真空紫外探测器辐射定标研究

为了满足紫外光学遥感信息定量化发展的要求,构建了一套高精度真空紫外探测器辐射定标系统,以美国国家标准技术研究院(NIST)真空紫外标准探测器为标准,在120～220 nm波段上,对量子效率未知的EMR541-09-17紫外光电管进行了定标。按照国际通用不确定度评估规范,对测量结果进行不确定度分析和评估.总的传递不确定度小于2.4%。达到了在真空紫外波段对紫外探测器进行高精度定标的要求。     

大气遥感远紫外光谱仪绝对光谱辐照度响应度定标方法研究

主要针对可应用于空间高层大气遥感的远紫外光谱仪的光谱辐照度响应度定标方法进行研究。针对远紫外波段光谱测试标准装置少,实验系统所需真空度高,实验稳定性难以维持,传统漫反射板和积分球辐亮度定标方法在远紫外波段局限性大、难以利用等特点,研究了适用于远紫外光谱仪器的光谱辐照度绝对辐射定标方法,搭建了相应的真空实验系统,以一台远紫外光谱仪原理样机为对象对研究方法进行了实验验证。实验系统以标准氘灯、真空紫外单色仪和准直系统组成照射系统,将出射准直光辐照度用标准探测器进行标定,三者共同组成了标准光谱辐照度光源;利用该光源照射原理样机并读出相应信号,最终获得光谱辐照度响应度,从而实现了利用标准探测器进行照度传递的远紫外光谱仪器绝对光谱辐射定标,有效的进行了仪器定标。该方法定标不确定度约为7.7%,对远紫外波段空间高层大气遥感光谱仪的地面辐射定标研究具有重要意义。     

快速真空紫外光谱诊断在EAST实验的初步应用

为了在EAST装置上开展高参数放电条件下边界杂质辐射的实验研究,发展了真空紫外(VUV)光谱诊断系统.该系统采用了焦距为200mm的Seya-Namioka型VUV光谱仪,并配备了600g·mm-1凹面全息光栅,所能观测的波长范围为50～700nm,覆盖真空紫外、近紫外和可见光波段.系统在垂直方向的观测范围为Z=-35...     

三波段成像光学系统的辐射定标

系统的成像波段分别为近紫外（300 nm~380 nm）波段,可见光（380 nm~760 nm）波段和近红外（760 nm~1 100 nm）波段。通过搭建与该光学系统相对应的辐射定标装置,建立辐射定标数学模型,对已研制的三波段成像光学系统进行绝对辐射定标的研究。针对系统成像波段光谱范围较宽的特点,以分波段辐射定标方法对于测量得到的定标数据,采用最小二乘线性拟合法进行处理,对算法进行修正,再对定标数据进行处理。通过实验验证了2种方法的定标精度,结果表明:修正后的算法可得到精度更高的定标曲线,测量相对误差不超过5%,定标结果满足实际工程需求。     

室内高压电弧/电晕的紫外特性分析和测量研究

随着我国电力技术的迅猛发展,因电弧/电晕放电造成高压设备损坏、高压线传输损耗的问题愈加引起重视。完成了电弧/电晕目标在200～1 000 nm的光谱特性测量,发现电弧电晕光谱强度分布主要集中在200～400 nm紫外波段。提出了使用紫外面阵成像技术用于探测研究电弧/电晕的方法,通过一套自制的紫外面阵成像系统,成功实现了对高压电弧/电晕目标进行的实验室内紫外成像,以及氙灯积分球辐射定标与目标反演。实验结果表明,该套紫外面阵成像系统可用于对电弧电晕放电进行实时检测。该研究验证了电弧/电晕的紫外辐射特性,在距离2 m处得到反演后的6 kV电弧的紫外240～280 nm波段的辐照度为3.39×10-5 W·cm-2,为深入开展电弧/电晕的紫外特性研究提供强有力的依据。     

两种紫外-真空紫外光谱辐射标准的比对

研究了紫外 真空紫外波段壁稳氩弧光谱辐射标准光源及基于同步辐射标准的传递标准光源———氘灯的光谱辐射特性 ,建立了高精度光谱辐射计量系统 ,在 16 5～ 30 0nm之间 ,将两种类型光谱辐射标准进行比对 ,相对光谱分布的一致性好于± 5 %。     

一种新型真空型紫外成像探测器

针对紫外告警的关键元器件——紫外探测器，简述了紫外告警的特点及发展，紫外辐射的大气传输特性和紫外探测器的发展。详细介绍了一种新型响应波段为105nm～300nm的真空型紫外成像探测器，其光电阴极具有“日盲性”，管型采用近贴聚焦结构，从而使得弥散和像差得以减小。探测器读出系统有光耦合读出和电耦合读出2种读出方法：光耦合读出系统能实时响应；电耦合读出灵敏度高，分辨力强，探测距离远。采用自动门控BSP电源，可实现大动态范围探测，并对光电阴极和微通道板起到保护作用。     

尖端放电紫外光谱特性仿真分析及验证

尖端放电是物体尖锐处产生的一种放电现象,它属于一种电晕放电,在避雷针、静电除尘等技术中有着广泛应用。目前对尖端放电的研究主要集中在放电强度方面,而对其光谱方面的研究并不多,研究发现尖端放电在紫外波段具有强烈的辐射。利用Comsol软件对尖端放电的电离特性进行仿真,结合数学物理模型分析了放电辐射光谱及辐射强度,发现其辐射强度随时间的变化先增加后减小,并可根据N2+的分布强度估算紫外波段的辐射强度。通过研制一套紫外面阵多光谱成像系统,对尖端放电进行了三个紫外光谱通道的成像,实验结果表明,尖端放电的辐射光谱在240～340 nm波段之间都有分布,且在315～340 nm之间分布最强。同时得到尖端放电的紫外辐射强度随着尖端距离的增加而减小,并与成像积分时间成一定的线性关系。发现在同一通道,线性斜率随尖端距离的增加而减小。通过对尖端放电三个紫外光谱通道的成像码值反演成辐射能量,得到辐射能量与尖端距离,尖端电压以及积分时间之间的关系,验证了尖端放电的数学物理模型,为深入研究尖端放电的紫外特性提供了有力的支撑依据。     

真空紫外成像光谱仪在空间科学中的应用与展望

真空紫外成像光谱仪是空间科学研究中重要的数据获取工具,通过对不同天体目标真空紫外辐射的观测,可以反演出天体中主要物质的含量和变化规律,从而为空间天气、宇宙起源等许多前沿科学提供研究资料.分析了真空紫外成像光谱仪在空间科学研究中的优势,介绍了国外发展概况,列举了日地空间环境观测、地外行星体观测和宇宙空间观测三个应用领域中...     

紫外像增强器辐射灵敏度测量系统

紫外像增强器是紫外探测系统的核心器件,是一种电真空成像器件,可将微弱的紫外光图像转换并增强为肉眼可见、亮度可见的光图像,其研制与应用是微光夜视技术的重要发展方向。辐射灵敏度是评价紫外像增强器的重要参数,直接决定了紫外探测系统的性能。介绍了紫外像增强器辐射灵敏度的测量原理,采用紫外辐射光源、光栅单色仪系统、测试暗箱、微电流计、计算机及测量软件组建了辐射灵敏度测量系统。对3只紫外像增强器在260 nm、280 nm及320 nm波长下的辐射灵敏度进行了测量,并分析了其测量不确定度。该测量系统的建立,将辐射灵敏度测量系统的光谱范围拓展至200 nm～400 nm,弥补了现有系统的不足,具有广泛的应用前景。     

宽波段高分辨率小型紫外成像光谱仪光学系统研究

结合小型紫外光谱仪器设计原理对紫外成像光谱仪进行了研究。以离轴抛物镜为望远镜,超环面光栅为成像光谱系统设计了系统方案;该光学系统的优化设计就是对超环面光栅的参数设计。分析了光栅的光程函数和像差方程,总结了单超环面光栅结构的完善聚焦条件和完善成像条件;这两种条件无法在代数计算下得到完善代数解,限制了光谱仪的工作波段和视场,引入遗传算法解决了这个问题。以一工作波段为200~280 nm的日盲紫外成像光谱仪为例对设计理论进行验证,根据优化理论计算了初始结构最优解并进行光线追迹模拟,成功得到了F数为5.7,焦距为102 mm,全视场全波段调制传递函数值在奈奎斯特频率(20 lp·mm-1)下大于0.65的高分辨率成像光谱仪光学系统。设计结果表明这种光学系统设计理论适用于小型宽波段高分辨率紫外成像光谱仪。     

改进型高分辨率宽波段Schwarzschild成像光谱仪研究

针对Schwarzschild结构在成像光谱仪系统中的应用进行了研究。以Schwarzschild结构的像散分析为基础,获得了该结构的完善消像差条件;之后,对该结构进行了改进,由准直镜和凸面镜,以及凸面镜和聚焦镜分别组成了两个消像散的Schwarzschild结构,从而构成了Schwarzschild成像光谱系统。并给出了这种系统的各个光学参数的计算条件。以一工作波段为340~500 nm的紫外-可见成像光谱系统为例进行了设计,从而对设计理论进行了验证。根据优化理论计算了初始结构最优解并进行光线追迹模拟,成功设计了数值孔径0.125,全视场全波段调制传递函数值在奈奎斯特频率(20 lp·mm-1)下大于0.58的高分辨率成像光谱仪光学系统。这种结构的不同变形分别可以作为Czerny-Turner系统,Ebert-Fastie系统或者Offner系统应用,设计结果也表明这种改进的系统设计理论适用于小型宽波段高分辨率成像光谱仪。     

用于大气遥感的远紫外光栅色散成像光谱仪的研究

远紫外光栅色散型成像光谱仪在空间大气遥感领域主要用于电离层、热层、极光和辉光的探测。文章根据临边与天底结合的大气成像光谱探测原理,提出了探测方案,设计了适用于远紫外波段的光栅色散型成像光谱仪的两种光学系统,并选择了平面光栅结构进行研制集成,在国内首次获得了原理样机。样机工作波段为120～180nm,望远系统采用离轴抛物镜,光谱成像系统采用改进型的Czerny-Turner结构,探测器使用远紫外响应背照型增强CCD。搭建了相应的实验系统对样机的基本性能参数进行了测试,测得光谱分辨率约为2nm,空间分辨率0.5mrad。这种远紫外光栅色散型成像光谱仪的研究对完善我国大气遥感事业具有重要的研究与应用价值。     

宽波段高分辨率改进型Czerny-Turner成像光谱仪研究

主要针对Czerny-Turner结构在成像光谱仪系统中的应用进行了研究。Czerny-Turner结构主要存在的像差为像散。为了获得了该结构的完善消像散条件,对其进行了理论分析和结构改进。系统的基本结构不变,仍由球面准直镜,平面光栅和球面聚焦镜组成,但在聚焦镜后添加了一个带楔角的柱面镜,该柱面镜解决了子午方向和弧矢方向上存在大像散差的问题,使系统可以在较宽的波段上实现较高的分辨率,同时元件制作成本大大降低。设计了一个工作在可见光波段(380~760 nm)的改进型成像光谱系统,并对设计理论进行了验证。例子成功设计了数值孔径0.05,全视场全波段调制传递函数值在奈奎斯特频率(20 lp·mm-1)下大于0.59的高分辨率成像光谱仪光学系统。这种改进的系统设计理论适用于小型宽波段高分辨率成像光谱仪。     

电离层遥感远紫外成像光谱仪光学系统设计

基于Czerny-Turner分光结构的成像光谱仪光学系统,介绍了一种用于电离层观测的远紫外成像光谱仪光学系统设计方法。分析了该结构的像差来源,提出了使用发散光照明光路的消像差方法,计算了像差校正条件。设计了工作在120～180nm波长范围内的远紫外成像光谱仪光学系统,视场角为6.0°×0.1°,焦距为121.8mm,F数为6.2。利用调制传递函数(MTF)和成像仿真分析的方法对该系统的主要性能参数进行了评价,验证了设计的成像光谱仪的光谱分辨力优于1.0nm,空间分辨力优于0.1°,完全满足电离层观测的应用要求。与同类设计相比,该系统不含非球面光学元件,加工装调简单且易于工程实现。     

紫外真空紫外傅里叶变换光谱仪

研制了新型的由分束耦合器、“猫眼”后向反射光学系统、稳频激光辅助采样系统和光电探测器等组成的紫外真空紫外傅里叶变换光谱仪 ,光谱测量范围为 170nm～ 6 0 0nm ,30 0nm处分辨率高于 1.5× 10 5。光谱仪结构紧凑 ,可精确探测紫外真空紫外波段物质的发射及吸收光谱 ,尤其适合与同步辐射源对接完成相关的光谱分析。     

空间高层大气遥感远紫外成像光谱仪的光学系统

空间高层大气遥感远紫外成像光谱仪主要用于观测高层大气中的远紫外辐射和实现对其内部中尺度现象成像的功能。目前我国该类的相关仪器研究基础还比较薄弱,针对这种情况,在光学系统设计的角度上给出了一种适用于130～180nm波段探测的光学系统方案。该成像光谱仪光学系统以离轴抛物镜为物镜,串联Wadsworth结构为成像光谱系统;这种串联Wadsworth成像光谱系统采用离轴抛物镜做准直镜,分光器件为平面光栅和球面光栅串联,实现二次色散,同时球面光栅起到聚焦成像作用;在像差理论的基础上,对该结构的光程函数和各像差进行了分析,获得了改进结构的宽波段完善成像条件。针对低轨空间探测应用要求设计了相关改进型Wadsworth结构成像光谱仪光学系统,设计结果证明系统像差得到了充分校正,在奈奎斯特频率(20lp/mm)下全视场全波段调制传递函数值在0.6以上。该优化结构同时具备高空间分辨率和高光谱分辨率,性能优越。     

A broadband cavity ring-down spectrometer based on an incoherent near infrared light source

We report on the development of a cavity ring-down (CRD) spectrometer based on an incoherent broadband light source centered at 1,545 nm. One measurement spans over 46 nm. Due to the challenge of broadband CRD spectroscopy in the addressed spectral range, an extended measurement principle is developed. First successful measurements in the spectral range between 1,547 and 1,593 nm of a cavity filled with CO₂ are shown. In order to compare the experimentally determined data to values of the HITRAN database, the calculation of the expected values is discussed under consideration of the spectrometer’s spectral resolution. Comparison with the data based on the HITRAN database shows good agreement.     

基于CDP的宽波段光谱成像仪研究

为满足动态目标实时光谱成像的应用需求,设计了一种基于CDP(crossed dispersion prism)的静态、快照式的光谱成像仪。对其光谱成像原理进行了理论研究,并根据理论研究结果对宽波段CDP光谱成像仪光学系统进行设计。该光谱成像仪由CDP分光系统、成像光学系统和面阵探测器组成,视场角为4°,焦距为110 mm,工作波段为0.6~5.0 μm。设计结果表明,该仪器在0.6~5.0 μm的波段范围内具有较好的光谱成像能力,平均光谱分辨率为20 nm。该技术为实时获取动态目标光谱信息及位置信息提供了一种新方法,同时该技术在对未知高能目标探测、定位以及识别方面具有很大的潜力。     

可见近红外波段无人机载成像光谱仪设计

为了满足地物成像光谱分析的需要,设计了同轴安装、体积小、重量轻的适用于无人机载的棱镜-光栅-棱镜型可见近红外成像光谱仪.通过角放大率选择、光焦度分配、相对孔径计算设计了视场较大的前置物镜;通过光栅方程求解、体相位全息光栅布拉格条件约束、棱镜折射定律设计了光谱系统的初始结构;通过工作光谱上下限出射角与探测器光谱维宽度的关系确定了成像物镜的焦距;通过出射光角度明确了出射光谱的非线性.设计的无人机载成像光谱仪工作光谱范围为400~1 000nm,视场角为40°,全工作波段在空间截止频率20.8lp/mm处的传递函数值均大于0.67,光谱分辨率小于3nm.装调了无人机载成像光谱仪对室外绿化树木进行光谱推扫成像实验,实现了树叶的多光谱成像.该成像光谱仪能够有效实现光谱成像,性能良好.