国外差分吸收激光雷达探测大气水汽廓线的研究进展

水汽含量是大气最基本的物理参量之一,大气水汽垂直分布结构对于大气过程的研究十分有意义。差分吸收激光雷达可以昼夜获取高精度、高距离分辨率的大气水汽垂直分布廓线,是最有潜力的探测手段。国际上已经发展出几种类型的差分吸收激光雷达,对它们的发展路径做一梳理,理清发展脉络,具有有益的参考价值。其中,稍早时期水汽差分吸收激光雷达工作在4ν振动吸收带720～730 nm频域,以Alexandrite为主流的激光器或者Nd∶YAG/ruby固体激光器泵浦的染料激光器作为发射光源,光电倍增管仍然可以在这个波段担任探测器,代表性的仪器是法国的机载LEANDRE Ⅱ。此后发展的820 nm波段的水汽差分吸收激光雷达,以钛宝石激光器或钛宝石光放大器为发射机,以硅的雪崩二极管作为探测器,紧跟前置放大和数据的AD采集器,如德国Hohenheim大学的车载扫描激光雷达,可以获得对流层300～4 000 m之间水汽两维或三维分布结构;德国Institutfür Meteorologie und Klimaforschung所建立的差分吸收激光雷达可以探测3～12 km高度之间大气的水汽垂直分布。720和820 nm波段水汽吸收截面较小,更适合于地基或车载的对流层水汽廓线探测。而水汽3ν振动谱935 nm区域吸收截面较大,是为了空间探测大气对流层上、平流层下相对干燥区域的水汽分布而准备的,且可以安排多个探测波长,和一个参考波长,它们对水汽的吸收截面大小呈梯度分布,以应对空间对地观测时不同高度大气水汽浓度的差别。基于种子注入的光参量振荡器或Nd∶YGG全固态激光器的935 nm差分吸收激光雷达,以德国Deutsches Zentrumfür Luft- und Raumfahrt的研究最为成功,推动了欧洲空间局立项发展空间水汽差分吸收激光雷达WALES（Water Vapour Lidar Experiment in Space）,测量从地球表面到平流层下、高垂直分辨率和高精度水汽浓度分布。机载多波长水汽差分吸收激光雷达1999年建立起来,担当空间WALES任务的模拟器,2006年完成了机载飞行试验。以823～830 nm分布布拉格反射半导体激光器和半导体光放大器为核心、采用雪崩二极管盖格光子计数技术的微脉冲差分吸收激光雷达,是差分吸收激光雷达面向商业化、可普及的方向迈出的重要一步,目前已经发展到第四代产品。发射机激光工作波长的长期稳定十分重要而棘手,以窄带连续波种子激光注入脉冲激光器的谐振腔锁定其的腔长,种子激光的波长以水汽的多通道光吸收池为参照标准,或以高精度波长计为误差获取手段,通过负反馈进行主动稳频;其次,需要仔细考虑大气对激光的后向散射光谱线型,显然Rayleigh后向散射光的多普勒展宽与水汽吸收光谱线宽度可以比拟,所以其吸收截面σ_on和σ_off必需加以修正;水汽的空间垂直分布梯度大,因此差分吸收激光雷达应该实行分通道探测。     

基于中红外差频激光测量水汽分子同位素丰度

稳定同位素比值的测量在地质学、气象学和地球科学的研究中具有重要的应用价值。水汽同位素丰度的测量对理解与干旱相关的同温层大气科学具有重要的意义。水汽分子在2.7 μm附近具有较强的吸收,适宜于高灵敏度光谱的测量。文章报道了利用差频技术(Difference frequency generation)和准相位匹配技术(Quasi-phase matching),将调谐范围在750～840 nm之间的连续可调谐钛宝石激光器和单频连续的Nd∶YAG激光器,耦合到周期性极化铌酸锂非线性光学晶体中,产生2.5～4 μm波段的中红外可调谐激光。选择周期为20 μm的PPLN晶体,产生2.7 μm附近的中红外差频激光,利用差频产生的中红外激光光源,具有窄线宽、宽调谐等优点。结合光程为100 m的Herriott型多通吸收池,采用直接吸收光谱方法测量了实验室大气中的水汽分子同位素,得到了同位素比值R及17O,18O,D的丰度值δ,实验所测R值与国际标准具有很好的一致性。     

三级自动复叠制冷中制冷剂配比计算方法研究

自动复叠制冷循环有其特殊的优点,但是混合制冷剂的配比选取仍需进一步研究。通过搭建一个三级自动复叠制冷循环实验台,并采用常规复叠制冷循环的方法,粗定制冷剂配比,再使用CSD方程微调,实验数据证明该方法的结果比较合理。     

什么是影响机械塑封微电子器件可靠性的决定因素？——“水汽”或者“结构”

本文对当前国内外塑封微电子器件可靠性研究中流行的“水汽作用”、“膨胀系数不匹配”和“热应力”等观点进行了分析和评论,认为这些观点仅只是影响可靠性的“外部条件”,而其决定因素,即“内因”,应该是器件本身的“力学结构”。合理的“力学结构”不仅能从根本上解决器件的可靠性问题,而且还能影响在塑封时模制化合物的均衡流动,有助于空洞和充不满等缺陷的消除。“力学结构”的观点将为可靠性研究和提高器件生产率开辟一个崭新的领域。     

基于原位水汽生成工艺的栅氧化膜特性

介绍了一种制作栅介质的新工艺--原位水汽生成工艺.基于Deal-Grove模型提出了原位水汽生成过程中活性氧原子和硅一硅键反应形成硅氧硅键的氧化模型,并通过MOS电容结构对原位水汽生成和炉管湿法氧化所形成的栅氧化膜的电击穿特性进行了研究和分析.测试结果表明原位水汽生成的栅氧化膜相对于炉管湿法氧化有着更为突出的电学性能,这可以认为是由于弱硅一硅键的充分氧化所导致的.表明原位水汽生成在深亚微米集成电路器件制造中具有广阔应用前景.     

基于原位水汽生成工艺的栅氧化膜特性

介绍了一种制作栅介质的新工艺--原位水汽生成工艺.基于Deal-Grove模型提出了原位水汽生成过程中活性氧原子和硅一硅键反应形成硅氧硅键的氧化模型,并通过MOS电容结构对原位水汽生成和炉管湿法氧化所形成的栅氧化膜的电击穿特性进行了研究和分析.测试结果表明原位水汽生成的栅氧化膜相对于炉管湿法氧化有着更为突出的电学性能,这可以认为是由于弱硅一硅键的充分氧化所导致的.表明原位水汽生成在深亚微米集成电路器件制造中具有广阔应用前景.     

测量大气气溶胶和水汽的车载式激光雷达系统

为满足国家对大气参数测量的需求,成功研制了新型车载式大气探测激光雷达系统。该激光雷达主要是通过接收激光与大气中气溶胶粒子和水汽以及氮气分子间的米和拉曼散射信号,结合相应的激光雷达方程,反演出大气水平能见度、垂直气溶胶消光系数和水汽混合比。最终的实际测量结果与对比实验显示,该激光雷达可以对对流层的大气气溶胶进行昼夜连续观测,对夜晚8 km高度范围内以及凌晨和傍晚时分边界层内的水汽进行测量。相应大气水平能见度的测量误差小于20%,而垂直大气气溶胶和水汽的测量误差最大不超过30%。     

漏率公式与判据和内部气体含量的分析研究(二)

在对氦质谱细检漏漏率公式的分析和对密封腔体内外气体交换过程公式的推演中,以氦气标准漏率LHe代替等效标准漏率L,引用了氦气交换时间常数τHe,使公式更为真实和简单直观。通过漏率偏差的分析和内部气体含量的计算表明,能够应用本文的公式对密封腔体内外气体的交换过程进行工程计算。计算分析了现行我国国家标准和美国标准各种试验条件漏率判据所对应的τHe,着重指出漏率符合接收判据并不能有效保证内部水汽含量要求。讨论了这些标准中进行的改进、存在的密封性等级及进一步改进的必要,并提出了建议进行研究的内容。     

基于地基微波辐射计的大气参数廓线遥感探测

介绍了实时连续遥感探测大气温度廓线、湿度廓线和液态水含量廓线的地基微波辐射计。通过无线电气球探空测量的温度、湿度廓线、太阳辐射计测量的晴天水汽总量与微波辐射计探测结果的对比,证明该微波辐射计可以可靠地探测大气温度、湿度和水汽总量。通过对两个典型天气事件微波辐射计的观测数据分析表明：微波辐射计还可以监测云和天气变化的过程信息。     

陶瓷封装腔体内气体含量分析与控制

气密性封装技术应用广泛,内部水汽的含量能很好地控制在5 000×10-6以下。但在气密性封装器件的失效分析中发现,失效器件的某些失效与其内部除水汽之外的其他气氛含量异常有关,如锡基焊料焊接芯片长期贮存后抗剪/抗拉强度下降,与内部氧气含量高有关;银玻璃烧结的,长期贮存后抗剪/抗拉强度下降,与内部二氧化碳含量异常相关;内部...