采用原子滤光的激光雷达白天探测技术

在已有的双波长高空探测激光雷达的基础上,通过采用钠原子滤光器技术以及配合相应的关键技术,使得其中的钠层荧光通道具有了白天探测能力。由于钠原子滤光器极窄的滤光带宽和极强的带外抑制,使得即使在中午太阳背景光最强的时段,也能以光子计数方式探测到80～110 km高空钠层的微弱回波信号。实验观测结果表明,该技术已具备了对高空钠层的全时段探测能力,从而使利用激光雷达对我国高层大气进行24 h连续探测研究成为可能。     

459nm斯塔克调谐法拉第反常色散滤光特性

为了设计性能优良的滤光器,对铯原子459nm斯塔克调谐型法拉第反常色散滤光器(FADOF)的滤光特性进行了分析与讨论。计算了铯原子459nm斯塔克调谐型FADOF(S-FADOF)透射谱,并与同等条件下铯原子459nm FADOF透射谱进行了比较;分析了不同磁场强度和气室温度对铯原子459nm S-FADOF透射谱的影响;给出了铯原子459nm S-FADOF透射谱中心频率频移量随电场变化的理论曲线。结果表明,电场的引入并不改变其透射谱结构,仅使中心频率发生频移,并且随外加电场强度的增加,频移量不断增大。此项研究在星潜通信,海洋遥感等领域有潜在应用价值。     

四光束饱和CARS光谱的计算

本文计算了四光束饱和相干反斯托克斯喇曼散射(CARS)光谱线型和多普勒加宽谱上的烧孔线型,给出了它们的近似解析式。分析了利用CARS线型上烧孔的消多普勒高分辨率饱和光谱方法。     

主动式原子滤光器工作机理的理论和实验研究

新型原子滤光器-法拉第反常色散滤光器（FaradayAnomalousDisnersionOpticalFilter，FADOP）由置于正交们振场中的原子气室构成，它是利用在外部纵向磁场中原子能级的塞曼效应使谱线产生分裂，导致对线偏振入射光的左旋圆分量和右旋团分量的吸收和色散的不同而发生的旋光现象，即法拉第效应，在原子跃迁的中心频率附近进行超窄带滤光的．它的透射带宽一般在几个GHz县级（0．001nm），消光比可达10-5，并可以在一定范围内调谐，是一种性能优良的滤光器，在自由空间光通信、激光雷达、水下通信、遥感等领域中有重要应用前景。被动式PAD…     

反常色散原子滤光器斜入射机理及特性研究

本文首次对反常色散原子滤光器在斜入射(0~π/2)条件下的透过率、带宽和频移等特性进行了理论研究;本文还进行了斜入射的滤光器透射谱实验研究,与理论分析符合较好;这些为原子滤光器在卫星及空间光通信领域的宽视场角接收方案奠定了基础,该方案有利于空间瞄准及捕捉.     

以间接泵浦为基础的728 nm铯原子滤光器

采用间接泵浦方法研制了铯原子728 nm激发态原子滤光器。当磁场为4 G的时候,该原子滤光器的透射率为0.304%,带宽为30.9 MHz。与用直接泵浦方法实现的原子滤光器相比,用间接泵浦方法实现的原子滤光器能够达到同样的效果。该原子滤光器不仅能用在激光稳频上,将激光器的频率稳定在原子跃迁线上,还可以用在四能级主动光钟上。该方法还适用于不同波长、不同原子的激发态原子滤光器。     

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。     

Cs原子选择反射光谱暗共振的实验研究

近年来热原子电磁感应透明(EIT)和相干布局俘获(CPT)已有相当多的报道,在三能级A型系统中,双光场能够诱导原子基态相干并且导致吸收减小.从实验上研究了A型Cs原子气固界面反射光谱中的暗共振现象.实验中将Cs原子蒸气加热到150℃左右,抽运光调谐到6S1/2(F=4)→6P3/2(F'=3)附近,探测光在6S1/2(F=3)→6P3/2并以近垂直入射到Cs炉表面,实验中观察并讨论了抽运光在不同强度和失谐情况下探测光选择反射光谱中的暗共振.结果可知在大的抽运光强的作用下,亚多普勒结构的反射光谱在共振位置出现了明显的感应透明现象.实验结果对研究无多普勒效应的原子相干,以及原子-器壁碰撞,长程原子-器壁相互作用,器壁表面原子速度分布有一定的意义.     

星敏感器白天观星的对比度分析

恒星-背景对比度是星敏感器白天探测恒星的一个重要参数,它决定了星敏感器可探测星等的极限值.叙述了恒星-背景对比度的计算方法,分析了星敏感器在3°× 3°视场角和0°与40°两个观测角下,6等K和M型恒星的对比度随观测高度、太阳天顶角、波段和恒星光谱类型的变化特征.结果表明:对比度随观测高度的增加按指数增加,40 km高度上的对比度是10 km上对比度的100倍左右;随太阳天顶角的增加按线性增加,长波波段上80°太阳天顶角的对比度是20°时的6倍左右;经过滤波片(B W 090)滤光的全波段(0.4～1.0μm)上的对比度和0.6～0.7μm分波段的对比度较接近;全波段上的对比度随恒星光谱类型几乎不变化.这些结果可用于星敏感器在大气层内白天观测恒星的星等极限估计.     

红外甚高光谱分辨率探测仪高精度在轨光谱定标

红外甚高光谱分辨率探测仪(AIUS)是高分五号(GF-5)卫星的主要载荷之一,它通过太阳掩星观测实现多种大气痕量气体垂直分布信息的获取,准确的光谱定标是其数据定量反演的关键和基础。针对AIUS超高的光谱分辨率、无配套星上光谱定标设备的问题,提出基于大气吸收特征谱线的多谱线线性拟合算法,通过多普勒频移修正、多谱线筛选、准确谱峰位置确定等关键技术提高其在轨光谱定标精度,并在GF-5卫星成功发射后,围绕AIUS开展了一系列的光谱定标和精度分析工作。结果表明:该方法可实现AIUS的高精度光谱定标,MCT和In Sb通道的平均谱峰绝对偏差分别为0.004 37cm~(-1)和0.003 89cm~(-1),均小于痕量气体反演应用要求的0.008 cm~(-1)。     

应用全息变间距光栅的极紫外成像光谱仪光学系统设计

随着对太阳等离子体活动物理过程研究的深入,对太阳极紫外成像光谱仪的性能要求越来越高,而设计高性能太阳极紫外成像光谱仪的一个重要方法就是应用变间距光栅。提出了一种应用全息变间距光栅的太阳极紫外成像光谱仪的设计方法：首先设计系统的初始光学结构,然后根据全息变间距光栅光程差原理,利用1stopt软件的通用全局优化算法计算出像差小的光栅,最后用Zemax软件对整个系统进行建模与优化。给出了设计实例,设计出的太阳极紫外成像光谱仪工作波长范围为17~21 nm,视场为2400″,空间分辨率为0.6″,光谱分辨率为0.00225 nm/pixel,长度约为2 m。在光谱范围内,空间方向与光谱方向的均方根半径以及截止频率范围内的调制传递函数均满足要求。     

成像光谱仪的离轴反射式光学系统设计

高分辨率成像光谱仪要求光学系统在宽视场和宽波段范围内具有高的空间分辨率和光谱分辨率。根据同轴三反光学系统初级像差理论计算初始结构,并分别将孔径光阑置于主镜、次镜和三镜焦点,通过光阑和视场离轴,设计了无中心遮拦的离轴反射式光学系统。其光谱范围为1.0~2.5 m,焦距f=1 600 mm,相对孔径为1/ 5,视场角为6.861.48,满足成像光谱仪宽视场、大相对孔径离轴三反消象散光学系统的设计指标。     

大气遥感高光谱分辨率激光雷达研究进展

高光谱分辨率激光雷达由于可实现对大气参数的精确反演,在大气遥感领域具有较好的发展前景。介绍了高光谱分辨率激光雷达探测气溶胶、大气温度以及风速的基本原理以及目前国内外的研究进展,并重点介绍了高光谱分辨率激光雷达系统中的鉴频技术、激光技术、锁频技术以及数据处理技术等几项关键技术。     

星载EMI在轨光谱定标方法研究

于 2018 年 5 月 9 日搭载高分五号卫星发射的大气痕量气体差分吸收光谱仪 (EMI) 为紫外可见波段高分辨率 成像光谱仪。为考察其在轨光谱性能, 首先采用波长寻峰法即以太阳 Fraunhofer 线作为特征峰以快速获取载荷的光谱 范围, 然后采用谱线匹配法获取载荷空间维度的光谱弯曲值, 最后采用光谱拟合法获取光谱分辨率的变化。寻峰法通 过与标准 Fraunhofer 线进行比对找寻特征峰, 得到其标准波长及对应像元, 经二阶多项式拟合可得到像元-波长对应关 系。谱线匹配法通过 Pearson 相关系数法作为判据, 即利用两谱线之间相关系数作为匹配结果的判断条件, 得到测量 谱线与标准谱线间的偏移值, 定标结果满足定标精度高于 0.05 nm 的要求。光谱拟合法通过求解将测量谱与高分辨率 太阳参考谱拟合, 可以分析光谱分辨率变化。对 2019 年 1 月 7 日全天 15 轨数据的分析结果表明, 光谱分辨率在一天 内的变化一致, 其单行标准差不超过 0.01, 因此在之后仪器长时间运作或受到干扰情况下, 利用此方法对其性能衰变 进行分析具有重要意义。     

LFMCW雷达高速目标速度解模糊新方法

线性调频连续波（LFMCW）雷达中高速的直升机目标将产生速度模糊。为了解决高速目标的速度模糊,提出了航迹关联的解模糊方法,通过对目标运动建模,计算目标平均速度,并用平均速度估算最大不模糊速度的系数,实现高速目标的解模糊。实例应用表明：该方法估算性能好、简单、可操作性强。     

Utilizing Forster resonance energy transfer to extend spectral response of PCDTBT:PCBM solar cells

Light harvesting in the near-infrared part of the solar spectrum is important to achieve high efficiency polymer solar cells (PSCs). In this work, we demonstrate that we take an existing polymer:fullerene blend and extend its spectral response into the near-IR region by adding a small amount near-IR absorbing dye in the blend. The polymer studied in this work is Poly[N-9′-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4′,7′-di-2-thienyl-2′,1′,3′-benzothiadiazole)] (PCDTBT). By adding only 2.5% squaraine dye to the blend, we were able to extend the spectral response of the resulting devices 100 nm into the near-IR spectral region. We show that the enhanced light harvesting is due to efficient Forster resonance energy transfer (FRET) between PCDTBT and the squaraine dye, resulting in an increase in power conversion efficiency. This type of ternary polymer solar cells is unique in that it allows the use of a small amount of selected dyes to extend light harvesting in infrared region.     

衍射望远镜光学系统设计

当前对空间望远镜光学系统的要求是：在宽光谱范围内，系统具有分辨率高、质量轻等特点，衍射望远镜可以满足上述要求。利用Schupmann提出的消色差理论可实现系统宽光谱覆盖，采用平面衍射透镜做物镜可使系统轻量化，降低了成本。设计了一个物镜口径为1 000 mm，f/# =100，用离轴三反射镜做目镜的衍射望远镜。设计结果表明：系统在0.65~0.75 ?滋m波段，0.02°×0.035° 视场范围内，得到了消色差，接近衍射极限的成像质量。     

基于LCTF的大幅面高分辨率多光谱仪光学系统设计

将液晶可调滤光片（LCTF）应用到真彩色多光谱图像采集中,设计了一款大面阵、高分辨率、轻小型的多光谱成像系统。系统利用LCTF 空间分辨率和光谱分辨率高、波长选择灵活、调谐时间短等特点,可实现幅面大小约210 mm148 mm,分辨率达到350 ppi 的多光谱图像采集,工作谱段为420~720 nm,光谱分辨率为10 nm。结果表明,该成像系统在空间频率为91 lp/mm 时,31 个波段处轴上0 视场和轴外1.0 视场的传递函数均0.30,全视场畸变0.1%,成像质量良好,可用于大面阵、高分辨率多光谱图像的采集与分析。     

特殊图案透明欧姆接触微结构提高谐振腔增强型光探测器的响应性能

为解决谐振腔增强型(RCE)光探测器的耦合效率和响应速率的矛盾,提出了采用特殊图案透明欧姆接触的微结构及其制备工艺方案,从而使得在器件入光面积不变的情况下,欧姆接触部分的总面积显著减小,在不影响器件量子效率的前提下达到减小电容、提高响应速率的目的。在台面面积为50μm×50μm的情况下,获得了18 GHz的响应带宽。研制的谐振腔增强型光探测器的响应速率得到了显著的提高。     

光谱型太阳辐射观测仪光学系统设计

为了实现太阳光各波长下观测,针对现有的太阳辐射观测仪光谱测试范围窄、光谱分辨率低的缺点,提出了一种运用光谱测量技术实现高分辨率太阳观测仪光学系统的设计方案。结合太阳辐射观测仪的使用环境与太阳光的特点,利用光纤、余弦校正器等器件设计了太阳辐射观测仪的收光系统。根据太阳光的光谱范围以及光谱分辨率的要求,设计了多通道、高分辨率的太阳辐射观测仪分光系统。实验与设计结果表明:光谱分辨率优于20 nm,能够实现太阳的光谱观测。满足太阳辐射观测仪宽光谱、纳米分辨率等要求。