多功能太阳辐射计

太阳辐射计是测量太阳直接辐射光谱特性的仪器,本仪器的设计特点是不仅能测量太阳直接辐射的光谱特性,还能测量太阳角散射(日晕)辐射特性。仪器在PC微机控制下,能自动对准和跟踪太阳,完成转换滤光片、调整增益、定时采集和存储数据等全部测量工作。现场实验表明所得大气光学厚度数据有较高的精度,甚至可以得到其变化情况。     

一维丝室气体探测器衍射像差的修正方法研究

一维位置灵敏单丝气体探测器采用单根镀金钨丝和200根阴极感应条的探测结构, X射线在阳极丝上产生的信号被多个阴极条感应, 利用重心法得到X射线的原初电离点的位置信息, 位置分辨率达到160 μm(半高全宽). 在同步辐射衍射实验中, X射线通过样品后会形成不同大小的衍射环, 本实验中测量得到11.148°和14.201°的两组衍射角位置信息; 通过平行移动一维探测器在衍射环范围内多次扫描, 可以重建得到二维衍射环. 由于一维探测器的气体厚度和入射窗宽度会给测量结果带来像差, 分析发现像差的影响大于一维探测器的位置分辨. 基于相应的物理分析对测量到的衍射位置进行修正, 修正后的衍射位置相比修正前的衍射位置的相对像差最大改善达到7%, 该方法实现了无像差二维衍射环的重建.     

自动多波段太阳辐射计光机设计及热力学有限元分析

研制了自动多波段太阳辐射计,仪器包含8个光谱通道,覆盖可见-近红外波段.通过二维转台和四象限跟踪组件,可实现对太阳直射辐照度、天空辐亮度、气溶胶光学厚度、大气柱水汽含量和臭氧含量的实时自动测量,并远程控制和传输数据.为减小温度变化对探测器响应的影响,对光机头部的八通道主体部分进行了温控设计.结合野外环境的实际情况,对关键部件八通道主体和散热外壳进行了热力学有限元分析.分析结果表明,主要光学元器件的安装结构满足实际温度变化产生的零件形变需求;增大外壳的散热面积可以有效提高八通道主体的温控效率,增强野外环境适应性.仪器在敦煌辐射校正场长期工作,经受住了风沙、雨水和温差等的测试,其温控系统的温度维持在25±0.2℃,表现出良好的稳定性,验证了温控设计的可靠性.     

太阳辐射监测仪观测角度变化的修正

研究了在卫星上太阳光扫过太阳辐射监测仪视场期间,太阳入射角的时间变化函数和在这种变角入射情况下辐射计接收腔的温度响应情况以及测量太阳辐照度的观测角变化修正问题.太阳辐射监测仪上的绝对辐射计是在腔上接收辐射功率发生微小变化的情况下,关闭快门进行电功率定标获得太阳辐射照度的,将腔接收辐射功率的这种微小变化作为角度修正因子对...     

激光点阵扫描法绝对定标太阳辐射计直射通道研究

利用可调谐激光器作为光源,以溯源于低温绝对辐射计的标准传递探测器作为激光束功率测量探测器,采用激光点阵扫描方法在太阳辐射计有效孔径光阑面形成均匀照度场,精确测量太阳辐射计870 nm无偏直射通道中心波长处绝对辐照度响应度。利用灯-单色仪系统扫描获得该通道相对光谱辐照度响应度,最终在实验室条件下获得该通道绝对光谱辐照度响应度,联合大气层外太阳照度谱数据通道内积分得到该通道大气层外响应常数V₀值,与NASA的GSFC中心的2009年定标结果差异仅为3.75%,定标不确定度达到2.06%,验证了这一新技术的原理可行性。     

利用改进型衍射理论对直边衍射效应的解释

利用改进型衍射理论MTPO（Modified Theory of Physics Optics）对直边衍射现象做出了解释．用数值模拟方法得出了直边衍射场强随衍射角度的变化曲线，并与广泛采用的菲涅耳近似衍射方法结果进行比较，发现在很大的角度空间上，二者所得出的衍射场强与精确解吻合较好．但在入射波的几何传播方向上，即边缘上的衍射场强分布，MTPO方法则具有更高的准确度．     

液晶光栅的电光效应与衍射现象的研究

研究了液晶的电致衍射现象,实验表明,在驱动电压适当的情况下,液晶分子会出现类似于光栅的周期性分布结构,即液晶衍射光栅。利用两个错位重叠光栅产生的不同偏振态光波的叠加解释液晶光栅的衍射过程和衍射特征,并研究了衍射图样的分布及偏振态变化的规律。     

由于介质收缩导致的多色反射体全息图衍射光角度偏离的修正

在制作多色反射体积全息图时,由于化学处理导致的记录材料收缩,不仅改变衍射光的波长,也改变衍射光的角度,并且记录材料的收缩程度不同,衍射光波长和角度改变量也不同。本文报道一种方法,即通过调节记录时的参考光入射角,修正全息记录和处理过程中产生的衍射光角度的偏离,使一块干版上记录的多色反射体积全息图在同一方向再现。这种方法,还可应用于在处理过程中有厚度收缩的其他全息记录材料。     

部分相干光照明下旋转双光栅衍射干涉效应

本文研究部分相干光照明下有旋转夹角的双光栅衍射干涉效应,它是Lau-Talbot-Moire效应的推广。运用模糊函数方法给出系统观察面上一个更为普遍的光强分布数学表达式,并分析讨论一些特殊情况及相应的实验结果。 关键词：     

移相显微干涉系统中的衍射效应分析

在移相型显微干涉轮廓仪中，由于显微放大系统对每幅干涉条纹图能通过的空间带宽有限，使得在最终计算重构样品细节形貌时出现畸变现象，通过模拟计算给出了对这种现象的分析，并给出了在定条件下改善该畸变现象的方法。     

无云情况下L波段微波辐射计快速大气校正方法

利用数值天气预报模式输出的大气温湿廓线数据与大气辐射传输模型计算了无云情况下全球海面大气在L波段的上行、下行辐射亮温及透射率, 建立三个参数与大气水汽含量及海表气压的回归关系模型——辐射-水汽模型, 利用该模型可快速计算大气辐射参数, 对L波段微波辐射计进行大气校正. 为了验证模型的实用性和可靠性, 利用SSM/I卫星水汽含量数据和数值模式地表气压数据通过模型计算大气辐射参数, 并与Aquarius卫星实测L波段微波辐射数据进行对比分析. 结果表明: 模型计算的辐射亮温比卫星观测数据偏低约0.335 K, 但改正系统性偏差后的均方根误差仅0.086 K, 且模型计算的大气透射率与卫星观测数据基本一致, 说明利用该模型对L波段微波辐射计进行大气校正具有较高的可靠性, 相比于传统利用大气辐射传输模型进行大气校正, 该模型更为简单快速, 输入参数更易获取, 更适于工程应用.     

自动寻日的太阳辐照绝对辐射计

为了准确测量太阳总量辐射,研制了具备自动跟踪能力的太阳辐照绝对辐射计SIAR-3a.介绍了SIAR-3a的原理,提出了双轴太阳跟踪的控制方法.SIAR-3a采用电来标定待测量的太阳总量辐射,可以在测量太阳总量辐射的同时较为准确地跟踪太阳.标定实验中,SIAR-3a在3σ范围内的相对均方根误差是0.06%,已经标定到了保...     

自动寻日的太阳辐照绝对辐射计(英文)

为了准确测量太阳总量辐射,研制了具备自动跟踪能力的太阳辐照绝对辐射计SIAR-3a。介绍了SIAR-3a的原理,提出了双轴太阳跟踪的控制方法。SIAR-3a采用电来标定待测量的太阳总量辐射,可以在测量太阳总量辐射的同时较为准确地跟踪太阳。标定实验中,SIAR-3a在3σ范围内的相对均方根误差是0.06%,已经标定到了保存在瑞士达沃斯世界辐射中心的世界辐射基准。太阳辐照实验结果表明,SIAR-3a工作可靠,测量结果准确。     

Development of filter radiometer based high accurate calibration facility for solar UV meters

A reference filter radiometer based measurement system was established in the laboratory to calibrate solar UV radiometers. Filter radiometer was constructed from three-element silicon photodiode based reflection type trap detector, band-pass filters and precision aperture in a temperature-controlled enclosure. Spectral responsivity of trap detector was determined as traceable to the cryogenic radiometer and electrically calibrated pyroelectric detector. Relative uncertainties in the filter radiometer's responsivities at six wavelengths between 291 nm and 434 nm were calculated. In order to engage this radiometer in various types of implementations, filter(s) having previously known spectral transmittance was used in the radiometer housing. Calibration of solar UV meters can be achived accurately by using the developed system.     

溯源于低温绝对辐射计的太阳光谱辐照度仪定标方法研究

为了提高太阳直射光谱辐照度的观测精度,对使用棱镜分光的太阳光谱辐照度仪,在可见-近红外波段开展了基于标准探测器的辐射定标方法研究。建立了可调谐激光器-积分球的辐照度定标装置,以溯源于低温绝对辐射计的标准辐照度探测器作为传递基准,通过替代法得到照度仪在可见-近红外10个波段的绝对光谱辐照度响应度,分析得到的合成定标不确定度优于0.95%。与溯源于中国计量院金点黑体的标准灯定标法进行了比对实验,两者的偏差在4.67%的范围内,证明了此辐射标准传递方法的合理性。     

光谱段积分辐射计的研制

介绍了在原有的MARKII光谱辐射计的基础之上 ,通过对光学系统、红外探测器、电子线路、机械结构和计算机控制软件进行重新设计、制作和调试而研制出的光谱段积分辐射计 ,实现了对 1～ 3μm、3～ 5 μm、8～ 12 μm三个波段的积分辐射测量 ,通过对黑体的测量和标定 ,验证并获得了作为测量仪器高重复性、稳定性和精确性的要求     

High-frequency phase recovery of distorted wavefront and analysis on phase correction effect

By constructing a distorted wavefront with random phase screen, the correction process of distorted wavefront has been simulated, and the correction effect of deformable mirror has been simulated and analyzed with the method of high-pass filtering. The variations of correction effect and high-frequency phase distortion have been quantitatively analyzed. The results show that the beam quality of the corrected beam degrades obviously with the increase of high-frequency phase. In addition, a new method has been presented to recover the high-frequency phase of distorted wavefront according to the given intensity distribution and low-frequency phase in near field and the intensity distribution in far field. It shows that the method is very effective to recover the high-frequency phase of distorted wavefront.     

脉冲激光辐照可见光面阵CCD的入瞳衍射效应

采用波长为532nm的脉冲激光从31.5m的距离辐照可见光面阵电荷耦合器件(CCD),实验观察到了规律性圆环条纹的产生。通过增大激光束的入射角度、调节衰减倍率、重复频率和作用距离,研究了这些规律性圆环条纹的产生条件和机理。结果发现:保持激光器与CCD的作用距离31.5m不变,在激光束的入射角小于或者稍稍大于光学系统半视场角6.8°的情况下,只要光学系统入瞳处的功率密度达到10-3 W/cm2量级,就可以观察到规律性的圆环条纹。通过对探测器表面能量分布进行数学仿真,证实规律性的圆环条纹是由于光学系统入瞳的衍射效应而产生的。     

全极化微波辐射计姿态对观测亮温的影响及消除

针对全极化微波辐射计精确探测的需求, 研究了辐射计姿态对于观测亮温的影响以及亮温误差校正. 建立了姿态偏移与观测入射角以及极化旋转角的关系, 模拟了观测亮温随观测入射角以及极化旋转角波动的变化; 仿真了姿态偏移情况下的辐射计原始观测亮温;运用一种基于辐射传输模型的姿态补偿方法, 以垂直极化亮温和第三Stokes参数亮温为例, 对原始观测亮温展开误差校正. 研究显示, 该方法能够有效去除辐射计姿态偏移对观测亮温造成的影响, 校正结果满足辐射计数据预处理的误差精度要求. 关键词： 全极化微波辐射计 Stokes参数 观测入射角 极化旋转角     

Realization of relative responsivity scale with the electrically calibrated pyroelectric radiometer

In UME, the relative spectral responsivity scale extending from 250 to 2500 nm was realized using electrically calibrated pyroelectric radiometer (ECPR). Its absolute spectral responsivity was determined against the electrical substitution cryogenic radiometer (ESCR) facility at 488.1, 514.6, 532.0, and 632.8 nm with an uncertainty of 1 part in 10⁴ (k=2). The relative spectral responsivity scale of ECPR was derived from the surface reflectance data and absolute spectral responsivity data for the mentioned spectral range. Optical characterization of its spatial non-uniformity (at 632.8 nm) and surface reflectance (over 250–2500 nm wavelength region) indicated that the gold-black absorber is spectrally flat within 0.1%. The total expanded uncertainty in the realization of the mentioned radiometric scale along with ECPR was estimated as 1.74%.