1 中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站,吉林 长春 130117
2 中国科学院大学,北京 100049
3 中国人民解放军93175部队,吉林 长春 130117
4 中国人民解放军95975部队,甘肃 酒泉 732750
卫星激光测距(SLR)平均回波光子数是表征系统探测能力的重要参数之一,与激光大气传输特性紧密联系。基于Mie散射理论,结合气溶胶粒子的实际分布情况,提出并利用激光雷达大气修正(LAC)模型计算SLR系统平均回波光子数,以长春站60 cm SLR系统为例,分析气候条件对SLR系统平均回波光子数的影响。结果表明,SLR系统平均回波光子数随地表附近能见度增大而增加,随相对湿度增大而减少。当望远镜俯仰角大于15°时,能见度对平均回波光子数的影响将超过相对湿度,并且在俯仰角为60°左右时达到峰值。阐述了气候条件影响SLR探测性能的内在机制,并为SLR系统选址与性能评估提供了新的理论方案和技术支持。
卫星激光测距 平均回波光子数 大气透过率 激光雷达方程 光学学报
2024, 44(12): 1201007
1 西安交通大学金属材料强度国家重点实验室,陕西 西安 710049
2 西安交通大学航天航空学院,陕西 西安 710049
3 西北有色金属研究院金属多孔材料国家重点实验室,陕西 西安 710016
针对金属材料的电子束选区熔化过程,建立了瞬态温度场及熔池演化的有限元模拟方法。采用双椭球热源模型模拟移动电子束,给出了基于传热机理考虑材料物性参数随材料状态及温度变化的粉末热物性参数估算实现方法,并对有限元模拟方法进行了解析解验证。在此基础上对纯钨的电子束选区熔化过程进行了模拟,单道扫描模拟结果表明,随电子束扫描速率的增大,或电子束半径的增大,或热源功率的减小,熔池最高温度降低,熔池的长度、宽度及深度均减小。两层多道扫描的模拟结果表明,除第一层第一道外,熔池温度场及熔池形貌不对称于扫描中心线,已扫描侧的热影响区大,温度梯度小,熔池面积小。通过模拟得到的熔池剖面图,可预测一定工艺参数条件下多道之间的搭接及多层之间的熔合情况。
激光加工 电子束选区熔化 纯钨 温度场 熔池 有限元模拟
1 长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
2 长春理工大学空间光电技术国家地方联合工程研究中心,吉林 长春 130022
3 中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站,吉林 长春 130117
根据水下可见光通信长距离传输的需求,对水下光通信信道进行建模仿真,并设计了一种基于数字信号处理的高灵敏度水下光通信发收机。在发收机中采用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)进行开关键控(OOK)调制、编码以及有限长单位冲激响应滤波器滤波(FIR)、自适应门限判决、滑动均值滤波等数字信号处理手段提高系统信噪比及误码性能,并在不同水质环境中进行水下光通信实验,对整体通信系统进行误码率分析,验证系统性能。实验结果表明,在满足误码率等于10-6条件下,接收机灵敏度可以达到-38 dBm。实验证明该通信系统在码速率5 Mbps、误码率10-6条件下在Ⅰ类水质中传输距离达到20 m,Ⅱ类水质中传输距离10 m,Ⅲ类水质中传输距离可以达到4.5 m。
光通信 水下可见光通信 开关键控调制 数字信号处理 现场可编程逻辑门阵列
1 长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
2 长春理工大学空间光电技术国家地方联合工程研究中心,吉林 长春 130022
3 中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站,吉林 长春 130117
随着5G时代的到来,自由空间光通信成为无线通信领域的研究热点,限制激光通信系统在大气信道下发展的主要因素是湍流闪烁效应。为了提高激光通信系统在大气信道下的通信性能,本文提出了一种基于雪崩光电二极管自适应增益控制的激光传输终端大气湍流的抑制方法,建立了大气湍流信道时域频域模型,编写了一套闭环调节算法并在湍流条件下搭建了具有自适应增益控制算法的无线激光通信实验。结果表明:在弱湍流条件下,光强闪烁方差由0.057降低至0.023,开启自动增益控制的功率谱曲线更加符合5/3次幂律谱,系统误码率降低两个数量级。经多次试验证明,自适应增益控制算法有效地抑制了湍流引起的信号功率波动,实现了高抗干扰能力的无线激光通信。
光通信 自由空间光通信 大气湍流 雪崩光电二极管 自适应增益控制
红外与激光工程
2021, 50(8): 20200408
红外与激光工程
2021, 50(9): 20200402
Author Affiliations
Abstract
1 Key Lab of Optical Fiber Sensing & Communications, University of Electronic Science &Technology of China, Chengdu 611731, China
2 Research Center for Optical Fiber Sensing, Zhejiang Laboratory, Hangzhou 310000, China
RAO wuyu@uestc.edu.cn, and yjrao@uestc.edu.cn Abstract: Single atomically thick graphene, with unique structural flexibility, surface sensitivity, and effective light-mater interaction, has shown exceptional advances in optoelectronics. It opens a door for diverse functionalized photonic devices, ranging from passive polarizers to active lasers and parametric oscillators. Among them, graphene-fiber biochemical sensors combine the merits of both graphene and fiber structures, demonstrating impressively high performances, such as single-molecule detectability and fast responsibility. These graphene-fiber biochemical sensors can offer tools in various applications, such as gas tracing, chemical analysis, and medical testing. In this paper, we review the emerging graphene-fiber biochemical sensors comprehensively, including the sensing principles, device fabrications, systematic implementations, and advanced applications. Finally, we summarize the state-of-the-art graphene-fiber biochemical sensors and put forward our outlooks on the development in the future.
Graphene fiber sensors biochemical sensing Photonic Sensors
2021, 11(1): 123
Author Affiliations
Abstract
1 CAS Key Laboratory of Geospace Environment and Department of Engineering and Applied Physics, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui 230026, China
2 CAS Center for Excellence in Ultra-Intense Laser Science (CEULS), Shanghai 200031, China
3 School of Nuclear Science and Technology, University of South China, Hengyang 421001, China
4 National Synchrotron Radiation Laboratory, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui 230026, China
5 Anhui Specreation Instrument Technology Co., Ltd., Hefei, Anhui 230088, China
6 Collaborative Innovation Center of IFSA (CICIFSA), Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
A compact broadband Compton spectrometer with high spectral resolution has been designed to detect spectra of laser-driven high-flux gamma rays. The primary detection range of the gamma-ray spectrum is 0.5 MeV–13 MeV, although a secondary harder gamma-ray region of 13 MeV–30 MeV can also be covered. The Compton-scattered electrons are spectrally resolved using a curved surface detector and a nonuniform magnetic field produced by a pair of step-like magnets. This design allows a compact structure, a wider bandwidth, especially in the lower-energy region of 0.5 MeV–2 MeV, and optimum spectral resolution. The spectral resolution is 5%–10% in the range 4 MeV–13 MeV and better than 25% in the range 0.5 MeV–4 MeV (with an Al converter of 0.25 mm thickness and a collimator of 1 cm inner diameter). Low-Z plastic materials are used on the inner surface of the spectrometer to suppress noise due to secondary X-ray fluorescence. The spectrometer can be adjusted flexibly via a specially designed mechanical component. An algorithm based on a regularization method has also been developed to reconstruct the gamma-ray spectrum from the scattered electrons.
Matter and Radiation at Extremes
2021, 6(1): 014401
1 中国科学院大学, 北京 100049
2 中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站, 吉林 长春 130117
3 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室,中国科学院紫金山天文台, 江苏 南京 210008
卫星形状效应是阻碍卫星激光测距(SLR)系统测距精度向毫米级发展的重要因素之一。基于卫星角反射器的实际分布,提出了角反射器不均匀分布(RUD)模型,计算了激光入射角与参与SLR过程的卫星角反射器个数、分布、反射强度的关系,分析讨论了卫星形状效应对SLR回波数据残差分布、卫星质心改正(CoM)值产生的影响。结果表明,与现有CoM模型不同,利用RUD模型计算得到的参与SLR反射的角反射器个数随激光入射角变化,角反射器分布分散且不对称,同纬度各角反射器反射激光强度不同,SLR回波波形中“拖尾效应”明显,与实测结果相符。同时,利用RUD模型得到的CoM值随激光入射角呈动态变化。对于Lageos-1卫星,长春站CoM平均值为248.1 mm,在国际激光测距服务组织的参考范围之内。
遥感 卫星激光测距 卫星形状效应 角反射器 卫星质心改正