恒星巡天光谱中天光残留成分的自动识别与检测

天光作为一种主要的噪声,叠加在目标天体光谱之中,降低了光谱的信噪比。经过减天光处理后,若光谱中仍含有大量强度高的天光残差将不利于对目标光谱的后续分析。自动识别减天光异常恒星光谱的研究较少,目前只能通过人工检测的方法去寻找减天光异常的光谱,效率较低。首先对影响减天光结果的因素进行分析,找出减天光异常光谱的特征,然后提出一种简单有效的方法能够自动识别LAMOST巡天经过Pipeline处理之后仍然存在减天光异常的恒星光谱并检测其位置。该方法先对光谱进行归一化处理,然后通过检测天光线附近是否有一定强度的类似发射线或吸收线的残留来判定该天光线位置是否出现减天光异常,最后得出光谱中所有的减天光异常的天光位置。通过对LAMOST光谱数据的实验表明,这种方法可以有效识别出减天光异常的光谱和发现不同残留强度的天光线异常位置,并且该方法简单易懂,识别效率高,可以应用于大量的减天光异常光谱的识别与检测问题。     

基于轨迹聚类的天光光谱特征分析

天光背景扣除是LAMOST 1D光谱数据处理中重要的环节,其扣除好坏直接影响光谱产品质量,因此构造理想的超级天光光谱模型具有重要的意义。通常超级天光是由与目标天体同时观测的天光光纤光谱构造而成,同一区域的天光背景可能随着不同的观测时刻有着规律性的变化特征（如月相变化）,如果能充分分析并利用这些特征,可有效校正超级天光模型,从而提高减天光效果。轨迹聚类方法是一种分析目标随时、空变化特征的有效工具,针对LAMOST天光光谱中可能存在的变化规律,给出一种基于轨迹聚类的天光光谱特征分析方法。主要分以下三部分：首先是天光光谱的时序化描述。LAMOST pipeline采用且提供了每个观测天体的即时超级天光光谱,为了获取特定天区背景天光的光变特征,需选择天光光纤光谱以及扣除目标天体光谱的背景光谱,以5°视场（LAMOST望远镜视场）为单位,按观测日期MJD均匀分组,从而对特定区域的天光光谱进行了时序化表征;其次给出基于密度的天光光谱数据聚类算法STK-means。为解决随机参数导致收敛及聚类效果不理想的问题,在分析天光光谱时序数据特征的基础上,给出基于密度的相似性度量公式,并作为传统k-means聚类的初始参数选择依据,从而给出基于密度的天光光谱数据聚类算法STK-means;最后进行实验分析。实验验证了该方法的正确性和有效性以及不同初始参数K值的选择对聚类结果的影响。在此基础上,利用STK-means聚类方法,对LAMOST第一期巡天中一个完备小天区的天光光谱时序数据进行了轨迹特征分析,结果表明,除个别光谱质量较差或常说异常外,该特定区域的天光背景以农历每月十五、十六为中心向两边呈对称分布,反映了该区域观测过程中受月相的影响变化情况,该特征经量化后可为校正超级天光模型提供一种有效途径。同时,由于时序化描述过程中均匀采样的要求,该方法可适用于反银心、盘、晕等高天体数密度区域,而对于高银纬低数密度区域则需要更长时间的巡天观测。此外,该方法还可有效发现特定区域的离群(异常)天光光谱,为天文学家进一步分析提供珍稀样本。     

LAMOST类星体[OIII]线附近天光背景扣除

扣除天光背景的好坏是影响谱线信噪比很重要的因素,同时由于天光光纤数量有限以及光谱仪漂移等多方面因素的影响导致减天光是光纤光谱数据处理中公认的难点。目前已有的减天光方法主要是针对全谱的天光成分扣除,没有关注在特殊谱线位置上的局部天光情况,尤其是低红移类星体非常重要的[OIII]线附近的天光背景。探索了一种局部精细的天光背景扣除方法,解决了类星体中Hβ-[OIII]的宽线经常受到减天光精度干扰的问题。利用LAMOST减天光前的原始流量以及相对流量改正数据,根据同一观测天区的超级天光光谱对背景进行扣除。实验结果表明,在不同红移类星体中,该方法减天光后Hβ-[OIII]区间的光谱质量相对于原始LAMOST光谱批处理程序都有了明显的提高,这更有利于后续的谱线分析,同时为少部分LAMOST光谱批处理程序没处理好的特殊光谱提供了补充的解决方法。该方法目前已应用于搜寻双峰活动星系核候选体的预处理中。     

光纤转动引起光纤光谱效率变化与改正

光纤的焦比退化(focal ratio degradation)是光纤光谱效率损失的重要原因之一。光纤在安装和每次定位过程中,光纤的转动和扭曲会引起光纤焦比退化发生变化,从而改变光纤的传输效率,每根光纤由此造成的传输效率变化都会存在差异。而这样的效率差异无法用通常天文观测中使用的晨昏天光平场或者圆顶平场改正。减天光是光纤光谱数据处理中决定光谱质量的重要环节。减天光处理要求对不同光纤的传输效率进行归一化处理,以扣除不同光纤之间传输效率差异导致的天光背景测量的误差。对于与天光背景亮度接近乃至更暗的观测目标而言,光纤传输效率的改正精度决定了减天光的精度。测试了LAMOST望远镜光纤转动对光纤传输效率的影响情况。在检查了光谱中天光发射线强度与光纤传输效率的关系,和验证了光纤效率变化与波长变化相对独立的基础上,提出并且证实了通过测量各光纤中天光发射线强度作为光纤相对效率变化量来改正光纤效率差异的方法是可行的。这种方法已经被应用到LAMOST二维光谱处理当中。     

夜晚天空光谱辐射测量研究及光谱去噪分析

光电成像器件在实现夜间光辐射探测时,由于其探测环境的光谱特性与标准光源完全不同,势必在成像特性分析上,由于光谱匹配带来较大误差。采用便携式CCD光纤光谱仪对晴朗月空、晴朗星空进行夜晚天光的光谱辐射特性测量,并进行光谱分析从而为正确评价光电成像器件的成像特性提供参考。     

碱金属原子双光子共振的能级与光谱

双光子共振增强了碱金属原子的非线性极化率，可以观测到多种非线性光学过程产生的非线性光谱，本文分析了有关的能级分布和光谱特点。     

天光背景下混浊大气中成像质量的分析方法

调制传递函数(MTF)定量描述混浊介质对图像质量的影响,它是混浊介质的固有光学特性,利用等效原理可以获得MTF从低频到高频的完整特征.在实际应用中,混浊介质中的图像质量不仅取决于介质的MTF,还与图像的背景辐射密切相关.本文从混浊大气中图像退化机理出发,理论分析了空间频域中天光背景下图像质量的退化过程.参考等效原理,提出了一种考虑天光背景的表观MTF,得到了表观MTF与介质MTF和天光背景的定量关系,从而得到了一种分析背景辐射下混浊介质中图像质量的有效便捷方法.针对图像质量优化方法,从空间频域的角度提出了一种评价原则.     

厚度或浓度分布不均匀样品的红外光谱

红外光谱(IR)测量中对制样的基本要求是样品要均匀。实际工作中经常遇到厚度或浓度分布不均匀的样品,如含气泡的液体等。通过理论模型结合实验结果定量分析了厚度或浓度分布不均匀样品的红外光谱失真问题, 对此类不均匀样品的光谱性质做了深入研究和系统分析。理论计算和实验结果均表明,只要能够合适地控制实验条件,如制备足够薄的样品或选择吸收较弱的IR峰做分析对象,则厚度或浓度分布不均匀样品的光谱与均匀样品的光谱是高度相似的,完全可以满足定性或定量分析的要求。     

超短脉冲分布反馈染料激光器稳定工作条件分析

 利用耦合波理论，分析了一种作为KrF准分子激光MOPA系统的振荡源-亚皮秒超短脉冲分布反馈染料激光器（DFDL）的输出模式，指出实际的分布反馈染料激光器工作在单纵模状态是周期性增益调制的必然结果。数值模拟结果表明，DFDL输出光谱出现多条谱线的精细结构或调制现象，这是由多个顺序相干脉冲产生的。可以利用这种光谱调制现象来控制激光器的泵浦强度，获得稳定的单脉冲。光谱测量结果表明，在2倍泵浦阈值左右DFDL能够获得稳定的单模单脉冲输出。     

LAMOST光谱J152238.11+333136.1 P-Cygni轮廓分析

LAMOST一期巡天成功获取河外星系光谱超过150 000条,大样本光谱数据为探索奇异、稀有的天体从而完善现有的天体演化理论提供了必要的数据条件;而先进的信息技术为从海量的数据中挖掘这些珍稀样本提供了有效途径。针对采用基于DoPS的数据挖掘方法,从LAMOST DR5星系光谱数据获得的离群数据挖掘结果中,呈现出疑似P-Cygni轮廓特征的光谱J152238.11+333136.1进行了深入讨论。首先针对该光谱的基本信息、疑似P-Cygni轮廓特征以及相应的离群数据挖掘方法进行了简要表述,光谱在Hβ和[OⅢ]λ4860处呈现P-Cygni轮廓,在NeⅢλ3869和HeⅠλ5874处呈现反P-Cygni轮廓;其次,对该特征的真实性及其生成机制从以下4个角度展开讨论。(1)交叉同源观测。Sloan巡天2004年(相差11年)的同源观测,其光谱上并未呈现对应的特征,据推测可能是正在进行的演化活动或者光纤定位误差所致;(2)通过分析光谱质量、减天光残差等方法,分析P-Cygni特征是否为观测或数据处理所致。NeⅢλ3869和HeⅠλ5874处呈现反P-Cygni轮廓可信度较低;同时,通过比较目标光谱与超级天光,以及相邻光纤观测到的光谱在对应波长处的光谱特征,说明存在P-Cygni轮廓为减天光过程导致的可能性;(3)光谱子型差异。IRAS和WISE等近红外同源观测,显示其为Seyfert 2型星系,光学波段发射线强比[NⅡ]/Hα,[OⅢ]/Hβ显示其为HⅡ区,结合光学、红外测光图像特征,推测目标可能是两个星系进行并合活动;(4)从导致P-Cygni轮廓的物理机制的角度,分析了由星系并合触发外流、由恒星形成(爆发)电离气体触发的外流以及由Wolf-Rayet特征星系的超星风等原因引起的可能性。     

氢原子光谱相对强度的解析计算

相对强度是光谱的一个重要宏观物理量，研究氢原子光谱的相对强度分布可以加深对量子跃迁的认识。本应用量子力学知识对氢原子光谱的相对强度分布给予了理论解释，并计算了赖曼系、巴耳末系头三条谱线强度之比。     

LED光学参数测试方法研究

通过分析LED（发光二极管）发光机理和封装特点，选择了LED需要测试的光学参数：光通量、亮度、发光强度、空间光强分布、相对光谱功率分布及色度，进而研究了每个光学参数的特点。根据其特点，制定了每个光学参数的测试原理以及相应的计算公式，最终确定了各参数的测试方法。设计了LED光通量测量系统、亮度和发光强度测量系统、发散角及空间光强分布测量系统、相对光谱功率分布及色度测量系统。实际应用表明：这些系统均能满足目前工作需要。     

机油产品激光诱导荧光特性的研究

利用紫外脉冲激光和光电倍增管相结合测量机油产品激光诱导荧光的光谱特性和时间特性.分析了荧光光谱的产生,给出了时间分辨荧光光谱的测量.实际测量了一种应用广泛的燕山机油的时间分辨荧光的光谱分布和荧光寿命,测得的荧光谱分布结果和文献中报道的相同.     

空间外差光谱仪干涉图非均匀性校正研究

空间外差光谱仪在研制加工过程中,由于加工误差及胶合误差会使CCD接收到的干涉图存在光强分布不均匀现象,降低了变换光谱的准确性。基于对空间外差光谱仪干涉图光强非均匀性的产生机制与特点分析基础上,提出了一种干涉图非均匀性校正方法,该方法通过对实际干涉图进行单调分解、分段归一化及重新组合过程求解出光强分布函数,然后将变换光谱与光强分布函数倒数的傅里叶变换结果进行卷积来获得非均匀性校正后的光谱,最后将校正光谱进行逆傅里叶变换从而实现干涉图的非均匀性校正。将此方法应用于空间外差试验仪的近红外实测单色光干涉图的非均匀性校正,结果显示,该方法可以有效改善干涉图光强分布的非均匀性,抑制变换光谱的边频信号,通过与仿真的理想光谱对比,1 571和1 572 nm光谱校正前后噪声的减小率分别达到40.7%和24%,提高了光谱信噪比和准确性。     

基于Abel逆变换的激光诱导等离子体辐射特性研究

激光诱导击穿光谱(LIBS)作为一种新型的物质成分测量方法已经在越来越多的领域得到广泛应用，但是与传统的分析方法相比，LIBS技术的分析性能还需进一步提高。LIBS技术的理论基础是激光诱导等离子体，从物理机理上研究等离子体特性，对LIBS系统实验参数的优化具有指导作用，也为提高LIBS技术的检测能力奠定理论基础。激光诱导等离子体是一个与空间相关的非稳态辐射源，空间分辨光谱测量是探究等离子体物理特性的重要手段之一。为研究激光诱导等离子体的辐射特性，采用1 064 nm的Nd∶YAG调Q固体激光器烧蚀合金钢样品产生等离子体，利用空间分辨装置测量二维空间的等离子体辐射光谱信号，通过分析可知实验采集的光谱信号是信号探测器测量路径上的积分光谱强度，由此计算得到的等离子体参数也是观测路径上的平均值。为了深入研究等离子体由内层到外层的辐射规律，首先测量得到等离子体路径积分光谱强度的横向空间分布，然后以等离子体为光学薄和圆柱对称的前提条件，采用三次样条函数算法对路径积分光谱强度进行Abel逆变换，反演得到等离子体由内层到外层谱线辐射率的径向空间分布。选取等离子体辐射光谱中的原子谱线Fe Ⅰ: 374.55 nm和Mn Ⅰ: 403.08 nm为研究对象，分析等离子体辐射光谱的空间分布特征，研究结果表明，等离子体辐射路径积分光谱强度的横向分布呈现出中心位置强度大边缘位置强度小的特征，这是由于等离子体膨胀扩张的结果引起的；通过Abel逆变换得到等离子体光谱辐射率的径向分布，结果表明等离子体从内层到外层谱线的辐射率经过了先增加后减小的变化规律，等离子体中心处出现辐射率的极小值，造成这种现象的主要原因是由于等离子体辐射源中心区域具有较低的电子密度；选取等离子体辐射光谱中Fe元素的11条原子谱线，采用Boltzman法分别由谱线相应的积分光谱强度和辐射率计算等离子体温度，得到等离子体温度的横向空间和径向空间的二维分布，两者具有类似的变化规律；由等离子体温度的横向空间分布可以看出，随着离样品表面距离的增加，等离子体温度呈现单调减小的趋势，等离子体中心到边缘区域等离子体温度逐渐降低，这是由等离子体膨胀扩张以及与环境气体相互作用共同的结果；由等离子体温度的径向空间分布可以看出等离子体由内层到外层等离子体温度逐渐降低，这是由于等离子体膨胀扩张冷却引起的。由此可见，采用Abel逆变换能够实现等离子体由内层到外层的辐射特性分析，为深入理解等离子体产生和演变的物理机理提供实验依据，从而为提高激光诱导击穿光谱技术的分析性能奠定理论基础。     

光场多光谱相机像方远心镜头光学设计

光场多光谱成像技术具有能够同时获取目标二维空间信息和光谱信息的能力，利用光谱信息可以实现目标的分类和识别。为了快速、便捷地获取空间目标的完整光谱信息，实现目标表面光谱信息的真实记录，基于光场多光谱成像原理，采用光谱分光滤光片阵列分光实现主透镜系统入瞳孔径的分割，设计了一款应用于光场多光谱相机的像方远心镜头光学系统。光学系统具有宽波段400 nm~1 000 nm，焦距为240 mm，F数为4，全视场15.52°。像质评价与系统公差分析结果表明:设计的光场多光谱相机的像方远心镜头可以满足实际加工以及正常使用要求。     

发光二极管测试技术和标准

文章从发光二极管的空间能量分布和光谱能量分布两个方面叙述了光和辐射参数测试的原理和方法．讨论了辐射通量和光通量的基本概念、测量方法及相互之间的关系．在实际应用中，发光二极管的发光强度和辐射功率及他们的空间分布是常需要测量的参数．文章从基于人类视觉特性的色度学原理出发，讨论了发光二极管的光谱能量分布和重要的色度学参数以及相应的测试标准问题．     

影响光谱辐亮度标定因素的分析

在利用漫反射板标定光谱辐亮度的实验装置中,标准灯完全可以近似为点光源。通过对进入光谱仪的辐射通量的数值积分,可以对应求出仪器的实测光谱辐亮度的计算公式。计算表明,实测光谱辐亮度并不等于漫反射板表面的光谱辐亮度,而有一个随标定条件变化的微小差值。通过计算,对光谱仪与漫反射板的距离、光谱仪入射挟缝的光轴与漫反射板法线的夹角以及标准灯与漫反射板的距离等影响光谱仪标定的因素进行分析,得到了最佳的标定条件。讨论了理想标定情况、光谱仪视场趋于一点的极限情况和采用实际的双向反射分布函数已知的漫反射板标定时,实测光谱辐亮度的计算情况。     

弹载脉冲光源有效光强空间分布测量装置研究

研究了脉冲光源有效光强空间分布的Blondel-Rey法，采用复合梯形数值积分实现了瞬时光强的测量，并对高色温光源测量时的光谱失配校正进行了分析。构建了基于双反射镜同步测量原理的脉冲光源有效光强空间分布测量装置，详细分析了全空间分布式旋转平台、脉冲光强探测系统、光谱失配校正用高分辨率光谱仪等重点组成部件。采用高色温调制光源对测量装置进行了校准。最后，对该装置的测量不确定度进行了分析，其扩展不确定度可以达到3.0%。     

空气中激光清洗过程的等离子体光谱分析

在空气环境下,激光诱导等离子体光谱用于激光清洗状态的在线分析快速而准确。该文利用中阶梯光栅光谱仪探测脉冲激光器作用于干净及表面污染的铜币样品产生的等离子体光谱谱线,这些谱线中不但包含了清晰的铜原子发射谱线,还包含空气中氧气和氮气与激光作用产生分解效应的原子谱线。为了消除单次测量的不确定性,分析了多次测量的分布恒定的氧原子和氮原子谱线的统计规律,表明强度分布规律一致,且相对标准差基本相同,可以采用单次测量的光谱图变化表示清洗过程中状态。表面污染的铜币光谱图中包含多元素原子谱线和连续谱线,清洗干净铜币的光谱图连续谱线消失且只有铜元素谱线,观察谱线变化就可以表明样品是否被清洗干净。