用微型光譜儀測量太陽輻照度

作者：海洋光學

微型光譜儀尤其適合測量太陽輻照度，因為它的便攜性和靈活性會減輕研究者的負擔。該儀器能測定和相對太陽輻照度，在相關應用（諸如測量上行和下行輻射，以及評估臭氧濃度）中也能發揮一定的作用。

輻照度是指發光樣品發射的各波長的能量。輻照度是光的指標。相對輻照度是根據黑體輻射能量分布得到的樣品發射的能量和采樣系統采集到的能量之比。

在多個應用中，太陽輻照度的測量具有一定的意義：監控日光，可能出于探討日光和溫室氣體（諸如臭氧）之間關系的目的；研究太陽輻照度對生態學系統和作物的作用；評估紫外線對皮膚和眼睛的作用。在zui近的一項應用中，研究者放飛了裝載了海洋光學USB2000+UV-VIS光譜儀的氣象氣球，隨著氣球飛到大氣層中，檢測太陽輻照度與不同高度處臭氧水平的關系（圖1）。

條件

在一項早期實驗中，我們重點測量了太陽光譜中一系列強吸收譜線，實驗采用了配備了波長范圍在200-850 nm之間的光柵、以提高采光能力的采集透鏡、50 μm狹縫和便攜式電池模塊的海洋光學Jaz光譜儀。Jaz光譜儀是功能齊全的光譜儀，通過微處理器和低功率OLED顯示器進行操作。 儀器可增加包括電池和以太網功能等模塊。

圖1：搭載氣象氣球的光譜儀測量不同高度處的太陽輻照度。

要測量輻照度，我們使用了用輻射校準的光源和余弦校正器。 余弦校正器采集180°內的日光，直接連接Jaz光譜儀的SMA905連接器（圖2）。此外，還有多種配件可供選擇，諸如將Jaz固定在不同位置的緊固件，和攜帶Jaz用的肩帶。

圖2：Jaz光譜儀可安裝在三腳架上，用連接光譜儀的余弦校正器采集180°視野內的太陽輻射。

結果

該測量的積分時間為4秒，光譜平均為10，平滑度為2。 得到的光譜顯示了

300-850 nm波段內大氣中元素(包括氫、氦和鈉)的多個強吸收譜線（圖3）。

圖3：在用微型光譜儀采集的太陽光譜上可以鑒別大氣元素。

用配備了同種光具座的不同光譜儀（包括具有范圍較寬（200-1050 nm）的光柵的USB2000+光譜與和具有測量太陽輻照度所需所有組件的USB2000+RAD）進行測量，得到的結果大致相同。

結論

由于微型光譜儀體積小巧、對功率要求低、操作簡單，所以其是方便檢測太陽輻照度的分析工具。 這類光譜儀還具有易于攜帶、穩定性強的特點，已被應用于有人和無人駕駛飛機中， 并被放置在珠穆朗瑪峰和其他高要求的地點，以檢測太陽輻射與大氣氣體（諸如臭氧）之間的相互作用。