低温对中波红外带通滤光片光谱特性的影响

为考察滤光片在低温环境下的可靠性,镀制了Ge基和宝石基中波带通滤光片,分别实施了5 min、15 min、25 min、35 min、120 min、300 min的液氮低温试验,并测试出其透过率曲线,考察低温对其光谱特性及膜层牢固度的影响。带通滤光片通带区透过率随低温时间增长有逐渐下降趋势,中心波长出现13 nm的微小偏移,是所镀制的膜料高、低折射率相对变化使中心波长和截止波长的比值发生变化所致。Ge基材料对温度更为敏感,在由常温到低温过渡期间,Ge基中波滤光片通带透过率降低幅度比宝石基底的中波带通滤光片大10%。在300 min以内的低温环境下,2种中波红外带通滤光片均未出现膜层脱落现象。     

基于光谱技术的土壤有机质快速测定仪的开发

在理论分析的基础上设计开发了一套基于光谱技术的土壤有机质测定仪。测定仪由光学部分和电路部分组成。光学部分包括光源、传导光纤、检测室、样品盒、滤光片以及光电传感器等元器件,主要作用是：把光源的光导入土样表面、收集土壤表面的反射光、滤光、将光信号转换为电信号;电路部分包括放大电路,AD转换电路,液晶显示电路和U盘存储电路。选取三种滤光片对仪器进行了标定实验,三种滤光片的中心波长分别是530 , 765和850 nm,被测土样有烘干土样和风干土样。试验结果表明：当滤光片中心波长为850 nm时烘干土样获得最高测量精度(r2=0.930),在此条件下风干土样预测模型的决定系数为r2=0.711,虽然受水分的影响精度有所降低,但仍可满足田间快速测试的要求。     

目标光源差异对阵列式光谱辐射计测量的影响及紫外杂散辐射修正研究

应对气候变化预测与灾害天气防范等科学难题,空间观测领域提出高精度的光谱辐射度定标需求。阵列式光谱辐射计存在内部结构缺陷和光学元器件不理想等问题,导致杂散辐射,严重影响光谱辐射度测量结果的准确性。测量多种典型阵列式光谱辐射计的杂散辐射特性,考虑外场目标光源与实验室定标光源不一致对杂散辐射修正的影响,分别基于带通滤光片和可调谐激光器研究紫外杂散辐射修正方法。首先,利用不同光谱透过率的带通滤光片,测量可见及红外光谱辐射引起的紫外杂散信号。针对杂散辐射分布特点,建立数学修正模型,实现高效快捷的杂散辐射修正。地基验证场的光谱辐射亮度测量结果修正后,紫外杂散辐射信号显著降低。对于连续分布的宽谱段光源,带通滤光片修正法具有实验简便易行、测试过程高效等优点。然而,实现非连续分布或窄带光源的高精度杂散辐射修正存在困难。为此,建立基于可调谐激光器的杂散辐射测量系统,解决了各个像素点杂散辐射线扩展函数的测量难题。改变可调谐激光器的输出波长,精细化测量各个像素点的杂散辐射线扩展函数,再推导出杂散辐射信号分布函数,通过MATLAB软件将矩阵反演运算,得到各像素点的杂散辐射修正结果,实现杂散辐射的高精度修正。利用不同类型的阵列式光谱辐射计验证了该修正方法,对于非连续分布的窄带光源,测量结果修正后杂散辐射信号降低了一个数量级,并且谱线两边的杂散宽峰显著消除,大幅降低了紫外波段的测量偏差。针对不同光谱分布的光源,建立了两种优势互补的杂散辐射修正方法,有效改善了阵列式光谱辐射计的紫外测量结果偏差,进一步确保我国地球观测数据的准确性和国际等效互认。     

电厂烟羽中SO2柱浓度的紫外非色散二维成像

鉴于近年来突发事故和雾霾等污染现象时有发生,其危害范围广、危害程度深,因此迫切需要掌握污染影响的区域、范围、强度以及污染扩散的趋势。而污染源、污染气体的二维快速成像分布在确定气体泄漏源定位、鉴别突发事件以及鉴定污染范围和污染影响的过程中占绝对优势。基于面阵CCD探测器,利用紫外滤光片分光的成像技术实现了对丰台电厂烟囱排放的烟羽进行快速成像测量;采用烟气在线监测技术获取的SO2实时浓度作为参考浓度,经转换之后标定成像系统,标定结果表明SO2斜柱浓度与光学厚度呈线性关系,相关系数0.958,满足成像理论可被解析的先决条件;考虑到成像系统视场角小,使镜头在上风向偏离烟羽区域拍摄的图片作为背景,任取背景图上的一行像素,这些像素的光学强度表明上风向强度均匀,无其他干扰影响;测量过程中,为了减小烟羽变化带来的误差,鉴别目标气体的310 nm滤光片与祛除气溶胶影响的330 nm滤光片对烟羽交替成像;最后根据线性最小二乘拟合获取了2017年5月20日12点30分左右的SO2斜柱浓度的二维分布及其时序图。测量结果显示在烟囱出口附近出现SO2斜柱浓度高值,SO2斜柱浓度高值约为1.7×1017 molec·cm^-2;SO2斜柱浓度分布图直观显示SO2浓度的扩散趋势,表明下风向SO2斜柱浓度沿着烟羽的扩散轴减小缓慢,在大气浮力、烟羽流体动力学以及风向共同作用下,垂直于烟羽扩散轴的方向上,扩散轴上方的SO2斜柱浓度小于其下方浓度,但基本趋势是垂直于扩散轴的两侧SO2斜柱浓度衰减很快;在下风向距离烟囱中心28米的区域,取SO2斜柱浓度与高斯曲线进行拟合,拟合系数0.747,表明风向方向:SO2斜柱浓度扩散遵循高斯扩散;根据SO2斜柱浓度时序图,获得了烟羽的传播速度约为1.2 m·s^-1;为了验证紫外非色散成像系统测量结果的可靠性,在已知烟羽SO2排放量(9.2 g·s^-1)、烟羽速度(1.2 m·s^-1)、烟羽高度(约140 m)及周边环境的情况下,采用高斯烟羽扩散模型进行理论预测,成像系统的测量结果与烟羽模型的模拟结果对比表明:SO2斜柱浓度的测量值及扩散趋势与理论预测基本一致。利用基于滤光片的快速成像方法实现了对固定点源排放的污染气体SO2斜柱浓度的成像测量,最终成功获取了烟羽中SO2斜柱浓度的分布及扩散的趋势,测量结果与模型模拟的一致性表明该成像方法有望为定量、定性评估污染危害提供测量依据。     

一种八谱段滤光片成像系统设计

针对多光谱滤光片阵列成像采样率低,原始(Raw)数据稀疏所导致的重建图像模糊,高频信息丢失等问题,提出了一种新八谱段滤光片阵列分布方案,利用基于邻域梯度延伸方法对光谱Raw图像进行重建.首先基于二叉树生成法,在重复排列的4×4阵列中设计了一种等空间概率比的八谱段滤光片分布方案;然后针对传感器直接获取的稀疏Raw图像,计算各谱段采样点的梯度信息,在保持图像结构特征和纹理信息的基础上,利用邻域采样点的像素值和梯度值对未采样点进行重建,从而获得完整的光谱图像信息;最后,基于已重建的八谱段光谱图像,采用伪逆矩阵法重构各像素位置的31波段光谱值.结果表明,相对于主流图像重建方法,本文算法提高了重建八谱段光谱图像的峰值信噪比、复合峰值信噪比,降低了光谱均方差,更好地保留了图像的纹理和边缘,有效降低了多光谱滤光片阵列成像中的颜色伪影和图像模糊等现象.     

一种适用于高速DWDM系统的可调谐选频变频器

提出了一种可调谐选频交频器,利用半导体光放大器（SLA）中的非简并四波混频（ND-FWM）过程实现波长转换.建立了SLA中NDFWM光变频器的理论模型,对SLA光变频器的变频机理及变频特性进行了分析与讨论,主要讨论了器件的一些特性参数对其变频效率及变频范围的影响,同时还分析了选频变频器的输出噪声特性.该器件响应速度快,变频效率高.变频范围大,完全能够满足密集波分复用系统中高速、大容量、可调谐的要求. 关键词：     

红外线治疗仪中宽波段带通滤光片的研究

研究了一种用于红外线治疗仪的新型滤光片.该滤光片通过对红外线治疗仪光源所发出的光进行选择性滤波,能够降低部分波段光的承载能量,提高治疗仪的安全使用性能.针对红外线治疗仪对滤光片的使用要求,选择Ti3O5和SiO2作为高低折射率材料,采用电子束加热蒸发方式,配合离子辅助淀积技术,利用石英晶控控制法对膜层厚度进行监控,通过反复优化各项工艺参量,制备出在600~1 200nm波段平均透过率高于92%,300~550nm、1 270~2 000nm波段平均透过率低于2%的宽波段带通滤光片.研究中运用"拆分技术要求"的设计思想,对颜色片进行双面镀制,解决了单面膜层过厚难以制备的问题,降低了制备难度,易于批量生产.测试结果表明,该滤光片满足使用要求.     

小型线形可变滤光片分光的可见成像光谱仪及其特性研究

本文设计了一种使用线形可变干涉滤光片的小型成像光谱仪。使用CCD摄像头作图像传感器，通过微动平台带动线形可变干涉滤光片，横向扫描通过面阵CCD的每个像元，每扫描一步所得到的总体图像中不同列的像元是由不同波长的单色部分像元组成，随着扫描步进，这些单色部分像元的波长随之变化，最后采用图像重构的文教是到一系列单色图像（或见光波段400－700mm）。扫描间隔由所需的单色图像的光谱分辨率和各单色图像间的波长间隔来确定。经过试验证明，此成像光谱仪充分利用了线型干涉滤光片的性能，其光谱分辨率为16nm，同后者的光谱带宽相差无几，仪器的空间分辨率由成像系统和CCD来确定，论仪器装置具有结构简单，高空间分辨率，较主光谱分辨率，扫描速度快等特点，通过一个伪装识别试验，验证了仪器的性能指标。     

大口径超薄基板双面溅射膜厚均匀性研究

可见光高透射近红外高截止滤光片采用大口径超薄尺寸的玻璃作为基板,在两面同时沉积制备而成,因此对薄膜均匀性及成膜后基板面型有着较高的要求。以Nb/Si作为薄膜靶材,采用反应溅射镀膜的方法,从靶材磁场强度分布、公-自转系统、基板夹具遮挡角度三个方面分析膜厚均匀性的差异,采用对称膜系结构,实现红外截止滤光片上下表面薄膜应力平衡。最终制备的薄膜均匀性在300 mm范围内达到0.13%,基板翘曲度为0.085 mm,满足使用需求。     

远红外窄带滤光片厚度的鲁棒性分析

鉴于在制备过程中存在介质层厚度的随机扰动,计算了远红外窄带滤光片厚度的鲁棒性。结果表明:当随机度小于0.05时,窄带滤光片全向带隙和带隙率变化不大,但缺陷层的透射率只有原来的1/3左右;当随机度大于0.1时,随着厚度的随机扰动逐渐增大,窄带滤光片的全向带隙和带隙率都逐渐减小;当随机度达到0.2时,窄带滤光片的第一个全向带隙消失,第二个全向带隙向短波方向偏移明显,缺陷层的透射率也只有原来的1/3左右;当随机度达到0.5时,窄带滤光片的两个全向带隙全部消失。制备了一种远红外窄带滤光片,其结果较好地验证了厚度的随机扰动对滤光片的影响。