快速精确计算大气透过率的微机软件包—FASCODE

FASCODE是快速大气信息程序(Fasf Atmospheric Signature CODE)的简称。程序用FORTRAN语言编写。它最先由美国空军地球物理实验室(AFGL)提供,本文介绍的是第二版本(FASCOD2),周凤仙于1989年从美国威斯康星大学空间科学工程中心引进了该软件,并在这一软件基础上进行研究和再开发,目前已向用户开放,本文作者编写了能阅读FASCOD2二进制输出文件的程序以及计算从卫星上探测大气温度和湿度结构的各红外通道的透过率和权重函数程序。还通过计算建立了665～696cm~(-1)波段内,从空间到地面共40层的大气辐射透过率样品文件,便于用户在此基础上进行扩展,以满足通道选择研究     

基于MODTRAN的红外系统对巡航导弹探测距离的估算

基于最小可分辨对比度准则,研究了在考虑背景环境下机载红外成像系统对目标最大探测距离的计算方法.分析了红外目标在3～5μm与8～12μm两个波段上的红外辐射特征和背景辐射、大气透过率等因素对探测距离的影响,给出了探测距离的推导公式.最后用MODTRAN软件对大气透过率进行了模拟计算,得到了波数间隔为1cm-的光谱大气透过率数据.计算了各微小波长区间内辐射到探测器上的辐照度.考虑到大气透过率与距离的关系,取消了传统算法中用常数或者拟合函数来代替大气透过率的方法.以巡航导弹为例,对红外系统探测距离进行了数值计算.仿真结果表明,该计算方法具有可行性.     

CART软件计算的红外大气透过率和实测值比较

初步完成了一套通用大气辐射传输软件的研制,它是一套基于我国大气模式的采用独特算法的大气辐射传输软件,可用来较快速地计算大气光谱透过率、大气热辐射、大气散射辐射和太阳直接辐照度,光谱分辨率为1cm-1。利用中近红外傅里叶光谱辐射计FTIR测得的水平红外大气透过率来验证CART软件计算水平路径上红外大气透过率的精度。比较结果表明：CART软件计算的水平大气透过率和实测值的误差最大小于0.1,均方根大约为0.04。这可以说明CART软件计算水平红外大气透过率是可靠的。     

基于光谱等分法估算复杂大气条件下红外成像系统的MRTD和作用距离

大气透过率是影响红外成像系统作用距离的重要因素。在大气传输过程中,红外辐射会受到大气分子的选择性吸收、散射以及复杂气象条件等的影响,这使得大气透过率成了一个复杂参量。用光谱等分法计算了大气透过率。首先利用MODTRAN软件计算一定距离时各谱线的大气透过率并建立数据库,然后按一定间隔等分光谱区域并调用数据库计算出各微小光谱区域内的大气透过率,最后将其代入模型用以计算红外系统的作用距离。与利用常数或者平均大气透过率的计算方法相比,该方法提高了计算结果的准确度。计算并分析了探测高度、湿度以及雾霾等复杂气象条件对红外成像系统MRTD和作用距离的影响。     

一种精确快速的大气吸收工程计算模型

逐线积分法计算大气吸收透过率虽然具有最高的计算精度,但实时性欠佳,限制了其工程应用价值。针对红外实时仿真的工程应用背景,提出了一种光谱分辨率为1 cm-1的大气吸收计算模型,能够兼顾计算精度和实时性要求。利用逐线积分计算得到恒定气压、温度、分子浓度和不同传输距离条件下,气体分子1 cm-1波段吸收透过率并建立了吸收透过率与高度的数学模型,进而插值计算任意路径下气体的吸收。实验表明,大气吸收透过率的计算精度高于MODTRAN,并且运算速度远快于逐线积分法。     

近红外氧气A带大气透过率的计算

氧气A带具有单一的吸收气体成分和独特的谱线结构,大气中分布相对均匀,在大气辐射研究中具有广阔的应用前景.大气透过率是大气辐射传输计算的核心,为了快速计算大气透过率,提出带平均透过率的数学模型.将近红外氧气A吸收带作为研究对象,以普朗克黑体辐射为基础,分析了氧气A带在762 nm附近波段的光谱吸收理论,介绍了带平均透过率数学模型的原理及方法.为了验证模型的可行性和精确度,结合实验数据,与HITRAN2004数据库逐线积分法计算的透过率进行对比,精度达到2.2％,降低了计算时间.     

中红外波段高空大气传输透过率及热辐射计算

使用逐线积分（LBL）及四种版本高分辨率分子吸收数据库（HITRAN 96、2k、04及08版本）对比计算了中红外 2~5 m波段在中纬度夏季（45N,7月）模式高空大气下行传输的大气分子透过率及热辐射,结果表明:透过率随着下行传输路径减小而增大,热辐射随着传输路径的减小而降低,适当的减小传输路径可以降低高空大气对光电系统应用的影响。96、2k和04版本数据库在三种不同传输路径上透过率的平均绝对偏差均较小,但在某些波段绝对偏差较大,如 HITRAN2k在100~10 km传输路径上的绝对偏差最大达到了0.81;96、2k和04版本数据库在三种不同传输路径上热辐射的平均绝对偏差的数量级均为10-6,04版本的平均绝对偏差并非在所有路径中是最小的。计算不同传输路径的大气透过率和热辐射时,采用旧版本的数据库在某些波段可能会产生相当大的误差。     

基于傅立叶变换红外光谱仪的水平大气透过率测量研究

利用红外辐射源发出稳定的宽带辐射信号,ABB Bomem MR170 FTIR光谱仪作为接收探测系统,组建了一套近地面野外大气红外大气透过率测量系统.通过FTIR得到的透过率与MOTRAN的计算结果进行对比,发现二者虽然具有较好的相关度,但是在透过率较高的波段(2500～3000 cm-1,4400～4800cm->)数据仍会有较大差别.结合水汽的变化情况,分析了2400 cm-1的透过率随时间变化情况,说明在局地环境下水汽参数变化会对模型计算的大气透过率带来影响.     

762 nm氧分子吸收带在非均匀大气中不同投射角的大气透过率准确模型

762 nm氧分子吸收带的大气透过率模型用包含温度和气压的多项式表示,其多项式系数表示为入射角的余弦的另一个幂级数.类似地,还给出了平均大气透过率模型.数值试验表明,在绝大多数情况下,透过率模型与平均透过率模型的拟合误差(RMS)分别小于0.0001和0.0005,其极大误差分别小于0.0005和0.003.此二模型已用于从空间探测气压廓线的研究.此外,还给出了大气透过率间隔误差的订正方法.     

基于实时标校的目标红外辐射测量新方法

目标红外辐射特性测量是目标特征获取和识别的重要手段之一,而大气透过率修正是大气中目标辐射测量必需的一个环节.在传统的辐射测量方法中,利用大气观测设备和大气辐射传输计算软件测量计算大气透过率及程辐射,不确定度在10～20%左右,而目标红外辐射反演精度在12～23%左右.为提高辐射反演精度,提出了一种新的辐射测量方法,利用...     

A near-infrared methane detection system using a 1.654 µm wavelength-modulated diode laser

By adopting a distributed feedback laser (DFBL) centered at 1.654 µm, a near-infrared (NIR) methane (CH4) detection system based on tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) is experimentally demonstrated. A laser temperature control as well as wavelength modulation module is developed to control the laser’s operation temperature. The laser’s temperature fluctuation can be limited within the range of ?0.02—0.02 °C, and the laser’s emitting wavelength varies linearly with the temperature and injection current. An open reflective gas sensing probe is realized to double the absorption optical path length from 0.2 m to 0.4 m. Within the detection range of 0—0.01, gas detection experiments were conducted to derive the relation between harmonic amplitude and gas concentration. Based on the Allan deviation at an integral time of 1 s, the limit of detection (LoD) is decided to be 2.952×10-5 with a path length of 0.4 m, indicating a minimum detectable column density of ~1.2×10-5 m. Compared with our previously reported NIR CH4 detection system, this system exhibits some improvement in both optical and electrical structures, including the analogue temperature controller with less software consumption, simple and reliable open reflective sensing probe.     

Influence of laser wavelength instability, polarization fading and phase fluctuation on local heterodyne detection wavelength scanning BOTDR

In this paper, the influence of laser wavelength instability, polarization fading and phase fluctuation on local heterodyne detection wavelength scanning Brillouin optical time domain reflectometer (WS-BOTDR) is theoretically analyzed, and a local heterodyne detection WS-BOTDR system is built for experimental verification. The experimental results show that with the increase of sensing distance, the adverse effect of laser wavelength instability, polarization fading and phase fluctuation on local heterodyne detection WS-BOTDR is gradually aggravated, which will lead to the broadening and distortion of the wavelength power spectrum (WPS), resulting in large errors in demodulated Brillouin central wavelength (BCW) and temperature. The average temperature measurement errors at the positions of 1 km, 5 km, 9 km non-heating section and 9.45 km heating section are 1.76 °C, 3.42 °C, 3.89° C and 4.3 °C, respectively.     

Design and implementation of a non-mechanical scanning F-P type laser warning method

In the laser warning system, a non-mechanical scanning Fabry-Perot (F-P) type laser warning method and its crucial component-laser incident sensor design method are brought out, and the F-P etalon with the interferometric filter combination is adopted. For the incident laser pulse with a certain wavelength, the transmittance difference of the interferometric filters is independent with polarization of incident light, and descends almost linearly as the incident angle gets wider. A laser incident angle sensor experimental platform is built up, and the experiment is carried out with a given laser range finder. As the results indicate, when the incident angle is less than 5°, the transmittance difference measured by the laser angle sensor is significantly lower, and the deviation is more than 10%. While the incident angle is greater than 10°, the deviation is reduced significantly.     

非近轴光束下铌酸锂晶体的电光效应

为了研究电场一定时,光束在非近轴条件下铌酸锂晶体的电光效应,采用折射率椭球张量的循环坐标变换方法,理论上推导了光轴正交截面上折射率分布的解析式,讨论了折射率、相位延迟以及透射率与光束入射方向之间的关系,并且进行了实验验证,取得了透过率随光束与光轴夹角α的实验数据。结果表明,y方向加电场时,入射光小角度偏转将引起x方向感应折射率以及光束透射率的明显变化,而y方向的感应折射率不变;光束与光轴的夹角α对铌酸锂晶体电光性能的影响远远大于光矢在x-y平面与x轴正半轴的夹角β对其的影响;x方向加电场时感应折射率同y方向加电场时类似,但此时相位延迟更小,在0°~0.4399°夹角范围内,前者的透过率变化较后者慢,并且在0.45°之后呈现出交替变化的规律,当夹角为0.5°,0.680°等位置时,它们具有相同的透过率。这一结果对利用角度调节以改善铌酸锂晶体的电光性能具有一定的指导意义。     

Power conversion efficiency of quantum dot laser diodes

The power conversion efficiency of laser diodes with an array of quantum dots in the active region is analyzed. A model is proposed which allows analytical determination of the optimal cavity length corresponding to the highest conversion efficiency for a given output power. A comparison is made with experimental data for high-power lasers based on submonolayer quantum dots emitting at 0.94 μm. __________ Translated from Fizika i Tekhnika Poluprovodnikov, Vol. 34, No. 5, 2000, pp. 628–632. Original Russian Text Copyright ? 2000 by Zhukov, Kovsh, Mikhrin, Maleev, Odnoblyudov, Ustinov, Shernyakov, Kondrat’eva, Livshits, Tarasov, Ledentsov, Kop’ev, Alferov, Bimberg.     

周期层数及入射角对一维光子晶体带隙的影响

一维光子晶体基本周期的介质折射率取n2=1.5和n3=2.5,采用传输矩阵法,通过For-tran编程进行数值计算,分别得到了不同周期层数(N)及不同入射角度(θ1)下的一维光子晶体透射谱;从光子带隙频宽、带隙中心位置及带隙中心的透射率值等方面,分析并讨论了周期层数及入射角对一维光子晶体带隙特性的影响。结果表明,随着N值的增加,带隙中心的透射率值迅速减小,当N增至16层时,一维光子晶体基本形成;此外,在0°～85°内,随着入射角度的增加,带隙低频值向左移动,高频值向右移动,带隙宽度呈增加的趋势,入射角不影响光子带隙的中心位置。     

激光辐射多功能集成防护镜光学特性与复合技术

为了对激光和微波辐射进行有效防护,研究了防激光-微波-激光探测告警一体化的多功能防护镜与复合技术,采用多功能防护材料与复合技术、夹层材料与真空热压复合技术、抗冲击防溅射眼防护技术、分体和组合式可调防护镜技术进行了多功能防护性能测试,以及环境适应性能、生物效应和工效学测试.介绍了多功能防护镜复合技术特征、光学特性和相关技...     

基于V型腔增强吸收光谱技术的一氧化碳检测研究

论文基于光反馈原理及V型增强腔技术,结合量子串级激光器,搭建了CO吸收光谱检测系统.研究并实现了光反馈效应(反馈相位自动可调)、偶数和奇数腔模式效应、激光器阈值电流降低效应.系统有效反射率达到99.979%,在物理长度为47 cm的光腔内实现了4.48 km有效吸收路径.通过自动调节V型腔长,使光谱分辨率从0.005 3 cm~(-1)提高到0.001 1 cm~(-1).通过阿伦方差分析,确定了最高信噪比的积分时间为53 s.气体压强40 torr,温度20°C时,系统对CO(R(6)吸收线)检测准确度及检测极限分别达到(97.79±0.07)%和(0.49±0.04)ppb.也分析和证明了气体压强对CO的峰值吸收强度、检测准确度及检测极限的影响.     

采用相位法的激光跟踪系统设计

为提高激光跟踪精确度,采用相位法改进激光跟踪系统,发射机采用正弦信号调制激光功率,接收电路采用四象限雪崩光电二极管(APD)检测激光回波,通过快速傅里叶变换(FFT)计算失调角,稳定平台保持视轴稳定,并根据失调角跟踪目标。失调角误差是跟踪误差的主要因素之一,与信噪比和数据长度成反比,系统通过滤波、高速采样提高测量精确度。仿真时载体扰动幅度为5°,信噪比为0 dB,干扰信号为目标信号的100倍,系统能准确识别目标,跟踪误差为0.033°,表明基于相位法的跟踪系统具有多目标、高精确度跟踪能力。