過(guò)程的新工藝［11］?；瘜W(xué)磨砂采用了化學(xué)腐蝕的方法，利用NaOH溶液對(duì)漫反射板表面進(jìn)行再次磨砂。將物理研磨后的漫反射板浸入NaOH溶液中進(jìn)行均勻腐蝕，微觀上這是個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，反應(yīng)生成物為Al（OH）3與NaAlO2。化學(xué)磨砂過(guò)程中，首先對(duì)表面殘留的研磨微粒和污染物進(jìn)行腐蝕，進(jìn)而對(duì)研磨劃痕予以消除。由于化學(xué)腐蝕過(guò)程中微觀的擴(kuò)散交換影響反應(yīng)速度，在表面細(xì)微的凸峰處堿液擴(kuò)散交換速度比凹谷處快，因而腐蝕速度快，起到消除漫反射板表面尖峰的作用，從而使漫反射板表面形態(tài)接近朗伯表面，提高了漫反射板的朗伯特性。腐蝕后的漫反射板表面再次經(jīng)過(guò)超聲波清洗，表面腐蝕層受空化氣泡的爆破作用迅速脫落，從而得到均勻柔和的漫反射表面。

化學(xué)磨砂過(guò)程實(shí)際為化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，因此影響化學(xué)反應(yīng)的因素都將影響鋁板的表面形態(tài)。影響腐蝕過(guò)程的因素主要有腐蝕溫度、堿液濃度和反應(yīng)時(shí)間等。為了控制反應(yīng)的劇烈程度，試驗(yàn)選取了合理的腐蝕溫度和堿液配比濃度。因此，反應(yīng)時(shí)間決定腐蝕量，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短會(huì)使漫反射表面分別形成過(guò)腐蝕或欠腐蝕現(xiàn)象。過(guò)腐蝕會(huì)使漫反射板表面形成粗麻砂面，表面不均勻，存在高亮斑點(diǎn)。欠腐蝕則無(wú)法消除物理研磨所產(chǎn)生的研磨劃痕，難于清洗表面污垢和殘留的研磨微粉。因此，本文采用優(yōu)化腐蝕時(shí)間的方法來(lái)控制腐蝕量，進(jìn)而獲得較為理想的鋁漫反射表面。為了方便堿蝕過(guò)程，選取的堿蝕溫度為室溫20℃，選取的NaOH溶液濃度為52.6 g/L，且當(dāng)反應(yīng)時(shí)間控制在4min左右時(shí)，漫反射板的漫反射特性最好。

為了保護(hù)制作好的鋁漫反射表面不被氧化，提高反射率，在漫反射板表面上鍍純鋁膜與MgF2保護(hù)膜，以形成最終穩(wěn)定的漫反射表面。

3 鋁漫反射板的漫反射特性及其測(cè)量裝置

3.1 鋁漫反射板的漫反射特性

漫反射板作為載荷定標(biāo)的關(guān)鍵光學(xué)元件，其漫反射特性將直接決定載荷的定標(biāo)精度，進(jìn)而影響遙感數(shù)據(jù)反演質(zhì)量［12］。因此，空間載荷的漫反射板應(yīng)具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：均勻的反射表面、較好的朗伯反射特性、較高的半球反射率和良好的空間穩(wěn)定性。

理想的漫反射板是指表面具有朗伯漫反射特性且反射比=1的表面［13］，通常以雙向反射分布函數(shù)和特定波長(zhǎng)下的半球反射率衡量。

反射率為一個(gè)電磁波傳播的物理量，即物體表面的反射輻射能與總?cè)肷漭椛淠苤?，也即由反射引起的輻射出射度與入射到物體表面的輻照度之比，常用符號(hào)籽表示，其數(shù)值在0～1之間。定向半球反射率是指散射到半球空間上光的總分?jǐn)?shù)，其中半球體是被標(biāo)定的光源表面照明的。以美國(guó)NIST提供的已標(biāo)定半球反射率籽（0，d）的漫反射板為參考標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)比對(duì)測(cè)量了鋁漫反射板在可見(jiàn)近紅外譜段的半球反射率籽（0，d）。

雙向反射分布函數(shù)（BRDF）是描述漫反射板漫反射特性的重要函數(shù)，通常以光輻射的反射輻亮度和入射輻照度的比值函數(shù)衡量，對(duì)描述材料漫反射特性具有唯一確定性。散射輻亮度Ls是被準(zhǔn)直光散射到方向（θs，φs）的輻亮度，輻照度Ei是入射到漫反射表面單位表面積的輻射通量，根據(jù)尼哥蒂姆約對(duì)雙向反射分布函數(shù)BRDF的定義［14］，如圖1圖所示，散射輻亮度Ls與入射輻照度Ei的比值為：

式中：BRDF后面的N表示尼哥蒂姆約，θ為俯仰角，φ是方位角，下標(biāo)i和s分別表示入射和散射方向，λ代表波長(zhǎng)。BRDF的單位為球面度的倒數(shù)，它的變化范圍可以從非常小的數(shù)字（例如偏離鏡面的黑色樣品）到非常大的值（例如鏡面反射的高反射率的樣品）。

圖1 雙向反射分布函數(shù)的定義Fig.1 Definition of bidirectional reflectance distribution function

雙向反射分布函數(shù)有多種不同的測(cè)量方式，相應(yīng)的計(jì)算方法也不相同。一般根據(jù)光輻射的入射方式、觀測(cè)方式、光輻射投射區(qū)域和觀測(cè)視場(chǎng)的相互關(guān)系等區(qū)分。本文根據(jù)定標(biāo)鋁漫反射板的在軌工作狀態(tài)選擇測(cè)量方式。在試驗(yàn)測(cè)試中，以入射輻照度Ei、散射輻亮度Ls與散射角余弦值的形式來(lái)描述BRDFexp［15］：

根據(jù)漫反射板的實(shí)際工作狀態(tài)，輻照度為E（λ）的平行光分別以0°或45°的俯仰角和180°的方位角入射到鋁漫反射板上，探測(cè)器從不同的俯仰角θs和方位角φs探測(cè)。

正入射情況下，光以θi=0°俯仰角和φi=180°的方位角入射時(shí)，

探測(cè)器以固定的方位角和可變的俯仰角探測(cè)，當(dāng)探測(cè)的方位角為φs=0°時(shí)，取θs=70°為參考值，則相對(duì)雙向反射分布函數(shù)為：

45°入射情況下，光以θi=45°俯仰角和φs= 180°的方位角入射時(shí)，

當(dāng)探測(cè)器的方位角φs=0°，取θs=45°為參考值，則相對(duì)雙向反射分布函數(shù)為：

其中輻亮度值由光譜儀直接測(cè)試得出。

3.2 鋁漫反射板的測(cè)試裝置

根據(jù)鋁漫反射板的工作模式建立了如圖2所示的測(cè)試裝置，主要由光源、平行光管、鋁漫反射板（如圖3所示）、多維度調(diào)整裝置、1°視場(chǎng)瞄準(zhǔn)器、地物光譜儀、控制采集系統(tǒng)等組成。該裝置采用鹵鎢燈作為光源，光管由折疊鏡和離軸拋物鏡組成。光源經(jīng)平行光管準(zhǔn)直后以平行光照射到鋁漫反射板上，通過(guò)多維度調(diào)整臺(tái)的俯仰和方位調(diào)整機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)鋁漫反射板在方位和俯仰方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)入射光以不同角度照射鋁漫反射板表面；帶動(dòng)瞄準(zhǔn)器在方位和俯仰方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)視場(chǎng)內(nèi)的漫反射光被處于不同角度的瞄準(zhǔn)器接收。地物光譜儀對(duì)采集的光譜據(jù)進(jìn)行處理并以輻亮度的形式顯示在顯示器上，通過(guò)進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理后，即可獲得鋁漫反射板正入射和45°入射條件下的不同散射角的相對(duì)雙向反射分布函數(shù)。同時(shí)，通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)半球反射率籽（0，d）的聚四氟乙烯漫反射板比對(duì)測(cè)量，即可測(cè)得鋁漫反射板的半球反射率籽（0，d）。

圖2 漫反射板漫反射特性的測(cè)試裝置Fig.2 Test device of diffuse reflection properties for diffuser

圖3 不同工藝參數(shù)下的鋁漫反射板樣塊Fig.3 Aluminum diffuser specimens under different process parameters

4 通過(guò)顯微鏡觀察漫反射板的表面形態(tài)

為了驗(yàn)證漫反射板的制作工藝，對(duì)漫反射板的制作工藝有直觀性的理解，利用顯微鏡觀察了漫反射板的表面形態(tài)，如圖4所示。

通過(guò)比較物理磨砂和化學(xué)磨砂后的漫反射板表面形態(tài)可知，與物理磨砂相比較，化學(xué)磨砂所形成漫反射表面顏色較亮，反射率較高；且表面亮度一致、粗糙度均勻，故化學(xué)磨砂提高了鋁合金的漫反射特性。通過(guò)上述分析可知，化學(xué)磨砂進(jìn)一步提高了漫反射板的漫反射特性，并且可以驗(yàn)證物理磨砂和化學(xué)磨砂相結(jié)合的漫反射板制作工藝的可行性。

圖4 漫反射板顯微圖像Fig.4 Microscopic images of diffusers

5 測(cè)試結(jié)果

CO2探測(cè)儀所用的光譜通道中心波長(zhǎng)分別為760、1 610和2 060 nm，波段寬度分別為20、30、40 nm，以下結(jié)果是針對(duì)這些光譜波段進(jìn)行測(cè)試得到的。

5.1 表面粗糙度對(duì)鋁漫反射板漫反射特性的影響

選用不同粒徑的研磨砂對(duì)鋁漫射板進(jìn)行研磨，制作了不同表面粗糙度的鋁漫反射板樣塊。圖5和圖6分別是正入射和45°入射角度下，4種不同粗糙度漫反射板的相對(duì)雙向反射函數(shù)隨散射角的變化情況。理想的相對(duì)雙向反射分布函數(shù)在任意散射角度下，光譜輻亮度保持不變，由式（4）和（6）可得出：

圖5 正入射760 nm處不同表面粗糙度鋁漫反射板的BRDF比較Fig.5 BRDF comparison of aluminum diffuserwith different surface roughnesses atnormal incidence at 760 nm

圖6 45°入射760 nm處不同表面粗糙度鋁漫反射板的BRDF比較Fig.6 BRDF comparison of aluminum diffuser with different surface roughnesses at 45°incidence at 760 nm

或者：

圖中的“Ideal”余弦曲線即為理想的相對(duì)雙向反射分布函數(shù)曲線。不同粗糙度的漫反射板的相對(duì)反射分布函數(shù)相差較大。240#研磨砂制作的漫反射板與理想曲線最為接近，朗伯特性最好。240#和280#研磨砂研磨的漫反射板相對(duì)反射分布函數(shù)較為相近，漫反射特性差別不大，且在0°和45°入射的情況下，結(jié)論一致。

5.2 化學(xué)腐蝕對(duì)鋁漫反射板漫反射特性的影響

以相同的腐蝕時(shí)間，對(duì)物理研磨后的漫反射板砂面進(jìn)行化學(xué)腐蝕，并以此研究化學(xué)腐蝕對(duì)漫反射特性的影響。圖7和圖8為測(cè)試得到的腐蝕前后的相對(duì)雙向反射分布函數(shù)。通過(guò)分析得知，化學(xué)腐蝕在3個(gè)光譜波段均使相對(duì)雙向反射分布接近理想的余弦曲線，且在0°入射和45°入射下結(jié)論一致。

對(duì)鋁漫反射板腐蝕前后的半球反射率進(jìn)行測(cè)試，其中after corrosion的3條曲線為同種工藝參數(shù)下制作的鋁漫反射板，如圖9所示。通過(guò)曲線得知，化學(xué)腐蝕在3個(gè)光譜波段均提高了鋁漫反射板的半球反射率。其中，在760 nm處提高了32.4%，在1 610和2 060 nm處分別提高了30.2%和24.1%。同時(shí)，同種工藝參數(shù)化學(xué)腐蝕下，鋁漫反射板反射率曲線較為一致，可以說(shuō)明化學(xué)腐蝕的工藝穩(wěn)定性較好。

圖7 0°入射下不同波段腐蝕前后鋁漫反射板的BRDF比較Fig.7 BRDF comparison of aluminum diffuser before and after corrosions at0°incidence at different bands

圖8 45°入射下不同波段腐蝕前后鋁漫反射板的BRDF比較Fig.8 BRDF comparison of aluminum diffuser before and after corrosions at45°incidence at different bands

5.3 腐蝕時(shí)間對(duì)鋁漫反射板漫反射特性的影響

圖10和圖11為240#研磨砂研磨后的鋁漫反射板經(jīng)過(guò)不同的腐蝕時(shí)間腐蝕后的相對(duì)雙向反射分布函數(shù)曲線，圖中數(shù)據(jù)均為760 nm處的測(cè)試結(jié)果。從圖10和圖11中可以明顯看出，在0°入射條件下，3 min 40 s到4 min 20 s之間的測(cè)試曲線與理想的余弦曲線最為接近，朗伯特性最好。在45°入射條件下，在散射角為30°～45°時(shí)，3 min 40 s到4 min 20 s的測(cè)試曲線與理想的余弦曲線最為接近，在散射角為45°～60°時(shí)，3 min 20 s左右的相對(duì)雙向反射分布函數(shù)與理想的余弦曲線最為接近，漫反射特性最好。數(shù)據(jù)分析比較顯示，1 610和2 060 nm與760 nm的影響規(guī)律一致。綜合漫反射板在軌定標(biāo)時(shí)0°入射和45°入射的狀態(tài)，選取的最優(yōu)腐蝕時(shí)間約為4 min。

圖9 正入射下腐蝕前后鋁漫反射板的反射率隨波長(zhǎng)變化比較Fig.9 Reflectivity comparison of aluminum diffuser with the change of wavelength before and after corrosions at normal incidence

圖10 0°入射下760 nm處不同腐蝕時(shí)間鋁漫反射板的BRDF比較Fig.10 BRDF comparison of aluminum diffuser with different corroding time at 0°incidence at 760 nm

5.4 鍍膜對(duì)鋁漫反射板漫反射特性的影響

為了進(jìn)一步提高漫反射板的反射率，增加CO2探測(cè)儀采集光譜數(shù)據(jù)的信噪比，采取對(duì)化學(xué)腐蝕后的漫反射板鍍鋁膜，然后鍍MgF2保護(hù)膜的措施。

觀察正入射下鍍膜前后鋁漫反射板的反射率隨波長(zhǎng)變化曲線可知，如圖12所示，鍍鋁膜在700～2 060 nm波段提高了鋁漫反射板的半球反射率。其中，在波長(zhǎng)760 nm處提高了20.2%，在1 610 nm處提高了20.0%，在2 060 nm處提高了18.6%。

圖12 正入射下鍍膜前后鋁漫反射板的反射率隨波長(zhǎng)變化的比較Fig.12 Reflectivity comparison of aluminum diffuser with the change ofwavelength before and after coatings at normal incidence

在0°入射和45°入射的情況下，鍍膜均使相對(duì)雙向反射分布函數(shù)偏離了理想曲線，如圖13、14所示。故鍍膜使得鋁漫反射板的漫反射特性略微變差。分析其原因?yàn)椋赫婵照舭l(fā)鍍鋁膜時(shí)，鋁蒸汽在不同粗糙度的表面沉積速度不一致，表面細(xì)微的凹谷處比表面細(xì)微的凸峰處更容易沉積鋁。因此，鍍膜降低了表面粗糙度，進(jìn)而降低了鋁漫反射板的漫反射特性。

圖13 0°入射下不同波段鍍膜前后鋁漫反射板的BRDF比較Fig.13 BRDF comparison of aluminum diffuser before and after coatings at 0°incidence at different bands

圖14 45°入射下不同波段鍍膜前后鋁漫反射板的BRDF比較Fig.14 BRDF comparison of aluminum diffuser before and after coatings at45°incidence at different bands

5.5 鋁漫反射板的漫反射特性隨散射角和波長(zhǎng)的變化

圖15是0°入射情況下，鋁漫反射板的相對(duì)雙向反射分布函數(shù)隨波長(zhǎng)和散射角的變化情況。在700～1 000 nm波長(zhǎng)之間相對(duì)雙向反射分布函數(shù)隨波長(zhǎng)增加而減小，減小幅度為θ=40°時(shí)為7.2%，θ=70°時(shí)為10.4%。在波長(zhǎng)1 000～2 100 nm之間相對(duì)雙向反射分布函數(shù)表現(xiàn)為在恒定值上下的波動(dòng)，波動(dòng)幅度為θ=40°時(shí)為3.8%，θ=70°時(shí)為3.4%。在波長(zhǎng)為760、160和2 060 nm 3個(gè)波段之間，θ=40°時(shí)變化為1.4%，θ=70°時(shí)為6.7%。

圖15 0°入射下鋁漫反射板的相對(duì)BRDF隨散射角和波長(zhǎng)的變化Fig.15 Change of the aluminum diffuser′s relative BRDF with wavelength and scattering angle at 0°incidence

圖16 是45°入射情況下，鋁漫反射板的相對(duì)雙向反射分布函數(shù)隨波長(zhǎng)和散射角的變化情況。在700～1 000 nm波長(zhǎng)之間相對(duì)雙向反射分布函數(shù)隨波長(zhǎng)增加而減小，減小幅度在θ=40°時(shí)為8.1%，θ=70°時(shí)為3.9%。在波長(zhǎng)1 000～2 100 nm處相對(duì)雙向反射分布函數(shù)表現(xiàn)為在恒定值上下的波動(dòng)，波動(dòng)幅度在θ=40°時(shí)為3.8%，θ=70°時(shí)為4.9%。在波長(zhǎng)為760、160和2 060 nm 3個(gè)波段之間，θ=40°時(shí)變化為1.6%，θ=70°時(shí)變化為3.2%。

圖16 45°入射下鋁漫反射板的相對(duì)BRDF隨散射角和波長(zhǎng)的變化Fig.16 Change of the aluminum diffuser′s relative BRDF with wavelength and scattering angle at 45°incidence

6 結(jié) 論

本文采用了物理研磨和化學(xué)研磨相結(jié)合的工藝方法制作了鋁漫反射板試驗(yàn)樣塊，通過(guò)測(cè)試相對(duì)雙向反射分布函數(shù)和半球反射率，確定了可見(jiàn)近紅外波段鋁漫反射板的制作工藝，并且優(yōu)化了這些工藝參數(shù)，為進(jìn)一步研制CO2探測(cè)儀星上定標(biāo)漫反射板提供了依據(jù)。

不同表面粗糙度的鋁漫反射板的相對(duì)雙向反射分布函數(shù)隨散射角的變化不同。在0°和45°入射的情況下，用240#研磨砂制作的漫反射板與理想曲線最為接近，朗伯特性最好。

在760、1 610和2 060 nm 3個(gè)光譜波段，化學(xué)腐蝕均使相對(duì)雙向反射分布函數(shù)更接近理想的余弦曲線，同時(shí)提高了鋁漫反射板的半球反射率。通過(guò)對(duì)同樣參數(shù)制作的鋁漫反射板的反射率測(cè)試，驗(yàn)證了鋁漫反射板化學(xué)腐蝕工藝的穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)0°入射和45°入射的狀態(tài)不同腐蝕時(shí)間的測(cè)試，認(rèn)為最優(yōu)腐蝕時(shí)間約為4 min。

鍍鋁膜在700～2 060 nm均明顯提高了鋁漫反射板的半球反射率，但會(huì)使鋁漫反射板的漫反射特性變差。分析其原因?yàn)椋哄兡r(shí)，鋁在不同粗糙度的表面沉積速度不一樣，導(dǎo)致表面粗糙度降低所致。

鋁漫反射板的相對(duì)雙向反射分布函數(shù)隨波長(zhǎng)變化而變化，在不同散射角下，其變化值也不同。在波長(zhǎng)為760、1610和2 060 nm 3個(gè)光譜波段之間，0°入射情況下，散射角θ=40°時(shí)變化為1.4%，θ=70°時(shí)變化為6.7%；45°入射情況下，θ=40°時(shí)變化為1.6%，θ=70°時(shí)變化為3.2%，精確測(cè)定該數(shù)量關(guān)系將有助于在軌標(biāo)定。

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Fabrication and experiment of alum inum diffuser for CO2detector calibration on orbit

WANG Long*，LIN Chao，ZHENG Yu-quan
（Changchun Institute of Optics，F(xiàn)ine Mechanics and Physics，Chinese Academy of Sciences，Changchun 130033，China）
*Corresponding author，E-mail：wangling_jixie@163.com

To develop a diffuser for CO2detector calibration，the process of physical grinding and chemical etching was used to produce the test specimens of the aluminum diffuser for the CO2detector calibration，and their test devices for relative Bidirectional Reflectance Distribution Function（BRDF）and hemispherical reflectance were built.In the case of 0°and 45°of the incident lights，the test results for visible to near-infrared band，show that the surface roughness affects Lambert characteristics of the aluminum diffuser and the Lambert characteristics of the diffusermade of 240#abrasive grit is the best.Chemical corrosion can not only improve Lambert characteristics of the aluminum diffuser，but also can improve the hemispherical reflectance.When etching temperature is selected at20℃and the concentration of NaOH solution is in 52.6 g/L，the optimal time of corrosion is about4 min.Aluminizingmakes hemispherical reflectance of aluminum diffuser to be improved by 20%on average，but it makes Lambert characteristics deteriorated.Furthermore，the relative BRDF of aluminum diffuser is slightly different at differentwavelengths，but shows the same trend.The experiments in this paper determine the key parameters affecting the diffuse reflection characteristics of the diffuser，quantitatively optimize process parameters，and provide a basis for the further development of the diffuser forCO2detector calibration on orbit.

CO2detector；chemical corrosion；aluminum diffuser；hemispherical reflectance；relative Bidirectional Reflectance Distribution Function（BRDF）

O436.2；V443.5

A

10.3788/CO.20130604.0591

王 龍（1985—），男，吉林磐石人，工學(xué)碩士，研究實(shí)習(xí)員，2008年、2011年于吉林大學(xué)分別獲得學(xué)士、碩士學(xué)位，主要從事光譜儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及光譜定標(biāo)方面的研究。E-mail：wangling_jixie@163. com

鄭玉權(quán)（1972—），男，內(nèi)蒙古通遼人，博士，研究員，主要從事航空航天高光譜成像技術(shù)、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、光譜輻射測(cè)量與定標(biāo)等方面的研究。E-mail：zhengyq@sklao.ac.cn

藺 超（1984—），男，內(nèi)蒙古呼倫貝爾人，工學(xué)碩士，助理研究員，2007年、2009年于吉林大學(xué)分別獲得學(xué)士、碩士學(xué)位，主要從事光譜儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及光譜定標(biāo)方面的研究。E-mail：linchao@ ciomp.ac.cn

1674-2915（2013）04-0591-09

2013-04-21；

2013-06-23

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）資助項(xiàng)目（No.2010AA1221091001）