为实现二极管泵浦激光器在宽温度环境下免温控稳定工作,分析了激光器泵浦源发射光谱对激光系统稳定性的影响。综合考虑了泵浦过程中的能量利用率,提出了激光器免温控泵浦源光谱优化设计方案。所提方案可有效降低泵浦源波长漂移对激光器系统吸收率和热焦距的影响,实现激光器宽温度范围内免温控工作。在-40~60 ℃工作温区内,计算了不同吸收长度和掺杂浓度(原子数分数)的Nd∶YAG激光器系统泵浦源的最优发射光谱。从理论角度而言,与一般无温控单波长激光二极管(LD)泵浦源相比,利用所提优化方案获得的泵浦源,可以将激光器系统的工作稳定性明显提高,将系统的泵浦光吸收率波动和晶体热焦距波动分别降低到13%和16%以内。对吸收长度为30 mm,掺杂浓度为0.8%的Nd∶YAG激光器系统,设计了一种双波长LD泵浦源(中心波长为803.7 nm@10 ℃和809.2 nm@10 ℃,对应比重为68.4%和31.6%)。模拟结果表明,在-40~60 ℃温度范围内,晶体对该泵浦光的吸收率可保持在90.7%以上,泵浦光吸收稳定性和晶体热焦距稳定性分别为91.4%和85.4%。
激光器 二极管泵浦 光谱优化 多波长泵浦
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
3 中国科学院大学电子电气与通讯工程学院, 北京 100049
4 清华大学精密仪器系, 北京 100084
发射于2016年12月11日的风云四号卫星上搭载了国际上首台工作于静止轨道的高光谱红外大气垂直探测仪(GIIRS), 该仪器主要用于探测地球大气的温度和湿度的垂直分布和变化, 观测的数据实时同化到GRAPES全球预报系统, 首次实现了大范围、高频次针对敏感区的卫星高光谱探测和实时资料同化应用, 对目前的气象预报能力产生显著影响, 尤其对台风强度和路径的预报更加精准.本文简要介绍了风四大气垂直探测仪的测量原理和在天气预报中的应用情况, 并对未来的发展趋势给予了展望.
信息技术系统性应用 大气垂直探测仪 傅里叶高光谱探测 气象预报 systematic application of information technology atmospheric vertical sounder Fourier hyperspectral detection weather prediction
Author Affiliations
Abstract
1 Center of Interferometer R&D, Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200082, China
2 Key Laboratory of Infrared System Detection and Imaging Technology, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200082, China
3 Third Engineering Department, Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200082, China
4 Infrared Imaging Material and Device Laboratory, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200082, China
5 Key Laboratory of Infrared Imaging Materials and Detectors, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200082, China
6 Department of Optical Coatings and Materials, Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200082, China
7 Space Cryocooler System Laboratory, Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200082, China
8 State Key Laboratory of Transducer Technology, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200082, China
To measure the global atmospheric three-dimensional distribution and change of temperature and humidity is one of the key areas in atmospheric remote sensing detection; it is also a new research and development direction in the field of meteorological satellite application. As a main element of China second generation of geostationary meteorological satellite Fengyun 4 (FY-4), which was launched on Dec. 11, 2016, the Geostationary Interferometric Infrared Sounder (GIIRS) is the first interferometric infrared sounder working on geostationary orbit internationally. It is used for vertical atmospheric sounding and gains atmospheric temperature, humidity, and disturbances. The combination of Fourier transform spectrometer technology and infrared detectors makes GIIRS have high spectral resolution and large coverage over spatial areas. With this kind of instrument, meteorological satellites can improve the capabilities for severe weather event monitoring and numerical weather prediction. Here a concise review of the GIIRS development project, including its history, missions and functions, technical design, key technologies, system integration, calibration and in-orbit operation status, etc., is presented.
120.3180 Interferometry 120.4820 Optical systems 120.6200 Spectrometers and spectroscopic instrumentation 300.6300 Spectroscopy, Fourier transforms Chinese Optics Letters
2018, 16(11): 111203
在傅里叶变换光谱仪(FTS)中,精确获取每个干涉信号采样点处的光程差是获取光谱图的关键。动镜速度的波动会对等时间采样造成采样误差,而当目标光源波长较短时无法直接利用传统方法进行等光程差采样。分析了速度波动误差对光谱的影响,并提出了一种基于拟合算法计算干涉信号每个采样点处光程差的方法,在动镜速度波动较大的情况下对可见光波段的干涉信号进行采样反演。实验结果表明,此方法准确度高,适用于各种傅里叶变换光谱仪。
傅里叶变换光谱仪 光谱反演 拟合算法 可见光谱 FTS spectrum recovery fitting algorithm vis spectrum
中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
红外焦平面探测器广泛应用于**和科学探测等领域,由于其探测单元多,信号的输出一般采用读出电路结构,因此,信号的获取与单元型探测器有本质区别。针对32×32元焦平面探测器的信号获取,对相关的软硬件进行了设计与调试,最终完成了包括探测器偏置电路设计、探测器读出时序设计、多通道数据采集和传输于一体的系统集成,成功实现对焦平面探测器干涉信号获取。实验证明采用红外焦平面,通过边积分边读出,先积分后读出的工作模式可以完成对干涉信号的采样,采用16通道并行采样和分时输出,可以实现干涉信号的有效传输和数据存储。
文字间用 号隔开空半格傅里叶光谱仪 焦平面 干涉 边积分边读出 Fourier transform spectrometer focal plane interferometer integration while reading
1319 nm激光处在大气透过窗口、光纤低损耗和接近零色散区域, 在很多领域有着广泛的应用。通过分析Nd:YAG激光介质的辐射跃迁能级, 采用镀制高选择性介质膜的方法抑制1064 nm等其他波长的起振, 最终实现1319 nm激光单脉冲输出。实验得到1319 nm激光静态输出能量340.9 mJ, 动态输出76.8 mJ, 重复频率1 Hz, 脉宽17 ns, 束散角2.7 mrad。结果表明, 通过镀制高选择性介质膜的方法可以实现1319 nm激光调Q脉冲输出。
激光器 Nd:YAG晶体 1319 nm脉冲激光器 选择性介质膜 电光调Q
为了研究脉冲输出波长为1319nm的 Nd∶YAG激光器，通过分析Nd∶YAG激光介质的辐射跃迁能级, 采用镀制高选择性介质膜的方法抑制1064nm等其它波长的起振，最终实现1319nm激光单脉冲输出。实验中采用闪光灯抽运、水冷Nd∶YAG激光器，KD*P调Q，平平腔结构，获得1319nm激光静态输出能量340.9mJ，动态输出76.8mJ，重频1Hz，脉宽17ns，束散角2.7mrad。结果表明，通过镀制高选择性介质膜的方法可以实现1319nm激光调Q脉冲输出。
激光器 1319nm脉冲激光器 Nd∶YAG晶体 电光调Q lasers 1319nm pulsed laser Nd∶YAG crystal electro-optic Q-switched
动态校准系统是空间傅里叶光谱仪的关键技术之一,而动态测角作为动态校准技术的一个重要环节,其测角精度和测角范围是动态校准系统性能的保证。空间傅里叶光谱仪的工作环境要求测角算法能够实现高精度和大范围的倾角检测,基于此设计了基于瞬时激光信号功率检测的动态测角算法,介绍了该算法实现的关键技术环节,给出了实验结果。算法原理和实验结果均表明该算法可以实现精度高于0.03 rad 和范围超过±π rad 的倾角检测,可为空间傅里叶光谱仪实时获取高质量的地球大气红外辐射干涉图提供保证。
Michelson 干涉仪 空间傅里叶光谱仪 动态校准 瞬时激光功率检测 Michelson interferometer space-borne Fourier transform spectrometer dynamic alignment instantaneous
广东工业大学 物理与光电工程学院， 广东 广州510006
采用高温固相法，先在空气气氛下制备了SrAl2O4∶Eu,Dy，后对其进行还原→氧化→还原处理。X射线衍射结果表明，经过还原→氧化→还原处理后样品的晶体结构没有改变。样品的发射光谱测试表明，在高温空气气氛下有少量的Eu3+还原成Eu2+。Eu3+和Eu2+有不同的发光特性，Eu3+产生的是线状特征光谱，发射峰值在592，616 nm。Eu2+产生的是带状光谱，带的中心位置在513 nm。经过还原处理的样品和经过氧化处理的样品相比，Eu2+的浓度得到显著提高，而Eu3+的浓度则急剧下降。对Eu2+的氧化、Eu3+的还原的机理进行了细致地讨论。另外，样品的热释光谱测试表明，经过氧化气氛处理和经过还原气氛处理过的样品的热释光峰值有很大的变化，但陷阱能级深度基本不变，在0.65 eV左右。这表明，对长余辉材料SrAl2O4∶Eu,Dy进行还原→氧化→还原处理，Eu离子价态和发光强度会产生变化，并不影响其中Dy离子的陷阱能级。
长余辉 铝酸盐 铕 价态变化 long afterglow strontium aluminate europium valence-change
广东工业大学物理与光电工程学院，广东 广州 510090
在230～440nm波段，研究了复合物Mg+－S2(CH3)2的光解离光谱。此波段内的复合物光诱导产物的质谱揭示，存在着非反应猝灭产物Mg+和反应产物Mg+－SCH3。反应产物来源于Mg+离子插入S－S化学键，导致复合物解离的过程。复合物的光解离光谱由三个对应于离子Mg+(32P←32S)跃迁的谱峰构成。由量化计算中的CIS方法所获得的吸收谱理论值与实验吻合地较好。
光谱 金属离子－分子复合物 激光光解离 飞行时间质谱 spectroscopy metal canon-molecule complex laser photo dissociation time-flight mass spectrum
