导弹主动段天基紫外探测像面照度建模与仿真

分析了导弹尾焰紫外辐射原理和能量传递方程,结合导弹主动段运动方程,建立了尾焰紫外辐射模型。考虑大气透过率和地球背景亮度的影响,得到导弹主动段尾焰紫外辐射与探测器像面辐照度关系。基于SBIRS-GEO 预警卫星的探测仿真,比较了不同探测波段下高、低弹道尾焰紫外辐射的像面辐照度变化。结果表明:紫外辐射在大气中的传输特性是影响像面辐照度变化的主要因素;相比于300~400 nm 波段,200~300 nm 波段可以提早发现目标、降低发现高度,更适宜作为探测波段。     

太阳紫外光谱辐射计的研制及丽江外场实验

为了实现对太阳直接光谱辐照度的地基观测,研制了一台用于测量太阳直射光谱辐照度绝对值的扫描式紫外光谱辐射计,工作波段250～400nm,通过太阳跟踪器及二维转台等设备实现地基观测时对太阳的自动跟踪.以NIST标准光源标定了这台光谱辐射计光谱辐照度响应度,定标误差2.4%.在云南丽江地区(26°52'N,100°13'E)开展的地面太阳直射紫外光谱辐照度观测试验进一步检验了仪器的性能.结果表明:时间、云量和大气气溶胶等因素对抵达地表的太阳直射紫外光谱辐照度有直接的影响.     

基于可调谐激光器的太阳光谱辐照度仪定标方法

太阳光谱辐照度仪是利用棱镜分光技术对太阳直射辐射进行连续光谱测量的新型仪器,为了实现高精度观测要求,开展了基于可调谐激光器的系统级定标方法研究。使用激光导入积分球产生的均匀辐照度场作为定标光源,利用标准辐照度探测器作为传递标准,将低温绝对辐射计的辐射标准传递到太阳光谱辐照度仪。在仪器的870 nm波段进行了定标实验,与标准灯法、Langley法得到的定标系数进行比对,偏差分别为2.84%和4.08%,验证了该方法的可行性。根据不确定度评估规范,这种定标方法的不确定度优于0.882%,可以用于高精度的太阳光谱辐射观测。     

空间遥感紫外光谱辐射计辐照度定标研究

构建了由150 W大功率氘灯、1 000 W石英卤钨灯及球面反射镜组成的平行光光谱辐照度定标单元,解决了多数光谱辐射计由于在紫外波段响应度低、信噪比小导致的定标困难,也满足了空间遥感类光谱辐射计的辐照度定标要求.分两个波段标定了紫外光谱辐射计160～400 nm波段光谱辐照度响应度,其中160～250 nm定标不确定度4.7%,250～400 nm定标不确定度2.7%.     

非制冷氧化钒红外焦平面像元光学设计与试验验证

非制冷氧化钒红外焦平面像元光学设计旨在提高像元对红外辐射的吸收性能。由于非制冷红外探测器的工作波段通常在8~14?m范围内,要求像元在这个波段内具有较高的红外吸收率。采用光学导纳理论,进行像元微桥结构多层光学膜系优化设计。在器件工艺过程中,调节了桥面膜厚和高度,使桥面与Si衬底上金属反射层之间形成一个谐振腔结构。通过红外傅里叶反射光谱和相对光谱响应测试分析验证表明:像元微桥结构光学设计后,增强了非制冷探测器微桥结构像元在8~14?m波段的红外吸收率和相对光谱响应。     

应用于深紫外波段的AlGaN光电探测器研究

本文报道了肖特基二极管深紫外光电探测器的制备.此器件制作在GaN外延层上,其中外延层利用金属有机化学汽相沉积(MOCVD)的方法生长在4in的Si(111)片上.利用光谱响应度测量法确定GaN的截止波长在近紫外波段(200～400 nm);在紫外波段(5～20 nm),利用位于Berliner Elektronen speicherring-Gesellschaft ftir Synchrotronstrahlung (BESSY)的PhysikalischTechnische Bundesanstah(PTB)设备完成了绝对光谱响应度测量与同步加速器辐射.此工作是在欧洲空间局(ESA)支持的盲区太阳探测器项目框架下完成的.     

中红外平面光栅光谱仪系统光学设计与优化

利用红外热电堆阵列探测器作为光接收器,以小型化且能满足一定光谱工作范围和光谱分辨率为设计指标,根据光谱仪器设计理论和像差理论,设计了一种Czerny-Turner结构中红外平面光栅光谱仪。系统采用双离轴抛物面镜作为前置光路缩减了光学系统尺寸,采用超环面聚焦镜校正了像散。运用ZEMAX设计软件对中红外平面光栅光谱仪的前置光路、色散成像系统进行设计、优化和分析。最终分析结果表明,该系统光谱工作范围为8.04~13.96 m,光谱分辨率优于80 nm,F数为2,光学结构特征尺寸约为150 mm200 mm70 mm,满足设计指标。     

面阵CCD光谱响应测试及不确定度评估

基于单色仪法对面阵CCD进行光谱响应测试,并对测试结果的不确定度进行全面评估。介绍单色仪法测试CCD光谱响应的原理;选用硅陷阱探测器作为标准探测器,搭建测试装置,得出400~1000 nm波段内面阵CCD光谱特性参量,其中峰值波长为602 nm,中心波长为580 nm,光谱带宽为402 nm;以632 nm处光谱响应测试为例,建立不确定度评估模型,分析了包括面阵CCD辐照度响应非均匀性、溴钨灯稳定性、单色仪出射波长重复性和准确度以及图像采集处理系统的稳定性对测试的影响。应用模型计算得出测试结果的合成标准不确定度为4.3%(k=1),满足面阵CCD光谱响应测试精度要求。     

星载激光告警系统的背景辐射特性研究

阐述了星载激光告警系统在空间环境下的各种背景辐射源的辐射特性,以400 km的低轨道侦察卫星的激光告警系统为例,建立了各种辐射源在宿主星位置处的光谱辐照度模型,并进行了数值计算;假定告警系统告警波长为1.315 μm,探测器工作波段为1～3 μm,计算了各辐射源在宿主星位置处对应1.315 μm波长的光谱辐照度和1～3 μm波段内的总辐照度,并进行了比较分析,结果表明:星载告警系统的主要背景辐射源为太阳和地球,它们在告警波长处的光谱辐照度分别为39.9 mW/cm~2,10.9 mW/cm~2,在1～3 μm波段内的总辐照度分别为38.9 mW/cm~2,10.35 mW/cm~2,在实际工作中应采取研究专门的背景抑制技术对太阳辐射和地球辐射进行有效抑制.     

关于太阳辐射与气候实验任务的综述

美国航空与航天管理局(NASA)地球观测系统(EOS)的太阳辐射与气候实验(SORCE)任务由装在小卫星上的四台仪器执行,这四台仪器在1nm～2000nm的波长范围内测量太阳的总辐照度和光谱辐照度。太阳辐照度是地球大气中的主要能源,地球大气中的许多化学过程和动力学现象都是因太阳辐照度而发生的。因此,SORCE的测量结果将为美国航空与航天管理局的EOS计划提供必要的条件以深入了解气候系统中的这一主要变量。在5年或者更长的周期内,SORCE将以6小时的节律提供关于太阳总辐照度和光谱辐照度的科学数据。SORCE研究组将研究太阳辐照度有多大的变化、这种变化对地球大气有何种影响以及太阳的磁结构如何改变其辐照度。 SORCE的四台仪器是总辐照度监测仪(TIM)、光谱辐照度监测仪(SIM)、太阳恒星辐照度比较实验(SOLSTICE)和超紫外光度计系统(XPS)。总辐照度监测仪是一台有源空腔辐射计,它在结构上同以前的VIRGO、ACRIM和ERBS等空腔辐射计差不多,但在传感器和电路的设计上却有明显的改进。总辐照度监测仪将提供可直接写成太阳辐照度单位的太阳总辐照度测量结果,测量的绝对精度为0.01％,相对精度为每年0.001％。光谱辐照度监测仪是一台费里棱镜光谱仪,它把一个电代换辐射计作为参考探测器,把Si光电二极管和InGaAs光电二极管     

污染云团红外光谱多目标识别系统

建立多目标污染云团红外光谱的识别系统 ,适合于从被动傅立叶变换红外光谱仪( FTIS)实时遥感获取的混合光谱中识别出目标。其目的为了提高实时监测报警系统的正确报警率 ,且利于整机处理的硬件化。该系统可对多目标光谱并行识别 ,也可对单一目标识别。最后给出该系统对模拟剂的识别结果。     

基于多谱段集成检测的宽光谱AOTF性能测试系统

声光可调谐滤波器(Acousto-Optic Tunable Filter, AOTF)是一种新型分光器件,近年来在光谱分析技术领域得到广泛应用.首先分析了AOTF的分光特性及驱动要求,介绍了AOTF器件的关键性能指标和测试方法.其次针对AOTF器件性能设计了专用测试系统.系统采用单色仪作为光源,通过多谱段集成检测方法,能对宽光谱AOTF器件进行驱动频率匹配、衍射效率和光谱分辨率的测试.测试系统波长的覆盖范围是400~3 200 nm,光源稳定性优于98%,光谱分辨率在450 nm处小于0.4 nm,在2 400 nm处小于2.0 nm.最后以短中波晶体的测试为例,验证了该测试系统的功能及性能,达到了设计要求.基于多谱段集成检测的宽光谱AOTF性能测试系统由于其高效、便捷等特点,具有很强的工程应用价值.     

偏振光谱识别光学系统的复原方法与设计

为准确方便获取4个波长相关的斯托克斯参量,可采用强度调制型偏振光谱成像技术,从偏振光谱强度调制理论与傅里叶变换解调方法入手分析推导计算了偏振光谱信息的复原过程,据此得到了系统的基本结构。以模块化设计的思路分别设计了光谱部分光学系统的前置望远物镜及Offner分光系统,设计结果实现了在400~1 000 nm谱段光谱分辨率1.24 nm,并结合光谱系统参数匹配设计完成了前端偏振光谱调制模块,给出了一套完整的设计实例。最后通过实验验证了偏振光谱调制模块设计的合理性与傅里叶变换解调方法的可行性,为偏振光谱信息复原奠定了基础。     

光谱型太阳辐射观测仪光学系统设计

为了实现太阳光各波长下观测,针对现有的太阳辐射观测仪光谱测试范围窄、光谱分辨率低的缺点,提出了一种运用光谱测量技术实现高分辨率太阳观测仪光学系统的设计方案。结合太阳辐射观测仪的使用环境与太阳光的特点,利用光纤、余弦校正器等器件设计了太阳辐射观测仪的收光系统。根据太阳光的光谱范围以及光谱分辨率的要求,设计了多通道、高分辨率的太阳辐射观测仪分光系统。实验与设计结果表明:光谱分辨率优于20 nm,能够实现太阳的光谱观测。满足太阳辐射观测仪宽光谱、纳米分辨率等要求。     

星载EMI在轨光谱定标方法研究

于 2018 年 5 月 9 日搭载高分五号卫星发射的大气痕量气体差分吸收光谱仪 (EMI) 为紫外可见波段高分辨率 成像光谱仪。为考察其在轨光谱性能, 首先采用波长寻峰法即以太阳 Fraunhofer 线作为特征峰以快速获取载荷的光谱 范围, 然后采用谱线匹配法获取载荷空间维度的光谱弯曲值, 最后采用光谱拟合法获取光谱分辨率的变化。寻峰法通 过与标准 Fraunhofer 线进行比对找寻特征峰, 得到其标准波长及对应像元, 经二阶多项式拟合可得到像元-波长对应关 系。谱线匹配法通过 Pearson 相关系数法作为判据, 即利用两谱线之间相关系数作为匹配结果的判断条件, 得到测量 谱线与标准谱线间的偏移值, 定标结果满足定标精度高于 0.05 nm 的要求。光谱拟合法通过求解将测量谱与高分辨率 太阳参考谱拟合, 可以分析光谱分辨率变化。对 2019 年 1 月 7 日全天 15 轨数据的分析结果表明, 光谱分辨率在一天 内的变化一致, 其单行标准差不超过 0.01, 因此在之后仪器长时间运作或受到干扰情况下, 利用此方法对其性能衰变 进行分析具有重要意义。     

掺铥光纤激光器波长可调谐输出特性

利用1 550 nm光纤激光器搭建了一个同带泵浦环形腔掺铥光纤激光器,并对其光谱输出特性进行了研究。在1 550 nm激光泵浦下,1.6 m掺铥光纤自发辐射谱覆盖1 800~1 900 nm范围,3 dB带宽大于60 nm;通过在腔内插入隔离器,获得了线宽小于0.2 nm的激光输出,中心波长在1900 nm附近;进一步在腔内加入FP腔,获得了可调谐的窄线宽输出,光谱调谐范围达60 nm,覆盖从1 840~1 900 nm的光谱范围,激光线宽仅为0.07 nm。另外,在腔内使用通信波段用FP腔,同样获得了较宽调谐范围的窄线宽输出。输出光谱分为1 820~1 850 nm和1 865~1 915 nm两个区域,调谐范围共达80 nm。结合使用2 000 nm FP腔的可调谐光谱范围,该激光器在1 820~1 915 nm的范围都可以获得激光输出,与掺铥光线的自发辐射谱基本相符。     

荧光偏振短距激光雷达测量生物战剂/气溶胶

基于激光诱导荧光（LIF）原理和弹性散射作用于非球形粒子上产生的偏振特性,设计研制了短距测量荧光和偏振激光雷达:采用了三个激光光源、两个接收望远镜、一个退偏组件和一个荧光光谱特征分析光谱仪,设计遥测探测距离为200 m至数千米。荧光测量采用了Nd:YAG激光器的三倍频355 nm和4倍频266 nm输出,激光束脉冲宽度约为6 ns,重复频率为20 Hz,荧光接收光学及光谱分析子系统由25.0 mm口径的f/4牛顿望远镜,车尔尼特纳光谱仪和32通道的光电倍增管（PMT）等组件组成;偏振和弹性散射信号由孔径12.5 mm的卡塞格林望远镜接收。荧光测量的信噪比仿真计算表明:以最小SNR=10作为参照,在1 km距离上,白天探测不到数浓度为10 000个/升的战剂云团,但在夜间则可以获得较好的信号强度;偏振测量结果初步分析表明:（1）退偏比表现出较强的波长依赖性;（2）多波长退偏比测量可以显著提高生物战剂的鉴别能力。     

超长六角多型纳米碳化硅晶须的光学性质

采用改进的PECVD技术首次制备出六角多型碳化硅纳米晶须。高分辨率电镜观察其直径在2~6 nm之间。长度为0.3 mm~6 mm。拉曼光谱表明它是六角多型(4 H)纳米碳化硅晶须。紫外光激发出现高强度蓝光发射。随着激发强度的增加,在397 nm处的蓝光强度即刻上升,并溢出,其宽度急剧减小,可能是蓝色激光。     

离子束溅射宽带吸收薄膜设计与制备技术研究

Si薄膜在可见光和近红外波段具有一定的吸收特性,可用于宽带吸收薄膜的制备。采用离子束溅射技术,在熔融石英基底上制备了不同沉积工艺参数的Si薄膜,基于透、反射光谱和椭偏光谱的全光谱数值拟合法,计算了Si薄膜的光学常数,并研究了氧气、氮气流量对其光学特性的影响。选择Si和Ta2O5作为高折射率材料、SiO2作为低折射率,设计了吸收率为2%和10%的宽带（1 000~1 400 nm）吸收薄膜。采用离子束溅射沉积技术,在熔融石英基底上制备了宽带吸收薄膜,对于A=2%的宽带吸收光谱,在1 064、1 200、1 319 nm的吸收率分别为2.12%、2.15%和2.22%;对于A=10%的宽带吸收光谱,在1 064、1 200、1 319 nm的吸收率分别为9.71%、8.35%和9.07%。研究结果对于吸收测量仪、光谱测试仪等仪器的定标具有重要的作用。     

近红外光谱透射法测量废水化学需氧量(COD)的光程选择

在用近红外光谱法测量废水化学需氧量(COD)时,水是一个强干扰因素,如何选择合适的光程长以提高测量灵敏度,减少测量误差很重要.本文通过在傅里叶变换近红外光谱仪上用透射光谱法测量废水COD实验来讨论废水测量的光程选择.采集了60个养猪废水水样,分别用1mm、2mm、5mm和10mm的样品池作对比研究,用PLS回归建模,比较不同光程长对废水COD预测的效果,结果显示在800~1350nm谱区选用10mm的光程,在1350~2500nm谱区选用1mm或2mm的光程测量,使用双光程组合方法建模可以提高模型在800~2500nm谱区的预测性能.该光程组合方法对其它复杂组分的水溶液的近红外定量测量也具有一定的参考意义.