紫外-真空紫外空间遥感仪器漫反射板的制备

在铝制漫反射板传统工艺的基础上,提出了紫外-真空紫外遥感仪器使用的铝制漫反射板物理磨砂和化学磨砂的新工艺与检测方法,并搭建了主要测试装置.测试结果表明,新工艺的朗伯余弦辐射特性得到明显改善,在0°与45°入射时,归一化曲线接近标准余弦曲线;300 nm处半球反射率均匀度从0.77提高到0.98;200～400 nm处半球反射率平均提高33%;将其应用于紫外-真空紫外遥感仪器上进行了角度响应测试,漫反射特性明显优于美国2002年发射的同类仪器SBUV/2.     

空间紫外遥感仪器漫反射板真空紫外辐照特性研究

漫反射板漫反射率值的变化将直接影响空间紫外遥感仪器在轨辐射定标结果及探测结果。基于空间紫外辐照环境,构建了漫反射板真空紫外辐照特性研究装置,利用该装置对空间紫外遥感仪器AL+MgF2漫反射板的真空紫外辐照特性进行了研究。实验结果表明,真空紫外辐照加速了漫反射板漫反射率值的衰减;漫反射板在160-300nm整个波段出现衰减现象;衰减程度随辐照时间的增加不断增大;各波长处的衰减呈线性规律变化,衰减速率随波长的不同而不同。对可能引起衰减的原因进行了初步分析。     

空间紫外遥感仪器漫反射板的真空紫外辐照特性

由于漫反射板漫反射率值的变化将直接影响空间紫外遥感仪器在轨辐射定标结果,因此,对各种影响因素进行了研究.基于空间紫外辐照环境构建了漫反射板真空紫外辐照特性研究装置,利用该装置对宅间紫外遥感仪器Al MgF2漫反射板的真空紫外辐照特性进行了研究.实验结果表明,真空紫外辐照加速了漫反射板漫反射率值的衰减,漫反射板在160～300 nm整个波段出现衰减现象;衰减程度随辐照时间的增加不断增大;各波长处的衰减呈线性规律变化,衰减速率随波长的不同而不同.文中对可能引起衰减的原因进行了初步分析.     

紫外-真空紫外材料漫反射特性智能化测试系统

在光谱辐射定标中,漫反射元件是定标的重要组成部分.为此研究了铝漫反射板的制作工艺,以及漫反射材料漫反射特性的研究方法,应用双向反射分布函数BRDF(Bidirectional Reflectance Distribution Function)的概念,设计了一种基于五自由度转台的新型真空紫外漫射特性测试装置.测得正入射和30°入射条件下漫反射材料在紫外--真空紫外波段的漫反射特性,并对结果进行了分析.实验证明,铝漫反射板在紫外--真空紫外波段具有良好的朗伯特性.     

软X射线—真空紫外反射率计

软X射线-真空紫外反射率计系统由光源、单色仪、反射率计、电子学及微机控制系统等几部分组成。可完成各种光学镜面、光栅、成像系统等的性能评价工作,反射率计真空室直径φ800mm,长1200mm,工作波段25～100nm,更换光源和探测器可扩展到1～250nm,角分辨率0.03°,扫描范围0～90°。     

紫外-真空紫外波段的Al+MgF_2膜

Al+Mg F2 膜是真空紫外波段常用的一种反射膜。根据薄膜光学的电磁场理论计算了正入射条件下 Al+Mg F2 膜在真空紫外波段的反射率随氟化镁膜厚度的变化规律。研究了 Al+Mg F2 膜的制备工艺 ,利用 Seya-Namioka紫外 -真空紫外反射率计测得 Al+Mg F2 膜的反射率在 1 50 nm～ 34 0 nm的波段上高于 80 %。Al+Mg F2 膜制备一年后 ,其真空紫外波段的反射率未有明显变化     

紫外-真空紫外波段的Al+MgF2膜

Al+MgF₂膜是真空紫外波段常用的一种反射膜。根据薄膜光学的电磁场理论计算了正入射条件下Al+MgF₂膜在真空紫外波段的反射率随氟化镁膜厚度的变化规律。研究了Al+MgF₂膜的制备工艺,利用Seya-Namioka紫外-真空紫外反射率计测得Al+MgF₂膜的反射率在150nm～340nm的波段上高于80%。Al+MgF₂膜制备一年后,其真空紫外波段的反射率未有明显变化。     

真空紫外反射率的测定

研制了一台测定真空紫外反射率的仪器.在真空紫外区可测量各种反射元件在不同入射角下的反射率.用壁稳氩弧光源在100—200um区对Al十MgF₂薄膜和CVD法制备的SiC镜的反射率进行了测定.并与Al膜的理论反射率曲线做了比较.     

真空紫外Al/MgF_2反射镜

采用三步热舟蒸发制作法研制了真空紫外Al/MgF2反射镜,研究了改善制备工艺有效提升反射率的方法。在两层Al/MgF2反射镜制备过程中,第一步在室温石英基板上快速蒸发厚约70nm的铝膜;第二步在铝膜表面迅速蒸发厚约10nm的MgF2;第三步先对基板加热到一定温度后,再在Al+MgF2的表面上蒸发15~20nm厚的MgF2。通过调整基板温度(室温、100℃、200℃和300℃),研究了基板温度对Al/MgF2反射率的影响。真空紫外反射率计测试结果表明:第二步蒸镀MgF2之后增加基板温度有利于提高反射镜的反射率;MgF2薄膜的厚度对反射镜的反射率起到一定的调制作用,MgF2厚为26.7nm的反射镜在122nm处的反射率达85%。在实验室环境下存放1个月和5个月后,反射镜的反射率没有变化。研究结果为真空紫外光学系统需求的高性能光学元件的研制提供了技术基础。     

长春光机所软X射线-极紫外波段光学研究

综述了我所软X射线-极紫外波段关键技术的研究进展。描述了软X射线-极紫外波段光源技术,研制了工作波段为6~22 nm的微流靶激光等离子体光源;介绍了光子计数成像探测器技术,研制出了有效直径为25 mm,等效像元分辨率为0.3 mm的极紫外波段探测器;开展了超光滑表面加工、检测技术的研究,研制了超光滑表面抛光机,加工出高面形精度的超光滑表面,面形精度为6 nm(RMS值),表面粗糙度达0.6 nm(RMS值);进行了软X射线-极紫外波段多层膜技术的研究,研制出13 nm处反射率为60%的多层膜反射镜,150 mm口径反射镜的反射率均匀性优于±2.5%;最后,讨论了软X射线-极紫外波段测量技术研究,研制出该波段反射率计,其测量范围为5~50 nm,光谱分辨率好于0.2 nm,测量重复性好于±1%。在上述关键技术研究基础上,研制出了极紫外波段成像仪和空间极紫外波段太阳望远镜,这些仪器在我国空间科学研究项目中发挥了作用。     

CaF2, MgF2, SiO2, Al2O3, SiC, LiF, BaF2, and ZrO2 optical single crystals used in studies in the VUV spectral region

Spectral characteristics of single crystals—fluorite, magnesium fluoride, quartz, sapphire, silicon carbide, lithium fluoride, barium fluoride, and fianite—used as materials for optical windows in studies in the VUV spectral region are presented. Spectral and photometric studies of single crystals in the spectral range 30–700 nm were performed on a BM-70 vacuum spectrophotometer. This instrument is equipped with a vacuum chamber for measuring the light transmission and reflection at radiation angles of incidence between 10° and 70°; this allows both characteristics to be measured sequentially in time without breaking vacuum. Replaceable radiation sources (with and without a window) were used to perform studies in the spectral range 30–700 nm, including measurements in flows of atmospheric and inert gases (Ne, He, Ar, N, and H).     

大口径光学元件斜入射反射波前误差测量和计算

针对测量高功率激光驱动装置中大口径矩形反射光学元件的波前误差时测量角度和使用角度不完全相同引入的测量误差,提出了将测量角度下的反射波前转换到使用角度的反射波前的换算及恢复方法。首先分析了将斜入射测量角度下的波前转换到使用角度下波前的余弦换算方法,得到了实际测量角度与实际使用角度下的波前误差计算关系;然后计算并分析了双三次插值算法本身引起的中频PSD1(功率谱密度)误差,指出在满足有效口径测量的情况下,选择的入射角度应该与实际使用的角度尽可能的相接近。最后,基于410mm×410mm的熔石英反射镜开展了误差分析和实验验证。利用该方法将0°反射波前换算到45°反射波前,并将得到的测试结果与45°直接测量得到的测试结果进行了比较。结果显示上述结果的PV值相差0.01λ,RMS值相差0.003λ,PSD1值相差0.08nm;表明该换算方法不仅能够准确计算出使用角度下反射波前的低频误差,而且能获得相对准确的中频段PSD1误差。     

光学传感器星上定标漫射板的特性测量与分析

本文对研制的星上定标漫射板半球反射比(DHR)、双向反射比因子（BRF）、双向反射分布函数（BRDF）等反射特性进行了测量;同时,为了考察其在航天环境下的稳定性和适应性,进行了系列环境模拟试验。结果显示：星上定标漫射板反射率在可见近红外波段可达0.99,光谱差异小于0.01,短波红外波段在0.95以上; 10°~60°BRF变化低于0.1, 0°~60°BRDF变化小于0.048,其方向特性与光谱、紫外辐照关系不大;漫射板光学特性受原子氧、质子轰击影响甚微,而紫外辐照下的反射率衰变是由于有机物污染所致,通过改进工艺能够消除这种衰变;漫射板通过了航天级力学环境试验。研究表明：漫射板具备高反射率、光谱平坦性、朗伯性及其在航天环境下的稳定性,能够满足航天应用要求。     

DETERMINATION OF CONCENTRATION AND TEMPERATURE BY A FABRY-PEROT CAVITY FORMED BY TWO FIBER BRAGG GRATINGS

A sensing system based on a Fabry-Perot cavity formed by two fiber Bragg gratings for simultaneous measurements of temperature and liquid concentration is reported. Detailed analysis and discussion of the spectral transmission characteristics of the device are provided based on Coupled-Mode Theory. Through numerical simulation of spectral transmission, reflection spectra are shown to be influenced by the grating and Fabry-Perot cavity lengths, and sensing properties of temperature and liquid concentration are studied. A fast Fourier transform based demodulation method that simultaneously demodulates temperature and liquid concentration signals of the device was studied. The use of the fast Fourier transform provides absolute measurements with high sensitivity. The temperature sensitivity was 0.0104 nm/°C, the resolution was 1°C, the error of repeatability was 4%, the hysteresis was less than 0.010 nm, and the sensitivity of the measurement on liquid reflection was 0.01%.     

长啁啾光纤光栅传感特性分析及分布式位置识别研究

针对复杂环境下传统位置传感器易受电磁干扰、复合材料兼容性差等缺点提出了基于长啁啾光纤光栅的分布式位置传感系统。通过对长啁啾光纤光栅传感原理的理论分析,得到其反射谱与作用力位置之间的关系,利用相关匹配算法对长啁啾光纤光栅的特征谱序列进行解调,并搭建了基于长啁啾光纤光栅分布式位置识别测试系统。试验结果表明:在0-300mm范围内,其位置传感监测曲线的线性相关系数大于99.98%;与标准位置测试数据进行对比,其误差低于±1mm。该传感方法适用于复杂环境下位置传感系统的分布式测量,具有较高的参考意义和实际应用价值。     

Sensitivity-optimized long-period fiber gratings for refractive index and temperature sensing

A long-period fiber grating sensor was fabricated by periodically changing the structure of single-mode fiber with an electric arc discharge technique. After the fabrication, the refractive index and temperature sensitivities were optimized by etching the cladding with hydrofluoric acid solution. The experimental results illustrate that the thinner cladding shows relatively higher refractive index and temperature sensitivities for the same order cladding mode, which are accordant with that of numerical simulation. After the long-period fiber grating was etched for 15?min, average refractive index sensitivities of 214?nm/refractive index unit (RIU) (1.3333?–?1.3931) and 1987?nm/RIU (1.4115–1.4555) were achieved. An extremely higher refractive index sensitivity of 2731?nm/RIU appears near 1.4555. By systematically studying the temperature sensing characteristic of cladding-etched long-period fiber grating in this work for the first time, the temperature sensitivity can reach as high as 144.23?pm/°C when the ambient temperature changes from 30 to 80°C. This work provides a theoretical reference for the fabrication of a high-sensitivity refractive index and temperature sensor based on arc-induced long-period fiber grating.     

基于离子束溅射Ta2O5薄膜的紫外吸收膜技术

为获得高性能紫外激光薄膜元件,急需研制紫外高反射吸收薄膜,实现吸收损耗的精确测量。本文采用离子束溅射技术,通过调控氧气流量实现了具有不同吸收的Ta_2O_5薄膜的制备。以Ta_2O_5薄膜作为高折射率材料,设计了355nm的紫外高反射吸收薄膜。采用离子束溅射沉积技术,在熔融石英基底上制备了355nm的吸收薄膜,对于A=5%的紫外吸收光谱,在355nm的透射率、反射率和吸收率分别为0.1%,95.0%和4.9%;对于A=12%的紫外吸收光谱,在355nm的透射率、反射率和吸收率分别为0.1%,87.4%和12.5%。实验结果表明,采用离子束溅射沉积技术,可以实现不同吸收率的355nm高反射吸收薄膜的制备,对于基于光热偏转测量技术的紫外光学薄膜弱吸收测量仪的定标具有重要的意义。     

高精度光谱辐射计测量超低光谱透过率

设计并研制了一种基于光栅双单色仪的高精度全自动单光束光谱辐射计。该仪器主要由高稳定氙灯、带有快门的单光阑屏、石英透镜、中性减光片、紫外光栅双单色仪、光电探测器及电控系统组成,测量光谱范围为200~400 nm, 可以实现10^-6~10^-8量级光谱透过率高精度测量,测量过程由自行编制的计算机软件进行自动控制,能实现全自动单光束测量。给出了该仪器的测量原理、测量方法及数据处理方法。利用该仪器测量了紫外滤光片样品的光谱透过率,分析了测量不确定度。实验结果表明,该仪器测量精度高、速度快、测量合成标准不确定度＜3.16×10^-3,完全满足测量精度要求,可应用于对精度要求高的紫外滤光片光谱透过率的测量。     

便携式飞行时间质谱仪在汽车尾气在线检测中的应用

汽车尾气中的挥发性有机物（VOCs）是主要的人为排放污染源之一,排放到大气环境中的VOCs具有很高的反应活性,能够参与臭氧的生成,是形成二次有机气溶胶等污染物的重要前体物质。因此,研制开发适用于现场实时、在线检测VOCs的便携式分析仪器,是现代科学仪器发展的重要方向之一。本工作利用苯系物标准气体对自行研制的便携式膜进样真空紫外灯单光子电离飞行时间质谱仪整机进行性能测试,仪器的质量分辨率优于350,质量精度优于1×10^-4,对苯系物的检测限可达μg/m³级,动态范围优于3个数量级,仪器的总质量小于25 kg。将仪器放置户外对汽车尾气进行现场测试,基于该仪器高时间分辨率的特点,初步研究了汽车尾气排放VOCs的变化趋势与发动机工作状态的相关性。该仪器有望应用于环境应急事故、现场长期监测、化工园区生产工艺过程监控以及无组织排放等领域。