宽动态范围辐射测温系统的简化定标方法

在宽动态范围辐射测温系统中,不同温度的辐射源采用透过率不同的中性密度衰减片以及不同的积分时间,往往需要重新定标,且重新定标过程繁琐,降低了系统的效率。在分析定标理论的基础上,建立了考虑积分时间和中性密度衰减片透过率的宽动态范围辐射定标模型,提出了一种简化的定标方法,经过两次不同积分时间的定标,可以推导出前置不同透过率衰减片、不同积分时间的定标模型;通过对前置透过率为0.0278%的衰减片在0.8 ms及1 ms积分时间下的定标分析,计算出系统由内部暗电流及杂散辐射引起的灰度响应,从而分别推导出前置透过率为0.0740%和0.8193%的衰减片在不同积分时间下的定标模型,最后通过实验检验定标模型的测温精度。实验结果表明:利用所提出的简化定标方法,透过率为0.0740%的衰减片在0.8 ms及1 ms积分时间下的定标模型的测温误差分别≤0.36%和≤0.46%;0.8193%衰减片在0.2 ms积分时间下的测温误差≤4.5%。在一定的误差允许范围内,所提定标方法在提高定标效率的同时,保证了一定的测温精度。     

高吸收型滤光片透过率均匀性测试系统

组建了高吸收型滤光片的透过率均匀性测试系统,硬件系统由光学系统、光电转换系统和信号采集控制系统3部分组成.设计了基于LabVIEW 8.0的软件系统,测试软件采用模块化方法编制.计算机控制二维电控转台移动待测滤光片,以标准衰减片的透过率为基准,系统全自动实时扫描测量样片多点透过率均匀性分布,并对样片中心点透过率作了详细误差分析.透过率动态测试范围0.001%～1%,测量相对误差小于0.1%.     

遮阳伞布透过率的测量方法探究

设计出一种遮阳伞的抗紫外线性能测定的简易方法,实用性高.采用WG-8A型光栅光谱仪、溴钨灯、衰减片等器材,通过测量中间量——中性衰减片透过率来扩大透过率可测波长范围,间接计算出样品伞布的透过率.通过透过率进一步计算样品的紫外线防护系数.可开发出一个联系实际生活的实验,提升学生学习近物实验的兴趣.     

基于光源近场模型的LED光学扩展量测量方法

基于精确的LED光源近场模型,提出了一种LED光学扩展量测量方法.通过追迹LED近场光源模型中的光线数据,可获得LED光功率关于光学扩展量的关系曲线,直观反映出LED光源的光学扩展量特性和光能利用率等信息.以紫外曝光系统中的UV-LED阵列面光源为例,对三款不同型号的UV-LED进行了实际测量.通过测量得到的光学扩展量和光能利用率曲线,可以对UV-LED的光束质量作出判断,并为阵列面光源的优化设计提供帮助.     

高精度激光参数测量系统中衰减系统的研究与评价

 分析了楔形镜和中性玻璃衰减片组对光束的衰减原理，采用反射式楔形镜作为无像差定量衰减器，并同时使用中性玻璃衰减片组微调光束能量。实验测量了LD泵浦激光模式发生器基模和高阶模条件下激光束的M­²因子,结果表明：楔形镜反射式衰减器对光束质量无显著影响，将楔形镜第一次表面反射作为无像差定量衰减，入射角在0~55°范围内，单棱镜表面反射光束能量为入射光能量的4.3%，通过多块组合可以得到更大的衰减；可采用中性玻璃衰减片组对激光光束的衰减进行精细控制，使其满足CCD探测器动态范围要求。该结论可为高精度激光参数测量装置光衰减系统的研制提供理论依据。     

Solar-Blind滤光片可见光谱段光密度连续测量

为实现Solar Blind（日盲紫外）滤光片光密度在可见光谱段的高精度连续测试,搭建了以氙灯配合单色仪作为光源、使用单光子计数器作为探测器的测试系统,并对该系统的误差进行分析。系统主要装置有氙灯与单色仪组合的光源,标准衰减装置和单光子计数器;以替代法为基础进行测试,将由单光子计数器探测到的衰减后的计数值作为参考计数值替代光源的初始计数值,通过运算得到滤光片的可见光谱段光密度;该测试系统将滤光片光密度的测试动态范围扩展到0~-11OD,实现了可见光谱段内进行连续光谱测量的功能,且降低了系统的测试误差。与使用窄带LED作为光源的测试系统相比,测试不确定度由2%降低至0.5%,相对重复性误差由0.2％ 降低至0.13％。     

采用低温面源黑体实现红外系统宽动态范围定标

针对大口径地基红外辐射测量系统在辐射定标时存在定标时间长、成本高和设备机动性差等缺点,提出一种仅采用低温面源黑体实现红外系统宽动态范围定标的方法.首先对红外系统中的衰减片进行标校,测量其实际透过率并计算其辐射量;然后采用低温面源黑体在两个积分时间下分别进行辐射定标,根据定标结果解算系统响应率、杂散辐射和探测器自身偏置;结合标校获得的衰减片特性对低温定标结果进行外推,即可获得宽动态范围定标结果.为验证该定标方法有效性,分别采用该方法和通用的高温黑体加大口径平行光管定标法,对Φ600mm红外系统进行宽动态范围辐射定标实验.实验结果表明:本文方法的宽动态范围定标误差小于10.25%,能够满足该系统的辐射定标精度要求.该方法只需要一个低温黑体即可实现红外系统的外场宽动态范围辐射定标,操作简单、实时性强,具有一定的应用价值.     

星上定标衰减屏特性的测试方法

介绍了一套测量太阳光衰减屏透过率的测量装置。该装置需要测量两组数据:安装太阳光衰减屏和不安装太阳光衰减屏透过的信号值,通过求两者在相同几何条件下比值的方式得出了衰减屏的透过率。提出采用多项式拟合插值的方式解决在轨角度密集的问题,计算可知拟合插值引入的不确定度优于0.04%。数据结果显示,衰减屏的平均透过率为13.3%,结果的总不确定性优于0.54%(覆盖因子k=2)。结果表明,该装置能够为太阳光衰减屏在轨使用提供数据支持。     

基于双LED光源积分球的硅探测器宽动态范围响应线性定标

介绍了一种硅探测器宽动态范围线性测量系统,系统以光通量叠加为基础,通过时间逻辑控制LED点亮、熄灭和采集数据,在2.2×10-6~0.57A的LED注入电流调节范围内,标定了硅探测器响应电流在3.92×10-11~10-2 A范围内近9个量级的线性。实验结果表明,硅探测器在9个量级的动态范围内测量时探测器非线性引入的误差可达0.23%,通过非线性修正因子对其测量值进行修正很有必要,并给出了非线性修正因子,其数值范围为1~1.0023。分析了测量结果的测量不确定度,列出影响系统测量精度的因素,并定量分析了LED光源的光谱漂移对系统测量精度的影响。给出了线性测量系统的相对合成不确定度,硅探测器响应电流范围分别为39.2pA~0.326nA、0.326~81.6nA、81.6nA~20.4μA、20.4μA~10.2 mA时的测量不确定度分别为0.269%、0.0116%、0.00536%和0.00320%。结果表明该系统可以用于高精度硅探测器的宽动态范围响应线性定标。     

一种四波长轮换的表面形貌干涉测量系统

针对相移干涉法测量表面三维形貌时深度测量范围受波长限制这一问题,提出一种四波长表面形貌干涉测量系统。通过滤波片的轮换,将白光LED光源的光切换出4个不同波长的光源,并依次进行单波长干涉。为解决多波长干涉图像数据处理,采用基于椭圆拟合的算法,在逐帧逐点的相位计算条件下,运用大小尺度相结合的算法实现高精度宽范围的表面形貌测量。实验结果表明:在深度测量范围扩大到约41倍的条件下,测量经中国计量科学研究院采用粗糙度国家基准校准的方波多刻线样板,得到的表面粗糙度数据与校准数据相比,相对误差为4.09%。说明在一定的深度范围内,该系统能够实现表面形貌的高精度测量。     

反射式可调激光衰减器的研究

针对1 064 nm激光波长,设计出一种基于斜入射时偏振光在介质分界面上不同反射率原理的连续可调激光衰减器,角度控制精度为6、损伤阈值为100 W/cm2（连续）、0.1 J/cm2(10 ns脉冲)。实际测量了衰减器的透过率,透过率范围为8.510-5～1。分析了衰减器对传输光束质量的影响,并针对衰减器的性能改善进行了探讨。     

Variable high-energy-laser attenuator based on the interference on a transparent plate

The transmittance of a transparent plate is theoretically and experimentally investigated, taking into account Fabry–Perot effects due to Fresnel reflections of a Gaussian beam on the boundaries of a plate. On the basis of these theoretical and experimental predictions, we present the application of a variable laser attenuator based on a thin transparent plate and a temperature regulation. Here, the absorption of the laser energy in the plate should be as low as possible, and its transmittance is changed by the interference due to the different thicknesses and refractive indices for the different temperatures of the plate. Therefore, such an attenuator can be used for a broad range of wavelengths and high-energy laser applications.     

利用非线性Sagnac干涉法提高短脉冲信噪比

理论研究了影响Sagnac干涉法信噪比提升能力和效率的各项因素。通过控制脉冲的空间分布和衰减片透过率,能够有效提高Sagnac干涉法的效率。Sagnac干涉法提升信噪比的能力与入射脉冲的信噪比有关:入射脉冲信噪比越高,信噪比提升的量级就越大。在SILEX-Ⅰ超短超强脉冲激光装置上建立了实验平台。3 TW压缩器输出的超短超强脉冲光经衰减片进入Sagnac干涉仪,非线性介质为5 cm长的熔石英材料,衰减片透过率为55%。当入射脉冲能量为6.6 mJ时,利用三阶自相关仪测量得到脉冲的信噪比从使用Sagna干涉仪前的10-6提高到了10-7,此时出射脉冲的能量为1.6 mJ,效率为24%。该方法对光束口径没有限制,能够用于大能量条件下短脉冲信噪比的提升。     

高能COIL偏振态的实验研究

 通过两块楔镜补充衰减和中性衰减片相结合的能量衰减方法，测得了功率密度为20 W/mm² COIL的偏振态。采用角反射器作为稳定腔折返装置，提高了激光能量分布的均匀性。激光光束分别以45°的入射角入射到两块楔镜上，被楔镜反射后，垂直通过中性衰减片，最后进入偏振态测试仪。实验结果表明：在腔内没有任何偏振选择器件和不加外部电磁场的情况下，采用折叠式稳定腔的横流双模块氧碘化学激光光束呈现部分偏振性质，而且在出光过程中偏振度逐渐降低。     

大口径线性连续衰减器技术的研究

讨论了用于标定激光测距机测程所必须用到的连续衰减器的设计、制作与标定中的几个关键技术问题。研究了大口径线性连续衰减器为实现0 2～10dB线性连续可变的透过率控制技术。分析了连续衰减值的正交多项式曲面拟和差值算法。给出了实用化的标定结果。     

一种新型微机电系统可调光衰减器

一种新型的低成本、小体积的电磁驱动微机电系统可调光衰减器,可用于密集波分复用系统中各信道的动态增益平衡。该器件采用电磁线圈驱动绕100微轴转动的微反射镜,运动部件行程极小。驱动电压为0～8V,工作范围0～35dB,动态响应时间小于2ms,插入损耗小于0．8dB,回波损耗小于-50．5dB。器件采用微细电火花加工技术制作,加工精度为微米量级。技术成熟,工艺简单,易于批量生产。采用有限元分析软件ANSYS对器件的结构建模,对电磁场及衰减曲线进行了理论分析,并与实测数据进行了比较,得出了相当满意的结果。     

Digitally controlled fault-tolerant multiwavelength programmable fiber-optic attenuator using a two-dimensional digital micromirror device

A digitally controlled multiwavelength variable fiber-optic attenuator using a two-dimensional digital micromirror device (DMD) is introduced. The results from an experimental four-wavelength (i.e., 1546.92, 1548.52, 1550.12, and 1551.72 nm) proof-of-concept attenuator indicate a 26-dB dynamic range and 11-bit resolution. The measured attenuator average coherent optical cross talk per wavelength channel is -38 dB , limited by the additive noise resulting from the nonideal isolation of the optical circulator and the attenuator module. The average optical loss for our experimental attenuator is 15 dB and is limited mainly by the visible-mode DMD that is used as a 1550-nm infrared window device. Our theoretical estimate of a <8-dB loss optimized attenuator can be used for equalization in multiwavelength fiber-optic communications with as many as 108 wavelengths.     

Feedback on the motion of a single atom in an optical cavity

We demonstrate feedback on the motion of a single neutral atom trapped in the light field of a high-finesse cavity. Information on the atomic motion is obtained from the transmittance of the cavity. This is used to implement a feedback loop in analog electronics that influences the atom's motion by controlling the optical dipole force exerted by the same light that is used to observe the atom. In spite of intrinsic limitations, the time the atom stays within the cavity could be extended by almost 30% beyond that of a comparable constant-intensity dipole trap.