Author Affiliations
Abstract
1 Department of Optics and Optical Engineering, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
2 School of Optical-Electrical and Computer Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
We propose a new type of dispersion-flattened waveguide without a slot-assisted structure that can obtain an ultra-flat group velocity dispersion profile with five or six zero-dispersion wavelengths in the mid-infrared region. The dispersion profile becomes less sensitive to the waveguide dimensions due to the absence of the slot-assisted structure, making waveguide fabrication more friendly. The dispersion profile varies between and ps/(nm · km) over a 2665 nm bandwidth from 2885 nm to 5550 nm with a flatness of nm2 · km/ps. Two different combinations of materials are demonstrated for dispersion flattening of the proposed waveguide structures. We also provide design guidance for the proposed waveguide structures with other combinations of materials.
integrated optical devices waveguides dispersion Chinese Optics Letters
2023, 21(10): 101302
中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
大气散射效应作为CO2反演的主要误差源, 严重影响了全球大气CO2卫星产品的应用研究。 气溶胶作用以及气溶胶与地表综合作用是大气散射的重要来源。 基于O2-A, CO2 1.6和2.06 μm三个光谱带中的强、 弱吸收峰和连续谱, 从大气气溶胶光学厚度和地表反照率的角度, 分析三光谱带具有的相关信息, 提出改进的全物理反演方法, 对相关性很强的气溶胶光学厚度和地表反照率这两个散射相关参数进行同步反演, 实现大气CO2反演中的散射效应校正。 模拟计算气溶胶影响、 气溶胶和地表反照率两者综合影响导致的CO2反演误差, 并进行校正, 极端情况下导致的8% CO2反演误差可校正到1% 内, 气溶胶类型差异导致最高达10%的散射影响可校正到2%内, 显示了方法的有效性, 同时通过对校正效果的评估, 表明该方法应用于卫星数据高精度反演的潜力, 也指出了实际应用时需要关注的问题。
反演 散射效应 校正方法 三光谱带 CO2 CO2 Retrieval Scattering effect Correction method Three spectrum bands
中国科学院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
大气甲烷(CH4)高精度反演受到多种因素的影响, 其中地表特征和大气状态的不确定性是重要的影响因素, 如地表反射率、 温度、 湿度和压力廓线。 地表反射率受到诸多因素的影响, 难以获得精确的数据, 会给反演结果带来较大误差。 温度、 湿度和压力廓线的不确定性亦是反演误差的重要来源, 由此产生的系统误差难以避免, 单独利用CH4吸收带进行反演难以消除此种误差。 针对各种参数不确定性的影响, 本文提出比值光谱法和CO2吸收带校正法进行校正。 比值光谱法通过将绝对辐亮度谱转化为比值光谱, 抑制地表反射率在反演过程中的作用。 CO2吸收带校正法利用CO2 1.61 μm吸收带, 将CH4柱含量转化为CH4体积混合比, 校正温度、 湿度和压力廓线不确定性引起的系统误差。 通过将两种校正方法结合, 可同时抑制地表反射率和温度、 湿度、 压力廓线不确定性产生的影响, 减小反演误差。 利用温室气体观测卫星(GOSAT)的观测数据进行大气CH4反演, 采用比值光谱法和CO2吸收带校正上述误差, 结果显示校正后的CH4体积混合比与GOSAT-Level2产品相当接近, 反演精度可达-0.24%, 反演结果较为稳健可靠。 研究表明, 比值光谱法和CO2吸收带校正法可有效校正地表特征和大气状态参数不确定性引起的误差, 提高大气CH4反演精度。
遥感 CH4反演 误差校正 比值光谱法 CO2吸收带 Remote sensing CH4 retrieval Error correction Ratio spectrometry CO2 band
中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
在O2-A 波段进行了温室气体卫星数据的云污染问题研究，并从光程的角度分析了散射对CO2反演的影响，提出了一种解决CO2 反演中云污染问题的方法。对GOSAT L1B 数据的处理结果显示晴空、有云、待定像素分别涵盖了83.58%、9.70%、6.72%的L2数据；像素的CO2反演结果中，晴空、薄卷云像素的结果与L2保持较高一致，其余像素的结果普遍低于L2结果。O2-A 波段云检测有其优势但仍存在一定的局限性，如对薄卷云识别的准确性不足等，而光程法散射校正能有效改善薄卷云散射导致的CO2反演误差，可作为云检测的一个有效补充，两者结合是解决云污染问题的一种有前景的方法，同时在云检测中对薄卷云像素占多数的I类待定像素应予以更高重视。
大气光学 全球变化 温室气体 云污染 大气散射
1 安徽师范大学国土资源与旅游学院, 安徽 芜湖 241003
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
如果卫星遥感反演大气CO2 精度要求达到1%,则可以通过全球连续高精度观测弥补地面观测的不足。在实际反 演中,反演精度不仅受到卷云和气溶胶的影响,还受到其它诸多因素(地表温度,地表压力,地表反照率,大气 湿度等)的影响。讨论分析了这些因子的影响:在以 US1976美国标准大气为背景、观测高度是100 km条件下,运 用最优非线性反演算法,使用逐线积分辐射传输模型LBLRTM模拟计算,模拟分析出地表温度、地表压力、地表 反射率、大气湿度各增加1%和减小1%的情况下,对CO2 反演结果的影响,以及各典型气溶胶对反演 结果的影响。结果显示:海洋型、沙漠型、城市型、乡村型四种典型气溶胶对CO2 反演结果的影响 都比较大,影响最大的为海洋型气溶胶,能见度为5 km,影响百分比相对于CO2 初始值(380 ppm)降 低了27.18%,影响最小的为乡村型气溶胶,能见度为23 km,影响百分比相对于CO2 初始 值(380 ppm)减小了7.78%;地表反射率、地表温度、地表压力对CO2 反演结果也有很大的影响,而大 气湿度对反演结果的影响很小,基本可忽略不计。
影响因子 反演方法 CO2 CO2 LBLRTM LBLRTM influencing factors retrieval method
中国科学院安徽光学精密机械研究所通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
针对大气二氧化碳高精度反演对卫星载荷测量技术的极高要求，通过与传统的色散型和干涉型光谱测量技术的比较，介绍了一种新型的超光谱测量技术即空间外差光谱技术。依据航天条件下的载荷技术需求，较详细地介绍了探测原理和仪器结构，展示了这种技术获取超光谱分辨率和高信噪比数据的能力，以及小体积、轻质量和低功率等在航天环境下的重要技术优势。在此基础上，利用本所自主研制的原理样机进行了大气二氧化碳探测实验，结果表明其观测数据精度能够良好地应用于二氧化碳反演，其探测结果与日本碳嗅卫星(GOSAT)观测结果相一致，说明空间外差技术具有应用于卫星对地探测大气二氧化碳的能力。
光谱学 傅里叶变换光谱仪 空间外差光谱技术 超光谱分辨率 二氧化碳反演
中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
CO2作为影响气候变化最重要的温室气体，其反演精度达到1%是气候研究的基本要求。在反演中解决大气散射的影响，是提高CO2反演精度的关键问题之一。温室气体观测卫星为了实现高光谱分辨率，其光谱带宽通常较窄。高光谱分辨率对CO2浓度变化敏感，而窄带宽在采用传统差分吸收光谱(DOAS)法以快慢变分离的方式处理散射时难以保证反演精度。针对我国高光谱卫星CO2反演算法的开发需求，从光程的角度研究了散射对CO2反演的影响，并与传统DOAS方法在沙漠和草地两种区域进行了对比。结果显示相对于传统DOAS方法，该方法在沙漠和草地区域的应用均使CO2的反演精度得到提高，达到或接近1%的精度需求，反演结果的相关性和数据离散度也得到改善，这表明该方法能有效降低大气散射对CO2反演的影响。
大气光学 CO2反演 温室气体 大气散射 光程
1 中国科学院 安徽光学精密机械研究所, 合肥 230031
2 中国科学技术大学 物理学院, 合肥 230031
二氧化碳(CO2)高精度反演中易受多种因素的影响，其中一部分是系统误差，如温度廓线、压力廓线、水汽以及大气分层等精度不足所带来的影响，仅利用CO2吸收带的光谱信息很难克服由此带来的误差。这种系统误差的波长依赖性小，可以考虑其他波段进行校正。模拟研究表明，上述系统误差对CO2反演的影响经O2校正后有较大程度地减小。利用大兴安岭地区的温室气体观测卫星(GOSAT)观测数据进行CO2反演，采用氧气(O2 )A吸收带校正上述系统误差，结果显示反演精度得到明显提高。
CO2反演 系统误差 O2-A吸收带 校正 CO2 retrieval systematic error O2-A band correction 强激光与粒子束
2013, 25(11): 2841
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥230031
3 安徽师范大学国土资源与旅游学院, 安徽 芜湖241000
近红外波段空基大气CO2反演是一个病态问题, 地表特征的不确定性是其重要的影响因素之一。 针对大气CO2高精度反演的需求, 研究了地表反射率两大不确定性因素对大气CO2反演的影响程度, 提出了比值光谱法对这种影响进行校正。 比值光谱法中CO2无吸收通道(off-line)的选择至关重要, 通过比较和分析多种off-line通道的选择方法, 发现多通道多点平均法因多数据平均可降低随机误差的优势, 获得的off-line通道对应的反演精度最高, 而且离散程度也小。 比值光谱法结合多通道多点平均法选取出的off-line通道对地表反射率的不确定性影响有明显的校正效果, 有利于大气CO2反演精度的提高。
CO2反演 地表反射率 比值光谱法 校正 CO2 retrieval Surface reflectance Ratio spectrometry Correction 光谱学与光谱分析
2013, 33(8): 2182
1 中国科学技术大学, 安徽 合肥230031
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥230031
大气CO2是重要的温室气体, 对大气CO2的全球监测有助于增进人类对气候变化的理解。 相比于天基平台, 地基观测数据通常具有更高的光谱分辨率、 信噪比及其他已知参数, 更容易实现较高的反演精度。 地基反演方法可以作为天基算法的基础, 并为天基观测结果提供必要的验证。 本文针对地基观测的特点, 建立了使用地基FTS数据反演大气CO2柱浓度的方法。 模拟计算显示该方法在一定的系统误差条件下, 具有获得较高反演精度的能力。 对地基FTS实测数据进行的反演实验表明, 该方法能够获得较精确的大气CO2浓度信息。
大气CO2 反演 高分辨率 FTS FTS Atmospheric carbon dioxide Retrieval High resolution 光谱学与光谱分析
2013, 33(5): 1281
