SiO2纳米微球表面结构在可见光波段的减反特性

研究了不同尺寸SiO2胶体微球形成纳米结构薄膜的光学传输特性和光子带隙。通过在玻璃基底上自组装透光的SiO2胶体微球形成胶体晶体薄膜, 依据布拉格定律,分析微球尺寸对胶体晶体光子带隙的影响。为实现可见光波段的全方位减反射,提出通过改变胶体粒径将胶体晶体带隙位置移动至紫外波段,理论计算得出当粒径为112 nm,占空比为0.45时能实现可见光波段0.5%的平均反射率。实验结果表明,玻璃基底在400~800 nm间的平均反射率从4.3%降低至0.7%,最小反射率达0.3%。通过控制微球粒径移动光子带隙位置,优化晶体结构参数实现了可见光波段的减反射,有效提高了光学组件对可见光的利用率。     

基于粗糙样片光谱BRDF的空间目标可见光散射研究

实验测量了某种卫星包覆材料和太阳能电池板样片在可见光波段(400~780 nm)的光谱双向反射分布函数.将样片的光谱双向反射分布函数对可见光波段内的太阳谱辐射照度加权平均,获得了可见光入射时目标样片表面的平均双向反射分布函数,并利用遗传算法建立了其参量化统计模型.应用此模型,结合目标的几何建模、消隐,计算了可见光入射时某卫星散射光强度的空间分布,并分析了其与卫星的几何形状、表面材料等的关系.     

叶面降尘对香梨叶片高光谱特征的影响及定量反演研究

叶面降尘指大气中的浮尘经重力沉降后,在植物叶片表面所形成的一层明显积尘,对其进行监测,可为沙尘区的环境评价及农业灾害评估提供基本依据。在量化叶面降尘的基础上,研究了叶面降尘对南疆香梨叶片高光谱特征的影响,分析了叶面降尘与反射率的相关性,并建立了叶面降尘的高光谱定量反演模型。研究结果表明,叶面降尘使可见光(400~700 nm)反射率增加,最大变幅位于666 nm,绝对变化率为-10.50%,相对变化率为62.89%;使近红外(701~1 050 nm)的反射率降低,最大变幅位于758 nm,绝对变化率为12.04%,相对变化率为-41.75%。叶面降尘量大于20 g·m-2时,叶片除尘后,绿峰、红光吸收谷、蓝光吸收谷得到凸现,500~750 nm波段的斜率明显变大。叶面降尘量低于20 g·m-2时,其对绿峰的形状和面积影响不大。叶面降尘与反射率在可见光波段呈正相关,与近红外波段呈负相关,可见光波段的相关性要优于近红外波段,最大相关系数(0.61)出现在663 nm。在构建的七种PLSR反演模型中,倒数对数一阶微分模型具有较好的稳定性及预测能力,决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)、预测方差比(RPD)分别为0.78,3.37和2.09,对叶面降尘具有很好的预测能力,其余模型的RPD均小于2.0。研究结果为叶面降尘的高光谱遥感监测提供了一定的理论依据,同时为沙尘区环境评价及农业灾害评估提供了新的数据获取方法与思路。     

高反射近红外隔热薄膜的制备与研究

通过溶剂热法制备氯氧化铋(BiOCl)粒子,研究BiOCl粒子对近红外光的反射作用,将其应用于薄膜中制备成阻隔太阳光光热的复合薄膜。通过X射线衍射(XRD)和电子能谱(EDS)表征BiOCl的晶相结构和化学组成,采用扫描电子显微镜(SEM)观察其微观形貌。用紫外-可见光-近红外分光光度计分析BiOCl粒子在波长范围220~2 500 nm内的吸收和漫反射光谱。最后将BiOCl分散在聚乙烯醇(PVA)溶液中,采用涂覆工艺制备成BiOCl/PVA复合薄膜,研究BiOCl含量对薄膜隔热性能的影响。结果表明,在本实验中制备的BiOCl为尺寸均一的微球结构,外径为3~5 μm;由大量纳米片交织构成,形成开放的通道。禁带宽为3.69 eV,大于计算值2.62 eV,表明BiOCl粒子表面的光生载流子浓度发生了变化,使吸收边发生蓝移。BiOCl在可见光区(300~750 nm)平均反射率为67.3%,在近红外区(750~2 500 nm)平均反射率达到了99.8%以上。随着添加BiOCl含量的增加,PVA薄膜的隔热性能持续提高,当BiOCl添加量为1.5%时,使隔热箱内部的温度下降了4.5 ℃。由于近红外光的入射频率高于复合膜中BiOCl粒子本身的振动频率,引起了其振动粒子的高反射,对分布于近红外区的能量起到了很好的阻隔反射作用,降低了隔热箱内部的温度。     

基于紫外‐可见透射光谱技术和极限学习机的早期鸡胚雌雄识别

为了对鸡种蛋胚胎进行雌雄识别,探究利用紫外-可见-近红外透射光谱进行鸡胚雌雄识别的可行性,搭建了鸡种蛋透射光谱检测系统,采用横向和竖向大头朝上2种放置方式获取210枚鸡种蛋孵化0~15 d的光谱,光谱范围为360~1 000 nm。构建极限学习机（ELM）鸡胚雌雄识别模型,通过比较不同放置方式和孵化天数下模型的识别准确率,发现竖向放置且孵化第7 d的识别效果最好;将竖向放置孵化第7 d的光谱初步分为紫外（360~380 nm）、可见光（380~780 nm）、近红外（780~1 000 nm）、紫外-可见光（360~780 nm）和全波段（360~1 000 nm）5个不同的波段范围来分析,预测集准确率分别为82.86%,77.14%,75.71%,84.29%和81.43%,筛选出360~780 nm的紫外-可见光波段为有效波段;在紫外-可见光（360~780 nm）波段,采用多元散射校正（MSC）去噪,并用竞争性自适应重加权采样算法（CARS）和连续投影算法（SPA）筛选特征波长降维,建立不经筛选特征波长、CARS筛选特征波长和SPA筛选特征波长的3种ELM模型。其中不经筛选特征波长的ELM模型识别效果最好,但输入变量最多,隐含层神经元为680且激活函数为sig时,预测集准确率为84.29%。SPA筛选特征波长的ELM模型识别效果次之,输入变量有9个,隐含层神经元为840且激活函数为hardlim时,预测集准确率为81.43%。CARS筛选特征波长的ELM模型识别效果最差,输入变量有27个,隐含层神经元为100且激活函数为sig时,预测集准确率为78.57%;用遗传算法（GA）优化ELM模型的权值变量和隐含层阈值,不经筛选特征波长建立的GA-ELM模型,预测集准确率为87.14%,SPA筛选特征波长建立的GA-ELM模型,预测集准确率为87.14%,CARS筛选特征波长建立的GA-ELM模型,预测集准确率为81.43%。紫外-可见光波段不经筛选特征波长的GA-ELM模型识别效果和经SPA筛选特征波长的GA-ELM模型相同,表明SPA筛选的特征波长变量能够有效反映360~780 nm波段的信息,SPA使用的变量数仅占紫外-可见光波段的2.14%,因此,雌雄识别最佳模型为紫外-可见光波段经SPA筛选特征波长的GA-ELM模型,预测集准确率为87.14%,其中,雌性识别率为88.57%,雄性识别率为85.71%,单个样本平均判别时间0.080 ms。结果表明紫外-可见透射光谱技术和ELM模型为孵化早期鸡胚蛋雌雄识别提供了一种可行方法。     

还原石墨烯光学波段复折射率及消光性能研究

在对氧化和还原石墨烯近紫外到近红外波段反射率谱测量的基础上,利用Kramers-Kronig关系计算其复折射率,并反推反射率与光谱分析确定误差水平;运用T矩阵法计算其在该波段的吸收和消光效率因子,分析其消光和吸收性能.结果表明,反推反射率值与实测值误差在10~(-6)量级,且其吸收谱线特征与复折射率虚部吻合;还原石墨烯的可见光-近红外消光和吸收较强,但紫外消光和吸收较弱;氧化石墨烯在紫外-可见光波段的消光和吸收较强,但在近红外波段迅速减弱.因此,该计算方法在两种材料上适用,且氧化和还原石墨烯均可用作宽波段的光吸收或消光材料,但还原石墨烯近紫外波段以及氧化石墨烯近红外波段的性能有待改善.     

一维四元镜像对称光子晶体的帯隙研究

构造了由AsS、SiO2、PbTe和LiF四种介质组合而成的(AB)m(CD)m-1 A(DC)m-1(BA)m一维四元镜像对称结构光子晶体模型,利用传输矩阵法,研究了该结构的光学传输特性。结果表明:当m≥4,光线垂直入射时,在可见光全波段(400~760nm)范围内恰好有一严格帯隙。四介质的几何厚度各自独立递增时,帯隙红移,宽度增加,反之亦然。随着入射角增加,帯隙将产生蓝移。对于TE波,该光子晶体具有较好的角度宽容度,可实现全角度在可见光大部分波段(400~705nm)范围内的反射;对于TM波,仅能在可见光小部分波段(400~520nm)实现全角度反射。     

ESR膜及在POLAR探测器中的应用

基于巨双折射光学的增强型镜面反射膜(ESR)具有高分子多层膜结构。在10~80°反射角范围内,利用623.8nm,532nm,441.6nm和413.1nm激光对ESR的反射率进行了测量,结果显示,在整个范围内有较均匀的反射率,平均反射率大于95%,平均透过率小于0.5%。XRD分析显示ESR在大尺度范围内有良好的晶化结构。在γ射线极化仪POLAR应用中,ESR作为BC448塑料闪烁体探测器反射层比用黑漆反射层的光子收集效率提高了近10倍。     

电子束蒸发沉积Ir膜真空紫外反射特性

Ir是一种重要的真空紫外反射材料,在太阳物理、宇宙物理、生命科学、大气物理、同步辐射等方面有着十分重要的应用.对电子束蒸发沉积Ir膜在真空紫外波段的反射特性进行了系统的理论和实验研究.根据吸收材料基底上单层金属膜数学计算模型,对不同基片上各种厚度的Ir膜真空紫外反射率进行了优化计算.根据计算和前期实验结果,采用电子束蒸发方法,在石英、K9玻璃基片上沉积了不同厚度的Ir膜,在入射波长120 nm处获得了近30%正入射反射率,对应的Ir膜厚度为12 nm.过厚或过薄均不利于Ir膜反射率的提高.经退火处理后,Ir膜中张应力有所释放但并未消除,同时晶粒平均尺寸显著增大,反射率下降.     

均匀与混合蛾眼结构减反射性能的模拟

采用时域有限差分法,对均匀蛾眼结构(UMS)和双混合蛾眼结构(BHMS)进行仿真,分析底面直径和高度对反射率的影响规律,比较了UMS与BHMS的减反射性能。基于反射率曲线和电场强度分布,分析了BHMS优异的减反射性能。结果表明:在300～1200 nm波段,UMS的反射率随着高度的增大而减小,随着底面直径的增大而先减小后增大;当底部直径为250 nm时,由不同高度的UMS组成的BHMS的平均反射率大于相应UMS的最小平均反射率;由不同底面直径UMS组成的BHMS的减反射性能可以进一步提升。     

金属光栅的非对称透射现象研究

提出一种利用表面等离子体耦合的金属光栅结构,该光栅结构因入射光的方向和耦合表面等离子体的条件不同,从不同方向入射时会有不同的透射率。周期为500 nm、填充因子为0.7的Au-SiO₂光栅结构在565~589 nm波段具有单向透射性。当填充因子为0.662时,最大透射对比率达3×10⁴。当光栅厚度为60 nm时,入射波长在570~630 nm之间的透射对比率均可达到5以上,最高透射率为43%。当光栅周期为1 100 nm时,1 530~1 590 nm波段的透射对比率均大于5,可以满足中红外波段的应用。     

毫米波/红外波束合成器实验研究

毫米波/红外(MMW/IR)波束合成器是毫米波/红外双模制导半实物仿真系统中的关键器件。介绍了一种波束合成器和对其进行性能研究的实验装置。研究结果表明:工作频段为34~36GHz的毫米波分别从30°、40°和50°方向入射到波束合成器,在垂直和水平两种极化态下,透过率均大于50%,由器件引起的相位移均在3πrad以内;在红外辐射入射角为20°~60°的范围内,当波段为3~5μm时,波束合成器的红外反射率能达到90%以上,当波段为8~12μm时,反射率大于80%,水平和竖直方向的分辨率均在41″以内。该器件已成功地应用到半实物仿真系统中。     

一维矩形刻槽相位栅的减反特性与结构优化

 为了得到一种结构简单、便于制作的可应用于可见光波段的减反射膜,利用等效介质理论研究了表面具有矩形刻槽周期分布形式的介质膜的减反射特性,比较了4种不同基底材料的减反特性,选用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作为基底分析了一维单层矩形光栅结构的减反射膜的占空比、蚀刻深度、入射波长和入射角度对减反射特性的影响;给出了可见光波段的减反射膜的结构设计参数。研究结果表明：当入射角小于30°时,可见光中的短波段（0.4 μm～0.55 μm）反射率低于2%;当入射角小于10°时,该减反射膜可以使0.4 μm～0.8 μm可见光的反射率低于2%。     

基于实测数据的新疆富蕴季节性积雪光谱分析

使用FieldSpec 3(350～2 500 nm)光谱仪野外测得新疆富蕴地区季节性积雪光谱,与冰对比得出了该地区典型季节性积雪光谱特征,并分析了太阳高度角、 坡度、 雪深、 污染物浓度对积雪光谱的影响。研究结果表明：积雪反射率在可见光波段较高,随波长的增加逐渐减小;随着太阳高度角的增大积雪反射率逐渐降低,且在1 090和1 300 nm对太阳高度角的变化敏感;坡度的存在使积雪反射率大幅上升;在一定深度范围内,积雪反射率随雪深的增加而增大,在400～500和1 250～1 320 nm,反射率对雪深变化敏感;随着污染物的增加,积雪反射率在可见光波段明显下降,且波峰波谷趋于平缓。季节性积雪的光谱测量和分析工作对于积雪参数的监测和反演具有重要意义。     

植物叶片可见与近红外光谱反射率数据库的建立与主成分分析

可见与近红外波段光谱反射率数据库是颜色科学与技术和遥感目标地物分类识别领域等研究与应用的基础数据。主成分分析(PCA)在光谱数据分析、光谱重建、高光谱数据降维以及遥感图像分类等方面有广泛应用。测量并建立了云南公园常见绿化植物柳树、樟、红花檵木、蓝花楹等48种植物150条叶片从可见光到近红外波段光谱反射率数据库,波长范围400～1 000 nm、间隔4 nm。并且分别对可见与可见到近红外两种波段范围进行PCA研究。结果表明：不同植物叶片按照红、绿、黄相同色相的光谱反射率曲线基本相似;但对于同一种植物,在可见光波段400～700 nm,因为体内叶绿素、叶黄素、叶红素和花青苷含量的不同,光谱反射率曲线有较大的差异;在近红外波段700～1 000 nm,所有植物叶片光谱反射率仅仅是大小不同,而同一植物光谱反射率基本不随波长变化。PCA分析表明：在可见光和可见与近红外波段前三个主成分的累积贡献率分别达到98.62%和94.97%。数据库及其PCA分析结果将为自然物体光谱重建、多光谱成像技术和遥感目标地物分类识别等领域应用提供支撑。     

基于光子晶体异质结的高效太阳能电池反射器研究

设计了一种可用于太阳能电池反射器的二维三角晶格光子晶体异质结结构.采用传输矩阵法对该结构在可见至近红外波长范围入射电磁波的反射率进行了模拟计算,并比较了不同入射方向下反射率的变化.结果表明,光线垂直入射时,该结构光子晶体对近红外波段入射光可实现完全反射|随着偏转角度的增大,在整个可见-近红外波段均显示出极高的反射特性.该结构有望用于制作覆盖整个可见光-近红外波段的高效全方位反射器.     

基于光子晶体异质结的高效太阳能电池反射器研究

设计了一种可用于太阳能电池反射器的二维三角晶格光子晶体异质结结构.采用传输矩阵法对该结构在可见至近红外波长范围入射电磁波的反射率进行了模拟计算,并比较了不同入射方向下反射率的变化.结果表明,光线垂直入射时,该结构光子晶体对近红外波段入射光可实现完全反射;随着偏转角度的增大,在整个可见-近红外波段均显示出极高的反射特性.该结构有望用于制作覆盖整个可见光-近红外波段的高效全方位反射器.     

春季辽东湾静止轨道海洋水色遥感产品的真实性检验

静止轨道海洋水色成像仪(GOCI)拥有高时间分辨率(1 h)和高空间分辨率(500 m×500 m)的观测优势。为了保证GOCI应用的可靠性,对其遥感产品进行检验极为重要。利用辽东湾春季航次观测数据,对4种二类水体大气校正算法[Korea Ocean Satellite Center(KOSC)校正算法、management unit mathematics models(MUMM)校正算法、紫外(UV)校正算法和近红外(NIR)校正算法]获得的GOCI遥感反射率产品及GOCI标准叶绿素浓度、悬浮物浓度遥感产品进行了真实性检验,并探讨了不同观测时相的稳定性。结果表明:KOSC算法在辽东湾具有最高的校正精度,各波段遥感反射率平均绝对百分比误差(APD)为27.16%(412 nm)、16.03%(443 nm)、13.73%(490 nm)、15.99%(555 nm)、12.83%(660 nm)、12.35%(680 nm)、27.68%(745 nm)、42.81%(865 nm);叶绿素浓度、悬浮物浓度产品的平均绝对百分比误差分别为29.75%和26.40%。相比于临近中午观测时的结果,GOCI早上和下午观测时反演的结果(包括遥感反射率、叶绿素浓度、悬浮物浓度)与实测值偏差显著增大。     

基于双向反射率函数分布的海洋溢油紫外反射光谱特性研究

为实现利用采用紫外波段对海水溢油污染进行监测,采用了回转半径为1 500mm的双向反射分布函数测量装置和工作波段为300~400nm的大视场紫外成像仪,对海水溢油紫外反射光谱特性进行研究.对三种油样品进行了外场试验,试验结果表明:海水溢油紫外光谱双向反射分布函数测量装置不确定度为3.68%;在天顶角0°和30°,相对太阳方位角0°和45°时,原油样品与海水的双向反射分布函数在紫外波段差别较大.因此,可利用此状态下300~380nm工作波段的紫外光学遥感仪器监测海水溢油状态.     

真空紫外波段铝反射膜制备

为制备出在130～210nm波段具有良好光谱性能的铝反射膜,优化设计了铝反射镜中铝层和保护层氟化镁的厚度,理论确定铝层和氟化镁保护层最佳厚度分别为80nm和33nm。采用热舟蒸发工艺,在BK7基片上制备了Al反射膜样品,获得了130～210nm波长范围内反射率均大于80%的金属铝膜。研究了铝层沉积速率和紫外辐照处理对薄膜性能的影响,并考察了铝膜光谱性能的时效性。结果表明铝层沉积速率越快,制备的铝膜反射率越高;合理地存放铝膜元件,可以长时间内保持铝膜的光谱性能。适当的紫外辐照处理能进一步提高铝膜在真空紫外波段的反射率。