1 中国科学院上海技术物理研究所红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
2 中国气象局国家卫星气象中心，北京 100081
基于仪器的光学视场特性进行有限视场和离轴效应的光谱模拟，研究针对面阵傅里叶光谱仪光谱校正的方法。首先，开展仪器线型函数（ILS）影响分析，确定不同影响因素（有限光程差、有限视场、离轴效应等）的分析方法；其次，以面阵型圆形探测器为例，结合仪器自身光学特性，构建仪器线型函数模型；然后，利用气体吸收光谱模拟离轴效应产生的光谱定标误差和光谱敏感性；最后，基于FY-3F/HIRAS-Ⅱ发射前光谱定标数据，进行光谱校正和定标精度验证。实验结果表明：有限视场和离轴效应使得光谱存在展宽，并向低波数方向偏移。经过光谱定标和校正，中心最差像元光谱定标精度由-24.69×10-6减小到0.54×10-6，边缘最差像元由-513.38×10-6减小到-0.15×10-6，且3个波段内所有像元均满足小于7×10-6的指标要求。
光谱学 光谱定标 仪器线型函数 离轴效应 红外高光谱大气探测仪 光学学报
2024, 44(12): 1230001
吉林大学电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点实验室，吉林 长春 130012
超级电容器是良好的储能器件，具有功率密度高、使用寿命长、充电速度快等优点。激光诱导石墨烯（LIG）是一种常见的双电层电容器电极材料，但LIG双电层电容器通常表现出较低的电化学性能，而活性物质的掺入会提高超级电容器性能。针对如何控制活性物质的掺入问题，提出一种基于激光直写表面滴涂硝酸铁［Fe（NO3）3］的聚酰亚胺（PI）薄膜以制备LIG-Fe3O4复合物电极的微型超级电容器的方法。激光处理过的区域会同时发生PI薄膜烧蚀与Fe（NO3）3分解，产生Fe3O4与LIG复合的LIG-Fe3O4复合物电极。所制备的LIG-Fe3O4复合物微型超级电容器性能与LIG微型超级电容器相比提高了7.58倍。所提方法为制备高性能LIG微型超级电容器提供了一条新途径。
储能器件 激光直写 激光诱导石墨烯 微型超级电容器 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0314005
1 皖西学院 机械与车辆工程学院，安徽 六安 237012
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
3 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
设计和构建了发射波长为355 nm和532 nm的户外型全天时激光雷达系统，用于探测大气气溶胶和水汽。运用355 nm和532 nm的米散射、532 nm的偏振、氮气和水汽分子的拉曼激光雷达技术，用于对边界层结构、对流层气溶胶和云光学特性及其形态、水汽混合比进行连续探测研究。该系统结构紧凑，运输方便，具备远程操作、数据传输、一键式启动等功能。利用该系统对大气气溶胶和水汽进行探测，探测结果表明：在大气气溶胶的探测过程中，在重污染条件下混合层高度较干净天低，在0.5 km以下，而干净天在1 km左右；通过对消光系数、Angstrom指数和退偏振比分析可知，重污染条件下，底层大气气溶胶以球形粗粒子污染物为主，干净天底层大气气溶胶以球形细粒子污染物为主；在云层中，Ang-strom指数明显减小，且出现负值，说明云粒子半径较大。在水汽探测过程中，采用自标定方法获得系统的标定常数为121，与已标定的激光雷达系统对比，误差在±0.3 g/kg以内；连续探测结果表明可对夜晚5 km及白天混合层以内进行探测。该系统满足产品化的需求，可广泛运用于大气环境的监测领域中。
激光雷达 气溶胶 水汽混合比 消光系数 Angstrom指数 退偏振比 lidar aerosol water vapor mixture ratio extinction coefficient Angstrom exponent depolarization ratio 红外与激光工程
2023, 52(4): 20220484
1 北京理工大学 光电学院， 北京0008
2 中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室/国家卫星气象中心 （国家空间天气监测预警中心）， 北京100081
3 许健民气象卫星创新中心， 北京100081
为了提高风云三号D星（FY-3D）上搭载的高光谱红外大气探测仪（HIRAS）的辐射定标精度，对HIRAS数据预处理中使用的相位校正模块做了改进。相位校正是预处理流程中的基本处理步骤之一，用于确定干涉图的零光程差位置（ZPD），ZPD是傅里叶变换的中心同时也是傅里叶变换的前提，对反演光谱具有重要影响，但目前业务中使用的相位校正方法只能将ZPD精确到整数采样点，本文基于仪器相位方法将对地观测、黑体观测和冷空观测的光谱相位相互比较，提取出线性相位分量，从而将ZPD精度提升到亚采样级。HIRAS与JPSS-1/CrIS比对结果显示，改进后的相位校正方法使三波段的平均偏差分别下降约0.1 K，0.4 K和0.8 K，三波段的偏差标准差分别下降约0.06 K，0.2 K和1.5 K，同时偏差对目标温度的依赖性也有所降低。改进后的相位校正方法弥补了原相位校正模块的缺点，有效减小HIRAS的辐射不确定度。
高光谱 相位校正 零光程差 仪器相位 hyperspectral phase correction zero optical path difference phase of instrument 光学 精密工程
2023, 31(10): 1419
1 太原师范学院物理系 山西 晋中 030619
2 太原师范学院计算机系 山西 晋中 030619
3 山西大学理论物理研究所 山西 太原 030006
基于变系数的分数阶导数薛定谔方程, 采用分步傅里叶算法研究了余弦高斯光束的传输和相互作用。在线性情况下, 单束无啁啾余弦高斯光束在传输过程中分成两束相同的高斯光束并形成Y形光束结构, 而啁啾余弦高斯光束在传输过程中产生两束不对称的光束。当莱维指数为1时, 两束啁啾余弦高斯光束相互作用之后形状保持不变。此外, 余弦高斯光束在周期函数、线性函数和幂函数形式调制的分数衍射作用下, 其传输结果分别展现出周期性的结构、抛物轨迹传输以及形状不变的传输。在非线性情况下, 饱和非线性效应破坏余弦高斯光束的周期性结构, 同时抑制余弦高斯光束的传输展宽。
分数衍射效应 余弦高斯光束 光束传输 相互作用 饱和非线性效应 fractional diffraction effect cosine-Gaussian beam beam propagation interaction saturation nonlinear effect
研究了网络攻击下具有不确定性多智能体系统动态事件触发一致性问题。传统的事件触发机制无法通过改变触发规则来有效地节约网络资源。通过引入动态事件触发机制, 利用该机制的动态变量使设计的事件触发条件可以根据系统的运行状态进行动态调整, 从而降低控制更新的频率。在时延控制输入、网络攻击及动态事件触发下, 建立了闭环控制系统的数学模型。根据Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式理论, 证明了动态事件触发控制下多智能体系统的一致性。最后, 通过仿真验证了该方法的可行性和有效性。
网络攻击 不确定多智能体 动态事件触发机制 一致性 network attack uncertain multi-agent system dynamic event triggering mechanism consistency
1 北京理工大学光电学院，北京 100081
2 中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室，国家卫星气象中心（国家空间天气监测预警中心），北京 100081
3 许健民气象卫星创新中心，北京 100081
我国晨昏轨道气象卫星风云三号E星（FY-3E）上搭载了红外高光谱大气探测仪II型（HIRAS-II），该仪器的高地理定位精度和辐射定标精度是其观测资料定量化应用的关键。采用交叉比对方法，基于同卫星平台搭载的中分辨率光谱成像仪-微光型（MERSI-LL），评估HIRAS-II的地理定位和辐射定标相对偏差。两台仪器的观测数据样本经空间匹配后，采用MERSI-LL数据评估匹配样本的观测背景均匀性，用海陆或云体边界的非均匀背景观测样本评估HIRAS-II的地理定位精度，用晴空海洋等场景的均匀背景观测样本评估HIRAS-II的辐射定标精度。在交叉比对前，将HIRAS-II观测辐射光谱与MERSI-LL各红外通道光谱响应函数积分得到MERSI-LL各红外通道的高光谱模拟观测数据。结果表明：星下点处HIRAS-II地理定位沿轨道方向偏离3.53 km，沿跨轨道方向偏离2.01 km；在辐射定标精度方面，HIRAS-II与MERSI-LL多数通道的辐射亮温（BT）偏差均值小于0.50 K，偏差标准差小于0.40 K，仅4.05 μm通道对低温目标的偏差较大，且该通道温度依赖明显；4.05 μm通道BT偏差随扫描角度呈现波动性变化，8.55 μm通道BT偏差随扫描角度变化不明显，其他通道BT偏差随扫描角度的变化规律与目标温度有关；偏差长时间序列分析表明，BT偏差整体保持稳定。
光谱学 红外高光谱大气探测仪II型 中分辨率光谱成像仪-微光型 地理定位 辐射定标 光学学报
2022, 42(24): 2430002
1 云南天朗节能环保集团有限公司, 云南 安宁 650302
2 昆明理工大学冶金与能源工程学院, 昆明 650093
采用冷却结晶和筛分法研究了响应曲面法设计下pH值、Fe3+浓度、搅拌速率各因素不同水平对平均粒径和变异系数影响程度, 构建了平均粒径2次回归模型和C·V·值2FI回归模型, 深入探究了各影响因素之间交互作用, 研究表明: 各因素对平均粒径和C·V·值影响程度为母液pH>搅拌速率>Fe3+质量浓度; 各因素之间交互作用对晶体平均粒径和C·V·值影响程度为AC >BC >AB; 当母液pH为5.5、搅拌速率为150 r/min、Fe3+质量浓度为0.3 g/L时, 可得到平均粒径为0.985 mm、C·V·为793.719的晶体; 经验证模型值与实验值误差较小, 回归模型具有良好拟合度和可靠性。
响应曲面法 pH值 铁离子浓度 搅拌速率 硫酸铵 结晶 交互作用 response surface methodology pH value ferric ions concentration stirring rate ammonium sulfate crystallization interaction
曹也 1,2,3,*程亮亮 1,2,3杨昊 1,2,3方志远 1,2,3[ ... ]谢晨波 1,2,3
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所大气光学重点实验 室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 先进激光技术安徽省实验室, 安徽 合肥 230037
激光雷达作为大气探测的有效手段之一, 逐渐向小型化、轻量化的趋势发展。针对激光雷达的功能专用性, 基于现场可编程门阵列 (FPGA) 对探测、采集系统进行了集成优化设计。逻辑中各模块之间通过握手协议和同步有限状态机有序配合完成数据链路的构建和传递。系统以 FIFO 作 为 ADC 的数据存储器, 通过 AXI 总线协议配合 Xilinx MIG IP 有序将 FIFO 的数据突发缓存到 DDR 中, 并且通过千兆以太网完成对采集数据的传输。该激光雷达数据采集卡集成光电倍增管增益控制和回波信号采集功能, 并采用兼容性硬件和逻辑设计, 具有集成度高、增益调节便捷且精度高、采集快速方便以及快速适配等诸多优点。
激光雷达 光电倍增管 数据采集 千兆以太网 现场可编程门阵列 lidar photomultiplier tube data acquisition Gigabit Ethernet field programmable gate array
1 苏州大学光电科学与工程学院，苏州 215006
2 江苏省先进光学制造技术重点实验室和教育部现代光学技术重点实验室，苏州 215006
3 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，苏州 215123
AlGaN基材料作为带隙可调的直接带隙宽禁带半导体材料，是制备紫外光电子器件的理想材料。在无法获得大尺寸、低成本的同质衬底的情况下，高质量AlN薄膜的异质外延是促进紫外光电子器件发展的关键。本文中，通过调节蓝宝石衬底上AlN的金属有机物化学气相沉积(MOCVD)生长模式产生高密度纳米级孔洞，利用纳米级孔洞降低AlN的位错，并在此基础上外延了AlGaN量子阱结构，得到了275 nm波段的深紫外LED薄膜，并制备了开启电压约为4.8 V，反向漏电电流仅为2.23 μA(-3.0 V电压时)的深紫外LED器件。
AlN薄膜 AlGaN材料 紫外LED 异质外延 纳米级孔洞 AlN thin film AlGaN material ultraviolet LED heterogeneous epitaxy nanoscale hole
