西安理工大学机械与精密仪器工程学院激光雷达大气遥感研究中心，陕西 西安 710048
以我国高光谱遥感卫星——环境1号卫星为例，开展结合NCEP再分析资料辅助优化的6S 大气校正方法的分析。首先，考虑到高光谱图像缺少标准反射率产品的问题，利用最优化估计方法构建高光谱反射率曲线，并作为标准曲线，用于大气校正结果的验证。其次，基于6S大气校正理论，开展了大气校正的敏感性分析，确定了气溶胶光学厚度的敏感因素以及气溶胶类型、大气模式和大气温湿度对大气校正系数的敏感性。在此基础上，提出了NCEP再分析资料辅助优化的6S大气校正方法，利用NCEP再分析资料提供的大气温湿度廓线、水平能见度反演的550 nm气溶胶光学厚度等数据资料，优化6S模式的输入参数，得到准确的大气校正系数Xa、Xb和Xc，获得大气校正后的不同地物反射光谱曲线。最后，选取西安作为试验区，以水体为例，进行波谱曲线对比，利用标准曲线对校正结果进行精度评价。对比分析结果表明，NCEP再分析资料辅助优化的6S模式校正的地面反射率结果明显优于6S的大气校正结果，与标准曲线具有一致的反射率变化趋势，二者的相关系数达到0.8596，标准差低于0.0685，各波段地面反射率逐像元误差的平均值和标准差接近0.02，反映了利用NCEP辅助数据优化的6S模式对大气校正有着明显的改善作用，可提高6S 大气校正的地物反射率反演精度。
大气光学 高光谱图像 大气校正 6S 气溶胶 NCEP
1 西安理工大学机械与精密仪器工程学院，陕西 西安 710048
2 陕西省人工影响天气中心，陕西 西安 710016
冰晶是云滴谱的重要组成部分，其对全球辐射收支平衡、全球气候变化、水文循环、人工影响天气作业等具有重要的影响。目前2~100 μm的冰晶与液滴混合相态难以区分，且存在难以提供冰晶微物理参数的瓶颈问题。针对这两个问题，本文基于数字全息理论，利用全域数字图像融合方法、局部亮度梯度方差法和旋转卡壳法，结合固液相粒子圆度概念，实现了云中液滴和冰晶的混合相态识别，在特定圆度阈值下，液滴和冰晶的识别率大于93%；再结合光学图像识别技术，获得冰晶粒子的面积、周长、凸包和最小外接矩形数据；最终利用上述数据获得了冰晶微物理参数。通过在低温云室中的观测实验，获取了板状、枝状和六角冰晶的微物理参数，该方法解决了冰晶观测中的瓶颈问题。此外，通过冰晶采样间隔时间和不同时刻的质心三维坐标和等效直径，还可获得冰晶粒子的三维运动速度与轨迹。该方法对提升数值天气预报精确度，以及人工影响天气作业具有重大意义。
数字全息 粒子相态识别 冰晶 粒子速度
光子学报
2023, 52(12): 1201002
西安理工大学激光雷达遥感研究中心, 陕西 西安 710048
为了研究云滴谱的离散度与云微物理参量之间的相关性,提出了基于现场可编程门阵列的短脉冲调制激光、高分辨率显微光学系统和同轴数字全息干涉术相融合的观测技术,该技术探测云滴粒子的最小尺寸为2 μm,还可以获得完整的云滴谱谱宽数据。在膨胀云室中连续三天的不同气溶胶数浓度下,开展了生消过程中云滴粒子的三维位置与直径的观测,利用观测结果计算了云微物理参量。进一步分析了云滴谱的离散度与云微物理参量在生成与消散过程中的正相关关系。通过比对不同气溶胶数浓度条件下云滴谱离散度的分布情况,得到了随着云滴数浓度的增多,离散度的取值范围会逐渐减小,且离散度相对拟合线的离散性降低的结论。
全息 数字全息 脉冲数字全息干涉术 云滴谱离散度 云微物理
1 桂林电子科技大学 广西精密导航技术与应用重点实验室, 广西 桂林541004
2 电子科技大学 电子薄膜与集成器件国家重点实验室, 四川 成都611731
3 中国科学院 纳米器件与应用重点实验室, 江苏 苏州 215123
为了声表面波(SAW)器件能在高温环境(不小于1 000 ℃)中工作, 该文设计并在La3Ga5SiO14压电衬底上制作Pt/ZnO/Al2O3多层复合薄膜电极, 利用ZnO/Al2O3组合缓冲层增强了Pt薄膜电极在极端高温条件下的导电稳定性。制备的SAW器件在经历3次1 000 ℃高温热处理后仍保持稳定的回波损耗系数S11。实验结果表明, ZnO/Al2O3组合缓冲层结构在提高SAW器件电极高温导电稳定性方面具有一定的潜在应用价值。
高温 缓冲层 电极稳定性 声表面波器件 压电衬底 high temperature buffer layer stability of electrode SAW device piezoelectric substrate
1 山东师范大学 物理与电子科学学院 山东省光场调控及应用中心 山东省光学与光子器件技术重点实验室，山东 济南 250358
2 中国科学院上海硅酸盐研究所，上海 201899
3 μm波段激光是高精度外科手术的理想光源，也可作为长波中红外光参量振荡器的有效泵浦源。LD直接泵浦Er3+掺杂晶体是获得2.7~3 μm波段中红外激光的有效技术途径，具有成本低、结构紧凑简单等优点。由于Er3+ 2.8 μm激光下能级阻塞问题，一般需要高浓度掺杂，但高浓度掺杂易引起强烈的光吸收，增强了激光晶体的热效应，从而阻碍了激光功率的提升。低声子能量的氟化钙晶体特有的萤石型结构使得三价稀土离子极易形成“团簇”，将低浓度Er3+掺杂到氟化钙晶体中即可获得高效率的中红外激光增益介质。笔者课题组使用温度梯度法成功生长了低浓度掺杂1.3at.%Er3+: CaF2激光晶体，利用LD直接泵浦获得了2.2 W的中红外激光输出，这是目前利用LD端面泵浦同类晶体中的最高中红外激光输出功率。同时，文中还对上转换泵浦方式下该晶体的2.8 μm激光特性进行了研究。实验结果表明，低浓度掺杂的1.3at.%Er3+: CaF2晶体是一类具有产业化前景的中红外激光材料，有望推动长波中红外激光器向着结构紧凑、成本低的方向发展。
中红外固体激光 Er3+低浓度掺杂CaF2晶体 高功率激光 LD泵浦 上转换泵浦 mid-infrared solid-state laser lightly Er3+-doped CaF2 crystal high-power laser LD pump up-conversion pump 红外与激光工程
2021, 50(8): 20210336
西安理工大学 机械与精密仪器工程学院，陕西 西安 710048
利用西安理工大学2015~2018年的太阳光度计观测资料，在传统Langley法定标的基础上，利用期望平均法和拟合平均法获得了更为稳定的仪器定标系数，分析了西安地区气溶胶光学厚度和?ngstr?m波长指数的变化特征。研究结果表明：（1）仅用Langley法对仪器进行定标带来的误差较大，引入期望平均法与拟合平均法后，得到的仪器定标值更合理，有效解决了Langley法定标值波动较大的问题；（2）西安地区气溶胶光学厚度日变化呈现5种特征：平稳型、上升型、下降型、凹型和凸型，其中平缓型出现频率最低（3.55%），凸型出现频率最高（34.25%）；（3） 500 nm气溶胶光学厚度季节均值为0.60±0.36，0.59±0.33，0.62±0.40，0.68±0.36，呈春夏低、秋冬高的季节变化趋势。?ngstr?m波长指数季节均值在夏季最大（1.06±0.33），春季最小（0.81±0.32）。
太阳光度计定标 气溶胶光学厚度 ?ngstr?m波长指数 sky radiometer calibration aerosol optical depth ?ngstr?m wavelength exponent 红外与激光工程
2020, 49(6): 20190404
1 西安理工大学激光雷达遥感研究中心, 陕西 西安 710048
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
从斜程能见度探测原理出发,利用SBDART(Santa Barbara DISORT Atmospheric Radiative Transfer)模式求解辐射传输方程,对天空背景辐射进行了详细的理论仿真与分析。利用SBDART 模式自带的气溶胶模型,仿真得到了不同类型气溶胶模型在晴天条件下的天空背景辐射结果,探讨了太阳直接辐射和大气散射辐射以及不同高度上大气散射辐射的分布趋势,分析了气溶胶单次散射反照率和不对称因子对结果的影响。提出了激光雷达结合SBDART模式的实际天空背景辐射的计算方法,以实测扫描激光雷达的气溶胶探测数据作为SBDART模式的输入参数,计算获得了实际大气中太阳直接辐射以及不同高度处天空背景辐射的分布结果。为了验证结果的正确性,利用太阳光度计同步测量的太阳直接辐射,进行了对比验证,两者具有较好的一致性,相关系数达到0.99。以黑体为目标,初步探讨了天空背景辐射对斜程能见度的影响,结合激光雷达和SBDART模式所得到的实际天空背景辐射可为斜程能见度精确反演提供保证。
大气光学 天空背景辐射 辐射传输方程 斜程能见度 SBDART 光学学报
2020, 40(14): 1401001
