双波长高光谱分辨率激光雷达光谱鉴频器设计

提出了一种可作为高光谱分辨率激光雷达(HSRL)光谱鉴频器的双波长视场展宽迈克耳孙干涉仪(FWMI)的设计方法.详细阐述了双波长FWMI的设计原理,权衡考虑色散对于鉴频性能的影响.通过双波长视场展宽设计实现折射率补偿,从而使FWMI在355 nm和532 nm均有较大的接收视场.给出适用于355 nm和532 nm的双...     

星载高光谱分辨率激光雷达大气气溶胶和云探测研究

为实现对全球气溶胶光学参数剖面的高精度测量,采用基于碘分子滤波器的高光谱分辨率探测技术。结合欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的大气再分析数据集（ERA5）的温度和压强数据,选取在轨期间途经撒哈拉沙漠和加拿大山火区域的星载高光谱分辨率激光雷达（HSRL）的观测数据,对沙尘类气溶胶和烟尘类气溶胶的光学特性进行分析,包括气溶胶的后向散射系数、消光系数、退偏振比和雷达比。结果表明：撒哈拉沙漠地区近地面5 km以内的气溶胶分布主要以沙尘类气溶胶为主,其退偏振比集中在0.2～0.4,雷达比数值集中在40～60 sr;加拿大山火地区的气溶胶主要以烟尘类气溶胶为主,其退偏振比集中在0.02～0.15,雷达比在50～70 sr范围。激光雷达特有的高光谱探测技术,在气溶胶和云的精细化探测和分类方面具有重要应用,将在环境监测中发挥重要作用。     

高光谱分辨率激光雷达鉴频器的设计与分析

提出了利用Fabry-Perot干涉仪的反射场实现高光谱分辨率激光雷达精细探测大气光学参量的新方法和思路.设计了高光谱分辨率的分光系统,并分析了干涉仪反射场的光谱透过特征曲线.结合高光谱激光雷达探测信号特征,讨论分析了谱分离比和瑞利信号透过率随反射率和腔长的变化曲线,同时结合误差传递公式,建立了仿真分析模型,讨论了回波光束发散角和入射角变化对激光雷达探测结果的影响.结果表明,所提出的Fabry-Perot干涉仪反射场可以实现高光谱分辨率激光雷达探测系统的精细分光,同时探测结果误差随回波光束发散角变化不敏感,控制发散角在10 mrad以内,入射角在1.5 mrad以内时,可以实现气溶胶光学参数廓线的高精度探测.     

紫外域多纵模高光谱分辨率激光雷达探测气溶胶的技术实现和系统仿真

多纵模高光谱分辨率激光雷达是一种新型的高光谱分辨率激光雷达.本文在研究典型高功率Nd:YAG脉冲激光器的多纵模模式及其在大气中传输的气溶胶米散射和瑞利散射光谱的基础上,设计紫外域多纵模高光谱分辨率激光雷达系统,采用窄带干涉滤光片滤除太阳背景光的影响,设计可调谐马赫-曾德尔干涉仪,分离提取多纵模激光回波中的气溶胶米散射和瑞利散射光谱,并利用马赫-曾德尔干涉仪双通道输出的互补性原理,精确反演气溶胶光学参量.系统仿真结果表明,所设计的紫外域多纵模高光谱分辨率激光雷达能够实现10 km高度内的气溶胶光学参量精细探测.     

基于偏振高光谱激光雷达和微波辐射计的大气温度探测和融合算法研究

大气温度作为大气探测领域的基本参数,获得高精度大气温度廓线对于天气预报和气候研究至关重要.本文利用自行研制的偏振高光谱激光雷达实现了边界层内大气温度的全天时、高信噪比测量,提出了利用拼接法进行高光谱激光雷达和微波辐射计的数据拼接和融合,实现了二者的优势互补.结果表明:偏振高光谱激光雷达可实现3.5 km以下的大气温度有...     

高光谱分辨率遥感资料通道最优选择方法及试验

提出一个能对反演效果进行定量评估的指标,此指标定义为大气可反演指标.以这个指标为标准,针对目前应用最广泛的物理反演方法,提出合理有效的通道选择方案.该方案可充分考虑各种因子对反演结果的影响,以保证利用选择出的通道进行反演后精度能达到最优.最后以红外大气探测干涉仪为例,进行了两组通道选择试验,试验结果表明利用该方法进行通道选择是可行的. 关键词： 高光谱分辨率资料 通道选择 大气可反演指标     

声光滤光器性能指标的计算和讨论

以可调谐声光滤光器为元件所制造的光谱分析仪,利用声光谱光器的电调谐分光作用,辅以计算机控制,以完成信息的实时处理,其中声光滤光器性能指标的好坏将直接影响光谱分析仪的设计制造本文对用不同切向的氧化碲晶体所制成几种声光滤光器的几项性能指标进行计算的讨论,使在设计制造光谱分析仪时对声光谱光器的声光和电性能先有一个总体认识,以减少不必要的实验和摸索。     

全天时紫外高光谱瑞利测温激光雷达系统EI北大核心CSCD

紫外高光谱瑞利测温激光雷达是一种探测大气温度廓线的有效工具。目前,紫外高光谱瑞利测温激光雷达通常采用355nm波长的光,然而白天太阳背景光辐射会影响雷达系统的信噪比(SNR),进而制约温度探测的距离和精度。针对大气温度的全天时探测,提出了基于法布里-珀罗标准具的266nm紫外高光谱瑞利测温激光雷达系统。由于到达地面的太阳背景光辐射不包含266nm波长的光,只需考虑臭氧对266nm波长光吸收的影响,进而实现全天时大气温度的探测。基于脉冲能量、望远镜直径、望远镜接收视场角、臭氧浓度以及太阳背景光强度等主要影响参数,对266nm和355nm两个波长紫外高光谱瑞利测温激光雷达系统的谱宽、透过率、回波信号SNR以及温度偏差参数进行数值仿真和对比分析。结果表明,大气分子和气溶胶散射对266nm波长光的影响远大于对355nm波长光的影响。白天266nm紫外高光谱瑞利测温激光雷达系统的有效探测距离为4km左右,比355nm紫外高光谱瑞利测温激光雷达系统的有效探测距离远2.9km;夜间266nm紫外高光谱瑞利测温激光雷达系统有效探测距离为6km。探测距离小于5km时,白天266nm紫外高光谱瑞利测温激光雷达的探测温度偏差比355nm紫外高光谱瑞利测温激光雷达的探测温度偏差小10K。266nm紫外高光谱瑞利测温激光雷达可实现全天时大气温度的探测。     

新型透射式全息窄带带阻滤光器的光谱特性分析

滤光器在光谱学、光学测量和激光物理中有着极其重要的应用。全息滤光器是一种新型滤光器,特别是利用重铬酸明胶(DCG)记录的全息透射式窄带滤光器,其主要特点为对主谱线有很窄的带宽。文章主要用紫外-可见分光光度计测定用DCG记录的透射式全息窄带带阻滤光器的光谱特性,测量结果分析表明,滤光器在可见光区域(400～800 nm)对其中心波长的相对透射率小于2%,其他谱线的相对透射率大于85%。且滤光器有较窄的带宽,其半宽度小于12 nm,十分之一宽度小于15 nm。对氩离子激光(Ar+)主谱线514.5 nm有优良的滤光特性。     

基于声光可调谐滤光器的显微光谱成像技术

为了解决传统声光可调谐滤光器(AOTF)成像模糊的缺点,设计了一种新的AOTF。该器件通过在传统的AOTF的出射孔后面放置一个自行设计的等边色散棱镜来实现对衍射光的色散展宽进行补偿,明显地提高了成像的对比度和空间分辨率。将此器件附加在传统光学显微镜上,获得了一种新型的光谱显微成像仪器。其光谱分辨率在575nm波长处为4.2nm、成像空间分辨率为2μm、图像采集速度为毫秒量级。为基于AOTF的光谱成像技术在生物医学等领域的更广泛的应用奠定了基础。     

一种激光雷达测量海洋光学参数的新方法

为了拓展海洋光学参数的激光遥感测量手段,借鉴高光谱分辨率多普勒激光雷达对大气散射信号的测量机制,提出了一种利用激光雷达水下后向散射信号测量海洋固有光学参数的新方法。在原理方面,描述了测量系统的组成和利用碘分子吸收滤波器实现水分子瑞利散射信号和悬浮物米散射信号的光谱分离测量方法, 在结论方面,给出了利用海水激光后向散射信号实现海水悬浮物后向散射系数和海水体消光系数的具体反演算法。     

小型高光谱分辨率光栅单色仪的研制

单色仪是成像光谱仪进行光谱连续定标的必备设备,为了对高光谱成像光谱仪进行连续光谱定标,设计了一种轻小型高光谱分辨率的光栅单色仪。采用水平式Czerny-Turner光路结构,以高光谱分辨率为出发点,通过推导计算,从光栅选型、焦距计算、狭缝尺寸的确定等方面详细论述了光栅单色仪的设计思路,给出仪器的重要必要结构参数,并论述了这些结构参数对仪器光谱分辨率和体积的影响。根据光栅单色仪的光路特点,对入射狭缝组件、准直物镜组件和成像物镜组件、扫描结构、机身等进行轻小型机械结构设计,并给出正弦杆扫描机构的结构参数与仪器输出波长和波长扫描精度的数学关系,完成了仪器的整体结构设计和装调。应用汞灯可见光光谱进行波长定标,采用最小二乘法得到定标曲线,并提出步进数极限误差与定标曲线相结合的方法,求得仪器的波长重复性和波长准确度;仪器在400~800 nm波长范围内,光谱分辨率优于0.1 nm,波长重复性达±0.096 6 nm,波长准确度达±0.096 9 nm。     

基于液晶滤光器的连续光谱成像测试装置

为了使普通光学采集设备同时获得样品光学形态和成份信息,设计了一种可以实现连续光谱成像的测试装置.系统采用电可调液晶滤光器作为分光器件,低照度面阵CCD作为接收器,光谱分辨率可达到0.5 nm,无需传统光谱成像仪中的机械推扫装置.在系统设计中,软件设计目的在于能够实现数据采集控制和后台数据处理等功能.对系统的工作参量进行了测试,给出了系统透过率函数和线性工作范围.为了检测设备工作的稳定性,对低压汞灯和氦氖激光器的光谱进行了检测,给出了多次测试结果的标准误差.最后对中药黄连的活性成份盐酸小檗碱进行了在体检测,通过确定光谱特征,可得到其空间分布信息.     

影响单色器光谱纯度的因素

在测试仪器中，单色器的光谱纯度决定系统的分辨率。对瓦茨沃斯棱镜系统与切尔尼—特纳光栅系统进行分析，提出了影响单色器光谱纯度的六种主要因素，建立了函数关系，并对综合作用进行了评价。     

多纵模高光谱分辨率激光雷达马赫-曾德尔干涉仪的视场展宽技术

考虑到多纵模高光谱分辨率激光雷达（MLM-HSRL）接收的大气弹性散射回波具有与激光器发射光束一致的高斯传输特性,因此分析马赫-曾德尔干涉仪（MZI）光程差和透过率时必须要考虑发散角的影响。详细分析入射光束的发散角对大光程差MZI分光性能的影响,仿真计算得到基于空气腔的大光程差MZI所允许的光束发散角要≤0.4 mrad。为了降低发散角对大光程差MZI分光性能的影响,提出一种基于补偿玻璃的大光程差MZI的视场展宽技术。理论分析和仿真结果表明,视场展宽后系统可允许的发散角可达25.6 mrad,视场展宽技术极大地提升了大光程差MZI的分光能力。     

高光谱遥感器通道中心波长漂移对红边光谱的影响

通过模拟高光谱遥感器通道中心波长漂移前后的典型植被红边区间反射率,定量分析通道中心波长漂移对红边光谱的影响.结果 表明,通道中心波长漂移导致植被红边区间反射率曲线出现多处尖峰、抖动,使植被反射率曲线在本不具有特征吸收的区域变得不光滑,并与红边位置误差呈显著线性关系,决定系数R2达到0.99.10 nm分辨率的高光谱遥感...     

高光谱分辨率横向剪切静态干涉光谱仪

提出一种基于新型的分光方法的横向剪切分束器,分析了该分束器结构的分光原理,并对其用于干涉光谱仪中的效果进行了分析计算.该分束器同体积条件下较目前的分束器可以产生十倍以上的剪切量,应用到干涉仪中可以在获得高光谱分辨率的同时不增大仪器的体积和重量.同时,该分束器分光时,无光能返回光源,较Sagnac型分束器对光能的利用率提高了近一倍;相对变形Mach-Zehnder型结构易实现实体化.     

高光谱遥感器的光谱定标

高光谱遥感器光谱性能参数的准确定标是高光谱遥感器数据定量应用的基本前提。本文基于单色准直光标定法对高光谱遥感器进行了光谱性能参数定标,通过数据采集软件及数据处理软件对高光谱遥感器光谱性能参数定标数据进行了分析。分析结果显示:定标测试的重复性在1 h内小于0.2 nm,在20 h内小于0.35 nm。光谱定标结果表明:高光谱遥感器的平均光谱分辨率为4.94 nm,且各高光谱遥感器空间维光谱分辨率均小于5 nm,典型谱段的平均带宽均在6 nm左右。     

中间场下铷532 nm法拉第滤光器传输特性分析

对工作在铷5P1/2→10S1/2(532 nm)跃迁的法拉第反常色散滤光器的传输特性,并对中间场下激发态法拉第反常色散滤光器的理论模型进行了分析与讨论.依据量子力学微扰理论和量子跃迁理论,给予了完整地描述.理论分析结果表明,在气室温度434 K,磁场强度0.067 T,抽运光强度20 W/m2,气室长度0.1 m条件下,法拉第反常色散滤光器处于一个最佳工作状态;期望的线芯工作方式得以实现.中心透射峰适宜作滤光器的信号光通道.理论模型预测滤光器的峰值透过率接近50%,等效带宽仅为2.6 GHz.铷532 nm激发态法拉第反常色散滤光器的光谱特性可用于检测具有重要应用价值的二倍频Nd:YAG激光信号.     

光谱分辨率对黑土有机质预测模型的影响

高光谱遥感以其高光谱分辨率适于反射光谱特征复杂的地物识别与参数反演,但对于反射光谱特征平滑的地物,高光谱数据可能存在数据冗余问题。本研究对实验室测定的黑土高光谱反射率进行重采样,基于统计分析方法研究了光谱分辨率对黑土有机质预测模型精度的影响,结果表明:黑土有机质含量高,土壤有机质的光谱作用范围宽(445～1 380nm);黑土有机质光谱预测模型精度随光谱分辨率降低,呈现先增后减的趋势,最优模型的光谱分辨率为50nm,低于高光谱遥感波段设置,略高于多光谱传感器波段设置;黑土有机质光谱预测最优模型以倒数对数微分为自变量,模型决定系数R2=0.799,RMSE=0.439,研究成果为土壤有机质遥感反演、光谱速测仪器的研制,以及传感器波段设置提供理论基础与技术支持。