High-resolution frequency-domain spectroscopy for water vapor with coherent and continuous terahertz wave

High-resolution frequency-domain spectroscopy(FDS) is set up using a coherent and continuous wave terahertz(THz) emitter and receiver. THz waves are generated and detected by two photomixers with two distributed feedback(DFB) lasers. Atmospheric water vapor with different relative humidity is systematically investigated by the FDS. A high-frequency resolution of ～14 MHz is obtained with the help of Hilbert transformation, leading to a well resolved and distinct transmittance characterization of water vapor. Compared with conventional THz time-domain spectroscopy, the high-resolution continuous wave THz spectrometer is one of the most practical systems in gas-phase molecular sensing, identification, and monitoring.     

全天时大气温度探测的纯转动拉曼激光雷达系统设计与仿真

提出了一种全天时大气温度探测的纯转动拉曼激光雷达系统,选用Nd\:YAG脉冲激光器的四倍频输出266.0 nm作为激励波长,避开了强烈的太阳背景光对系统探测大气温度的影响。设计了一种新型三次衍射式双光栅多色仪作为激光雷达的分光系统。仿真结果表明,双光栅多色仪可实现Stokes与Anti-Stokes高低量子数通道转动拉曼谱线的有效提取,对米-瑞利弹性散射信号的抑制率可达到60～70 dB。充分考虑臭氧吸收和荧光对系统探测性能的影响,所设计的日盲紫外纯转动拉曼激光雷达采用模拟探测模式可在12 min的积分时间内实现2.2 km高度范围内大气温度的全天时探测。     

钛合金纳秒激光打孔数值模拟和实验研究

为了描述纳秒激光对钛合金打孔过程中孔的形貌及温度场的变化规律,建立激光打孔的物理模型,利用ANSYS中APDL语言进行编程,对温度场进行仿真分析,并利用单元生死技术模拟孔形貌的变化过程。从有限元数值模拟和实验两方面综合分析比较了激光工艺参数(脉冲能量和脉冲数量)对打孔质量(孔深和孔径)的影响,系统论述了钛合金纳秒激光打孔的一般规律,以达到工艺参数优化,提高打孔质量的目的。     

电热水器能耗数值计算及保温性能优化分析

电热水器中的能量传递过程主要包括电加热丝对内胆中水的加热过程,内胆中水的自然对流过程以及通过保温层的散热过程.本文采用多尺度数值模拟方法:用LBM确定保温材料导热系数作为基于连续介质的Fluent的输入数据,对发生在电热水器中的流动和耦合传热过程进行了数值模拟,并采用UDF来控制电加热丝的动态间歇加热工作过程,建立了模拟电热水器24 h固有能耗系数测试过程的数值模拟方法.采用该方法模拟得到的能耗系数与实验值符合良好,证明了该模型的准确性。同时模拟获得了电热水器中水在加热和散热阶段的流动特性、温度分布,以及各个区域的散热占比和热流密度。提出了优化电热水器保温隔热性能的判据,为电热水器保温结构的优化提供了依据.     

激光诱导荧光雷达探测系统仿真研究

激光诱导荧光技术是一种应用广泛的新型遥测技术,为了指导实际激光诱导荧光探测系统的搭建,介绍了荧光检测原理,设计了激光诱导荧光雷达探测系统。以测量水面石油类污染物为例,通过分析激光诱导荧光雷达探测系统中发射系统及接收系统主要参数对系统信噪比的影响,可根据测量条件选择合适的系统参数。在实验室条件下,选用单脉冲能量为50 μJ的Nd:YAG激光器,接收视场角0.1 mrad,滤光片带宽60 nm的接收系统,可以检验浓度为10个/L的粒子。     

太赫兹聚合物光子晶体光纤关键制备工艺研究

针对太赫兹聚合物光子晶体光纤的应用需求,对聚合物光纤的制备材料、预制棒制备、拉伸工艺等关键制备工艺进行了研究.分析了聚合物材料的特性,并进行实验验证,结果表明ZEONEX材料的吸收系数低于3cm~(-1),吸水性低于0.01%,玻璃化转变温度和分解温度分别高达136℃和420℃,在太赫兹光纤制备中具有优良性能.预制棒制备和光纤拉伸的工艺方面,在注塑法的基础上改进了模具系统,使用可控的微压拉丝技术,在10200Pa范围内可实现±1.5Pa的微压差精确控制,较大程度上提高了光纤预制棒的成品率和光纤的形变控制,有望制备出高空气填充率的聚合物光子晶体光纤.     

双扫描激光雷达精细探测低层大气气溶胶方法

为实现水平非均匀分布的低层大气气溶胶光学特性的遥感探测,提出一种基于双扫描激光雷达的气溶胶精细探测方法.该方法以扫描激光雷达为遥感探测工具,通过双激光雷达相向交叉扫描工作模式,实现对同一空域近地表气溶胶全视野剖面的交叉探测,从而提供双激光雷达方程组以精确求解气溶胶消光和后向散射系数.在数据反演过程中,通过对交叉扫描区域进行坐标化和网格化处理、网格像素单元的初值预设,以及双扫描激光雷达方程组的数值逼近反演得到气溶胶消光.利用长距离扫描激光雷达的数据对该方法进行验证,结果表明,该方法与多角度方法反演所得到的结果随高度变化的趋势具有高度的一致性;同时双扫描激光雷达可提供交叉扫描区域剖面的气溶胶浓度分布,相比于单条廓线具有较大的优势.     

基于固体腔扫描法布里-珀罗干涉仪的大气温度绝对探测方法研究

大气温度是描述大气状态的重要基本特征参量之一.目前,基于Rayleigh散射的大气温度探测方法多应用于大气温度的相对探测,即温度反演时需要响应函数和校准程序.本文提出了利用固体腔扫描式法布里-珀罗干涉仪进行大气Rayleigh散射谱型的精细探测方法和残余米散射信号的抑制方法.根据Rayleigh散射谱特点,针对固体腔扫描式法布里-珀罗干涉仪的自由光谱区、固体腔几何长度、腔体介质类型、半高全宽、腔体反射率、扫描间隔等参数进行了优化设计.利用优化参数的固体腔扫描式法布里-珀罗干涉仪获取Rayleigh散射谱上离散点信息,并采用多项式插值方法获得拟合谱型,与根据标准大气模型和S6模型获得的理论谱型进行比对,大气温度探测不确定度小于0.8 K.当信噪比为10时,白天与夜晚的探测距离分别为4.5和7.9 km.该方法可实现大气温度廓线的全天时和高精度绝对探测,并对同类高光谱激光雷达分光系统研究具有借鉴意义,为我国高光谱激光雷达陆基及星载应用提供了一套可行的分光系统解决方案.     

绝对测温转动拉曼激光雷达分光系统设计及性能

为实现转动拉曼激光雷达的绝对测量温度技术,设计并测试了多通道转动拉曼分光系统.提出了一阶闪耀光栅与光纤Bragg光栅组成的两级并行多通道拉曼分光系统,优化了其核心级联器件(微米级光纤阵列)的参数及光路结构;仿真分析了一级分光系统的分光光路,转动拉曼谱线最大离心伸缩量约为0.0031 nm,离心伸缩比为0.69%;实验测试表明一级分光系统各转动拉曼通道的通道系数均在0.75以上,提取到拉曼光谱的实测中心波长与理论值的最大偏差约为0.0398 nm,偏离度为8.86%,可提供对弹性散射信号27 dB以上的有效抑制,结合已有光纤Bragg光栅二级分光实现高达62 dB弹性散射的抑制效果,可以实现对单条偶转动量子数转动拉曼谱线的精细光谱提取.     

紫外域多纵模高光谱分辨率激光雷达探测气溶胶的技术实现和系统仿真

多纵模高光谱分辨率激光雷达是一种新型的高光谱分辨率激光雷达.本文在研究典型高功率Nd:YAG脉冲激光器的多纵模模式及其在大气中传输的气溶胶米散射和瑞利散射光谱的基础上,设计紫外域多纵模高光谱分辨率激光雷达系统,采用窄带干涉滤光片滤除太阳背景光的影响,设计可调谐马赫-曾德尔干涉仪,分离提取多纵模激光回波中的气溶胶米散射和瑞利散射光谱,并利用马赫-曾德尔干涉仪双通道输出的互补性原理,精确反演气溶胶光学参量.系统仿真结果表明,所设计的紫外域多纵模高光谱分辨率激光雷达能够实现10 km高度内的气溶胶光学参量精细探测.