长光程大气湍流发生装置的设计与性能测试

温度场起伏导致空气折射率的起伏,风速的变化影响湍流的动态特性,从而形成光学湍流效应,对大气激光传输产生影响。研制了一种用于研究激光大气传输效应的Herriott长光程大气湍流发生装置,此装置能模拟出温度差范围为10~200℃,风速范围为0~5.8 m/s以及光程为1~100 m的随机大气湍流。分析并测量了在不同温度、风速参数下该装置对激光传输的光束质量影响。实验结果表明,该大气湍流发生装置的性能指标与实际大气湍流性能较为接近,且具有温度范围宽、光程可调、重复性好、准确度高等优点,能够满足大气传输湍流效应的实验要求。     

大气湍流对高速激光通信影响模拟实验研究

分析了大气湍流对高速激光通信影响的研究方法、现状及必要性,建立了高速激光通信用大气湍流模拟装置,提出了大气湍流对高速激光通信影响的模拟实验方案,采用实验室内半实物模拟的方法,利用大气湍流模拟装置模拟中弱强度的湍流,搭建激光传输实验系统,并进行了光强闪烁方差及频谱、到达角起伏方差及频谱等测试,结果表明,该大气湍流模拟装置的光强闪烁、到达角起伏符合-5/3理论,光强闪烁、到达角起伏是影响激光通信性能的主要因素,为深入研究大气湍流对高速激光通信影响提供了有效手段和方法,最后对大气高速激光通信未来的发展方向进行了展望。     

化学量光纤传感器的原理及实验研究

介绍了几类化学量光纤传感器的简单原理。用国产元件建立了一个测量大气中甲烷气体浓度的实验装置,该装置的测量灵敏度约为7000ppm,是甲烷气体在大气中最低爆炸极限的13％。     

国内首台白光激光雷达研制成功

由中科院武汉物理与数学研究所研制的我国首台“白光激光雷达装置”通过验收。据悉,白光激光雷达装置打开了一条遥感探测大气的新途径。 白光激光雷达是激光雷达的一个重要新兴领域,它利用高功率飞秒激光在大气传输中产生的超连续光谱辐射效应实现对大气介质宽光谱范围的空间分辨遥感探测。     

电子激发高空大气辐射模拟装置的研制及初步应用

地球大气组分与高能电子之间的电荷交换和能量传递在极光和气辉等高空大气发光现象中扮演着重要角色。通过搭建基于真空系统的电子激发高空大气辐射地面模拟装置,验证了高能电子对高空中性大气的电离激发及其辐射跃迁机制。该装置可实现从10² Pa过渡到10^-3 Pa超过5个量级的真空梯度、10²～10³ eV能量范围内的电子加速聚焦以及近紫外-可见光-近红外波段的宽光谱测量。将该模拟装置初步应用于N₂和O₂的电子激发实验,比较了大气中两种主要成分的谱线分布特征,发现激发光谱强度与电子能量成正相关,且在相同条件下N₂的激发光谱强度远大于O₂。利用单组分气体的已知光谱带系标定了实际大气的电子激发光谱,结果表明实际大气与纯N₂的激发光谱分布趋于一致但强度有所下降。初步测试与应用表明该装置可用于模拟高能电子沉降过程中与中高层大气组分的碰撞激发反应。     

激光大气传输透射原理及应用

分析了激光大气传输时的衰减过程,介绍了几种情况下的大气散射透射率.以典型的1.06μm激光为例,详细推导了其经大气吸收和散射后的透过率,在此基础上举例说明了运用激光透射规律所设计的一些装置及其应用.     

长光程大气模拟仓实验装置

介绍了一种专用试验设备－－长光程大气模拟仓,该装置由四个主要部份组成：多次反射式吸收池;真空系统;配气系统;测试及监控系统。光程长度为２ｋｍ以上。该装置可用于激光大气传输特性的实验研究,还可以用于大气环境监测、地震予报以及水坝墙体承受压力监控等领域。     

利用液晶空间光调制实现激光大气湍流效应动态仿真

针对工程应用中激光大气传输的特点和要求,分 析大气湍流对激光传输影响的规律和大 气湍流动态效应半实物仿真方法,提出一种多层大气相位屏数值模拟结合液晶空间光调制器 (SLM) 进行波前逆变换的激光大气湍流动态半实物仿真的技术途径。将多层大气相位屏的随机生成 的 相位数据序列经过计算机处理后注入光路中的液晶SLM,激光经过空间光调制后, 远场得到激光光斑的随机相位和强度起伏分布。讨论了远场激光大气湍流效应环境模拟装置 的 基本理论方法、实验依据并进行了初步分析。利用该装置模拟可产生不同类型湍流,并进行 湍 流效应对远场光斑影响的验证实验。本文方法具有实时性好、动态控制、扩展性强和可介入 半实 物仿真系统的特点,是激光大气传输建模与实现半实物仿真的技术途径之一。     

硒化铅薄膜制备

众所周知,3.5～4.3微米是红外辐射大气透过率最高,背景辐射强度最弱的波段。从这个大气窗口能获得工农业、军事等多种红外遥感信息。但工作在这一波段的灵敏探测器一般都需要致冷到77K,只有硒化铅例外,它是迄今为止能在干冰点工作的探测度最高的探测器。硒化铅容易集成多元阵列,因此,可用于手提式夜视装置,红外跟踪和低温测试技术装置中。     

现成设备改进了激光电视系统

利用现成装置,已使廉价的气体光激射器电视系统得到发展,它能在白天或夜晚通过大气进行发射。     

机载大气红外高分辨率光谱的信息量分析

机载红外高分辨率干涉光谱仪（HIS）是遥感大气信息的大气红外背景辐射测量装置。基于HIS红外高光谱大气数据,对大气温度和主要大气吸收气体进行了敏感性分析;并通过引入信息容量的概念,利用一维变分方法,对HIS测量装置遥感探测大气参数的能力进行评估,定量描述了HIS测量的红外光谱反演大气温度和水汽的信息容量、自由度和垂直分辨率等信息,其中温度、水汽的信息容量分别为49.5、25.2;自由度分别为10.5、5.6,温度的平均垂直分辨率为2.2 km,水汽的垂直分辨率为2 km;讨论了HIS的反演精度与仪器测量误差之间的关系,获取了大气温湿廓线的最小可探测精度。     

基于成像的极化浊度计设计与实验验证

采用连续波半导体激光器为发射光源,以电荷耦合器件(CCD)与鱼眼镜头为探测器,设计了一套测量大气分子与气溶胶散射光成像的极化浊度计装置。该装置可实时观测大气样品的散射图像,散射角观测范围为14°~162°,极化角观测范围为0°~360°。利用该装置分别对氮气与水汽进行实时观测,得到其散射图像,其中氮气的散射光与瑞利散射理论相吻合,不同极化角的散射光强与理论值的拟合优度为98%,而水汽散射光随散射角的变化趋势与米氏散射理论的一致性较好。结果表明本装置在定量观测气溶胶散射光方面有潜在的应用价值。     

CO激光大气传输的某些特征

CO激光在4.8～8.0微米范围内有丰富的跃迁谱线。这些谱线有的处在大气透明区范围内,有的却与某些大气组分或一些污染气体的吸收线相吻合。因此,研究CO激光各谱线在实际大气中的传输特性对于大气分子光谱、环境评价、微量气体分析等都具有重要的实际意义。我们用长光程样品池对选支CO激光器各谱线的大气传输特性进行了实验研究。实验装置主要由CO激光光源、外光路系统、样品池及相应的放大记录系统组成。室温XZJ-1     

基于光声光谱和腔衰荡光谱的气溶胶光学特性测量研究

气溶胶光学特性是影响大气辐射强迫的重要因素, 对全球气候起着决定性作用。针对当前气溶 胶光学特性测量仪器存在的测量参数单一、测量不确定度高和溯源体系不完善等问题,本文 将光声光谱(PAS)技术和光腔衰荡光谱(CRDS)技术相结合,实现了气溶胶的消光、吸收及散 射系数同时在线测量, 并研制了一套大气气溶胶多光学参数的高精度在线测量装置。本文测量装置经过NO₂气体 标准物质校准 后,用于大气气溶胶光学特性测量,具有测量相对误差小于4%、测量重复性优于0. 2%和测量不确定 度为2.8%(k=2)等优点。与积分浊度计 、黑碳仪现场实验数据比较,本文测量装置的消光系数、吸收 系数和散射系数的E_n值均小于1,显示出良好的测量一致性和 稳定性。实验结果表明,本文测量装置具备 多参数测量能力,且测量结果准确可靠,可用于大气气溶胶光学特性的现场实时测量,也可 用于相 关测量仪器的计量校准,为测量仪器提供量值溯源。     

双光束直线度干涉测量装置

本文介绍在直线度测量研究中采用的一种双光束干涉装置，该装置较好地解决了激光束漂移对测量的影响，在实验室内，若忽略大气扰动的影响，精度可达0.2μm。     

大气日盲紫外无线光组网技术研究

基于视距和非视距大气日盲紫外光通信的特点,阐述日盲紫外光散射信道的通信系统模型和链路模型,研究利用大气日盲紫外无线光通信进行组网的紫外安全、路径损耗、信道带宽、覆盖范围等规则,提出一种适合紫外无线光网络中信息传输的发送装置结构.     

ARL-1 Raman激光雷达系统探测大气二氧化碳

介绍了中国科学院安徽光学精密机械研究所研制的测量对流层大气二氧化碳的ARI-I Raman激光雷达系统,以Nd:YAG三倍频作为发射光源,接收大气中氮气和二氧化碳的Raman后向散射信号,反演大气中的二氧化碳混合比分布.在ARL-1 Raman激光雷达系统中,设计了测量Raman激光雷达常数的标定装置,实验结果表明,定标光源LED的稳定度可达99.5%.利用该系统对边界层二氧化碳进行了初步定量测量和分析.     

克服大气环境干扰的激光诱导等离子体光谱技术研究

介绍了激光诱导等离子体光谱技术的工作原理,通过阐述激光诱导等离子体光谱产生的物理机制解释了大气分子干扰固态样本测量结果的原因,建立了既能够提供低气压工作环境又方便实用的激光诱导等离子体光谱探测装置,开展了低气压环境下的试验研究,证明了大气分子元素干扰固态样本测量结果的客观存在,同时证明了低气压环境能够有效避免或者缓解大气分子干扰问题的可行性。     

长波红外高光谱成像光谱仪的辐射定标

红外辐射定标是红外遥感信息定量化的关键技术,对所测光谱进行定标是定量分析中的重要环节。采用自行研制长波红外高光谱成像光谱仪原理实验装置(简称CHIPED-I)进行验证,用黑体对实验装置进行了两点线性定标,将测量的相对强度转化成目标的绝对辐射亮度谱,采用亮温法算出标定后的亮温光谱。结果表明,这种辐射定标方法用于长波红外高光谱成像光谱仪方法可行,这对进一步分析大气透过率和反演大气中红外活性气体浓度具有实际意义。     

十米长多光程White型样品池

为了研究光在大气中传输的性能,通常在实际大气中(野外)进行传输测量。所得结果是综合效应。但随时间、地点不同,外部条件在不断变化,参数难于再现。为了补充实际大气传输测量之不足,可采用实验室模拟的方法,而且还可将大气成分分解开来进行研究。我们于1970年建造了大气模拟实验装置,并设计了一种光程可变的 White 型样品池。样品池为长约11米、直径330毫米的不锈钢圆筒,它是由三块曲率完全相同的球面反射镜组成的共轭光学系统,曲率半径为10米,分别