1 西藏高原大气环境科学研究所, 西藏 拉萨 850000 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国气象科学研究院, 灾害天气国家重点实验室和青藏高原气象研究所, 北京 100081
3 中国气象局气象探测中心, 北京 100081
4 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
5 西藏自治区大气探测技术与装备中心, 西藏 拉萨 850000
基于多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS)开展拉萨上空太阳散射光谱观测和对流层NO2柱浓度反演研究, 探究西藏和平解放70周年大庆活动期间拉萨上空NO2对流层垂直柱浓度变化特征。 研究结果表明: 观测实验期间(2021年8月9日至2021年8月31日)白天NO2对流层垂直柱浓度的平均值为4.46×1015 molec·cm-2, 明显高于西藏和平解放70周年大庆活动日当天NO2浓度水平(2.85×1015 molec·cm-2); 而且NO2对流层垂直柱浓度日均值的逐日变化与地面在线观测数据具有良好相关性, 相关系数为0.58。 观测实验期间拉萨市主导风向为西风, 东西方向是大气NO2污染物的传输通道, 这与拉萨城区河谷地形相一致。 观测实验期间NO2对流层垂直柱浓度小时均值的平均日变化呈现“U”型分布, 早晚出现高值, 低值浓度出现在16:00时左右, 但西藏和平解放70周年大庆活动日当天NO2对流层垂直柱浓度的日变化除表现为早晚峰值外, 还在正午12:00时出现峰值, 这与活动结束后道路管控措施解除以及活动保障车辆行驶排放有关。 本研究证实了地基MAX-DOAS遥感观测技术在高原城市拉萨具有很好地适用性, 同时也发现拉萨大气NO2浓度水平变化主要受城市交通排放影响, 西藏和平解放70周年大庆活动当日拉萨对流层大气NO2浓度低。
多轴差分吸收光谱技术 二氧化氮 对流层柱浓度 拉萨 MAX-DOAS NO2 Tropospheric column density Lhasa 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1725
1 长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130033
设计了一种尺寸可调谐的局域空心光束，通过轴棱锥与透镜距离的调节改变局域空心光束的尺寸，通过矩形光阑的调节使局域空心光束产生缺口。用MATLAB模拟了局域空心光束在调控中的尺寸变化和开闭口变化，以及轴棱锥之后的贝塞尔光束的变化，通过模拟和实验分别展示了局域空心光束由形成到闭合的过程。用MATLAB模拟了金粒子在局域空心光束中受到的梯度力、散射力以及二者的合力，然后根据横向梯度力与纵向梯度力判断粒子通过缺口进入光场后的首次捕获情况，并根据分析计算出了能够囚禁住的金粒子的尺寸。
光学设计 局域空心光束 尺寸调谐 光场缺陷 粒子囚禁 梯度力 散射力 中国激光
2022, 49(13): 1305002
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 应用光学国家重点实验室, 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 暨南大学理工学院, 广州市可见光通信工程技术重点实验室, 广州 510632
为了实现硅基雪崩光电二极管蓝光波段（400~500 nm）高光响应度，设计了SACM型基本器件结构，探究了倍增层厚度对器件的雪崩击穿电压及光电流增益的影响及倍增层掺杂浓度对光响应度的影响，综合考虑光响应度和击穿电压的因素，结果表明：当表面非耗尽层掺杂浓度为1.0×1018 cm−3、厚度为0.03 μm；吸收层掺杂浓度为1.0×1015 cm−3、厚度为1.3 μm；场控层掺杂浓度为8.0×1016 cm−3、厚度为0.2 μm；倍增层掺杂浓度为1.8×1016 cm−3、厚度为0.5 μm时，器件具有较低的击穿电压Vbr-apd=34.2 V。当Vapd=0.95 Vbr-apd，该结构在蓝光波段具较高的光响应度（SR=3.72~6.08 A·W−1）。上述研究结果对高蓝光探测响应度Si-APD实际器件的制备具有一定的参考价值。
雪崩光电二极管 硅 光谱响应度 avalanche photodiode silicon spectral response
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
快照式干涉成像光谱仪通过微透镜阵列多重成像与多级微反射镜相位调制的光场耦合,实现动态场景图像光谱的同时探测。多级微反射镜的基片加工精度及膜层表面应力会导致阶梯面产生弯曲形变,从而影响光谱与成像的质量。分析了多级微反射镜阶梯面弯曲形变的面形误差特性,建立了阶梯面形误差的光场传输模型。计算结果表明,不同的阶梯面形误差分布情况会引起各视场干涉像点阵列不同的强度改变,并导致复原光谱中出现不同的噪声分布特征。阶梯面形误差会在不同成像视场的复原光谱中引入相位误差,并对相干像点的强度分布进行调制。重建光谱误差随着两个多级微反射镜阶梯矢高绝对值的增加单调递增,通过该关系便可以由阶梯矢高实测值对系统性能进行评估,并为器件制作提供理论指导。
光谱学 成像光谱仪 快照 傅里叶变换
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
快照傅里叶变换成像光谱仪通过微透镜阵列的多重成像与微反射镜阵列的分布式相位调制实现图谱信息的实时获取。由于阵列器件制作精度的限制,微透镜阵列与微反射镜阵列各单元之间的结构参数会存在不同程度的偏差,从而影响系统的性能。微透镜阵列各透镜单元之间结构参数的偏差可以等效为焦距的非均匀性,微反射镜阵列各阶梯单元之间的差别主要体现在阶梯步长的非均匀性上。本文根据微透镜阵列与微反射镜阵列对光场的相位调制特性,建立了非均匀误差的光场传输模型。采用Monte Carlo方法分别对微透镜阵列的焦距非均匀性和微反射镜阵列的步长非均匀性进行误差合成,统计分析表明相对光谱误差量随着焦距标准差及步长标准差的增加而单调递增。针对步长非均匀误差提出了一种离散光谱相位补偿的光谱校正方法,该方法有效降低了微反射镜阵列的制作精度要求,提高了复原光谱的质量。
光谱学 傅里叶变换光谱仪 非均匀误差 Monte Carlo方法 光学学报
2021, 41(24): 2430001
1 长春理工大学高功率半导体激光器国家重点实验室, 吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
3 陆军驻长春地区第一军事代表室, 吉林 长春 130000
设计了一种能够产生阵列局域空心光束的超表面透镜。该透镜基于几何相位原理,通过调整二氧化钛纳米单元的长宽比以及旋转角度能够实现对波前的精确控制。超表面在波长为632.8 nm的左旋圆偏振光照射下,能够产生多个微米级的局域空心光束,并且可以通过控制环形障碍物的尺寸来改变产生局域空心光束的数量。该超表面透镜也可以通过改变相对孔径值(RA)来控制局域空心光束的横向和纵向半峰全宽的尺寸,进而产生所需尺寸的阵列局域空心光束。
物理光学 局域空心光束 超表面 几何相位 干涉 中国激光
2021, 48(21): 2105001
1 沈阳理工大学理学院, 辽宁 沈阳 110159
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
提出了一种新型静态傅里叶变换光谱仪(FTS)。在该光谱仪的干涉系统中,采用两个具有周期性结构的微反射镜代替马赫-曾德尔干涉系统的平面镜,不仅无任何驱动部件,还无回溯光产生,进而实现了FTS的静态化和高光通量。介绍了静态FTS的工作原理,建立了基于微反射镜的马赫-曾德尔干涉系统模型,仿真得到了该干涉系统的干涉图和频域光谱图。与理想情况的结果相比,仿真得到的干涉图中条纹对比度下降且边缘区域较为严重,仿真得到的频域光谱图中主频峰值降低且基线噪声明显。分析表明,在光束倾斜入射时,两个微反射镜的阶梯式周期性结构不仅会造成干涉光场的能量分布不均匀和两束相干光束偏离,还会引起衍射效应。仿真结果表明,增加两个微反射镜子反射面的个数和子反射面的长度可以有效减小干涉图中信息的失真。进一步地,在满足光谱仪性能的前提下,减小两个微反射镜子反射面的阶梯间隔可获得理想的频域光谱图。
光谱学 傅里叶变换光谱仪 马赫-曾德尔干涉系统 微反射镜 光学学报
2021, 41(18): 1830001
