分子Faraday旋光红外滤波成像技术研究

分子Faraday旋光红外滤波成像器件是一种具有梳状离散透射谱的新型滤波器件。该器件透射光谱由分子能级跃迁决定,因而同时具备高光谱分辨能力及高光学稳定特性。通过顺磁性分子的Faraday旋光效应研究,建立分子Faraday滤波器件的理论模型,并利用量子级联激光光谱技术对滤波器件进行了谱型测试;探讨该技术在红外成像探测系统中的应用,进行基于Faraday旋光红外滤波成像技术的燃烧诊断初步试验,获得了燃烧环境中不受H₂O红外辐射影响的纯NO图像。试验结果表明, Faraday旋光红外滤波成像技术在红外成像遥感探测,尤其是燃烧系统微量成分探测中具有较强的实用性和明显的优越性。     

原子法拉第效应器件稳频与鉴频测速的多普勒激光雷达

利用FADOF透射频谱曲线稳定而又可调谐的特点,设计了一种测速多普勒激光雷达,一方面用其对发射激光稳频,同时用同种原子的FADOF对回波光鉴频,使发射激光频率和鉴频曲线建立了相对稳定的关系,可有利于提高测速精度。试验系统采用Cs原子FADOF,在-40~+40m/s的测速范围内,测速误差为±0.74m/s。     

QCLAS在JLMPGF6.5发动机CO体积分数测量中的应用

为了精确测量吸收光谱，并尽量减小温度与湍流波动对光谱测量结果的影响，采用谱线模拟仿真模拟和20kHz高频扫描的方法，选取中红外基频跃迁带内低温度敏感性谱线P(10)，进行了理论分析和实验验证，取得了发动机CO吸收光谱及其体积分数随时间变化的数据，变化范围为(153±123)×10-6。结果表明，P支谱线扫描范围内可降低48.28%目标气体温度变化对体积分数反演的影响。该方案能够为发动机尾气CO激光遥感测量提供一个高速、精准、实时的监测方案。     

O3辐射源星载干涉仪测风不确定度分析

星载气辉成像干涉仪采用临边观测模式,可以获取全球范围内大气风场的空间分布信息及时间演化信息,是国际卫星遥感领域的研究热点。基于O3辐射源的Michelson星载成像干涉仪在红外波段工作,能够全天时探测平流层区域的大气风场,却存在更为复杂的测风不确定度。鉴于此,在临边观测正演仿真的基础上,开展了仪器热背景辐射研究及测量噪声分析,给出了大气信号测量噪声及仪器热背景噪声引起的大气风场速度误差数值,并通过表观量仿真及信噪比分析,得到了视向风的误差廓线。不确定度分析表明,基于O3辐射源的Michelson成像干涉仪在星载条件下可全天时探测15~45 km范围内的大气风场,反演精度优于1~2 m/s。该研究为基于红外辐射源的大气风场测量提供了重要的理论指导。同时对红外Michelson成像干涉仪的研制具有重大的工程意义和实践价值。     

火山SO2排放速率反演

SO₂紫外相机因在时间分辨率、空间分辨率、探测灵敏度以及探测精度等诸多方面均具有显著优势而成功应用于火山活动监测及其动力学研究。为解决紫外相机反演SO₂排放速率容易受烟羽湍流及图像低对比度影响等问题,提出了融入神经网络的光流算法。首先,基于大气紫外辐射传输特性,阐述了SO₂紫外相机的工作机理及SO₂浓度图像的反演方法;其次,将神经网络融入光流算法,实现了火山烟羽图像中SO₂排放速率的精确反演;最后,与传统光流法进行对比,论证了神经网络光流算法的科学性及优越性与精确性。实验结果表明：在图像低对比度及烟羽湍流效应的双重影响下,神经网络光流法可以把边缘反演的误差从94%降低至5%,显著提高了SO₂排放速率反演的精确性。     

基于O2分子1.27 μm气辉反演临近空间温度廓线的新方法

1.27 μm波段O₂（a¹?_g）气辉的辐射强度高、自吸收效应弱,是反演临近空间大气温度的理想目标源。基于O₂分子气辉光谱理论以及“剥洋葱”算法,利用扫描成像大气吸收光谱仪（SCIAMACHY）的近红外临边观测数据,成功反演50~100 km区域的大气温度廓线。与SABER、ACE-FTS及激光雷达的观测结果对比表明,在55~85 km的切线高度范围内温度测量误差优于±10 K,而在55 km以下与85 km以上空间区域,由于受到自吸收效应、大气散射以及OH气辉的光谱污染等干扰,温度反演结果出现显著偏差。     

分子滤光红外成像技术及其在光电探测中的应用（特邀）

随着红外成像技术对时间分辨率、空间分辨率、光谱分辨率及光学稳定性需求的不断提升,四者之间的制约矛盾愈加激化。分子滤光器是一种具有梳状离散透射谱型的滤波器件,依靠分子能级跃迁对光波长的分辨实现选择性透射,其效果是光学的,机理是量子的,为该矛盾的解决提供了新的途径。基于分子光谱理论,给出了差量吸收型、磁致旋光型及多普勒调制型三类分子滤光成像技术的工作机理与理论模型,结合研究团队相关工作,分别介绍了差量吸收型分子滤光在机动车尾气遥感监测、磁致旋光型分子滤光在燃烧诊断以及多普勒调制型分子滤光在星载大气风场温度场遥感领域的应用,最后分析了三种机理滤光方法的技术特点与适用性。