混合谐振模式宽带长波红外超表面吸收器研究

为了满足红外探测器件集成化和对红外宽光谱范围吸收的需求,设计了一种工作在长波红外波段(8~14μm)的超宽带、高吸收、极化不敏感的超材料吸收器。通过在金属-介质-金属三层异质的超材料吸收器结构的顶部金属周围镶嵌一层介质形成超表面,以增加谐振强度和吸收带宽。在8~13.6μm的带宽范围内,该结构有超过90%的平均吸收率,覆盖了大部分长波红外大气窗口波段,对红外探测领域有着重要意义。研究结果表明:镶嵌的金属-介质组成的介质波导模式和谐振腔模式的结合以及传播型表面等离激元模式的激发是形成宽带高吸收的主要原因,并且谐振模式的谐振波长可以通过相关参数来进行调控。本文的研究结果为可调谐宽带长波红外吸收材料的设计提供参考,该设计方法可推广到中波红外波段、甚至长波红外或其它波段。     

共口径中波/短波偏振红外成像光学系统

对中波/短波偏振红外成像光学系统进行了研究,设计了一个新颖的共口径中波/短波偏振红外成像光学系统.该光学系统由全反射式无焦光学系统、分束镜、二级镘远系统、偏振组件和红外物镜系统组成,为了约束主反射镜、双面反射镜、分束镜和偏振片的H径,创造性地采用了_三次成像光学系统.光波经无焦光学系统后被分束镜分成中波红外波段(3～5 gm)和短波红外波段(1～2.5弘m).然后分别经两个物镜系统会聚到两个探测器上.实现了双波段共1:3径成像.给出了光学系统的设计结果.像质良好,满足整机使用要求.     

中红外光参变振荡器在高反射率测量中的应用

根据光腔衰荡光谱技术(CRDS)原理,使用中红外光参变振荡器(OPO)为光源建立了直腔与折叠腔相结合的中红外波段3.6 μm 反射率测量实验装置,用于研究中红外波段的高反射膜反射率,测试精度为10-4。使用直型衰荡光腔测试了三对不同薄膜材料设计镀制的高反射腔镜的反射率,并选择了一对腔镜用于实验装置中。采用该装置精确测试了不同薄膜材料镀制的高反射膜的反射率,包括YbF3/ZnS,YbF3 /ZnSe多层膜,以及由银加保护膜镀制的反射镜。研究表明,中红外波段介质膜的反射率可达到R>0.9990,其中由YbF3/ZnSe镀制在硅基底上的多层介质膜3.6 μm反射率可达到99.96％。     

具有化学腐蚀反射镜的GaInAsP/InP激光器—评述

本文对具有化学腐蚀反射镜的条形Ga_xIn_(1-x)As_yP_(1-y)/InP激光器(λ=1.3μm)进行了详细评述。这些激光器都是用液相外延生长的GaInAsP/InP晶片制作的。提出了一种一端为腐蚀镜和一端为解理镜的简单条形激光器结构。在腐蚀面上用Si_3N_4膜和金属镀层进行单片钝化。上述工艺不仅能提高腐蚀镜的反射率并能使其阈电流比未镀层的解理器件的低,而且还能解决芯片在吸热区的焊接问题。在室温条件下实现了连续运转。10微米条形电极器件的阈电流约为180—200mA。最后对短腔激光器和集成的监控探测器作了说明。     

中红外Fe~(2+):ZnSe激光器研究进展

发光谱位于3～5μm大气窗口处的中红外激光在医疗、工业加工、大气遥感、空间通讯、红外对抗等领域具有广泛的应用前景。以过渡金属(TM)掺杂Ⅱ～Ⅵ族硫化物晶体作为增益介质的激光器件可实现中红外激光输出,其中Fe~(2+):ZnSe激光器具有转换效率高、中红外波段可调谐范围宽、结构紧凑等优点,是中红外波段实现高功率、高能量、短脉冲的最有效途径之一。随着近些年材料技术的发展,Fe~(2+):ZnSe激光器发展迅速,逐渐成为热点之一。本文综述了以Fe~(2+):ZnSe激光器为代表的TM~(2+):Ⅱ～Ⅵ族激光器的发展历程,介绍并分析了Fe~(2+):ZnSe增益介质的制备方法,讨论了影响Fe~(2+):ZnSe激光器性能的泵浦源及因素,综合评述了Fe~(2+):ZnSe激光器的输出特性,总结了Fe~(2+):ZnSe激光器在室温和超短脉冲方向上的最新进展,并展望了Fe~(2+):ZnSe激光器后续可能的发展方向。     

红外大气能见度:定义、算法及关键因素分析

通常用大气能见度表征大气对可见光波段的视觉影响程度,但它并不适用于红外波段。鉴于大气能见度的直观特性和红外光电技术的迫切需求,参照可见光大气能见度的定义,依据红外系统对比度阈值,提出了红外大气能见度的概念。根据这里提出的定义和涉及的红外大气透射率的物理过程,分析了决定红外大气能见度的关键大气因素。一般情况下,这些因素是可见光大气能见度、水汽含量、气溶胶类型。建立了红外大气能见度与这些关键参数间的定量关系,计算了噪声等效温差(NETD)为0.05 K对应的3个大气窗口(1.06、3~5、8~12μm)的红外大气能见度。     

自校准多通道红外辐射计的设计与性能测试

为满足遥感器热红外波段自动化观测定标的需求,研制了具有自动化观测能力的自校准多通道红外辐射计。该设备需具有以下特色功能:1）采用电机驱动镀金反射镜的设计,实现0°～90°仰角的大气下行辐射和地表辐亮度的测量,为消除大气下行辐射对反演地表温度的影响提供了技术手段;2）采用滤光轮分光的方法实现了6个光谱通道的自动设置,结合多通道温度与发射率分离算法可以实现场地温度与发射率的分离,为卫星遥感器热红外波段绝对辐射定标提供了2个关键因子;3）采用内置2个控温精度分别优于0.04 K和0.05 K、发射率均高于0.994,稳定性均优于0.0014的黑体实现内部探测器的实时辐射定标,有效地消除了内部背景辐射对辐射测量的影响,定标不确定度小于0.167%。等效测温不确定度为0.2 K（@303 K, 11 μm）,为遥感器热红外波段场地自动化定标应用的开展奠定了基础。     

准相位匹配技术

常用激光器输出波长通常为近红外单一频率的激光,随着科技的发展,各行各业对激光器的需求大大增加,对激光器输出波长提出了更高要求,不但要求输出波长向红外和紫外扩展,而且输出波长要连续可调谐。通过非线性频率变换可以获得普通激光器达不到的输出激光波长,如紫外、中红外和远红外激光等,并且输出激光波长可以在一定范围内变化（即可调谐）,如1～3微米、3～5微米和8～13微米等,这三个重要波段的红外相干光源在光谱研究、激光制导、激光定向红外干扰、大气监测等领域有广泛应用。     

基于表面等离激元谐振腔的窄谱增强传感器

表面等离激元是一种局域在金属和介质之间的电磁波,与金属表面自由电子的集体振荡有关,具有高度局域和近场增强的特性。为此,利用表面等离激元谐振腔对红外窄谱增强成像设备进行设计,单个纳米等离激元谐振腔由两片金属银层构成。模拟结果表明,该纳米等离激元谐振腔在红外波段起到窄谱吸收的作用,在纳米等离激元谐振腔中,吸收波段得到较大的电场增强,并且可以同时屏蔽不需要的波段。这种窄谱的CCD(Charge Coupled Device)有望应用在高分辨成像和日用红外CCD等领域,并且该设计展示出利用硅半导体CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)平台制作波长约为800 nm的近红外CCD的商业应用价值。     

薄膜材料与器件

利用多光束干涉原理的等效腔模型对四分之一波长多层介质镜进行了研究。证明在反射镜中心频率,附近,形为尸(。)exp[i沪(a,)〕的反射系数中的尸(。)等于尸(、),厂动与频率成正比。求得了在介质具有微弱吸收情况下,吸     

复杂气象条件下机载中波红外系统对地目标探测识别仿真与运用研究

针对3～5μm机载中波红外系统复杂气象条件下对地目标探测识别问题,在理论研究的基础上,采用PcModWin大气仿真软件,进行了清洁大气、雾、云、雨等气象条件下的模拟仿真实验,分析了不同气象条件下不同距离范围内该波段红外辐射透过率分布曲线和峰值参数的变化规律,结合大气分子学理论,证明了探测角度、大气能见度、雾型、云层类型、降雨(雪)强度等,都是影响该波段机载红外系统对地目标探测识别效果的重要因素,提出了工程运用中应当采取的策略方法。研究结果对后续工程试验和运用实践具有指导作用,可提高该波段机载红外系统的应用效果。     

地球大气系统对红外目标探测影响的分析

利用SBDART软件包计算了不同地球大气系统下2．5～5μm波段范围内的大气透过率和地球大气背景红外辐射光谱。计算目标与地球大气背景之间的信噪比,并据此分析了地球大气系统对红外目标探测的影响。结果表明：当目标位于卷云之上时,在2．5～3μm波段与4～4．5μm波段信噪比较大,信噪比随着目标高度的升高而增大,易于探测;当目标处于卷云以下时,卷云对红外信号有较强的吸收作用,光学厚度对信噪比影响较大,粒子尺度对信噪比影响不大,卷云厚度越大,信噪比越小。     

反射镜组像旋转器的成像特性理论分析

以对像旋转器类棱镜的分析为基础，提出了用反射镜组作像旋转器的方法，并通过理论推导，证明该以射镜组具有像旋转器的作用。该反射镜组的优点在于能够适用于不同的工作波段范围，尤其适用于红外系统。     

短波红外用于白天卫星探测的研究

从白天天空背景、卫星光学特性及红外波段在大气中的传输特性三方面分析了白天卫星探测的可行性。在此基础上,采用光谱滤波的方法,利用红外焦平面阵列(IRFPA),在短波红外波段进行了卫星跟踪与测量。理论分析和白天的测星实验表明,用短波红外波段能够实现白天卫星的跟踪与测量;通过与已知星等的G型光谱类型恒星测量值的比对得到了目标卫星的星等为6.34,给出了探测系统的跟踪误差。     

基于ZY-3 CCD相机数据的暗像元大气校正方法分析与评价

ZY-3是我国首颗民用高空间分辨率光学传输型立体测图卫星, 可为国土资源调查、生态环境监测等发挥重要作用, 而大气校正是制约其广泛定量应用的关键问题之一。由于实测地面光谱数据和大气参数难以实时获取, 针对这种情况下如何反演得到高空间分辨率卫星精确的地表反射率这一问题, 基于2012年内蒙古野外实验实测数据, 对四种暗像元大气校正方法进行了分析与评价研究。分析了四种暗像元大气校正算法中的关键参数对ZY-3 CCD数据应用效果的影响, 结果表明: (1)四种暗像元大气校正方法在第1,2和3波段均有明显的校正效果, 其中DOS4方法在第4波段大气校正效果最好, DOS1和DOS3方法在第4波段大气校正效果不明显, DOS2方法在第4波段大气校正效果最差。(2)DOS1方法大气校正结果在4个波段的相对误差均大于10%。DOS2方法在第1波段校正效果最好(AE=0.001 9和RE=4.32%), 而在第4波段校正误差最大(AE=0.0464和RE=19.12%)。DOS3方法大气校正结果在4个波段的相对误差均约10%左右。(3)DOS4方法大气校正结果在4个波段的绝对误差均小于0.02和相对误差均小于10%, 大气校正精度最高。     

室温封离型一氧化碳选支激光器

本器件为直流高压电源激励放电管。一端为半径5米的凹面全反射镜,一端为红外闪耀光栅,构成谐 振腔。 一氧化碳选支激光器是(5～6)微米波长范围内 唯一较强的单色光源,在大气污染检测、同位素分 离、激光化学、泵浦自旋喇曼反转激光器及激光光谱学等方面具有广阔的应用前景。     

金属化生物颗粒的制备与性能测试

针对当前军、民用领域对新型包覆型功能材料的需求,以花粉作为内核,采用化学镀铜方法,制备了表面包覆铜膜的金属化花粉,利用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪和微波测试系统对金属化花粉的结构特性、红外与微波波段电磁特性进行了测试与分析.扫描电子显微镜图显示,花粉金属化后形态保持良好、未发生破裂或变形,铜镀层厚度均匀、结构致密,镀层厚度在1μm左右.红外和微波波段实验结果表明,金属化花粉的红外与微波波段电磁特性主要由其铜镀层决定,镀铜后花粉对红外和微波具有强反射和强吸收作用.金属化花粉颗粒以其金属外壳的强电磁衰减能力和花粉内核的低密度轻质特性,具有作为新型红外和微波波段功能材料的潜力.     

地球临边大气红外辐射中太阳散射数值研究

为分析太阳散射辐射在地球临边大气红外辐射中的作用,基于地球与临边大气辐射传输与太阳散射模型,利用MODTRAN计算了中纬度冬夏两季在3~14μm红外波段的大气各组成辐射。针对3~5μm和8~14μm波段,计算了在不同的太阳角度下各大气模式下太阳散射辐射值及其所占总辐射的比例。结果表明在20°左右太阳角度下太阳散射辐射最强,且纬度越高、温度越低太阳散射辐射越强。在短红外波段太阳散射辐射为中长波段的30倍,短红外波段太阳散射辐射所占总辐射比例较高,最高可达80%,在中长波段比例低于0.1%,可忽略不计。     

地面长波红外高光谱成像气体探测研究（英文）

报道了地面长波红外遥测的新进展,具体阐述了窗扫时空调制傅里叶光谱成像技术的实现过程。演示装置基于角锥反射镜Michelson干涉具,构成了空间调制干涉;采用了制冷型长波红外焦平面探测器组件,通过对数据立方体的采集、重组、基线校正、切趾、相位校正和傅里叶变换等处理,实现了长波红外波段高光谱成像。自研的CHIPED~(-1)长波红外高光谱成像原理实验装置的探测灵敏度指标噪声等效辐射通量密度NESR在单次采样时达到了5.6×10~(-8) W·(cm~(-1)·sr·cm~2)~(-1),与商品化时间调制干涉高光谱成像仪相当;反映了技术的先进性,并留有较大的改进空间。通过测试聚丙烯薄膜的透过率曲线,CHIPED~(-1)红外高光谱成像原理实验装置的光谱响应范围达到了11.5μm。文章还以室外高楼和乙醚气体的探测实验为例,研究了二维分布化学气体VOC的高光谱成像探测方法。在复杂背景和低试验浓度情况下,从同一波数的红外光谱切片上,观察不出乙醚蒸气的存在,但是进行了差谱处理后,可以清楚看到乙醚蒸气的空间分布。高光谱方法应用在有机蒸气VOC的红外探测领域,相对于宽波段热成像方法,具有灵敏度高、抗干扰能力强和识别种类多等诸多优势。     

多谱段短波红外小鼠静脉荧光观测成像研究

短波红外(short-wave infrared,SWIR)一般指900～1700 nm的光波段,是肉眼不可见的光波段,这种波段目前主流的探测器以InGaAs为主,主要用于军事、生物以及材料光谱分析等领域.短波红外荧光成像以其对生物组织光学损伤小、成像深度大、成像信噪比高、空间和时间成像分辨率高等特点,使得基于InGa...