1979年10月8日，第16届国际计量大会通过了一项关于重新定义坎德拉的重要决定，新定义为：坎德拉是一光源在给定方向上的发光强度，该光源发出频率为540 x 1012赫兹的单色辐射，且在此方向上的辐射强度为1/683瓦特每球面度。定义中的540 x 1012赫兹辐射波长约为555nm,它是人眼感觉最灵敏的波长。这个定义的优点是容易复现，并能较好地控制实验的准确度。

二

光学辐射度的重要应用

随眷人类对光的了解和运用，创造出了更多的探测手段来感知和测量 光, 光学计量 已经不再受到人眼视觉响应函数的局限。从深紫外到远红外， 从强激光到单光子，光学计量所覆盖的范围越来越广，从光度计量逐步扩展为辐射度计量，支撑国民经济多个领域的快速发展。其中，比较突出的应用领域包括以下方面：

(一)服务高精度对地观测辐射定标需求

全球气候变化由于涉及人类的生存环境，已成为科学界的研究热点问题。从距离我们1.5亿公里、表面温度高达5778K的太阳，每时每刻平均有约340.4W/㎡的光辐射能量到达地球，其中约99.9W/㎡的辐射能量被地球表面及大气与云层反射，而同时约239.9W/㎡的能量通过红外热辐射的方式从地球向空间释放。测量数据表明，全球气候证逐渐发生着变化。对于气候变化的观测，其中一项重要的任务是地球能量平衡的精密测量，主要手段是通过全球立体观测网络来定量分析地球接受和释放辐射能量的差异。

英国NPL已开展太空辐射定标实验的关键技术研究，期望能在太空中将辐射量值溯源至国际基本单位。美国NIST已开展地基月球及其他星球的辐射度测量研究，可将月球和其他星球作为标准辐射源，完成太空中观测仪器的在轨定标。德闰PTB建立了低背景中远红外辐射定标系统，可满足太空观测仪器在中远红外的辐射定标需求。中国计量院正在开展的研究有：将太阳辐射照度的测量结果溯源至低温辐射计以满足测量精度要求;建立中远红外光谱辐射亮度基准系统，通过低温变温黑体完成红外辐射亮度定标，满足地球发射红外辐射亮度的测量需求。通过这些研究工作可为对地观测仪器提供准确可靠地定标服务，对全球气候变化观测以及保护地球环境具有重要意义。

(二)支持国家高端激光技术发展

激光核聚变是以高功率机关作为驱动器的惯性约束核聚变。神光装置作为核聚变的驱动是当前我国规模最大、国际上为数不多的高性能高功率激光装置，是我国综合国力在科技领域的标志性体现，其作用和意义不亚于当年的“两弹”，为我国惯性约束聚变研究做出了重大贡献。为了保障靶体聚变的效果，激光输出必须达到一定能量，不同组束输出要具有一致性，因此必须对每束激光的输出参数进行精密测量。神光Ⅲ号单束激光具有极高的功率和能量输出

(1012W，104J)，易损伤各种接收材料，使脉冲能量测量面临巨大挑战。为了解决神光Ⅲ号测量问题，中国计量院在强激光能量计量与探测领域进行了大量的研究，先后研制了多套电校准绝对型强激光能量标准器、多口径激光能量监测探测器，针对神光Ⅲ号专用测量设备提出了多种校准方法，并搭建实验装置进行量值传递与性能测试，解决了神光Ⅲ号研制过程中遇到的计量测试问题。

(三)助力太阳能光伏发电产业进步

近年来发展最快、应用最广的是太阳能光伏发电。为了合理评估已装机光伏发电系统的发电性能，对太阳能产品的贸易做公平公正定价，以及促进太阳能新产品和新技术的研发，都亟需光伏参数的准确计量。针对光伏行业提出的太阳电池计量、生产装备计量、太阳能光伏工程系统计量等需求，中国计量院研制完成了标准太阳电池和光伏相关计量标准装置，一级多项校准测试能力，解决了光伏生产、检测和认证机构计量所需，已为国内生产总值超过80%以上的光伏企业以及国际在华知名认证机构和国内质检机构提供量值传递服务。服务范围已覆盖我国大陆、香港、台湾，并应邀至美国、瑞士、德国、澳大利亚、新加坡、南非等国家提供计量校准服务，为提高产品质量提供技术支持，并有助于出口测量国际互认。

(四)支撑照明、显示以及现代农业

人工照明能源消耗巨大。我国照明用电量约占总发电量的10%左右。建设部统计显示，目前景观照明和路灯等功能照明，其年用电量约占全国总发电量的4%~5%,超过整个三峡水力发电工程的年发电能力。半导体固态照明LED是当今世界上最有可能替代传统光源的新型人工光源。最新的研究成果显示，在相同的输入功率下，LED可相当于20支传统白炽灯的光输出，这种低能耗的绿色光源，具有广阔的应用前景。电视、电脑、广告屏等大量采用LED作为背光照明光源，评价LED光源的节能效果，研究LED光源下的可见度和舒适度等需要准确测量LED的光学参数。

人类可以利用高效的光源提供日常生活所需的照明，也可以建立高产出的农业植物工厂。人工光照已成为农作物植物生产的重要补充手段之一，多年来在农业植物领域使用的人工光源主要有高压钠灯、荧光灯、金属卤素灯、白炽灯等，能耗费用约占全部运行成本的50%~60%。据农业部统计，目前我国植物组培的总面积在2000万平米以上，产值200亿元左右。建立可靠的LED量值计量体系和相应的计量标准技术，可更好地为节能照明、显示和现代农业的发展保驾护航。

三

单光子计量与量子坎德拉

随着量子物理的快速发展，人类对“光”的认知和掌握达到了新的高度，更深入了解“光”既是波又是粒子的奇妙特性，近年来，更是随着纠缠光子等的创新探索而揭开了量子信息技术研究应用的新篇章。得益于量子光学技术的迅猛发展，单光子探测器、单光子源、可分辨光子数探测器、突破标准量子极限的光子探测等关键技术都得到了突破性的发展，一方面促进了光辐射计量标准技术的发展，另一方面则对单光子计量提出了全新的挑战。

(一)量子坎德拉：基于光子数的坎德拉量子化定义

随着光子探测技术能力的不断发展，电磁辐射的量子本质使得人们开始考虑将光子数目作为光辐射计量标准溯源到国际基本单位的一种基本方式。如果已知这些光子的频率，那么通过光子计数技术得到光子的数目，就可以知晓光谱辐射的能量。虽然当前条件还不成熟，但是国际光度与光辐射咨询委员会已开始探讨基于光子数重新定义国际基本单位坎德拉的可能，并将长远目标设定为：坎德拉是在给定方向上，频率为540 x 1012Hz的单色光源发出4.092 x 1015光子数/秒/立体角的光源发光强度。

(二)世界各国面向量子坎德拉的科学研究计划

美国是国际上最早全面开展面向光子计量标准关键技术研究的国家，迄今所取得的关键技术成果包括：基于关联光子的探测器量子效率定标技术、探测效率高于90 %的高速超导纳米线单光子探测器、探测效率高于95%并可分辨光子数的超导转变边沿传感器单光子探测系统、基于高效吸收碳纳米管阵列的nW级光纤耦合绝对低温辐射计、利用超导转变边沿传感器监测的PW级绝对低温辐射计等。

欧盟自2008年开始正式以“量子坎德拉”冠名的研究计划，主要包括三个关键部分：(1)研制量子效率可预测探测器，提高光电效应所产生电子的内探测效率，并利用多次反射提高系统吸收效率，从而获得在(400〜800 )nm波段不确定度达到80xl0-6的绝对定标能力;(2)研制高性能单光子源与探测技术、发展可操控单光子源以及可分辨光子数的超导单光子探测技术;(3)通过关联光子绝对定标方法，实现光谱辐射功率测量结果从经典水平到量子水平的有效衔接。

我国自“十一五”期间就开始了面向坎德拉量子化的光子计量初步研究工作，并在关联光子绝对定标等光子定标技术上奠定了较好的基础;到“十二五”期间，已经形成了面向单光子探测和微弱光辐射计量较为全面的校准测量能力。自“十三五”开始以来，中国计量院已经在光子计量相关的重点领域开展了进一步科研工作，具体包括：可见近红外波段低温辐射计连续绝对定标技术研究，可预知量子效率探测器绝对定标技术研究，宽波段、宽量程关联光子绝对定标技术研究，基于超导转变边沿传感器的可分辨光子数精密测量系统研究，芯片级标准光子辐射源关键技术研究等。预计到2020年，我国光子计量整体能力将达到与美国和欧盟相近的水平，成为国际上在光子计量领域具备较强综合能力的先进国家计量院之一。

——中计量科学研究院 甘海勇 刘慧 林延东返回搜狐，查看更多