CCD在光谱分析系统中的应用研究

本文对利用ＣＣＤ作传感器件进行光谱分析的方法进行了理论和实验研究。通过分析ＣＣＤ的结构特点和光电特性，从理论上证明了利用ＣＣＤ进行光谱分析的可行性，设计了一套适合线阵ＣＣＤ的高速图像采集卡，建立了一套智能化光谱数据采集分析系统。该系统主要由光栅、ＣＣＤ传感器及数据采集卡、计算机等部分组成。我们用高压汞灯作为标准光谱进行定标，得到了一个非常简单的计算光谱的数学公式。实验表明该系统具有较高的测量精度，特别适用于瞬态过程的光谱分析。     

乙炔分子振动光谱的相互作用模式计算

应用量子自陷理论，发展了分子振动光变的相互作用模式方法，对Ｃ２Ｈ２与Ｃ２Ｄ２分子振动光谱进行了计算。计算结果与观测值很符合。     

黑白CCD摄像机的近红外特性和应用

本文对黑白ＣＣＤ摄像机的光谱响应特性进行了具体的分析，讨论了近红外光谱特性和低照度下ＣＣＤ摄像机的光谱响应之间的关系，介绍了在低照度下和近红外照明下，黑白ＣＣＤ摄像机的使用条件。     

CCD像感器在物理教学中的应用

介绍了ＣＣＤ像感器在物理教学中应用的几个主要方面以及ＣＣＤ摄影机，监视器和镜头的选择与配合等问题，并以电视显微密立根油滴仪为例加以说明。     

简易OMA系统作钢样光谱快速定性分析

本文介绍了用一维ＣＣＤ摄象头，多色仪及微机组成的光学多道分析仪系统（简称ＯＭＡ），研究了该系统作光谱化学分析的可行性，自编软件完成波长校正和谱线查找后，自动报出定性和半定量分析结果。     

成像光谱的信息采集与数据处理

论述了成像光谱技术中的光学成像技术、光谱信息采集及探测器像点与光谱图像像点的定位技术,提出了一种精确确定ＣＣＤ面阵上像敏元与光谱图像像素对应关系的新方法。系统电路能够对视频信号进行处理,输出带有标志线的复合视频信号,同时精确测定标志脉冲的位置,以数据形式提供给计算机,通过计算机对图像及采集的数据的分析处理,从而确定图像像素和ＣＣＤ面阵上像敏元的对应关系。系统软件能方便的实现对电路的控制、数据采集、光谱图像的分析、显示绘制图像的ＲＧＢ值和灰度曲线,能稳定运行于Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下,使用灵活方便     

微机塞曼效应仪与图象处理实验

微机塞曼效应仪与图象处理实验沙振舜，郗迈，冯小宁（南京大学物理系２１０００８）继电视显微密立根油滴仪研制成功之后，我们利用ＣＣＤ应用技术研制成微机电视显微塞曼效应实验仪，用它既可以做塞曼效应的实验或演示，又可作图象处理与分析的练习，实现了塞曼效应光谱...     

电荷耦合器件及其应用进展

电荷耦合器件（ＣＣＤ）是基于金属－氧化物－半导体（ＭＯＳ）技术的光敏元件。目前ＣＣＤ已具有光谱响应范围宽、检出限低、动态范围宽、暗电流和读出噪声低以及具有积分信号、多道同时检测信号和实时监测等能力的优点。目前它已经广泛地应用在各个领域。本文扼要介绍了ＣＣＤ的基本工作原理。特点及性能表征。评述了ＣＣＤ在光谱检测和成象领域中较活跃的应用及发展前景。指出了ＣＣＤ技术的发展给光谱分析领域带来了革命性的进展     

基于地对空观测光谱的大气CO_2柱浓度反演分析（英文）

基于地对空高光谱观测获取大气CO2柱浓度(大气中CO2的垂直总含量)数据是验证和改进卫星高光谱观测反演CO2浓度的重要数据源之一,而目前在中国还没有基于地面光谱观测进行大气CO2柱浓度反演研究的报告。利用光谱分析仪与太阳跟踪仪等构成的地面观测系统在中国内蒙古锡林郭勒草原进行了地对空高光谱观测,基于高光谱观测数据反演了大气CO2柱浓度。在基于1.6μm大气CO2的光谱吸收特征进行CO2浓度反演过程中,评价分析了观测光谱的波长漂移和气象参数对大气CO2柱浓度反演精度的影响。结果显示观测期间平均大气CO2柱浓度为390.9μg·mL-1。波长的漂移将会导致反演浓度值整体偏低;波长漂移从-0.012~0.042nm范围时,将会导致1μg·mL-1以上的偏差。同时,研究发现光谱透过率在6 357~6 358,6 360~6 361和6 363~6 364cm-1谱段敏感于气象参数的变化。对比利用与光谱观测同时和非同时观测的气象参数进行的浓度反演结果发现,非同时观测气象参数的利用引起的浓度偏差最小在0.11μg·mL-1,最大可达4μg·mL-1;本论文的分析结果对基于光谱反演CO2柱浓度算法的改进有着一定的参考价值。     

拉普拉斯约束低秩表示的高光谱图像异常检测

伴随高光谱图像的广泛使用,高光谱图像技术得到长足的发展,其中高光谱图像异常检测技术越发受到重视。为了解决传统高光谱图像异常检测技术的实用性和检测效果不佳的问题,提出一种新颖的低秩表示检测算法。对于高光谱图像,大部分背景像元均可以被少量主要的背景像元组合近似地表示,且它们的表示系数将会位于低秩的空间中。在剩下无法被主要背景像元表示的稀疏部分中存在着异常像元,则可以被检测算法提取出来。在低秩表示中,背景像元字典的构建将会影响高光谱图像中背景像元的表示。如直接从现有高光谱图像中提取背景像元构建字典,会导致异常像元对背景像元字典的污染。而利用待检测高光谱图像观测数据和由光谱组成原理可合成的潜在未观测数据来构建背景像元字典,提取出背景像元的主要特征,有利于更好地分离出稀疏异常像元的信息。并且高光谱图像数据存在高维几何结构特点,通过引入拉普拉斯矩阵来约束空间中局部相似的像元对于待检测像元的表示作用,获得更接近于真实的表示系数。实验结果分别在仿真数据和真实数据上验证,与传统方法相比,提出的方法通过有效地突出异常像元提高了检出率和抑制了背景像元,降低了误检率。     

The spectrometer for the GunLab experiment

The spectrometer for the GunLab experiment is described. This spectrometer incorporates a dipole magnet, a fluorescent screen, and a CCD camera and is designed to measure the momentum of electron beams in the range of 1–10 MeV/c with a resolution of 0.1%. If a transversely deflecting RF cavity is installed in front of the dipole magnet, one may investigate the longitudinal phase portrait of a beam. The spectrometer is distinctive in that a Hall sensor is placed in the magnetic field of the dipole magnet. This sensor allows one to accurately measure the magnetic field and, consequently, the momentum of an electron beam.     

二极铁均匀场修正

HI-13串列加速器升级工程中的ISOL高质量分辨谱仪要求20000的质量分辨率, 分析磁铁磁场均匀性要求好于1×10-5。 要达到这样高的磁场均匀性, 必须对磁铁进行垫补。 介绍了二极铁表面线圈垫补均匀场的设计方法和制作工艺, 并且基于现有的一块C型二极铁对表面线圈垫补均匀场的方法进行了实验研究。 实验结果表明, 采用表面线圈垫补后, 场均匀性提高了一个数量级, 积分场的均匀性从5×10-4提高到3×10-5。 The mass resolving power of ISOL’s spectrometer for Beijing Radioactive Ion beam Facilities project is 20000, which requires the field uniformity of the magnet better than 1×10-5. To achieve such a high uniformity field,field optimize is indispensable. This paper presents the design method,manufacture techniques and experiment results of surface coils,which are set on pole face of a dipole to improve the magnetic field homogeneity. The integral field uniformity with surface coil is optimized to 3×10-5 from 5×10-4,which is improved roughly an order of magnitude.     

面阵傅里叶变换太阳光谱仪高速采集系统设计与实现

同时或准同时多谱线太阳成像观测可以获得太阳大气三维磁场和热力学参数,是未来太阳观测焦面终端设备的重点发展方向。傅里叶光谱仪具有宽波段、高灵敏度、高光谱分辨率的优势,但因受限于高帧频、大面阵探测器制约,尚未用于太阳光谱成像常规观测。随着CMOS图像传感器技术迅猛发展,在可见光和近红外波段,探测器面阵大小和帧频相比传统CCD探测器有了质的提升,使得面阵傅里叶太阳光谱仪研制成为可能。通过引入高帧频面阵CMOS图像传感器,针对面阵傅里叶变换太阳光谱仪科学需求,设计了一套高速数据采集软硬件系统,实现了面阵傅里叶太阳光谱仪10 kHz高速触发,万帧/秒快速采集,0.5 GB·s-1大数据量连续、实时存储等功能。在此基础上,依托国家天文台怀柔太阳观测基地现有的IFS-125HR傅里叶变换光谱仪, 搭建可见光实验系统,以可见光色球谱线（Hα 656.3 nm）及其附近光球谱线为目标波长,开展面源太阳光谱探测。分别以实验室钨灯和太阳为光源,进行等光程差间隔采样,成功获得了面阵干涉图,首次反演得到面源窄带连续谱以及656.3 nm附近太阳色球和光球线。采用交叉定标方式,将得到的太阳光谱与美国国立太阳天文台NSO傅里叶变换光谱仪获得的标准光谱在同等分辨率下进行比较,结果基本一致,验证了新研制的面阵傅里叶太阳光谱仪高速数据采集系统性能及面阵傅里叶变换太阳光谱仪在太阳观测中的可行性。该研究为后续可见光宽波段面阵傅里叶太阳光谱仪的研制奠定了技术基础,同时为“用于太阳磁场精确测量的中红外观测系统”（AIMS）后续从线源扩展到面源观测积累了宝贵经验。     

大视场宽谱段高分辨率分波段机载紫外-可见光成像光谱仪设计

紫外-可见光(200～500 nm)成像光谱仪是空间遥感的重要组成部分,本文基于机载紫外-可见成像光谱仪的特殊性和实际应用要求,提出了一种采用面阵CCD的摆扫式成像光谱仪,这样既克服了传统线阵CCD摆扫式成像光谱仪空间分辨率低的缺点,同时又弥补了推扫式成像光谱仪视场范围有限的缺点,能够满足大视场、宽谱段、高分辨率成像光谱仪的应用要求;此外,考虑400～500 nm波段中200～250 nm波段二级光谱的影响和<290 nm的短波区和>310 nm的长波区两个波段相差3个数量级的辐射波动,采用了分波段、分系统的方式独立进行消杂光光谱成像。在系统结构设计方面,本着高性能、低成本的设计理念,选用了两镜同心系统作为望远系统,Czerny-Turner平面光栅结构作为成像光谱仪系统的光学设计方案;设计了一种不使用任何辅助光学元件,全部采用球面镜结构的成像光谱仪。整个系统结构简单、紧凑,性能优良, 可行性好。全谱段、全视场调制传递函数值在0.6以上。     

基于前冲康普顿电子高能伽马能谱测量系统设计

除中子外,聚变核心同时释放大量高能伽马,其能谱可反映聚变过程的关键物理参数,并为过程诊断提供重要信息.由于聚变伽马的时间与能量特性,需要设计高探测效率及能量分辨率的伽马谱仪.根据高能伽马谱仪的概念设计(gamma-to-electron magnetic spectrometer),针对该系统中伽马-电子转换靶、电子偏转汇聚、电子探测等关键环节进行优化设计以提高系统探测效率及能量分辨率.其中采用Monte-Carlo程序Geant4模拟研究了伽马-电子转换靶中康普顿散射与多次库仑散射对由转换靶出射电子的能谱与角分布的影响.开发并行遗传算法对复杂几何偏转磁场参数进行优化,得到低强度(小于100 Gauss)复杂边界偏转磁场.根据系统优化设计结果,采用Geant4模拟了该系统对不同能量伽马的响应.此外,还可模拟该系统对特征聚变伽马能谱的测量,结果显示,该系统可在聚变中子产额分别为2.5×10~(15)及1.2×10~(16)条件下,对10—20 MeV高能伽马能谱测量实现能量分辨分别满足0.5 MeV(小于5%)及0.25 MeV(小于2.5%),说明该系统可用于聚变过程伽马能谱的诊断.     

On investigation of high Tc superconductors with Electron Paramagnetic Resonance spectrometers

Following the discovery of high T_c superconductors, many researchers have applied EPR spectrometers to investigate their properties using the regular instructions to operate the spectrometer. As no substantial information was obtained it was soon practically abandoned. Investigations performed recently with the EPR technique, using a different operating method than the conventional one and the introduction of a detailed theoretical study related to the interaction of the JV with the microwave magnetic field lead to new and important results related to properties of high anisotropy superconductors indicating that the EPR spectrometer can be used to investigate properties of high anisotropy superconductors. The failures when using conventional operating method to obtain meaningful results and the method used in the present work to carry out the measurements in a proper manner are presented. Some important results obtained in investigating high anisotropy superconductors by the EPR technique are presented.     

用磁致旋光效应估测二维磁场分布

为了克服现有测量磁场方法只能单点测量的局限性,基于法拉第磁光效应原理,提出利用磁致旋光估测磁场的方法,提高了磁场测量的效率,获得了磁场的直观分布.建立磁致旋光估测磁场的实验装置,测量了永磁体的磁场,用CCD采集了偏振光通过磁场的图像,通过程序处理可获得磁铁产生的局部磁场二维分布图,并可求得二维分布图上任意点的磁感应强度.     

磁边界效应对径向磁场中等离子体束流运动轨迹的影响

根据离子与径向磁场的约束关系,用面向对象的单元粒子法模拟了极向偏转器中等离子体束流在均匀和非均匀径向磁场中的运动情况,得到了在磁边界效应下极向偏转器内部畸变电场的分布,分析了对质量分离的影响。模拟成果对质量分离器、质谱分析仪及材料提纯等装置的研制、特殊位形电磁场控制多质量束流等相关领域的研究有参考价值。     

Static Fourier-transform spectrometer based on Wollaston prism

The development of a static Fourier-transform spectrometer based on a Wollaston prism, two polarizers, and a CCD detector is described. The elimination of moving parts from the design makes the recorded interferogram inherently stable. The spectrometer operates in the visible region of the spectrum, has a resolution of 81 cm⁻¹, an aperture of 20 mm, and a field of view of ±2.5°. Some experimental results are presented.     

双色散二维阿达玛变换光谱仪

设计了一种双色散二维调制的阿达玛变换光谱仪,利用光栅在水平方向的谱级色散和棱镜在垂直方向的谱线色散进行二维分光。与传统的二维光谱CCD探测方法不同,该设计独辟蹊径,采用面阵数字微镜对二维光谱进行阿达玛调制,并利用单点式检测器进行光信号的检测。理论计算及光学仿真表明,与传统的二维光谱探测仪器相比,该光谱仪不仅具有高的分辨率,同时还具有很高的信噪比。