可控温双向反射分布函数测量系统的研制

基于单一参考测量法的测量原理,研制了一套测量温度最高可达500℃的多光谱双向反射分布函数测量系统.光源采用从可见光的0.6328μm到中远红外的10.6μm波长的激光器,针对不同波长的激光器选择相应的光电探测器,利用转角装置来实现光源、探测器和试样相对位置的变化,通过加热炉对试样进行加热,采用模糊PID控制器进行温度的控制,控制精度为±1℃.在可见光和红外波段下,利用标准白板对测量系统进行实验误差标定,通过对实验数据进行分析,测量误差小于15%.该装置可应用于不同温度下材料表面空间反射特性的测量.     

MEMS红外光源光谱特性及温度特性测试研究

MEMS红外光源是基于微机电系统(MEMS)制造工艺的红外光源器件,为明确MEMS红外光源的辐射光谱分布特性和温度特性,采用SR5000光谱辐射计对MEMS红外光源进行辐射光谱分布特性测试,所得数据表明所选光源的红外光谱分布主要在3~5μm之间,中心波长位于3.6μm,该波段红外光具有接近90%的大气透过率;采用红外测温仪和热敏电阻对光源辐射体温度进行测试,结果显示所选MEMS红外光源温度特性优良,适用范围广泛。     

8～12μm红外图像生成装置

介绍了一种将可见光图像转换为红外图像的装置.装置的核心器件是利用MEMS工艺制作的可见光/红外图像转换芯片.红外图像生成装置包括可见光图像生成系统、可见光/红外图像转换系统以及红外图像投影光学系统三部分.红外图像生成装置产生的红外图像辐射波段覆盖8~12μm,分辨率达到了20 lp/mm,可模拟温度范围为20~150℃,图像非均匀性小于5%,几何畸变小于3%.     

硅基MEMS红外光源光谱特性测试研究

硅基MEMS红外光源作为红外应用系统的核心部件,其光学辐射特性直接影响着整个红外装置的性能,然而,国内外对于硅基MEMS红外光源的辐射特性尤其是辐射光谱特性未见详细报道,因此,为确定硅基MEMS红外光源的辐射光谱分布,对MEMS红外光源光谱特性进行准确测试是非常必要的。实验采用OL(Optronic Laboratories)系列光谱测量系统对MEMS红外光源进行光谱特性测试,相对辐射光谱测试结果显示该光源的红外光谱波段主要分布在3~5μm,中心波长在3.6μm处,其大气透过率接近90%,具有很好的大气透射度。     

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MS9020D为手持式光测量仪器,由一个LC或LED光源和一个光功率计组成,其中可选的4种LD光源、7种LED光源、8种传感器和一种反射损耗测量单元都是插入式结构,非常便于现场更换。MS9020D覆盖0.66μm、0.85μm、1.3μm和1.55μm波段,测量光损耗范围高达67dB,回波损耗范围0到     

用双向反射法测量漆层的红外发射率

介绍了一种常温红外发射率测量方法。利用双向反射分布函数测量系统,通过对物体表面双向反射分布的测量来获得其方向发射率。给出了测量原理、实验和分析。并对４种掺有隐身材料的灰、绿、草绿和黑色漆层进行了２．５￣１４．５μｍ波段的方向发射率测量。     

典型目标的BRDF实验室测量与模型验证

通过研究典型目标双向反射分布函数实验室测量与建模的方法分析目标的散射特性.给出F4(聚四氟乙烯)粉压制板及所测样品的反射光强度,通过经标定过的反射标准板传递,在半球空间内计算出样品在红外(1.06μm)波段的双向反射分布函数.根据五参数半经验统计模型和遗传算法,对各样片的BRDF进行了优化建模.按照模拟实验数据的标准均方误差最小的标准选择了模型参数.并将实验测量结果与模型输出进行了比对.结果表明该方法是分析目标散射特性的可行性方法.     

室内可见光通信光功率分布的实验研究

室内可见光通信技术是基于白光LED（发光二极管）照明光源的无线光通信技术,在机场、医院等严格限制电磁干扰的场合可替代射频通信,应用前景广阔。鉴于室内可见光在传输过程中墙壁反射引起的多径效应对信号传输质量的影响,本文在4.0m×4.0m×2.8m的房间内测量了室内可见光系统光源的光功率分布,结果表明光源的光信号经墙壁反射,会造成严重的多径效应,从而产生码间干扰。本文对室内可见光功率分布的仿真研究进行了实验验证,实验结果与理论仿真研究基本吻合。     

低偏振超宽光谱分色膜设计与制备

可见/红外超宽光谱分色片是星载中分辨率光谱成像仪III 型光学系统中的重要光学薄膜器件。利用诱导透射原理,采用金属-介质膜系结构加非对称等效导纳匹配层,实现了45°入射时0.4~1.05 μm光谱高效透射,1.35~13 μm波段光谱高效反射,从而将入射光束分配到不同的光路。同时通过消偏振控制设计,获得了可见近红外波段低偏振灵敏度（LPS）。所研制的分色片可见近红外波段平均透射率大于85%,LPS小于4%;短波及长波红外波段平均反射率大于90%。     

基于纳米黑硅的新型MEMS红外光源

结合等离子体处理制备黑硅技术,研究了一种可用于非色散红外吸收光谱(non-dispersive infra-red,NDIR)气体传感器的微机电(micro-electro-mechanical systems,MEMS)红外光源。相较于其他MEMS红外光源,该光源以新型纳米黑硅材料作为辐射层,黑硅的近黑体特性使光源在3~5μm波段发射率可达到98%以上。光源采用四梁固支悬浮薄膜结构,可有效减小辐射区向硅基底的热传导;采用深反应离子刻蚀(DRIE)进行背面释放,有效减小了器件的尺寸。经测试,该光源的光谱辐射特性和调制特性均能满足NDIR气体传感器的要求,且简单的制备工艺使该光源易于实现大规模重复性制造,利于实现产业化推广。     

光学镜面污染对激光传输特性的影响

光学镜面的散射对光学系统的性能有十分重要的影响。选用可见光0.632 8m、近红外光1.053 m 和热红外光10.6 m 三种激光波长，利用修正的米氏理论和光学表面的双向反射分布函数（BRDF）研究光学镜面在不同污染条件下激光的传输特性。研究结果表明:当镜面粗糙度远远小于入射光波长（ ）时，干净镜面的散射强度与成正比，与成反比。污染镜面散射强度与污染颗粒的尺寸和数量有关，颗粒分布越复杂，散射越显著。另外，波长越短，BRDF 越大，散射越复杂。     

Four‐junction spectral beam‐splitting photovoltaic receiver with high optical efficiency

A spectral beam‐splitting architecture is shown to provide an excellent basis for a four junction photovoltaic receiver with a virtually ideal band gap combination. Spectrally selective beam‐splitters are used to create a very efficient light trap in form of a 45° parallelepiped. The light trap distributes incident radiation onto the different solar cells with an optical efficiency of more then 90%. Highly efficient solar cells including III–V semiconductors and silicon were fabricated and mounted into the light trapping assembly. An integrated characterization of such a receiver including the measurement of quantum efficiency as well as indoor and outdoor I–V measurements is shown. Moreover, the optical loss mechanisms and the optical efficiency of the spectral beam‐splitting approach are discussed. The first experimental setup of the receiver demonstrated an outdoor efficiency of more than 34% under unconcentrated sunlight. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

频率上转换中信号模式识别研究

使用上转换材料可有效地将红外射线转换为可见光。对于确定的上转换材料,当 选用恰当的激发光源进行激发时,可得到唯一确定的转换光谱;使用上转换材料将红外射线转 换为可见光这种技术,有很好的私密性,可安全、有效地用于防伪鉴真识别技术中。本文在光 学频率上转换理论上,建立了弱光光谱检测系统,使新型光谱发射器件、专用光电接收器件、 光德波器件和光电混合集成模块、专用弱光信号处理及补偿芯片等元件实现优化组合和匹配。     

缺陷为增益介质的光子晶体光放大特性的研究

为了研究含缺陷层为增益介质的三元1维光子晶体的光学特性,采用光学传输矩阵的方法进行了理论分析。结果表明,增益缺陷层厚度及光学常数的变化对于红外区的禁带结构影响不大,增益介质层主要对中心波长为1.8μm所处的透射带带边波长的放大效应特别明显。还研究了增益介质缺陷层的厚度、光学常数的变化对于红外区透射带边(2.1869μm)波长的光放大效应;当增益介质厚度为0.0101μm,n=5.03+0.124i时,可以获得在波长2.1869μm处透射系数为428的光放大。在红外区,光放大波长随着中心波长的变化而变化,但该波长都是在中心波长所处透射带的带边处。该结果可为以光子晶体作为激光增益介质的研究提供理论指导。     

红外光导探测器组件的串音研究

作为目标探测与成像系统的核心器件,红外探测器组件的空间分辨能力会直接影响探测系统的成像质量。通常使用调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)对该能力进行评估。而探测器组件的电学串音和光学串音则是影响其MTF的主要因素。利用锁相系统测试了红外探测器组件的电学串音,同时用一套弥散斑直径为30μm的红外小光点测试系统测试了红外探测器组件的线扩展函数(Line Spread Function,LSF)以评价其光学串音。测试结果表明,11.5~12.5μm波段探测器的光学串音明显比8.0~9.0μm波段探测器的大。最后对测试结果进行了分析,为红外探测器组件的光学串音设计提供了参考。     

高精度星上定标漫射板双向反射分布函数绝对测量系统研究

星上定标漫射板双向反射分布函数（BRDF）的测量不确定度直接影响着星上绝对辐射定标的精度。现有的BRDF测量装置难以在功能和测量精度等方面满足星上定标漫射板BRDF测量的要求,在这样的背景下,建立了BRDF绝对测量系统。该测量系统以高亮度、高均匀性积分球辐射源为照明光源、高精度串联式六轴机器人和中空分度盘为BRDF转角主体、宽光谱大动态范围辐射计为光电信号探测单元,通过几何、电子等相关物理量的高精度溯源及标校,实现了星上定标漫射板BRDF小于1%的测量不确定度。     

采用相位板的中波红外共形光学系统设计

为了满足现代军事装备中的侦查需求,提出了一种新型的红外共形成像光学系统,在消除光学头罩引入的复杂像差过程中,采用一对轴向移动的相位板来实现像差动态校正.给出了一个红外共形成像光学系统设计实例,其工作谱段为3.7μm～4.8μm,焦距为40mm,长径比为1.0,瞬时视场为2°,扫描视场为±15°.结果表明,在奈奎斯特频率...     

基于等光频细分重采样的调频干涉测距方法

为了解决调频连续波(FMCW)激光器调制非线性导致的测量信号频谱展宽降低激光干涉测距精度的问题, 采用一种基于等光频细分重采样的调频干涉测距方法, 进行了理论分析和实验验证, 获得了双光路测距系统对不同位置目标信号等光频细分重采样后的波形数据, 并进行了频谱分析。结果表明, 通过等光频细分重采样的方法, 使用细分后的时钟信号点对距离大于辅助干涉光路光程差的目标测量信号进行重采样, 消除了激光器的调制非线性的影响, 并且避免了采样点数不足引起信号失真的问题; 在4.3m测量范围内, 等光频细分重采样测距系统与激光干涉仪相比最大残余误差不超过±18.46μm, 最大测量标准差为23.39μm; 该方法使用的辅助干涉光路光程差很短, 受环境的影响较小, 可以获得稳定的时钟信号, 并且可以减少双光路FMCW测距系统的体积与成本。该研究为长距离、高精度调频连续波测量提供了实用参考。     

128×128 element PtSi infrared CCD image sensor

A new 128×128 element PtSi Schottky barrier infrared image sensor with ITCCD readout structure and PtSi thin film optical cavity detector structure has been fabricated,which has 50μm×50 μm pixels,a fill factor of 40 percent,the nonuniformity of 5% or less and the dynamic range of over or equal to 50 dB.The noise equivalent temperature difference is 0.2 K with f/1.0 optics at 300 K background. In this paper,the principle of operation,design consideration and fabrication technology for the device are described.     

机载高光通量双波段成像光谱仪的设计

分析了成像光谱仪常见结构的优缺点并给出了分析过程,对望远镜系统和光谱成像系统结构进行了合理选择,实现了单一成像光谱仪同时覆盖可见近红外(VNIR)和中波红外(MWIR)双波段。根据研究目标要求设计了一个大F数(VNIR波段F/3,MWIR波段F/2)机载双波段成像光谱仪。该光谱仪双通道共用一个同轴平场无遮挡Schwarzschild望远镜,用二向色分束器分开。双通道光谱成像系统均采用同心共轴的Dyson结构,VNIR波段和MWIR波段光谱分辨率分别达到5 nm和15 nm。为使设计的系统结构合理,介绍了光束分离结构和光谱仪的光束折叠方法。设计结果表明:该系统结构简单,效果良好,谱线弯曲分别小于1.2μm和0.5μm,谱带弯曲均小于0.5μm,偏振灵敏度小于4%,适用高光谱分辨率机载双波段成像光谱仪。