用微型光谱仪测量太阳辐照度

作者：海洋光学

微型光谱仪尤其适合测量太阳辐照度，因为它的便携性和灵活性会减轻研究者的负担。该仪器能测定和相对太阳辐照度，在相关应用（诸如测量上行和下行辐射，以及评估臭氧浓度）中也能发挥一定的作用。

辐照度是指发光样品发射的各波长的能量。辐照度是光的指标。相对辐照度是根据黑体辐射能量分布得到的样品发射的能量和采样系统采集到的能量之比。

在多个应用中，太阳辐照度的测量具有一定的意义：监控日光，可能出于探讨日光和温室气体（诸如臭氧）之间关系的目的；研究太阳辐照度对生态学系统和作物的作用；评估紫外线对皮肤和眼睛的作用。在zui近的一项应用中，研究者放飞了装载了海洋光学USB2000+UV-VIS光谱仪的气象气球，随着气球飞到大气层中，检测太阳辐照度与不同高度处臭氧水平的关系（图1）。

条件

在一项早期实验中，我们重点测量了太阳光谱中一系列强吸收谱线，实验采用了配备了波长范围在200-850 nm之间的光栅、以提高采光能力的采集透镜、50 μm狭缝和便携式电池模块的海洋光学Jaz光谱仪。Jaz光谱仪是功能齐全的光谱仪，通过微处理器和低功率OLED显示器进行操作。 仪器可增加包括电池和以太网功能等模块。

图1：搭载气象气球的光谱仪测量不同高度处的太阳辐照度。

要测量辐照度，我们使用了用辐射校准的光源和余弦校正器。 余弦校正器采集180°内的日光，直接连接Jaz光谱仪的SMA905连接器（图2）。此外，还有多种配件可供选择，诸如将Jaz固定在不同位置的紧固件，和携带Jaz用的肩带。

图2：Jaz光谱仪可安装在三脚架上，用连接光谱仪的余弦校正器采集180°视野内的太阳辐射。

结果

该测量的积分时间为4秒，光谱平均为10，平滑度为2。 得到的光谱显示了

300-850 nm波段内大气中元素(包括氢、氦和钠)的多个强吸收谱线（图3）。

图3：在用微型光谱仪采集的太阳光谱上可以鉴别大气元素。

用配备了同种光具座的不同光谱仪（包括具有范围较宽（200-1050 nm）的光栅的USB2000+光谱与和具有测量太阳辐照度所需所有组件的USB2000+RAD）进行测量，得到的结果大致相同。

结论

由于微型光谱仪体积小巧、对功率要求低、操作简单，所以其是方便检测太阳辐照度的分析工具。 这类光谱仪还具有易于携带、稳定性强的特点，已被应用于有人和无人驾驶飞机中， 并被放置在珠穆朗玛峰和其他高要求的地点，以检测太阳辐射与大气气体（诸如臭氧）之间的相互作用。