太阳辐射穿过大气层所发生的物理现象

 太阳是太阳系的中心天体,是太阳系中最大的行星,也是离地球最近的恒星。人们肉眼所看见的太阳表面,叫太阳的光球层,其有效温度为5762K,厚度约500千米,太阳辐射的绝大部分能量都是从这里发出。地球是被一层约1000千米厚的气体所包围,该层气体称大气层。太阳辐射通过大气层过滤照射到地面,是地球上主要能量来源,也是被动遥感系统中主要的辐射源。     

多源分布式稳态太阳模拟器设计

太阳模拟器是光伏和材料降解研究中的关键设备,能够为光浸泡与耐久度测试提供稳定可控的特征辐照度光谱。基于大功率、单晶窄带小发光面的LED光源采用超半球齐明透镜进行全孔径集光,设计曲面分布式光学结构,从而高效实现目标靶面上的光谱匹配及1个太阳常数（辐照度为100 mW/cm²）的辐照度。实验结果表明,本文所设计的太阳模拟器在1000 h的时间内的辐照度波动低于1.15%,靶面中心60 mm×60 mm的正方形区域内辐照度不均匀性为1.98%,80 mm×80 mm区域内辐照度不均匀性为4.99%,光斑的光谱匹配度达到A级。该系统结构紧凑,可扩展性强,可用于长期稳态测量。     

西藏地面太阳总辐射与紫外线的观测

地面太阳光谱记录了太阳光经历大气层的烙印与信息,为大气环境、生态保护等研究提供实地依据。西藏高原空气稀薄,地面太阳辐射超强,观测西藏地面太阳光谱为太阳能利用提供实地数据。文章较系统地报道了西藏地面太阳光谱的实地观测结果,为相关高原科学研究提供高精度数据。利用RAMSES光谱仪、CMP6太阳总辐射仪和NILU-UV太阳紫外辐射仪对西藏不同地区、不同季节太阳光谱、太阳总辐射和太阳紫外线进行了全方位的实地观测研究。观测研究了高海拔的西藏拉萨和那曲以及低海拔的北京和成都的光谱特征;研究了拉萨二分二至当地正午（北京时间13:55时）太阳光谱观测结果;对西藏地面光谱与AM1.5和AM0标准光谱进行了对比研究。观测研究了西藏拉萨和那曲太阳总辐射、太阳紫外线强度特征。研究发现拉萨夏季可见和红外区光谱光强度甚至超过AM0光谱相应波长的强度,即：拉萨地面可见光和红外光强度偶尔超过大气层顶部的相应波长光强,是由部分云的反射增量所致;拉萨光谱谱峰出现在波长476.6 nm左右,在2017年的夏至观测到的最大值为2.331 W·m-2·nm-1。然而,对太阳紫外线（280～400 nm）光谱的观测发现地面太阳紫外区的光谱强度总是明显低于AM0光谱相应区光强,表明短波的紫外光被大气臭氧有效吸收。虽然拉萨海拔3 680 m,但通过对拉萨当地正午太阳紫外光谱分析发现拉萨地面波长小于300 nm的太阳紫外光谱强度几乎为零,表明波长小于300 nm的太阳紫外线被大气层吸收,没有到达地面。同时,研究了西藏高海拔太阳光谱与北京、成都低海拔太阳光谱特征,揭示了各地大气成分、含量等诸多信息。报道了2010年7月-2013年12月期间西藏太阳总辐射的观测结果;结果显示拉萨当日太阳总辐射最大值中约18%超过了太阳常数（1 367 W·m-2）。观测发现拉萨太阳总辐射瞬时最大值达到了1 756.09 W·m-2（2011年6月24日）。报道了2008年7月-2013年12月期间西藏太阳紫外线的观测结果;结果显示拉萨和那曲UVA日最大值平均值约为67 W·m-2,UVB日最大值平均值约为5.1 W·m-2;拉萨和那曲当日太阳紫外线A和紫外线B最大值变化趋势保持了很好的一致性,在5年多的观测期间紫外线强度没有出现明显的增强或减弱趋势。     

太阳中微子通量的估算

 第12届全国中学生物理竞赛有一道估算太阳中微子通量的预赛题.为了更接近实际,特将题目改写如下:已知太阳常数为1370焦/（秒·米²）并假设     

大气光学湍流模式研究:Cn2廓线模式

由于大气湍流的存在,当光束在大气中传播时会发生相位起伏、光强闪烁等一系列湍流效应现象,严重制约光电系统的性能,是造成天文观测困难的主要原因.大气折射率结构常数C_n²廓线是评估大气湍流效应的重要参数.本文归纳了几种有代表性的C_n²廓线模式,提出了修正的CLEAR I夜晚模式;分析了高美古、拉萨、大柴旦、茂名、荣成等5个实验点探空测量数据,给出了5个实验点算术平均拟合的C_n²廓线公式;计算了各模式和测量数据在波长为0.5μm时的大气相干长度r0、视宁度εFWHM、等晕角θ0、相干时间τ0、等效高度h和等效风速V等大气光学参数以及各大气层C_n²递减率和不同大气层湍流贡献百分比.重点对H-V(5/7)模式的存疑、 C_n²廓线模式采用的平均方法、低平流层C_n²是否具有统一的递减率等问题进行讨论并给出答案.     

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.     

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。     

Gd3+/Y3+共掺对Nd:CaF2晶体光谱性能的影响

通过坩埚下降法生长了系列共掺Nd,Gd:CaF₂和Nd,Y:CaF₂晶体, 研究了Gd³⁺/Y³⁺共掺对Nd³⁺光谱性能以及Nd:CaF₂晶体晶胞参数的影响规律. 对于0.5 at.%Nd, x at.%Gd(x=2,5,8,10):CaF₂系列晶体, 当调控Gd³⁺掺杂浓度为2 at.%时, 具有最大的荧光寿命499 μs; 当Gd³⁺掺杂浓度为5 at.%时, 具有最大的吸收截面1.47×10^-20 cm², 最大的发射截面1.9×10^-20 cm²; 当Gd³⁺掺杂浓度为8 at.%时, 具有最佳的发射带宽29.03 nm. 对于0.6 at.%Nd, xat.%Y(x=2, 5, 8, 10):CaF₂系列晶体, Y³⁺掺杂浓度为5 at.%时, 有最大的吸收截面2.41×10^-20 cm², 最大的发射截面3.17×10^-20 cm²; 当Y³⁺掺杂浓度为10 at.%时, 具有最长的荧光寿命359.4 μs,并且具有最大发射带宽26 nm.     

LD抽运Yb:GSO实现1090 nm低阈值激光运转

用Yb:Gd₂SiO₅(Yb:GSO)晶体实现激光运转.利用940 nm的二极管激光器作为抽运源，得到Yb:GSO激光器的激光中心波长为1090 nm，抽运阈值功率密度仅为1.27 kW/cm²，小于Yb:YAG的理论阈值1.53 kW/cm².利用2%的输出镜得到最大输出功率为360 mW，相应的斜效率为19%. 关键词： Yb:GSO晶体 激光二极管抽运 阈值     

应用光学——光学系统设计指南 第十二章 大气光学

12.3 自然光照 12.3.1 太阳光照白天,自然光照主要来自太阳。太阳常数(即太阳在地球大气层外的辐照度)取为1353瓦/米~2[28],太阳光的其他辐射度和光度特性见第5.3节。夜间,大气散射光和月球反射光是自然光照的主要来源。在无月夜晚,星光和各种大气效应可能成为主要光源。图12.12[29]示出了太阳在大气层外(m=0)和在不同气团值的海平面上的光谱     

近地空间宇宙线荷电粒子暴与地震的关联

 从宇宙线早期研究中,已经观测到它的强度有1日,27日和11年的周期变化,这与太阳的调制过程有关。同时也观测到因气象原因引起宇宙线强度的变化,如温度,气压和季节效应。随着科学技术的飞速发展,特别是用各种各样的航天器运载探测器研究大气外层空间的宇宙线瞬间变化,得到一些有意义的结果。太阳照射到地球大气层顶部的电磁辐射能流为10¹⁰erg·m^-2·s-1,而宇宙线粒子总能流约要比它低八个量级,似乎可以忽略不计。但宇宙线穿过大气层损失绝大部分能量,产生正负离子,它们是形成云雾水珠的凝结核,也能触发雷暴和闪电,对大气层中很多物理过程都有影响。     

基于酞菁铜的有机光敏场效应管

制备了基于酞菁铜(CuPc)的有机光敏场效应晶体管,对器件的光敏特性进行了研究。实验结果表明,基于金源漏电极的器件,在波长655 nm,光强100 mW/cm²的光照下,明/暗电流比约为0.4,光响应度约为2.55 mA/W;而铝为源漏电极的器件,可以获得高达10⁴的明/暗电流比,但光响应度降低为0.39 mA/W。     

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.     

双电子传输层对有机发光二极管效率及其衰减的改善

采用Bphen和BCP制成双电子传输层(Doubleelectrontransportlayers, DETLs)的有机发光二极管器件, 与Bphen单独作ETL的器件相比, DETLs器件具有较小的空穴漏电流, 效率提升10%。与BCP独自作ETL的器件相比, 更多的电子注入使DETLs器件的效率在50~600mA/cm²的电流范围内没有衰减。BCP作ETL的器件的效率从50mA/cm²时的2.5cd/A衰减至300mA/cm²的2.1cd/A, 衰减了16%。Cs₂CO₃:BCP独自作ETL的器件效率在50~300mA/cm²的电流范围内衰减了30%, 而Bphen/Cs₂CO₃:BCP作DETLs的器件效率在50~600mA/cm²的电流范围内衰减幅度为0, 原因是Bphen阻挡了Cs原子扩散至发光层。     

梯度掺杂体异质结对有机太阳能电池光电转换效率的影响

基于传统的体异质结有机太阳能电池结构, 对结构中的混合层改用梯度掺杂的方法, 在AM1.5, 100 mW/cm²光照下, 使得器件的短路电流由原来的7.72 mA/cm²提高到了9.18 mA/cm², 相应的光电转换效率提高了25%. 器件性能的提升归因于梯度掺杂体系的引入使得体异质结混合层中同一材料分子之间形成了较好的连续网络结构, 降低了器件的串联电阻, 提高了电极对载流子的收集效率, 从而提高了器件的光电转换效率. 关键词： 有机太阳能电池 体异质结 梯度掺杂     

纯锆上离子注入钇和镧后的表面分析

用金属蒸汽真空弧源，以40kV加速电压对纯锆样品分别进行了10¹⁶—10¹⁷/cm²的钇、镧离子注入，注入温度约为130℃.然后对注入样品进行表面分析.x射线光电子能谱分析表明，注入的钇以Y₂O₃形式存在，镧以La₂O₃形式存在.俄歇电子能谱表明，纯锆基体表面的氧化膜厚度随着离子注入剂量的增加而增加，当离子注入剂量达到10¹⁷/cm²时，氧化膜的厚度达到了最大值.卢瑟福背散射显示镧层的厚度约为30nm，同时直接观察到当离子注入剂量为(La+Y)10¹⁷/cm²时，纯锆样品表面发生了严重的溅射. 关键词： 纯锆 钇和镧离子共注入 卢瑟福背散射 x射线光电子能谱     

新化合物——Sr2CaMoO6的相变与晶体结构

本文用差热分析、X射线物相分析及点阵常数的精确测定等方法研究了新化合物Sr₂CaMoO₆的相变,证明该化合物在(767±5)℃存在一级位移型相变。低温相α-Sr₂CaMoO。属正交晶系,空间群为Pmm2,室温时点阵常数为:α=8.1933?,b=5.7611?,c=5.8410?。测量密度D_m=4.97g/cm³,单位晶胞内具有2个化学式量。高温相β-Sr₂CaMoO_关键词：     

高Yb3+/Er3+掺杂的磷基有源光纤材料的光谱性质

研究了Yb³⁺/Er³⁺共掺60P₂O₅-15BaO-10Al₂O₃-5ZnO-10R₂O（R=Na,K）以P₂O₅为主体的磷基有源光纤材料的光谱性质,以及不同Yb³⁺/Er³⁺掺杂浓度对光谱性质的影响规律。当Er³⁺浓度为9.100×10¹⁹/cm³、Yb³⁺的掺杂浓度为5.407×10²⁰/cm³、Yb³⁺/Er³⁺浓度比为6：1时,玻璃样品在1 531 nm处的受激发射截面最大,为6.17×10^-21 cm²。同时,其荧光寿命为9.73 ms,荧光半高宽为53.16 nm,发射截面与半高宽的乘积为3.28×10^-32 m³,综合性能最佳。     

不同功率密度1064 nm激光辐照下小鼠皮肤热损伤研究

通过实验和理论分析研究1064 nm激光不同输出功率对小鼠皮肤的热损伤规律。利用皮肤镜与光学相干断层成像(OCT)评估小鼠皮肤组织热损伤程度;参考Arrhenius热损伤方程进行理论分析,并与实验结果对比。结果显示,当激光连续辐照时间为400 ms时,激光输出功率密度小于958 W/cm²时,激光辐照处泛红;激光输出功率密度为958～1160 W/cm²时,损伤呈白色水疱状;激光输出功率密度为1160～1370 W/cm²时,损伤呈浅坑状焦黄斑,损伤斑周围伴一圈鼓起的白色皮肤水疱;激光的功率密度在1370～2190 W/cm²,损伤呈红色坑状斑,损伤斑周围伴黑黄色焦痂。     

类锂硅离子X射线激光谱线宽度和电子密度的空间分布

通过分析类锂硅离子X射线激光谱线宽度的空间分布特性,表明斯塔克展宽是主要的展宽机制;由此得到增益介质电子密度的空间分布显示增益区电子密度约在10¹⁹/cm³左右,对应最大增益处的线宽为0.21?,电子密度为2.9×10¹⁹/cm³。 关键词：