Radiometric characteristics measurements -for wide-aperture blackbody model incorporated into thermovacuum facility for optoelectronic equipment testing

Vasiliev, V.N., Gulko A.A., Zhdanov K.V., Linskiy, P.M., Nikitin, N.V., Sirazetdinov, V.S.

For Russian citation (Opticheskii Zhurnal):

Васильев В.Н., Гулько А.А., Жданов К.В., Линский П.М., Никитин Н.В., Сиразетдинов В.С. Измерение радиометрических характеристик широкоапертурной модели чёрного тела в составе стенда термовакуумных испытаний оптико-электронной аппаратуры // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 10. С. 52–63. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-10-52-63

Vasil’ev V.N., Gulko A.A., Zhdanov K.V., Linsky P.M., Nikitin N.V., Sirazetdinov V.S. Radiometric characteristics measurements for wide-aperture blackbody model incorporated into thermovacuum facility for optoelectronic equipment testing [In Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025. T. 92. № 10. P. 52–63. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-10-52-63

For citation (Journal of Optical Technology):

Abstract:

Subject of the study. Radiometric characteristics of the radiation of a flat wide-aperture blackbody model with a diameter of 380 mm, such as luminance temperature and temperature distribution over radiating surface, and the angular range, where the blackbody model can be considered as Lambert radiator. Purpose of study. Creation of set-up based on the wide–aperture blackbody model for high-precision radiometric calibration of optoelectronic equipment with multichannel photodetectors in a united cycle with optotechnical tests of equipment under vacuum and low temperatures. Method. Calibration and measurements of luminance temperature distribution over the radiating surface of a wide–aperture blackbody model were carried out by comparing the brightness of its radiation and radiation from a precision cavity blackbody model in the infrared wavelength range. The main results. Luminance temperature calibration of the radiating surface for a wide–aperture blackbody model was carried out under vacuum conditions in the temperature range from 240 to 386 K. Luminance temperature distribution nonuniformity over the radiating surface does not exceed 0.5 K. -The radiating surface can be considered as Lambert radiator within an angular field of 75 degrees. Practical significance. The hardware has been created to obtain data necessary for high-precision estimations of the detecting characteristics of Earth remote sensing optoelectronic equipment with multichannel infrared photodetectors operating under limitation by external background radiation.

Keywords:

wide-aperture blackbody model, luminance temperature distribution, radiometric calibration, Lambert radiator

OCIS codes: 030.5630, 230.0230

References:

1. Ковтонюк Н.Ф., Мисник В.П., Соколов А.В. Сигнально-шумовые характеристики бортовой аппаратуры наблюдения с многоэлементными формирователями сигналов телевизионных изображений // Космические информационно-управляющие системы. 2008. № 2. С. 117–123.
Kovtonyuk N.F., Misnik V.P., Sokolov A.V. Signal - noise characteristics of on-board observation equipment with multi-element signal generators for television images // Space information and control systems. 2008. № 2. P. 117–123.
2. Маркин В.А. Порог чувствительности инфракрасных приборов, построенных на матричных приёмниках // Оптический журнал. 2005. Т. 77. № 11. С. 51–57.
Markin V.A. The sensitivity threshold of IR devices based on array photodetectors // J. Opt. Technol. 2005. V. 72. № 11. P. 849–854.  https://doi.org/10.1364/JOT.72.000849
3. Finfrock D.K. Design and installation of thermoelectric thermal reference sources for infrared systems // Proc. SPIE. 2001. V. 4372. P. 143–153. https://doi.org/10.1117/12.439149
4. Zhou H., Liu S., Lai R., Wang D., Chang Y. Solution for the nonuniformity correction of infrared focal plane arrays // Applied Optics. 2005. V. 44. № 15. P. 2928–2932. https://doi.org/10.1364/AO.44.002928
5. Бехтин Ю.С., Баранцев А.А., Соляков В.Н., Медведев А.С. Аппаратно-программный комплекс цифровой обработки сигналов многорядных матричных фотоприемных устройств // Прикладная физика. 2007. № 3. С. 77–84.
Bekhtin Yu.S., Barantsev A.A., Solyakov V.N., Medvedev A.S. // The hard- and software of digital image processing for infrared linear TDI FPA // Applied Physics. 2007. № 3. P. 77–84. https://doi.org/10.51368/1996-0948-2007-3-77-84
6. Qian W., Chen Q., Guan Gu Z. Correction method for stripe nonuniformity // Applied Optics. 2010. V. 49. № 10. P. 1764–1773. https://doi.org/10.1364/AO.49.001764
7. Liang K., Yang C., Peng L., Zhou B. Nonuniformity correction based on focal plane array temperature in uncooled long-wave infrared cameras without a shutter // Applied Optics. 2017. V. 56. № 4. P. 884–889. https://doi.org/10.1364/AO.56.000884
8. Васильев В.Н., Дмитриев Д.И., Тихонов С.В. Модель протяженного абсолютно черного тела для проведения энергетической калибровки оптико-электронных приборов дистанционного зондирования Земли // Оптический журнал. 2009. Т. 76. № 9. С. 71–75.
Vasil’ev V.N., Dmitriev I,Yu., Tikhonov S.V. Simulator of an extended absolute blackbody for energy calibration of optoelectronic devices for remote probing of the Earth // J. Opt. Technol. 2009. V. 76. № 9. P. 578–581.  https://doi.org/10.1364/JOT.76.000578
9. Васильев В.Н., Дмитриев Д.И., Линский П.М., Никитин Н.В. Исследование характеристик бортового калибратора для космического инфракрасного радиометра // Оптический журнал. 2014. Т. 81. № 9. С. 10–14.
Vasil’ev V.N., Dmitriev I.Yu., Linsky P.M., Nikitin N.V., Tomeev K.A. Study of the characteristics of an on-board calibrator for a space-based IR radiometer // J. Opt. Technol. 2014. V. 81. № 9. P. 490–493. https://doi.org/10.1364/JOT.81.000490
10. Ходунков В.П. Способ градуировки приборов тепловизионных и устройств для его осуществления // Патент РФ № RU2755093C1. 2021.
Khodunkov V.P. Method for calibration of the thermal imaging devices and the device for its implementation // RF Patent № RU2755093C1. 2021.
11. Довгилов Н.Л., Морозова С.П., Алексеев С.В. и др. Вакуумная широкоапертурная модель чёрного тела в диапазоне температур 223,15–423,15 К для радиометрической калибровки оптико-электронной аппаратуры наблюдения Земли // Измерительная техника. 2023. № 8. С. 60–66.
Dovgilov N.L., Morozova S.P., Alekseev S.V. et al. Vacuum large-aperture blackbody model in the temperature range of 223.15–423.15 K for radiometric calibration of the OEA Earth observation // Measuring Equipment. 2023. № 8. P. 60–66.  https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2023-8-60-66
12. Ландсберг Г.С. Оптика. М.: Физматлит, 2021. 852 с.
Landsberg G.S. Optics. Moscow: Fizmatlit, 2021. 852 p.
13. Довгилов Н.Л., Морозова С.П., Алексеев С.В. и др. Широкоапертурная модель черного тела для калибровки оптико-электронной аппаратуры дистанционного зондирования Земли // Системы наблюдения, мониторинга и дистанционного зондирования Земли / Материалы XIX научно-технической конференции. Москва. Зеленоград. 2023. С. 77–86.
Dovgilov N.L., Morozova S.P., Alekseev S.V. et al. Large-aperture blackbody model for calibration of the optoelectronic equipment for Earth remote sensing // Earth observation, monitoring and remote sensing systems // Materials of the XIX scientific and technical conference. Moscow, Zelenograd. 2023. P. 77–86.
14. Дмитриев И.Ю., Завацкая А.В., Линский П.М. Сиразетдинов В.С. Внеосевой охлаждаемый коллиматор с апертурой 600 мм в составе термовакуумного испытательного стенда // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 9. С. 40–52.  http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-09-40-52
Dmitriev I.Yu., Zavatskaya A.V., Linsky P.M., Sirazetdinov V.S. Off-axial cooled collimator with 600-mm aperture as part of the thermovacuum test facility // J. Opt. Technol. 2024. V. 91. № 9. P. 601–608.  https://doi.org/10.1364/JOT.91.000601

15. Ivanov V.S., Lisiansky B.E., Morozova S.P., Sapritsky V.I., Melenevsky U.A., Liang Yan Xi, Liang Pei. Medium-background radiometric facility for calibration of sources or sensors // Metrologia. 2000. V. 37. P. 599–602. https://doi.org/10.1088/0026-1394/37/5/58 https://doi.org/10.1088/0026-1394/37/5/58
16. Morozova S.P., Parfentiev N.A., Lisiansky B.E., Sapritsky V.I., Dovgilov N.L., Melenevsky U.A., Gutschwager B., Monte C., Hollandt J. Vacuum variabletemperature blackbody VTBB10 // Int. J. Thermophys. 2008. V. 29. P. 341–351. https://doi.org/ 10.1007/s10765-007-0355-z