太阳极紫外成像光谱仪光学系统设计

在极紫外波段对太阳进行超光谱成像观测是研究太阳上层大气,日冕中等离子物理特性的重要手段。依据太阳极紫外成像光谱仪的应用,结合国内外极紫外成像光谱仪发展现状,制定了太阳极紫外成像光谱仪的性能指标。通过比较各种光学结构的优缺点,选择望远镜与光谱仪组合的结构。讨论并选择了可用的基本元器件,望远系统采用离轴抛物面反射镜,分光器件为高密度超环面等间距光栅。设计出符合指标的光学系统。最后给出了太阳极紫外成像光谱仪的设计过程、详细参数与结果。光学系统的工作波段为17.0～21.0nm,视场是1 228″×1 024″,空间分辨率达到0.8arcsec.pixel-1,光谱分辨率约为0.001 98nm.pixel-1,系统总长度约为2.8m。     

可见光与红外一体化光学系统设计EI北大核心CSCD

空间遥感相机的空间分辨率、时间分辨率以及光谱分辨率不断提高,相机的观测谱段也得到了拓展,实现了多谱段观测.针对多谱段观测需求,通过计算以及光学设计软件设计研究了可见光与红外一体化光学系统.可见光部分系统焦距为6000mm,F数为11.8,波段为400~900nm.红外部分系统焦距为1280mm,F数为2.5,波段为3000~5000nm,两个系统视场均为1.4°×0.6°.可见光波段系统与红外波段系统共用前四片反射镜,五镜为二向分色镜,将可见光反射至五镜上方的时间延迟积分CCD中,红外波段透过五镜至后方校正镜组.整个系统无色差,结构较为紧凑,可见光与红外部分成像质量均达到要求.     

可见光与红外一体化光学系统设计

空间遥感相机的空间分辨率、时间分辨率以及光谱分辨率不断提高,相机的观测谱段也得到了拓展,实现了多谱段观测.针对多谱段观测需求,通过计算以及光学设计软件设计研究了可见光与红外一体化光学系统.可见光部分系统焦距为6000mm,F数为11.8,波段为400~900nm.红外部分系统焦距为1280mm,F数为2.5,波段为3000~5000nm,两个系统视场均为1.4°×0.6°.可见光波段系统与红外波段系统共用前四片反射镜,五镜为二向分色镜,将可见光反射至五镜上方的时间延迟积分CCD中,红外波段透过五镜至后方校正镜组.整个系统无色差,结构较为紧凑,可见光与红外部分成像质量均达到要求.     

太阳过渡区紫外光谱的观测与诊断

太阳过渡区是太阳色球层顶到日冕底部的大气薄层。厚度仅几百千米,但其间太阳等离子体参数变化剧烈。过渡区的辐射多为光学薄的远紫外、极紫外发射谱线和背景连续谱线。由于地球大气的吸收,过渡区紫外光谱需通过天基观测才能实现。近几十年来,星载仪器的成功发射为太阳过渡区的研究打开了新纪元。工作回顾了太阳过渡区紫外光谱的观测历史和各类星载仪器,特别介绍了近十几年几种重要的光谱仪器。详细阐述了过渡区紫外光谱的发生率、电子密度和电子温度的诊断原理。讨论了过渡区紫外谱线的形状,并以SOHO/SUMER光谱仪为例介绍了表征谱线的几种重要参量及其物理意义。     

中段目标的可见光辐射特性计算研究

中段目标的可见光辐射特性对目标的探测、跟踪与打击具有重要的指导意义。提出计算中段目标可见光辐射特性的方法,计算了目标表面的二向性反射,并考虑太阳的可见光辐射和云层背景反射太阳的可见光辐射情况下,计算了白天从同步卫星、低轨卫星和中轨卫星观测中段目标在可见光波段的辐射特性。研究结果表明：在可见光波段,目标对同步卫星辐射的光谱变化规律与太阳直射辐射的光谱变化一致,低轨卫星上观测目标的光谱辐射热流比同步卫星上观测的结果大3个数量级,中轨卫星上观测目标的光谱辐射热流比同步卫星上观测的结果大1个数量级。     

可见-近红外波段太阳光谱辐照度仪的辐射定标方法研究

为了满足可见-近红外波段太阳光谱的高精度观测需求,对使用细分光谱技术进行太阳直射辐射观测的新型太阳光谱辐照度仪,开展了辐射定标方法的研究。使用光谱辐照度标准灯在400 nm～1 050 nm光谱范围内对仪器进行相对定标,对满足比尔-朗伯定理的波段采用Langley法进行绝对定标,在整个光谱范围内将辐射基准溯源到大气层顶的太阳光谱辐照度。在甘肃敦煌和安徽合肥两地进行了室外比对实验,仪器观测结果和MODTRAN4.0模型的理论模拟结果一致,和CE318的4个气溶胶观测通道的结果偏差在5%以内,验证了该定标方法的合理性。     

太阳紫外辐射光谱的光学多道探测与分析

报道了自行研制的紫外CCD光学多道分析器及其在太阳紫外辐射光谱探测中的实际应用。紫外多道分析器光谱探测范围200～1 100 nm, 光谱分辨率0.1 nm, 光谱探测灵敏度0.02 lx。进行了成都地区UVA和UVB波段太阳紫外辐射光谱的实时探测,与常规的太阳紫外辐射探测仪器测量结果进行了比对,得到很好的相关。对所探测的太阳紫外辐射光谱进行的初步分析表明：太阳紫外辐射在一天内早晚小、中午大,与太阳天顶角(SZA)变化呈相反相关。UVB和UVA波段内不同波段的辐射量不同,长波段的辐射量一般比短波段的辐射量大。云和气溶胶对紫外辐射有重要影响,云对不同波长的辐射衰减不同。     

可见-近红外波段太阳光谱辐照度仪的辐射定标方法研究

为了满足可见-近红外波段太阳光谱的高精度观测需求,对使用细分光谱技术进行太阳直射辐射观测的新型太阳光谱辐照度仪,开展了辐射定标方法的研究。使用光谱辐照度标准灯在400 nm～1 050 nm光谱范围内对仪器进行相对定标,对满足比尔-朗伯定理的波段采用Langley法进行绝对定标,在整个光谱范围内将辐射基准溯源到大气层顶的太阳光谱辐照度。在甘肃敦煌和安徽合肥两地进行了室外比对实验,仪器观测结果和MODTRAN40模型的理论模拟结果一致,和CE318的4个气溶胶观测通道的结果偏差在5%以内,验证了该定标方法的合理性。     

空间太阳极紫外三波段成像光谱仪系统设计

太阳上层大气,即日冕、过渡区和色球,是由炽热的高度动态的磁化等离子体构成,其中高度电离的离子发射出丰富的极紫外谱线。空间太阳极紫外光谱成像观测对于捕获太阳上层大气中爆发活动的动态物理演化过程,以及实现对大气等离子体特征参数的精确测量具有重要的意义。然而现有的极紫外光谱成像仪器只能针对太阳上层大气的一个或两个目标区域进行成像观测,缺乏采用单一仪器对整个太阳上层大气区域在大空间和宽波段尺度范围内的光谱进行诊断的能力,严重制约了人们对太阳爆发活动中的能量及物质输运过程的理解。为了利用单个仪器实现对日冕、过渡区和色球的高分辨率同时诊断观测,本文提出并设计了一款同时工作在17～21 nm、70～80 nm和95～105 nm三个波段的太阳极紫外成像光谱仪,该仪器基于非罗兰圆结构下的椭球面变线距（EVLS）光栅像差校正理论,采用狭缝扫描式成像光谱结构,实现了具有大离轴狭缝视场的高空间、高光谱分辨的消像散光谱成像。基于蒙特卡罗统计模拟方法对太阳极紫外三波段成像光谱仪的最优模型开展光线追迹仿真实验,仿真结果表明,所设计的成像光谱仪取得了良好的光栅像差校正效果,系统空间分辨率优于0.6″,光谱分辨率在1...     

成都地区太阳紫外辐射光谱的观测与分析

利用紫外CCD光学多道分析器,对成都地区2006年3月至7月UVA和UVB波段太阳紫外辐射光谱进行了观测,对这一地区紫外辐射的基本特征进行了统计分析。分析表明：太阳紫外辐射在一天内早晚小,中午大,一年中6月份达到最强,与太阳天顶角的变化密切相关; UVB辐射积分通量远小于UVA辐射积分通量,其比值一般小于0.04,在天气晴好时下午大于上午; 雾能导致UVB辐射积分通量与UVA辐射积分通量的比值增大,其原因是雾对UVA辐射衰减强于对UVB辐射衰减; 云对太阳紫外辐射存在异常吸收。     

反射式内掩日冕仪的光学设计与杂散光分析

日冕仪的工作特点决定了其对杂散光抑制要求极其严格。根据反射式日冕仪的工作特点,通过分析其光学特性以及其抑制系统杂散光的基本原理,设计了反射式内掩日冕仪系统。其中,视场0.67°、口径47mm、焦距768mm、系统总长1200mm,系统在30lp/mm处的MTF值大于0.6,弥散斑半径小于2.5um,成像质量达到衍射极限。通过分析系统杂散光特点,建立了消杂散光结构,使得系统的主要杂散光源被全部抑制。本系统可做到大约10-6-10-8B⊙的杂散光抑制水平,可以实现对日冕的清晰成像观测。     

碳化硅扫描反射镜支撑结构设计

对尺寸为460 mm×290 mm的SiC扫描反射镜的轻量化和支撑结构的设计进行了研究。基于三角形和矩形的复合轻量化结构,采用镜体背部为开放和封闭相结合的形式,设计了一种新型的扫描反射镜组件。该组件采用侧面支撑方式和轴向柔性结构,有利于消除支撑结构材料热膨胀系数不匹配产生的热应力对镜面面形的影响。有限元方法分析结果表明：反射镜组件在1 g重力载荷和8℃温度变化作用下,反射镜镜面的面形误差RMS值分别为4.5 nm和20.3 nm。该反射镜轻量化形式和支撑结构满足光学成像要求,并可有效提高结构的稳定性,对于大尺寸反射镜组件的设计具有借鉴意义。     

新型LED太阳模拟器光学系统设计及仿真

针对现有LED太阳模拟器同时解决准直性、辐照度均匀性、光谱匹配性三大技术指标的难度较高的问题，基于光电一体化二次光学设计，提出一种简便、高效且可实现大功率的LED太阳模拟器光学系统设计方法。采用小角度准直透镜和抛物面镜来整合光源，通过混光棒和微结构进行匀光，最后利用抛物面镜实现光线的准直输出，基于同轴准直的设计思想完成LED太阳模拟器的设计。利用光学软件LightTools对LED太阳模拟器光学系统进行模拟仿真与分析优化，实验结果表明:在直径为260 mm的有效辐照面上辐照不均匀度为2.5%、准直角为1.5°。     

新型LED太阳模拟器光学系统设计及仿真

针对现有LED太阳模拟器同时解决准直性、辐照度均匀性、光谱匹配性三大技术指标的难度较高的问题,基于光电一体化二次光学设计,提出一种简便、高效且可实现大功率的LED太阳模拟器光学系统设计方法。采用小角度准直透镜和抛物面镜来整合光源,通过混光棒和微结构进行匀光,最后利用抛物面镜实现光线的准直输出,基于同轴准直的设计思想完成LED太阳模拟器的设计。利用光学软件LightTools对LED太阳模拟器光学系统进行模拟仿真与分析优化,实验结果表明:在直径为260 mm的有效辐照面上辐照不均匀度为2.5%、准直角为1.5°。     

Compact optical delay line for long-range scanning

We proposed and demonstrated an optical delay line composed of all reflective components for long-range scanning without walk-off problem. The optical delay line consists of a retro-reflector, an inclined reflection mirror and a scanning mirror. The size of the optical delay line is within 2 cm × 2 cm and the scanning range can reach 2.9 mm when the beam is incident at the pivot of the scanning mirror and the vibration angle of the scanning mirror is 9.6°. The scanning range can be further increased when the pivot of the scanning mirror is laterally deviated from the incident beam. The optical delay line possesses the advantages that it is compact, easy to fabricate and can perform rapid scanning in large scanning range without walk-off problem. The optical delay line was demonstrated with a low-coherence reflectometer where the scanning rate was 400 Hz. A higher scanning rate can be achieved when a scanning component with higher scanning rate is applied.     

Systematic studies of small scintillators for new sampling calorimeter

A new sampling calorimeter using very thin scintillators and the multi-pixel photon counter (MPPC) has been proposed to produce better position resolution for the international linear collider (ILC) experiment. As part of this R&D study, small plastic scintillators of different sizes, thickness and wrapping reflectors are systematically studied. The scintillation light due to beta rays from a collimated ⁹⁰Sr source are collected from the scintillator by wavelength-shifting (WLS) fiber and converted into electrical signals at the PMT. The wrapped scintillator that gives the best light yield is determined by comparing the measured pulse height of each 10 × 40 × 2 mm strip scintillator covered with 3M reflective mirror film, teflon, white paint, black tape, gold, aluminum and white paint+teflon. The pulse height dependence on position, length and thickness of the 3M reflective mirror film and teflon wrapped scintillators are measured. Results show that the 3M radiant mirror film-wrapped scintillator has the greatest light yield with an average of 9.2 photoelectrons. It is observed that light yield slightly increases with scintillator length, but increases to about 100% when WLS fiber diameter is increased from 1.0 mm to 1.6 mm. The position dependence measurement along the strip scintillator showed the uniformity of light transmission from the sensor to the PMT. A dip across the strip is observed which is 40% of the maximum pulse height. The block type scintillator pulse height, on the other hand, is found to be almost proportional to scintillator thickness.      

同步辐射中双压电片反射镜的研究现状

反射镜是同步辐射光束线中应用广泛的光学元件之一,双压电片反射镜由于具有结构简单、面形能动以及自适应可调等优点,逐渐引起同步辐射界的重视.本文综述了同步辐射中双压电片反射镜的研究现状.主要讨论了双压电片反射镜的工作原理和研究概况,包括在几个大型同步辐射装置中的结构特点、制备技术及面形校正结果等;简要介绍了双压电片反射镜面形校正时所采用的反射波前探测技术和反馈控制算法;最后总结了其发展中存在的关键问题,并展望了其未来的发展方向.     

全息透镜在车辆中的两种应用

通过把全息透镜嵌入挡风玻璃，实现全息透镜在车辆中的两种应用，即将具有颜色选择性的窄带全息透镜用于车辆的平视显示，将具有角度选择性的宽带全息透镜用于车辆的阳光防护。     

旋转镜鼓式热像仪的光雷达回波特性

 旋转镜鼓式热像仪对光场的扫描主要由镜鼓来完成，在激光束的照射下，镜鼓棱及其邻域的后向散射不可避免地给散射光引进了一个附加的多普勒频移。对平行光束经热像仪后的动态回波特性进行分析研究，提出了一种测量光束多普勒频移的方法，并建立了相应的实验系统。实验结果与理论分析是一致的，为判别热像仪的工作方式提供了一种可能的方法。     

Design of an off-axis XR photovoltaic concentrator with SMS method

We present a novel off-axis XR concentrator design that enables a high efficiency energy collection while avoiding the shadowing problem encountered in the designs of symmetry XR type concentrator. Combining with a 1 cm² multi-junction solar cell, the off-axis XR concentrator is able to achieve high optical efficiency of the photovoltaic system. The concentrator design is performed based on the non-imaging optic principle, with one reflective mirror (X) and one refractive lens (R). Both surfaces of the reflective and refractive element are of freeform shapes and fitted as freeform expression in the design analysis. The concentrator has concentration ratio greater than 500× and acceptance angle greater than 2°. A square homogenizing irradiance distribution on the cell is achieved with the help of a suitable rob. The tolerance of the system is analyzed. The results show that the high concentration ratio and greater acceptance angle relax all optical and mechanical tolerances reduce the production and operation cost.