基于光谱波段优化选择的FTIR测量与分析

在主动式红外遥感测量中,大气中痕量气体的红外吸收与不同红外波段的透过率光谱有关。在很多情况下,透过率光谱在光谱定量分析中起到重要的作用,因此,对测量和仿真的透过率光谱的波段进行优化选择是定量分析的关键。文章对最佳透过率测量范围进行了理论分析, 得到了对应于待测气体浓度反演相对误差最小的理论最佳透过率值;基于谱线的洛伦兹线型通过计算得到了待测气体分子的吸收截面, 同时给出了透过率光谱的校准训练集;确定了单组分CO₂光谱测量分析的波段,优化了多组分CO, CO₂和N₂O光谱同时测量分析的波段并成功地应用于开放光路光谱仪系统。光谱拟合分析结果表明,测量光谱与参考光谱得到了很好的拟合,拟合均方根误差小于1%。     

利用恒星辐射测量整层大气透过率的多目标星定标

 介绍了整层大气透过率测量仪及其测量原理和Langley-Plot定标方法,提出了基于恒星整层大气透过率仪测量大气透过率的多目标星定标方法,并分别进行了K,A光谱类型恒星定标试验,得到了基于K,A两种光谱类型恒星辐射的定标值。对多目标星定标方法与单颗恒星的Langley-Plot定标方法进行了对比实验,验证了多目标星定标方法的合理性与准确性。当实时测量同类型的恒星辐射整层大气透过率时,就可以根据对应的定标参数进行测量研究。     

FTIR光谱拟合方法在反演气体浓度中的应用

研究用FTIR光谱测量系统反演气体浓度的方法,在WINDOWS操作系统下应用非线性最小二乘拟合算法实现了CO气体的定量分析。在FTIR光谱拟合中,使用HITRAN数据库中的光谱作为校准训练集,使测量的CO红外透过率谱与计算的参考光谱达到最佳拟合得到了该气体的浓度,反演结果的绝对准确度达到1%～5%。     

太阳光谱对高分辨吸收光谱反演大气CO2浓度影响的研究

以太阳光为辐射源的近红外波段高分辨率吸收光谱广泛应用于大气参数遥测.以CO2浓度反演为例,研究了太阳光谱分辨率的影响.利用美国AER公司编制的太阳光谱计算程序得到大气上界的理论计算太阳光谱作为辐射源,结合自行编制的高分辨率大气透过率模拟软件HRATS对大气中CO2平均浓度进行模拟反演.数值模拟计算结果表明,太阳光谱的准确度对浓度反演非常重要,特别是在超分辨光谱反演中异常重要,虽然反演浓度的偏差与观测分辨率没有明显的线性变化规律,但有趋势:观测分辨率的降低对太阳光谱分辨率的要求也降低,为了精确反演大气中CO2浓度,因此需要充分利用大气层顶的高分辨太阳辐射光谱数据.     

合肥地区大气中CO_2和CH_4柱浓度季节变化遥测

针对全球变暖贡献最大的两种温室气体CO2和CH4,采用自行研制的地基傅里叶变换近红外光谱遥测系统连续观测了合肥地区2012年2月到2013年4月的直射太阳光光谱,进而获得整层大气透过率测量光谱。在前向模型中采用逐线积分、低阶多项式近似方法得到整层大气透过率模拟光谱。利用模拟透过率光谱在CO2的6 150~6 270cm-1波段、CH4的5 970~6 170cm-1波段对测量透过率光谱进行迭代拟合,获得气体柱浓度。以O2柱浓度为内标函数获得CO2和CH4的干柱体积混合比。CO2和CH4干柱体积混合比日均值都具有较大波动性和明显的季节周期性,它们的月均值整体上具有较强的一致性,但是变化特征不尽相同。与日本温室气体卫星瓦里关地区的报道结果相比,CO2含量峰谷值对应的时间相对滞后,并且峰值到谷值的转变时间较长;与利用SCIAMACHY资料分析的全国范围内CH4柱浓度平均值变化趋势相比,CH4含量表现出夏高冬低的单峰单谷型变化趋势。它们的变化特征与源和汇的平衡、气象和气候条件等复杂因素有关,还需长期观测和深入研究。     

傅里叶变换红外光谱法测量大气中CO2和H2O的稳定同位素

光谱技术的发展使得连续测量环境大气中的稳定同位素成为可能。描述了应用傅里叶变换红外(FTIR)光谱技术测量环境大气中稳定同位素的方法。为了验证该方法对环境大气中的稳定同位素进行连续测量的可行性,在七天的外场实验中,应用开放光程FTIR系统直接测量环境大气中CO2的稳定同位素12 CO2,13 CO2和H2O的稳定同位素H216 O和HD16 O,并得到大气中碳同位素比值δ13 C和氘同位素比值δD。对同位素比值δ13 C和δD,系统的测量精度分别约为1.08‰和1.32‰。采用Keeling图方法,在不同的时间尺度上对CO2和H2O的同位素数据进行分析,得到了水汽地表蒸散的氘同位素特征δET。外场实验的结果证明了开放光程FTIR系统长期测量环境大气中稳定同位素的潜力。     

水汽分子对CO_2谱线加宽的影响

报道了以高分辨力连续可调谐中红外差频激光为探测光源,结合可调长光程怀特池,利用直接吸收的方法探测了CO2的10011←10002带R支以及部分P支在室温下的水汽加宽吸收光谱。在2422cm-1到2457cm-1范围内共有26条吸收谱线被探测到,采用Voigt线型对吸收谱线进行拟合,得到了CO2光谱的水汽加宽系数,结果显示CO2的水汽加宽系数平均比干燥空气的加宽系数大52%。利用实验测得的CO2的水汽加宽系数与HITRAN04数据库中CO2谱线的线位置、线强和干燥的空气加宽系数进行比较,分析了在实际大气中(海平面,10km光程)不存在水汽和存在水汽(含有2.0kPa水汽)时该波段CO2的大气透过率,结果表明潮湿空气与干燥空气之间的最大透过率差约为0.5‰。     

利用恒星测量整层大气透过率

 介绍了利用恒星测量整层大气透过率的原理和Langley-plot定标方法。研制了整层大气透过率测量系统，系统由望远镜、增强CCD、图像采集卡等组成。利用透过率测量系统测量任意天区1~6等恒星在350~750 nm内分波段弱辐射，对仪器进行定标后计算出夜间整层大气光谱透过率。测量结果与MODTRAN模拟计算结果了比较，证明该大气透过率仪设计是合理的。     

基于地对空观测光谱的大气CO_2柱浓度反演分析（英文）

基于地对空高光谱观测获取大气CO2柱浓度(大气中CO2的垂直总含量)数据是验证和改进卫星高光谱观测反演CO2浓度的重要数据源之一,而目前在中国还没有基于地面光谱观测进行大气CO2柱浓度反演研究的报告。利用光谱分析仪与太阳跟踪仪等构成的地面观测系统在中国内蒙古锡林郭勒草原进行了地对空高光谱观测,基于高光谱观测数据反演了大气CO2柱浓度。在基于1.6μm大气CO2的光谱吸收特征进行CO2浓度反演过程中,评价分析了观测光谱的波长漂移和气象参数对大气CO2柱浓度反演精度的影响。结果显示观测期间平均大气CO2柱浓度为390.9μg·mL-1。波长的漂移将会导致反演浓度值整体偏低;波长漂移从-0.012~0.042nm范围时,将会导致1μg·mL-1以上的偏差。同时,研究发现光谱透过率在6 357~6 358,6 360~6 361和6 363~6 364cm-1谱段敏感于气象参数的变化。对比利用与光谱观测同时和非同时观测的气象参数进行的浓度反演结果发现,非同时观测气象参数的利用引起的浓度偏差最小在0.11μg·mL-1,最大可达4μg·mL-1;本论文的分析结果对基于光谱反演CO2柱浓度算法的改进有着一定的参考价值。     

可见到近红外波段整层大气光谱透过率的测量研究

利用太阳光谱辐射计进行了可见到近红外波段整层大气连续光谱透过率的测量研究.在对太阳辐射计可靠定标的条件下，通过测量太阳直射光谱，运用Langley方法推算到达大气层顶的太阳辐射，最终获得了该波段范围内的连续大气光谱透过率及特殊波长上的透过率的实际变化情况.通过分析晴天无云大气条件下不同时间、不同气溶胶含量、不同季节、不同气溶胶模式下的大气透过率特征，初步获得了其变化规律，为大气层外目标探测提供了一些基础.     

烟雾激光透过率测试系统关键技术研究

为准确评估0.808μm、1.06μm、10.6μm激光对于推进剂包覆层烟雾的透过率,研制了激光烟雾透过率测试系统。国内首创10.6μm CO2激光器烟雾透过率测试系统,方案新颖,测试结果准确。经现场测试,该系统的精度、稳定度等指标均达到了设计要求。     

石英光学窗口的高温热辐射物性实验研究

建立了高温光谱透射率测量装置,测量了石英光学窗口在300～1100K温度范围内的可见光及近红外四个光谱下的法向透射率。根据样件的光谱透射率测量数据,基于双厚度法计算获得了石英光学窗口的光谱折射率和光谱吸收系数。利用光谱折射率和光谱吸收系数预测的另一种厚度的样片透射率数据与实验测量值的相对误差小于10%。     

双预电离对TEA CO_2激光器放电特性的影响

一些低增益弱线CO2激光光谱在分离某种同位素方面是非常有用的。在成比例的混合气体中很难获得这些谱线的输出,须适当提高CO2和N2的含量,但结果给主电极的辉光放电带来了困难。通过对改装后的双预电离放电回路的参量进行调节,实现了对预电离的单独控制,有利于增强预电离效果,使高含量的CO2混合气体的放电和出光成为可能。理论和实验证明了双预电离能较好地改善TEA CO2激光器的放电性能,尤其是有望实现用于分离某些同位素的弱线输出。     

基于ARM9的激光烟雾透过率测量系统

分析了烟雾透过率的测量方法，并根据此方法提出了基于ARM9的激光烟雾透过率远程测量系统的原理及结构，详细介绍了系统硬件和软件设计。经实验检测，该系统可实时显示激光通过烟箱前后的光强对应的电压曲线，经少量计算即可得到烟雾透过率，满足工作人员在浏览器端远程控制系统运行及测量烟雾透过率。     

N-type GaSb single crystals with high below-band gap transmission

Te-doped GaSb single crystals are studied by measuring Hall effect, infrared(IR) transmission and photoluminescence(PL) spectra. It is found that the n-type GaSb with IR transmittance can be obtained as high as 60% by the critical control of the Te-doping concentration and electrical compensation. The concentration of the native acceptor-associated defects is apparently low in the Te-doped GaSb compared with those in undoped and heavily Te-doped GaSb. The mechanism for the high IR transmittance is analyzed by considering the defect-involved optical absorption process.     

Ce~(3+)在碱金属-碱土金属硼酸盐体系中的光谱特性

研究了Ce3+在碱金属-碱土金属硼酸盐体系LiCaBO3,LiSrBO3和LiBaBO3中的光谱特性,发现Ce3+在该体系中均呈现非对称的宽谱发射,对应的发射光谱主峰分别为428,436和440 nm;分别监测三个主发射峰,所得激发光谱主峰分别为364、369和370 nm。研究了电荷补偿剂Li+,Na+,K+对3种材料发射强度的影响,结果显示,材料的发射强度明显提高,其中以掺入Li+时效果最明显。     

Effect of annealing temperature on the optical constants of zinc oxide films

In this paper, the effect of annealing temperature on optical constants was studied. The ZnO films were deposited on microscopic glass substrates using the sol-gel method for various annealing temperatures. The deposited zinc oxide (ZnO) films were characterized by an X-ray diffractometer (XRD), a spectrophotometer and scanning electron microscopy (SEM). The transmittance spectra recorded through the spectrophotometer exhibits 90% transmittance. The XRD spectra showed polycrystalline nature of ZnO film. Optical constants were determined through transmittance spectra using an envelope method. It was found that there was a significant effect of annealing temperature on the refractive index and extinction coefficient of deposited ZnO films. In this experiment, the optimum refractive index value of 1.97 was obtained at 350 °C annealing temperature at visible (vis) wavelength. The optical energy gap was found to be of ∼3.2 eV for all the samples. The top view of SEM showed the ZnO grain growth on the glass substrates.     

溶胶-凝胶制备ZnO-SiO2复合膜的量子效应和上转换发光

采用溶胶-凝胶技术在玻璃衬底上制备了ZnO薄膜和ZnO-SiO₂复合膜.原子力显微镜照片显示ZnO薄膜具有球状纳米晶粒;可见光-紫外透射光谱表明ZnO-SiO₂复合膜在可见光区的透过率大约是85%,透过率从330 nm开始下降,到290 nm附近降为零.由于量子效应,吸收边出现明显的蓝移.在室温下用不同波长的光激发ZnO-SiO₂复合膜,光致发光谱显示ZnO-SiO₂复合膜对应于激子发射的290 nm附近的紫外发光峰与透射谱所显示的吸收边位置一致,没有出现斯托克斯红移.同时,ZnO-SiO₂复合膜出现了双光子和三光子吸收现象和上转换发光现象. 关键词： 2')" href="#">ZnO-SiO₂ 量子效应 双光子和三光子吸收 上转换发光     

Tb3+掺杂高密度锗酸盐闪烁玻璃的发光性质

采用高温熔融法制备了Tb³⁺掺杂高密度锗酸盐玻璃。分别测试了该玻璃的透过光谱、密度、荧光光谱、荧光寿命及X射线激发发光光谱,揭示了该玻璃的物理化学性质和发光性质。透过光谱表明该玻璃具有良好的可见光透过率。高含量的Lu₂O₃和Gd₂O₃使得玻璃的密度高达6.4 g/cm³。该玻璃在377 nm光和X射线激发下发出强的绿光。544 nm发光的荧光寿命为1.325~1.836 ms。研究结果表明,Tb³⁺掺杂高密度锗酸盐玻璃是一种可用于慢速事件X射线探测器的候选闪烁材料。