红外与激光工程
2021, 50(2): 20200260
1 北京空间机电研究所，北京 100094
2 先进光学遥感技术北京市重点实验室，北京 100094
针对离轴三反多谱段空间相机光学件自由度多、通道多且装调复杂的难题，进行了光学仿真分析和计算机辅助装调。根据光学设计结果，设计了基于光线追迹的视场光阑，给出了红外通道和可见光通道的波像差,并仿真分析了次镜和三镜的灵敏度矩阵。用可见光干涉仪对全反射式红外通道进行了装调。根据干涉仪得到的Zernike像差系数，结合计算机辅助装调仿真结果，以主镜为基准调整了次镜与三镜的空间位置关系，直至系统波前满足设计要求。红外通道中心视场和边缘视场的波前均方根(Root Mean Square,RMS)装调结果分别为0.15λ (λ=632.8 nm)和0.33λ；可见光通道中心视场和边缘视场的RMS值分别为0.06λ和0.07λ。考虑到加工和装调误差，装调结果与设计结果基本一致。相机在轨图像清晰，成像质量高。
空间相机 多谱段 多通道 装调 space camera multispectral multichannel alignment
随着航天遥感需求的不断提高，光学遥感器的口径越来越大，光学元件的支撑和重力变形对光学系统的影响难以消除，因此需要在轨调整光学元件位置变量，来补偿主镜面形误差引起的系统光学性能的下降。以一个大口径同轴三反射式光学系统为例，在理论上分析了次镜的倾斜、偏心和轴向位置引起的初级像差的变化，得出次镜的在轨补偿能力。利用Zernike多项式模拟主镜面形误差，通过调整次镜的位置自由度，分别补偿主镜的球差、彗差和像散，给出了仿真结果，并进行了工程可实现性分析。结果表明，次镜的位置自由度调整能够补偿主镜的彗差，并能够补偿一定量的像散，但是只能补偿小量球差。
光学设计 在轨补偿 光学系统 初级像差 Zernike多项式
红外光学遥感器的杂散辐射源分为外部辐射源和内部辐射源，其杂散光分析与抑制原理均与可见光谱段的遥感器有较大差别。在红外光学遥感器杂散光抑制设计中，外杂散光和内杂散光的抑制措施通常相互矛盾，但又必须采取最优措施以达到对二者同时抑制的效果。通过研究同一抑制措施在不同状态时外杂散光和内杂散光的变化趋势，提出红外光学遥感器杂散辐射的综合抑制思想。对某红外预警相机的杂散辐射进行了实例分析，通过研究抑制措施输入值改变时内杂散光和外杂散光的变化趋势，并分析关键表面的特性，最终找出抑制措施的最优输入，分析结果满足内杂散光和外杂散光的综合抑制要求。
遥感 红外 外杂散光 内杂散光 发射率 综合抑制
哈尔滨工业大学 可调谐激光技术国家级重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150080
卫星光通信系统的光学天线由物镜和目镜构成,两者在光轴方向的间距对系统的发射和接收性能有重要影响。轴间距通常由干涉仪确定,但干涉仪与光学天线的工作波长不同时会引起镜头组焦距变化,导致物镜和目镜的轴间距存在偏差。为了能利用单波长干涉仪精确调试物镜和目镜的轴间距,本文根据光学天线在干涉测量装置中的程函方程,研究了因波长差异引起的物镜和目镜的轴间距变化量与干涉条纹变化量的相应关系,并据此提出一种能精确调试光学天线物目镜轴间距的方法。提出了几种检验该方法有效性的验证方案,包括实验验证和计算机仿真验证两大类。基于计算机仿真的验证结果表明,卡塞格伦反射式光学天线和透射式光学天线轴间距模拟调试误差分别＜15%和＜3%,仿真误差满足使用要求。
卫星光通信 光学天线 天线装配 轴间距 satellite optical communication optical telescope telescope alignment center distance
哈尔滨工业大学 可调谐激光技术国家级重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
基于TEM10模拉盖尔－高斯光束，推导自由空间量子密钥分配中单光子捕获概率表达式。针对低轨卫星－地面站间激光链路进行单光子捕获分析。结果表明：采用可高度衰减激光脉冲的TEM10模拉盖尔－高斯光束作为单光子源，单光子捕获采用前驱波参考脉冲设置时间窗口的方法，可使卫星上接收机以最大概率捕获光子。与基模高斯光束相比，采用TEM10模拉盖尔－高斯光束的优点是，不会由于卫星运动而增加单光子捕获概率的损耗。
量子密钥分配 单光子捕获 拉盖尔－高斯光束 单光子捕获概率 卫星 quantum key distribution single-photon acquisition Laguerre-Gaussian beam single-photon acquisition probability satellite
哈尔滨工业大学 可调谐激光技术国家级重点实验室，哈尔滨 150001
为了给空间光通信的瞄准捕获跟踪链路的设计提供参考，实验研究了强湍流区的大气闪烁时间平滑效应，并考虑大气闪烁和瞄准抖动误差，分析了空间光通信的跟瞄链路的强度起伏统计规律；在此基础上，分析了时间平滑对链路衰落起伏的改善作用。实验研究结果表明，随着曝光时间的增加，强湍流区的大气闪烁起伏幅度减小，当曝光时间达到几十毫秒时，强湍流区的大气闪烁起伏服从对数正态分布；在确保空间光通信系统的链路跟踪中断概率小于10－3以下，采用时间平滑可以使所需的衰落冗余减少15dB～20dB。
光通信 大气闪烁 时间平滑 衰落冗余 强湍流区 optical communication atmospheric scintillation time-averaging effect fade budget moderate and strong turbulence
哈尔滨工业大学 空间光学工程研究中心，哈尔滨 150001
拼接式合成孔径光学系统对系统误差分配有特殊要求，子镜失调将严重改变波前分布，影响系统成像。对一个拼接镜面的卡式原理演示系统进行了误差分析论证，并使用ZYGO干涉仪进行实测。结果表明，拼接镜面的波前误差RMS值和PV值有特殊关系，但在一定范围内仍可获得较好的MTF曲线。
成像光学 太空望远镜 拼接镜面 误差分析 光程差 imaging optics space telescope segmented mirror sub-mirrors misadjustment tolerance
1 中国科学院电工研究所,北京,100080
2 中国科学院研究生院,北京,100049
近年来,微流控芯片以其快速分析,低消耗,微型化和自动化等特点发展非常迅速.本文对微流控芯片技术做了简要的介绍,讨论了其在医学检测领域的应用.并重点分析了可用于医学检测的微流控芯片技术,包括Ca2+、NO2-等离子的分离与检测,葡萄糖、尿酸等代谢物的测定.
微流控芯片 离子检测 葡萄糖 尿素 Ca2+
1 中国科学院电工研究所,北京,100080
2 中国科学院研究生院,北京,100049
生物人工肝支持系统是目前肝病治疗领域的重要研究课题.而其中的供氧问题直接关系着肝细胞的培养和活性维持,有着重要的研究意义.本文在建立了分体式生物反应器氧循环模型的基础上,通过差分方程的方法求解计算,得出溶液的溶氧浓度的具体分布.并通过对结果的讨论,分析了罐子中溶液的溶氧浓度随时间的变化趋势.
生物人工肝支持系统 供氧问题 分体式氧循环模型
