整层大气透过率获取方法研究进展及相关问题探讨

整层大气透过率是反映大气光学特性的一个重要参量,在大气辐射、地球资源遥感、空气质量监测、特别是光电工程等领域,都需要对大气透过率进行深入的研究。文中详细讨论了整层大气透过率的获取原理和方法,分析了不同获取方法的最新进展和存在的相关问题,对比分析了软件仿真计算和直接测量的优缺点,并对后续的研究工作进行了展望。     

红外辐射大气透过率影响因素的研究

大气传输是红外测温过程中不可忽视的一个重要问题。研究大气传输最主要的是计算大气透过率。在MODTRAN软件基础上,分析了8~12 μm波段多种关键因素对红外传输大气透过率的影响,研究了其变化规律。结果表明初始高度、边界层气溶胶、路径长度、波数间隔等对大气透过率都有一定的影响。其中路径长度对大气透过率的影响相对明显。通过外场测温实验,进一步研究路径长度对测温精度的影响,得出实际测温过程中的衰减率。比较分析仿真得到的大气透过率与实验测得的大气透过率二者之间的关系,拟合出二者的关系曲线。     

相变型VO2薄膜的制备及其特性的研究

利用反应离子束溅射和后退火工艺制备一种新的相变型VO2薄膜,对该薄膜进行电学测试、XRD和光学透过率的测试。这种工艺制备出的相变型VO2薄膜相变温度更接近室温,XRD显示这种薄膜中有VO2、V2O5成分的存在。对这种薄膜的光学透过率测试表明,低温下薄膜的透过率是高温下薄膜透过率的近5倍。通过实验可以看出,氧气分压、退火温度、退火时间是影响制备新型相变型VO2薄膜的重要因素。     

昼夜观测恒星整层大气透过率测量研究

在昼夜观测恒星测量恒星宽光谱成像信号强度的基础上,首先通过MODTRAN软件结合系统参数、恒星光谱特征研究了宽光谱信标利用Langley法标定大气透过率的标定误差,据此通过标定恒星成像强度得到了整层大气宽光谱透过率;然后,利用大气模式研究了晴朗大气条件下宽光谱大气透过率与激光波段大气透过率的关系,进一步得到了532 nm和1 064 nm的整层大气透过率;最后,将白天时段观测恒星测量的大气透过率与太阳辐射计观测太阳得到的透过率进行了实验对比。结果表明:两种方法得到的大气透过率时间变化趋势一致、大小相仿。在此基础上开展了整层大气透过率的连续观测,获得了整层大气透过率的昼夜连续数据、特别是获取了晨昏时段弱湍流时刻的整层大气透过率数据;文中所开展的工作丰富了整层大气透过率的测量手段,对地基激光工程研究和应用有促进作用。     

高功率大芯径光纤锥的特性研究

对高功率脉冲激光系统中光纤锥的结构、透过率及损伤阈值特性进行了理论研究和实验分析。研究结果表明：光纤锥的几何结构、数值孔径、熔接损耗等都会影响其透过率,通过合理设计光纤锥的几何尺寸,合理选择光纤数值孔径,有效降低熔接损耗,改进拉锥工艺等措施,可以提高光纤锥的透过率;光纤端面的杂质缺陷是造成光纤抗激光损伤能力下降的重要原因,通过改善光纤端面质量,可较大程度地提高光纤锥传输激光的能量。     

中红外3.9 μm长波通截止滤光膜研制

以薄膜光学和激光红外技术为背景,介绍了3.9 μm长波通截止滤光膜的用途、设计与制备方法。基于波动光学原理,首先分析了滤光膜设计方面的难点,其次讨论了薄膜选材、通带展宽、工艺制备等研究过程中的主要技术问题。利用计算机优化软件进行优化计算后,结合离子辅助工艺得到了吸收小、透过率高、光洁度与附着力良好的薄膜。目前相关的技术应用在中红外系统中有效改善了信噪比和响应度。     

硒化锌基底8～12 μm高性能增透膜的研究

为了提高硒化锌基底的透过率以及膜层的机械强度,对硒化锌基底上高性能的红外宽带减反射膜的设计与制备工艺进行了研究。介绍了红外宽带减反射膜的膜料选择、膜系的设计以及采用离子束辅助沉积该膜系的过程．给出了用该方法制备的8-12μm波段宽带减反射膜的实测光谱曲线,其峰值透过率高达99％以上,在设计波段范围内平均透过率大于98％,膜层附着性能好,光机性能稳定。这对于红外光学系统的应用具有十分重要的意义。     

电焊护目诱导透射滤光片的研究

利用金属膜和介质膜组合的诱导透射滤光片具有高峰值透过率与宽截止区的特点,设 计了在紫外区和红外区截止,在可见光区有指定要求透过率的电焊护目镜。并通过工艺研究,成功地研制出了无需胶合保护的电焊护目镜滤光片,且成功消除了长波旁通带和短波漏带的影响,各种物理性能稳定。并对制备工艺和实验结果进行了分析及论。     

氧气A带红外辐射不同路径透过率的仿真分析

红外被动测距的核心就是大气透过率的计算,其精度决定最终测距精度。本文选取氧气A带作为研究对象,采用逐线积分算法,计算水平路径标况下的氧气A带的带平均透过率;通过简易算法对散射造成的衰减进行了研究;采用高空红外辐射透射比的方法,计算某一海拔处的透过率;对于斜程路径,采用等效路径的方法,实现斜程透过率的计算;分析了随着倾角的变化,透过率的变化趋势。在一般的工程应用中,其精度是可以基本满足的,有比较好的使用价值,该方法为精确测距提供了一种参考。     

宽波段窗口材料透明尖晶石的透过性能

透明尖晶石陶瓷(TMAC)材料具有耐高温、耐腐蚀、较高的硬度和机械强度等优点,透过波段从紫外、可见、中波红外到微波,是性能优异的宽波段窗口材料,能够满足不断发展的光电系统对窗口材料的多重要求,且有广阔的应用前景。对采用热压烧结结合热等静压工艺制备出的TMAC材料进行了透过性能研究,分别对可见和红外波段镀制了增透膜,测试了不同入射角的红外透过率,并根据入射角的不同镀制了增透膜,测试了镀制金刚石膜后的透过率,并对毫米波波段的透过率做了初步测试和仿真,分析了不足和未来的研究方向。     

大气透过率测量方法的研究

在测量目标的红外辐射特性时,测量路径上的大气衰减是影响测量精度的一个重要因素.针对试验场条件下难以提高目标红外辐射能量测量精度的问题,对大气透过率的测量方法进行了分析研究,提出了在外场环境条件下实际测量大气透过率的一种方法.     

环形耦合谐振腔光波导的耦合率对光学延时线的影响

本文根据Bloch理论研究了耦合谐振腔光波导(CROW)的群速度、延迟时间及存储容量随耦合率的变化规律。结果表明,耦合谐振腔光波导(CROW)的群速度、延迟时间及存储容量随着耦合率的增大而降低,而色散随耦合率的增大而增大。还运用传输矩阵的方法,研究了环形耦合谐振腔透过率随耦合率的变化规律。在不考虑损耗的情况下,耦合率对透过率无影响,考虑损耗时,透过率则随耦合串的减小而减小。对衰减系数为0.995,耦合率为0,235情况下的CROW进行模拟。模拟结果显示,当CROW中含64个谐振腔时,延迟时间能达到100ps,透过率可达到-27dB,可以满足实际应用需要。     

基于MODTRAN的红外系统对巡航导弹探测距离的估算

基于最小可分辨对比度准则,研究了在考虑背景环境下机载红外成像系统对目标最大探测距离的计算方法.分析了红外目标在3～5μm与8～12μm两个波段上的红外辐射特征和背景辐射、大气透过率等因素对探测距离的影响,给出了探测距离的推导公式.最后用MODTRAN软件对大气透过率进行了模拟计算,得到了波数间隔为1cm-的光谱大气透过率数据.计算了各微小波长区间内辐射到探测器上的辐照度.考虑到大气透过率与距离的关系,取消了传统算法中用常数或者拟合函数来代替大气透过率的方法.以巡航导弹为例,对红外系统探测距离进行了数值计算.仿真结果表明,该计算方法具有可行性.     

基于BP神经网络的水蒸气红外透过率仿真

针对在计算大气透过率方法中利用经验公式误 差大和专业软件复杂低效等问题,提出了一种基于 贝叶斯正则化BP(back propagation)神经网络的水蒸气红外透过率的计算方法。利用BP 神 经网络良好的非线性拟合特点,建 立大气参数与水蒸气透过率之间的关系模型。以实测温度、压强和湿度作为输入向量,中红 外平均水蒸气 透过率作为输出,构建3-7-1式的BP神经网络。仿真结果表明: 在相同的大气参数下,与逐线积分法相比, 本文方法在运算过程大幅简化的同时相对误差很小;与经验公式法相比,本文方法对透过率 的计算精度大幅提升。     

异型石英光纤传像束光学性能分析

讨论了异型石英光纤传像束作为光学成像探测器的重要意义，利用排丝叠片法制备了一种线面转换异型石英光纤传像束，并利用测试平台进行了透过率和串像率测试。该光纤传像束在450～850 nm波段的透过率为40%～60%,串像率为4%。通过实验研究和数据分析，明确了制备过程中提高传像束性能的有效方法，确定了一套排丝叠片制备光纤传像束的工艺和流程，这对光纤传像束产品的广泛应用具有一定指导意义。     

烟幕激光和红外透过率对应关系研究

分析了烟幕激光透过率与红外透过率的对应关系,提出了利用相邻波段红外透过率推算同样光学路径激光透过率的多项式拟合方法,开展了实验研究.结果表明:特定波长的激光透过率与相应红外波段透过率利用二项式拟合,其透过率计算误差在3%以内.     

低红外发射率TiO2/Ag/TiO2纳米多层膜研究

利用磁控溅射在玻璃衬底上制备了具有良好的光谱选择性透过率的TiO2/Ag/TiO2纳米多层膜.通过用X射线衍射、扫描电子显微镜、UV-VIS-NIR分光光度计、傅里叶红外光谱仪对样品进行表征,优化了薄膜的制备工艺,研究了多层膜的光学特性.结果表明,当Ag膜的厚度为12nm时,多层膜具有高的可见光透过率和优良的导电性能.样品在555nm波长处的透过率最高达93.5%,红外波段平均反射率为90%左右,8μm～14μm波段红外发射率ε＜0.2.Ag层厚度的增加使可见光高透过率波段变窄,透过率下降.内层及外层TiO2厚度的变化引起薄膜可见光透过峰的位置及强度发生变化,外层的影响高于内层.     

高分辨率显示用小孔设计技术

为了满足市场对显示产品高分辨率的要求,需要从产品的设计和工艺各个方面进行优化,其中过孔尺寸和线宽两个因素对阵列基板分辨率影响最大,本文通过相移掩模技术可以实现对过孔尺寸的精确控制,通过在普通过孔上增加一定厚度和透过率的相移层,并对各种参数下过孔的光透过率进行模拟分析,可以获得不同相移层参数对过孔特性的影响,最后提出一种可以获得稳定微小过孔的方法。结果表明,通过对相移层透过率和宽度的控制,可以获得对曝光光强不敏感的稳定微小过孔,曝光量增大一倍乃至数倍的过程中,过孔尺寸始终保持稳定,提高了工艺容忍度。对于模拟中过孔尺寸可以小于设备的4μm分辨极限。通过减小过孔尺寸,可以有效提升TFT显示产品的开口率,实现产品对高分辨率的要求。     

基于蒙特卡罗方法的烟幕透过率计算与分析

烟幕透过率是表征烟幕干扰性能的重要参数。以等效粒径为0.1μm的石墨为例,就不同形状的石墨粒子组成的烟幕,基于蒙特卡罗方法对烟幕透过率进行了数值计算。利用Mie散射理论和离散偶极子近似(DDA)方法分别计算了球形粒子、椭球形粒子和圆柱形粒子对1.06μm波长的入射光单次散射的消光参量。对于入射光在烟幕中的传输,建立了蒙特卡罗模拟计算模型,利用MATLAB语言编制了相应的计算程序,给出了不同纵横比的椭球形粒子和圆柱形粒子相应的烟幕透过率计算结果,并和等体积球粒子相应的烟幕透过率进行了比较分析。结果表明:透过率与烟幕中粒子形状、粒子数密度、入射光的入射角度及烟幕厚度有关,粒子形状越偏离球形,对应透过率越小。     

近红外氧气A带大气透过率的计算

氧气A带具有单一的吸收气体成分和独特的谱线结构,大气中分布相对均匀,在大气辐射研究中具有广阔的应用前景.大气透过率是大气辐射传输计算的核心,为了快速计算大气透过率,提出带平均透过率的数学模型.将近红外氧气A吸收带作为研究对象,以普朗克黑体辐射为基础,分析了氧气A带在762 nm附近波段的光谱吸收理论,介绍了带平均透过率数学模型的原理及方法.为了验证模型的可行性和精确度,结合实验数据,与HITRAN2004数据库逐线积分法计算的透过率进行对比,精度达到2.2％,降低了计算时间.