不同海拔地区红外大气透过率的计算和测量

为了得到不同海拔地区的大气透过率,探索大气透过率随海拔高度的变化规律,利用数值模拟、软件计算和实地测量方法分别对阿里(5 km)、德令哈(3 km)和怀柔(0 km) 3个不同海拔地区在4. 605～4. 755μm波段25 km以下的大气透过率进行了计算和测量。结果表明:红外大气透过率随海拔高度增加而增加;采用数值模拟计算得到3个地方的大气透过率分别为0. 709、0. 572和0. 555;采用软件计算得到的透过率分别为0. 849、0. 766和0. 596;采用实测方法得到的透过率分别为0. 805、0.766和0.673;阿里地区海拔较高,相对湿度较低,能见度高,大气透过率最好。该结论对国内天文红外观测及空间红外目标辐射特性测量具有重要的借鉴意义。     

Long-range laser ranging using superconducting nanowire single-photon detectors

We demonstrate laser-ranging results for non-cooperative targets at ranges of 237 m and 19 km using superconducting nanowire single-photon detectors(SSPD). We upgrade the kilohertz rate laser-ranging system with a newly developed SSPD module, and the equivalent detection diameter is enlarged to 50 μm with a fiber and micro-lenses. Both retroreflectors and non-cooperative surfaces of aluminum foil, a solar panel, and a concrete panel at distances of 237 m and 19 km, whose echoes are of single-photon level, are ranged with sub-centimeter precision. Experimental signal-to-noise ratio curves with the product of quantum efficiency and system transmittance are obtained, which indicates that our system, with an average laser power of 0.8 W and a receiving aperture of 1.2 m, may be capable for space debris ranging at a distance of 800 km. This work suggests that SSPDs have the potential to be used for space debris surveillance.     

100kW功率固体激光中继镜系统对1km高度目标作用效果模拟

分析了激光中继镜技术的概念及丁作过程,建立了中继镜系统模型,并在Hufnagel-Valley 5/7大气湍流模型条件下分别计算了100 kW功率,10 km高度,发射、接收、二次发射望远镜均为外径0.5 m、内径0.2 m望远镜的固体激光中继镜系统和100 kW功率,外径0.5 m、内径0.2 m发射望远镜的常规高能激光系统对1 km高度目标作用的极值功率密度与目标水平距离的关系曲线.由于中继镜系统对目标可作用时间长,根据相关资料确定常规激光系统和中继镜系统的极值功率密度破坏阈值标准分别为4000 W/cm2和800 W/cm2.分析结果得到常规高能激光系统对目标的最大可作用距离为1.38 km,中继镜系统的最大可作用距离为12.2 km.     

静止轨道卫星红外探测大气透过率与蒙气差分析

静止轨道卫星采用CO2和水汽吸收波段进行红外探测,探测性能受观测波段的大气透过率影响显著,同时,大气折射率随空间位置的变化影响目标的定位精度。通过建立大气中探测路径几何模型,利用FASCODE软件计算出路径上2.7μm和4.3μm波段大气透过率和蒙气差并制成图表,蒙气差计算结果与理论估算一致。结果表明,2.7μm波段大气透过率在5～25km高度变化显著,35km以上透过率达95%;4.3μm波段大气透过率在5～45km高度变化显著,50km以上透过率达95%。两个波段的蒙气差相同,对目标位置的影响较少,天顶角8°以内,影响只有50m量级,超过8°,偏差随角度增长很快,到地球圆盘边缘时达到1km。通过插值,透过率数据和蒙气差数据可用于系统设计、性能评估和实时仿真。     

空间多普勒激光雷达地面散射信号分析

为了扩展空间多普勒激光雷达地面散射信号的应用范围,采用多个机载多普勒激光雷达飞行实验数据,对地面散射信号的强度、海拔高度、速度等特征进行了数据分析,并利用地面散射信号与上层大气信号强度的比值,可以等效体现地面反射率特征,即地面散射信号解算的海拔高度与数字海拔高度模型数据相吻合,两者平均值偏差小于20 m,标准偏差小于100 m;使用地面散射信号实现飞机速度校正,与使用飞机平台数据解算的结果具有较好的一致性,采用直接探测手段时,标准偏差小于1.5 m/s,采用相干探测手段时,标准偏差小于0.5 m/s,验证了利用地面散射实现空间平台速度校正的可行性。另外,针对云散射信号的存在和影响,提出了一种利用海拔高度数据比对的方法,实现云散射和地面散射的识别。     

世界最长的光纤维通信

<正> 日本电气株式会社此间研制成功了比特速率高,世界上传输距离最长的光纤通信。在1.5μm 波段的通信上,传输容量为2Gb/s(1Gb=10~9b),光纤通信无中继距离达141km 和565Mb/s(1Mb=10~6b),光纤通信无中继距离     

大F数长焦距空间相机光学系统设计

随着空间技术的不断发展,地元分辨率不断提高,空间相机光学系统的设计不断提出新的要求。分析了长焦距空间相机光学系统设计过程中需要考虑的问题,研究了大F数、长焦距空间光学系统的设计原理,并进行了光学系统设计。设计了谱段位于500~800 nm,焦距f=7200 mm,F=14.4的大F数、长焦距的折轴三反光学系统。结果表明,光学系统视场角达到1.6°,在450 km的轨道上,地面幅宽可以达到12.5 km,像元尺寸为10μm时,地面像元分辨率达到0.62 m,当中心遮拦为6%时,Nyquist频率(50 lp/mm)处调制传递函数(MTF)优于0.38,成像质量达到衍射极限,光学系统畸变量优于0.5%,可以满足高分辨率空间相机对地观测的使用要求,同时也验证了大F数、长焦距光学系统的设计原理。     

Design of a High-Nonlinearity Single-Mode Holey Fiber with Flattened Dispersion around 800 nm

We numerically demonstrate a high-nonlinearity single-mode holey fiber with flattened dispersion around the Ti-Za laser band at 800 nm. The dispersion profile of the fiber has the shape of a quadratic curve, which reaches its maximum 5.96 ps·km^-1·nm^-1 at 800hm and its minimum -0.897 ps·km^-1·nm^-1 at both 750 and 850 nm. The nonlinear coefficient is 170 W^-1 km^-1 at 800nm and no higher order modes exit. A six-layer air-hole cladding ensures a loss less than 0.067 db/m in the 750 to 850 nm range. Two more air-hole rings will reduce the loss to below 0.1 db/km.     

全国部分地区非物理类专业大学生物理竞赛题解第十六届非物理类专业大学生物理竞赛试题及解答

一、填空题 (共 54分 )1 . (4分 )由空中垂直下落的物体所受空气阻力 f与空气的密度ρ、物体的有效横截面积 S、下落的速率 v的平方成正比 ,阻力的大小可表示为 f=CρSv2 ,其中 C为阻力系数 ,一般在 0 .2～ 0 .5之间 ,ρ= 1 .2 kg/m3 ,物体下落经过一段时间将达匀速 ,这称为终极速率 .试估算质量为 80 kg、有效横截面为0 .6m2的某人从高空跳下 ,他下落的终极速率v终 = km/hr(千米 /小时 ) .解 :当 f =mg时 ,v终 =mgCρS=80× 9.80 .3× 1 .2× 0 .6= 60 .2 m/s=2 1 6km/hr式中 C取 0 .3.2 . (5分 )有一半球形光滑的碗 ,小球 I在碗的球心…     

多普勒测风激光雷达风场探测结果分析

为了验证自行研制的瑞利散射测风激光雷达的性能及应用价值,将激光雷达测量的风速风向廓线与探空气球测量结果进行对比,结果吻合得较好,高度10 km以下风速最大差距3.0 m/s,20 km以下最大差距4.5 m/s;风向除拐点外标准差最大32。连续探测结果显示了强劲的西风急流和风向转换特征,急流中心的高度一般在10~12 km,中心最大风速接近70 m/s,最小风速不低于30 m/s,20 km左右拐点最小风速不足1 m/s,20 km以上风速逐渐增加 ;在20 km以下风向为西风,在270左右变化,20 km以上为东风,在90左右变化。探测结果表明瑞利散射测风激光雷达既能跟踪大尺度季节性气候特征的变化规律,又能突出小尺度瞬态气候特征的形成、演化过程。     

混合纤芯光子晶体光纤超平坦色散的研究

利用平面波展开法,系统地研究了一种具有混合纤芯结构的光子晶体光纤的色散特性. 数值计算结果表明,通过优化结构参量,这种新型结构的光子晶体光纤在通信窗口1.55 μm 附近可以获得带宽超过800 nm的超平坦色散区域（色散曲线的变化范围不超过 ±0.6 ps·km－1·nm－1）.     

每期一题(工科大学物理课程试题选登)

地球可看作半径 R=6400km 的球体,一颗人造卫星在地面上空高度为 h=800km 的圆形轨道上以速度 v_i=7.5km/s 绕地球运动。假定在该卫星的外侧发生了一次爆炸,其冲量使卫星在原有的速度上增加了一个指     

稀薄空气、等离子体环境外系统电磁脉冲的数值模拟

为研究大气环境对系统电磁脉冲(SGEMP)的影响,针对海拔50～100 km的X射线能量沉积区,分别应用3维PIC程序及3维PIC-MCC程序各自开展预电离等离子体和稀薄空气条件下外SGEMP的建模与模拟研究,针对3种不同的X射线注量(4×10^-3 J/cm²、 4×10^-2 J/cm²、 0.4 J/cm²),分别取对应两种不同海拔高度(70 km和80～90 km)的本底等离子体及海拔56 km的稀薄空气条件进行模拟计算,并和真空中的计算结果进行对比,得出预电离等离子体及稀薄空气对外SGEMP的影响规律：当X射线注量较低时,等离子体使得磁场增大,电场减小,而稀薄空气对外SGEMP效应影响不明显;随着X射线注量增大,空间电荷非线性效应越来越明显,等离子体及稀薄空气都使得电场、磁场同时增大,且稀薄空气的增大效应更显著。     

多用途温度传感器

York传感器公司发展了一种用分布温度传感器提供温度和位置连续分布的技术。此系统用标准远距离通信多模50/125μm光纤检测由于温度变化引起局部光散射功率的改变。长20km的单根光纤起传感元件的作用,可从10000个位置测量温度和位置。在距离、空间分辨率、温度分辨率和测量时间方面要作权衡。在5s、±1℃分辨率、1km距离范围,可达到1m的空间分辨率。在60s内1m空间分辨率和10km距离,或10m空间分辨率及20km情况下,可达到±2.5℃温度分辨率。     

Global Statistical Study of Ionospheric Waves Based on COSMIC GPS Radio Occultation Data

Extracting and parameterizing ionospheric waves globally and statistically is a longstanding problem. Based on the multichannel maximum entropy method(MMEM) used for studying ionospheric waves by previous work, we calculate the parameters of ionospheric waves by applying the MMEM to numerously temporally approximate and spatially close global-positioning-system radio occultation total electron content profile triples provided by the unique clustered satellites flight between years 2006 and 2007 right after the constellation observing system for meteorology, ionosphere, and climate(COSMIC) mission launch. The results show that the amplitude of ionospheric waves increases at the low and high latitudes(~0.15 TECU) and decreases in the mid-latitudes(~0.05 TECU). The vertical wavelength of the ionospheric waves increases in the mid-latitudes(e.g., ~50 km at altitudes of 200–250 km) and decreases at the low and high latitudes(e.g., ~35 km at altitudes of 200–250 km).The horizontal wavelength shows a similar result(e.g., ~1400 km in the mid-latitudes and ~800 km at the low and high latitudes).     

基于支持向量机的分布式光纤泄漏检测定位系统及实验分析

针对基于Sagnac和Mach-Zehnder混合干涉仪的分布式光纤管道泄漏检测定位系统进行了泄漏实验,采用在1 km~9 km之间的20组泄漏点样本,依据支持向量机建立样本数据的回归模型,对支持向量机的相关调整参数进行了优化,对系统的灵敏度进行了分析。实验结果表明,经SVM回归分析可得,处理后样本比实验所得泄漏点位置更接近实际泄漏点位置,传统定位方法得到的泄漏点位置平均绝对误差为118.85 m,经过回归分析后样本的平均绝对误差为92.01 m,定位精确度达99.85%,定位精度提高;当泄漏点距法拉第旋转镜的距离越远,检测系统的灵敏度越小,当泄漏点位置超过10 km时,系统的灵敏度低于0.5 Hz/m。     

小视场轻型星敏感器在白天测星中的应用

从白天天空背景、恒星光谱特性、星敏感器的构造特点3方面分析白天大气层内小视场轻型星敏感器对恒星探测的可行性。在此基础上,采用光谱滤波、合理选择系统参数等方法,研制了小视场轻型星敏感器,并在高海拔地区进行了白天地面观星实验,理论分析和实验结果表明:小视场轻型星敏感器能够实现白天恒星的探测。在3 km海拔高度、大气能见度10 km、视场21.5、太阳规避角30以外、天空晴朗无云的环境下,可探测星等极限值达到3.8等。     

大气弱湍流下星地光链路衰落特性影响因素分析

研究了弱湍流条件下星地光通信链路的衰落概率、平均衰落次数以及平均衰落时间3个重要参数的统计特性,并通过数值仿真分析了链路天顶角、光波长以及接收机海拔高度对链路衰落特性的影响。结果表明:减小天顶角和提高接收机探测灵敏度可以改善链路的衰落特性;1.55 m激光较0.85 m、1.06 m激光更适合于星地光通信;地面接收机应尽量建在2 000 m以上的高海拔地区。     

Ultra broadband-flattened dispersion photonic crystal fiber for supercontinuum generation

We propose an improved design of photonic crystal fiber (PCF) with ultra broadband-flattened dispersion and ultra-low confinement loss in the telecommunication window.The design is considerably suitable for the generation of wideband supercontinuum spectrum.Numerical results reveal that the proposed PCF structure possesses a low dispersion of 0±1.5 ps/(nm·km) in the wavelengths ranging from 1.134 to 1.805 μm (approximately 700-nm bandwidth) with a confinement loss of less than 10 8 dB/km.In addition,a nonlinear coefficient greater than 11.47 (W·km) 1 and a dispersion slope of as low as 0.005694 ps/(nm 2 ·km) are obtained at 1.55-μm wavelength.Moreover,a symmetric flat supercontinuum spectrum with a 10-dB bandwidth of 190 nm is achieved in a 3-m-long fiber,verifying the excellent optical features of the innovative PCF.     

近红外共焦球面扫描干涉仪

本文描述了用于近红外(0.85μm、1.3μm)的共焦球面腔结构的扫描干涉仪。1.3μm的共焦球面扫描干涉仪的自由光谱区为4.3GHz、分辨带宽达36MKz(精细常数达120)。