通道式辐射计自动观测数据的反射率光谱拓展方法

为了适应光谱特性、观测角度不同的卫星载荷定标需求,提出了一种考虑地表双向反射分布函数特性(BRDF)的通道式辐射计光谱反射率拓展方法。利用国家高分辨遥感综合定标场的星地观测数据,对提出的自动观测数据光谱拓展方法进行验证。结果表明,通道反射率光谱拓展结果与地物光谱仪实测值相比平均相对差异为2.67%;而与Sentinel-2A/B卫星实际观测结果相比,各波段差异均在10%以内。进一步开展了不确定性分析,利用提出的光谱拓展方法获得的地表光谱反射率不确定度为3.34%,基于该方法的Sentinel-2A/B蓝、绿、红、近红外波段辐射定标总不确定度分别为3.35%,3.77%,4.10%,4.29%。     

q软X光多层镜反射率在同步辐射源上的标定

软X光多层镜反射率标定实验在北京同步辐射装置上进行,利用BSRF-3W1B 束线及其反射率计靶室(主靶室)标定不同材料的多层镜样品的反射率.多层镜的标定采用波长扫描法,以得到样品反射率随波长变化的曲线.给出了21°-B4C/Si,21°-B4C/Mo,10°-Cr/Ti,15°- B4C/W,10°- B4C/W以及6.86°-B4C/W等6块多层镜在50～1 500 eV能段上的反射率标定曲线,并将其与理论计算结果进行比较.结果表明标定曲线与理论曲线很好地符合.影响标定结果的总不确定度的主要因素是光子能量不确定度,其次是角度不确定度,测量不确定度的影响很小.     

铝材料高能反射中子测量与计算

用~6~种阈探测器测得有无铝反射体时的绝对活化反应率, 获得了铝材料的高能中子反射率, 其值基本在1—1.14之间, 变化趋势比较一致. 结果表明: 高能反射中子场在小角度测量点比较弱, 而在大角度测量点, 尤其在120°点比较强. 高能中子反射率随阈能的增大而变小. 中子反射率的实验不确定度为3.4%—4.2%. 模拟计算结果与实验结果在大多数点基本相符.     

球面镜真空紫外光谱反射率的高精度测量

为了实现对球面镜真空紫外光谱反射率的直接测量,构建了一套真空紫外光谱反射率测试系统。该系统以氟化镁窗口氘灯与Seya-Namioka凹面光栅单色仪产生单色光源,反射式调制器与参考探测器做光学补偿,内径80mm的荧光积分球与精密转台作为接收系统。光学补偿消除单色光源不稳定性,荧光积分球消除了两次测量光斑不同对探测器响应的影响,且减少了系统的能量损失。利用该系统测量了115～180nm球面镜的反射率,测试结果表明测量重复性优于±0.3%;按国际通用不确定度评估规范,对系统进行不确定度分析,相关不确定度小于1.3%。实现了球面镜反射率的高精度测量。     

固定角度平面镜标定方法与不确定度分析

在北京同步辐射装置新建4B7B束线没有安装反射率计,且用户空间有限的情况下,利用X光基准点还原的方法建立了一种Dante谱仪固定角度平面镜反射率标定方法。利用三光束瞄准方法完成了束线软X光基准重建,通过准直方法实现了平面镜与X光之间的高定角精度,并采取了相应的角度姿态监测,最终在实验中得到的平面镜标定角不确定度为1.0 mrad。基于固定角度平面镜多次安装和朝各个方向转动后的标定结果,获得了高精度的反射率曲线。     

基于太阳漫射板的星上定标方法研究

基于太阳漫射板的星上定标方法是一种具有高精度、高频次、高效率等优点的独立定标方法,是目前提高我国遥感定标精度的重要手段之一。文章阐述了基于太阳漫射板的星上定标原理、方法及实现过程,建立了空间辐射标准,同时给出了星上反射率定标物理模型。分析定标物理模型发现,影响星上定标不确定度最主要的因素是太阳漫射板BRDF实时量值的确定。为此,首先介绍了星上定标时机的选择,根据所确定定标时机的太阳照明角度对太阳漫射板在实验室相应入射角度下的BRDF进行了测量。通过对太阳漫射板从制作完成到星上使用寿命终结整个过程中各阶段的BRDF量值的监测及修正,确保太阳漫射板定标时刻可为遥感器提供精确已知的辐射输入,实现遥感器全寿命期的高精度星上定标。最后,结合国内对定标模型中相关参数项测量的不确定度水平,按照测量不确定度B类评定的方法对基于太阳漫射板星上定标不确定度进行了预估,可实现星上反射率定标不确定度优于2.03%,绝对辐射定标方法不确定度优于2.04%。     

太阳漫射板反射率在轨衰退监测技术研究

多通道扫描成像辐射计搭载于风云四号气象卫星上,为了使其实现高精度定量化遥感,其上配备了星上定标装置。该装置主要是引太阳漫射板(SD)反射的太阳光作为标准辐亮度源,太阳漫射板反射率衰减监测仪(简称比辐射计)定期监测漫射板反射率的变化。主要介绍了比辐射计的工作原理,并针对在轨返回的数据特点建立了太阳漫射板双向反射分布函数衰减因子计算模型。数据表明:比辐射计探测器受到了温度的影响,其不确定度为0.165%/℃,比值监测的方式消除了温度的影响。计算了3个通道衰减因子的合成监测不确定度,第一通道的合成监测不确定度为1.48%(k=2),第二、第三通道合成监测不确定度为1.16%(k=2)。结果表明:比辐射计可以实现漫射板反射率的衰减监测。     

北京同步辐射装置4B7B软X射线标定束线的性能研究及应用

描述了在北京同步辐射装置(BSRF)4B7B软X射线上,通过多种方法进行高次谐波抑制,采用复合滤片消除高能区低能X射线等性能改进方法使光源的高次谐波含量小于1%、能量分辨优于3000,无杂散光。在4B7B光束线上开展了X射线探测器(XRD)灵敏度、平面镜反射率和滤片透射率的标定方法研究,XRD灵敏度标定不确定度优于3%,平面镜反射率标定不确定度小于3.5%,滤片透射率标定不确定度优于1%。     

空间紫外遥感仪器光谱辐照度响应度定标方法研究

为了避开球面反射镜光谱反射率的测试难点,提出了间接平行光和直接发散光两种不同的定标方法标定仪器辐照度响应度。对两种方法的定标过程与其标定的响应度结果进行了比较与分析,相对偏差为1.0%。不确定度分析表明,利用250～400nm间接平行光法的辐照度绝对定标不确度为±2.8%,相对不确定度为±2.0%;直接发散光法对应的不确定度分别为±2.4%和±1.4%,相对偏差均小于各自的相对定标不确度。结果表明,与间接平行光法相比,采用直接发散光法标定空间紫外遥感仪器(SURSI)辐照度响应度可以更有效地减少辐射定标不确定度。     

软X光多层镜反射率在同步辐射源上的标定

 软X光多层镜反射率标定实验在北京同步辐射装置 上进行，利用BSRF-3W1B 束线及其反射率计靶室(主靶室)标定不同材料的多层镜样品的反射率。多层镜的标定采用波长扫描法，以得到样品反射率随波长变化的曲线。给出了21°-B₄C/Si，21°-B₄C/Mo，10°-Cr/Ti，15°- B₄C/W，10°- B₄C/W以及6.86°-B₄C/W等6块多层镜在50～1 500 eV能段上的反射率标定曲线，并将其与理论计算结果进行比较。结果表明：标定曲线与理论曲线很好地符合。影响标定结果的总不确定度的主要因素是光子能量不确定度，其次是角度不确定度，测量不确定度的影响很小。     

偏振与多角度遥感中的太阳耀光剥离

水面镜面反射会产生太阳耀光,直接影响水体遥感信息的提取和利用。光在与物体相互作用的过程中,不仅其强度会发生变化,而且偏振状态也会发生变化。结合这两种情况,利用偏振反射的变化来消除太阳耀光。从理论上推导了偏振反射消除太阳耀光的可能性,实验测定了自来水和汽油在2π空间中的偏振反射光谱,分析了光线入射角、探测角、探测方位角、偏振角等因子与液体偏振反射比的普适关系。实验证明,当太阳处在一定的天顶角时,通过设置偏振角可以成功的消除太阳耀光的影响。     

应用于ICF实验的软X射线平面镜反射率

在北京同步辐射装置上,通过对应用于惯性约束聚变（ICF）实验的平面镜反射率的进一步研究,提高了辐射温度的测量精度。进行了对软X射线平面镜反射率的测量、反射镜的清洗、反射率的模拟计算,证明影响反射率变化的主要因素是平面镜的安装角度和沾污。实验结果表明:平面镜的沾污主要来源于ICF实验中的油沾污,采用射频辉光放电清洗非常有效。     

双向反射率测量中锁相放大器的设计

均匀材料表面除镜反射方向的其他散射方向光辐射强度都较微弱.采用信号参量估计中行的最大似然估计,应用相关检测技术,利用被测信号与背景噪声不相关特性,设计了适于微弱光电信号检测的装置--锁相放大器.对金刚砂反射天顶角-55°～55°范围测量的实验结果与双向反射率(BRDF)模型比较显示,在可见光0.632 8 μm波段,误差为3.43%;近红外1.34 μm波段,误差只有0.01%.该锁相放大器适用于材料表面双向反射率的测量.     

黑松冠层反射光谱方向特征分析

松萎蔫病是松属树种的一种毁灭性病害，小范围甚至单木水平的森林病虫害的早期诊断对森林资源保护与可持续发展尤为重要。以感染松萎蔫病的黑松为研究对象，通过采集不同感病时期的黑松冠层的多角度光谱数据，分析不同特征波段的方向反射特征，总结不同感病程度黑松的冠层特征波段反射率的变化规律。结果显示：(1）在俯视观测时，在主平面方向的后向散射方向的反射率大于前向散射方向的反射率，并且在后向散射方向，四个波段的四个感病时期约在40°的观测天顶角出现热点效应；无论在主平面还是主垂面，蓝光波段（450 nm）与近红外波段（810 nm）的黑松冠层0°天顶角反射率呈现出感病初期＞健康＞感病中期＞感病末期的变化规律，红光波段（680 nm）和绿光波段（560 nm）的黑松冠层0°天顶角反射率呈现出健康≈感病初期＞感病中期≈感病末期的变化规律。在所有方位角，冠层反射率随着观测天顶角的增加而增大。(2）在仰视观测时，在主平面方向的后向散射方向的反射率小于前向散射方向的反射率，并且在方位角为0°时，4个波段反射率都是较大的；无论在主平面还是主垂面，蓝光波段（450 nm）绿光波段（560 nm）和红光波段（680 nm）的冠层反射率的大小呈现出感病初期＞健康>感病末期>感病中期的变化规律，近红外波段（810 nm）冠层反射率的大小呈现出感病初期＞健康>感病中期>感病末期的变化规律；在所有方位角，冠层反射率随着观测仰角的增加而减小。(3）黑松冠层反射光谱在俯视和仰视观测时，各个特征波段的二向性反射率的各向异性最强的是主平面，最弱的是主垂面，且主垂面的前向和后向反射率会呈现对称性，即“镜面反射”；各个特征波段在感病末期，黑松冠层反射率随观测天顶角的变化幅度较大，其他几个时期反射率随观测天顶角的变化幅度不明显。研究结果显示的树冠的不同角度的波段反射方向性特征为以后不同尺度的无人机监测的准确性与可靠性奠定基础，也为发展近地面便携式森林病虫害实时监测系统打下了基础。     

硅片绒面形貌影响光线反射的数值研究

太阳能硅片表面绒面的光陷阱可以使光在其中经历多次反射,从而尽量减少光的反射损耗.不同光陷阱的形貌决定了光的不同多次反射路径而具有不同的反射效果.为了研究光陷阱形貌及光线入射角对减反射效果的影响,提出了数值仿真计算的方法跟踪每一条光线的反射过程计算加权出射系数.从而可以计算分析复杂形貌绒面的减反射效果并给出合理的优化方法,为制备高性能绒面结构提供理论依据.当光陷阱尺寸小于入射光线波长时,发生镜反射,将该尺寸的结构平滑处理.然后从光陷阱的深径比、高度、密度等方面计算分析光在不同入射角的情形下的加权出射系数.提出了理想的绒面光陷阱形貌,及获得最佳反射效果的入射角度.最后计算碱腐蚀及电火花加工产生的两种典型绒面的加权出射系数,并利用实验测量值验证了该计算方法.     

角锥棱镜腔Nd:YAG/Cr4+:YAG被动锁模激光器的研究

理论分析并数值模拟了腔内光强随角锥棱镜旋转的变化,实验证明在角锥棱镜腔Nd:YAG/Cr4 :YAG被动锁模激光器中,偏振耦合输出得到了锁模深度和锁模几率近乎100%的线偏振被动锁模脉冲输出.通过旋转角锥棱镜改变偏振耦合输出、调节腔内光强,可以得到被动锁模和被动调Q两种状态的脉冲输出,脉冲能量166.5 mJ/pulse,脉冲动静比高达59.7%.     

偏振在多角度遥感中的太阳耀光消除的应用

在进行水色遥感时,水面的镜面反射产生的太阳耀光,影响水体信息的提取和利用。以前的研究表明,当入射角为水体的布儒斯特角时,偏振可以消除太阳耀光,但是这种方法条件过于苛刻,现实中很难实现。针对这种情况,推导了自然光入射到水面后其反射光的偏振状态以及光线入射角与水体偏振度的关系。理论上证明了以非布儒斯特角入射时偏振消除太阳耀光的可能性,计算了从各个角度入射到纯净水体表面太阳耀光剥离的程度,实验验证了结论。     

透红外冷反射镜的研制

本文介绍一种透红外冷反射镜反光杯（碗）的光学设计、光学薄膜膜系设计和镀制工艺，特别介绍了镀制工艺中膜层的均匀性、冷光膜的重复性、牢固性等影响因素和解决办法。透红外冷反射镜采用复杂的多层膜系，具有极为有用的光学性质，对可见光高反射，对红外光则有７５％以上的透射，因而得到了实际应用。     

Measurement of the chief ray angle of mobile phone camera

The chief ray angle (CRA) of a mobile phone lens is related to the acceptance angle of the IR cutoff filter and micro lens array. The CRA of a lens need to be within an allowed value, otherwise image blurring or vignetting occurs. However, because of the compact size of mobile phone camera lenses, it is not easy to measure the CRA accurately. In this paper, we suggest a new method to measure the CRA of high-quality mobile phone camera lenses accurately using a laser beam as a light source and a plane mirror to collimate the beam in a double pass configuration. When the plane mirror is tilted to the same angle as the lens CRA, the spot center does not change, irrespective of the longitudinal position of the plane mirror. We manufactured the reference optics, which consisted of four spherical lenses, to verify our method. We found that our new CRA measurement method has 0.65° of measurement uncertainty for 15° CRA, which satisfies phone camera makers’ requirements.     

角隅全反镜谐振腔激光器的输出特性

 在高功率脉冲气体激光器中，用角隅反射镜作为全反镜，平行平面镜作为输出镜构成角隅全反镜谐振腔。对角隅腔激光器的输出特性和抗失调稳定性进行了研究，并与平凹腔和平平腔激光器进行了比较。实验结果表明：在角隅全反镜失调角为16 mrad时，角隅腔激光器的单脉冲输出能量下降9.2%，且近场输出光斑没有明显变化；而凹面全反镜失调角仅为0.4 mrad时，平凹腔激光器输出能量下降了9%，近场输出光斑严重变形。在输出镜正前方3.12 m处测量，当角隅镜偏转16.3 mrad时，激光器输出光斑与标准状态时的输出光斑重合；凹面全反镜失调角为0.4 mrad时，激光器输出光斑位移14 mm。经模式仪分析表明，角隅腔激光器近场光强分布均匀。