消热差是红外光学系统设计的重要环节之一,本文介绍使用波前编码技术进行红外光学系统消热差设计的原理及方法,分析波前编码的基本原理,给出波前编码光学系统调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)的表达式。在此基础上,以三片式长波红外光学系统为例,利用ZEMAX光学设计软件分析其在常温(+20 ℃)、-40 ℃和+60 ℃下的成像质量。分析结果表明,该系统在常温下的成像质量接近衍射极限,但是当温度在-40~+60 ℃之间变化时,MTF值迅速下降且出现零点,说明系统的成像质量急剧恶化,不再满足使用要求。加入波前编码相位版进行消热差设计后,MTF值对温度不再敏感,在不同温度下可以得到较为清晰的目标图像,表明波前编码技术可以实现红外光学系统的消热差设计。

二维金属硫化物材料具有较低的电子噪声以及极大的比表面积, 使其非常适合用作气敏材料, 因此寻求高效可控的方法制备二维金属硫化物材料是目前的研究热点。本研究使用高温化学浴法制备了不同形貌的高结晶二维六方SnS₂纳米片。采用不同手段对制备的SnS₂纳米片进行表征, 并进一步研究了SnS₂纳米片的气敏性能。结果显示: 油酸、油胺用量(体积)相同时, 产物SnS₂的形貌是均一的六角形纳米片, 其直径约150 nm, 厚度约4~6 nm。气敏测试表明该SnS₂纳米片对NO₂气体具有良好响应, 且响应过程可逆, 选择性好。其最佳工作温度为130 ℃, 响应和恢复时间分别为98和680 s。

混合像元的存在是制约高光谱遥感应用精度的主要原因, 因此必须进行高光谱解混合。端元提取作为高光谱解混合的关键, 往往易受噪声和异常点的干扰。为了提高端元提取精度, 针对高光谱端元提取提出了一种空谱联合的预处理方法。首先, 定义了新概念光谱纯度指数, 主要用于预估高光谱图像中每个像元的光谱纯度; 其次, 给出了基于光谱纯度指数的空间去冗余方法, 利用真实地物的空间分布连续性, 判断和移除高光谱图像中冗余像元, 最终形成精简的候选端元集。实验结果表明: 采用提出的预处理方法后, 对于模拟高光谱图像, 提取的端元与原始端元之间夹角平均减少了9022 3°, 候选端元数量少于原始像元数量的10%。该预处理方法不仅有效消除了噪声和异常点的干扰, 提高了端元提取精度, 且大幅降低了时间复杂度。

杂散辐射分析与抑制是红外探测光学系统设计的重要环节，杂散辐射增加了系统的噪声，降低了红外探测系统对目标的探测能力。首先对红外探测系统杂散辐射源进行了分析，对基于光线追迹的杂散辐射分析理论进行了介绍，并结合具体的红外探测光学系统实例，提出了反向光线追迹的思路，分析系统关键表面的特性，提出了给机械表面涂覆吸收膜的方法来抑制系统的杂散辐射，分析结果满足杂散辐射抑制的要求。

在神光Ⅱ升级装置上开展了首轮激光加速质子对间接驱动快点火靶内爆过程的照相实验研究。通过激光与靶参数的优化, 获得了能量高于18 MeV的质子束。通过静态客体的照相, 获得了优于20 μm的高空间分辨网格图像, 为开展时间分辨的啁啾质子照相奠定了基础。开展了质子动态照相实验, 获得了内爆压缩晚期的质子照相图像。实验发现内爆区域质子照相图像存在大量排空现象。内爆压缩区域不足以阻挡如此大范围质子束, 证明了其中存在电磁场使得质子向外排开。动态照相的质子能量较低, 分析是ns激光打靶过程产生的X射线及等离子体对质子加速存在影响。后续实验中需要进一步优化靶的屏蔽设计。

在“星光Ⅲ”实验装置上开展皮秒激光脉冲中子源实验, 使用液体闪烁体探测器测得较好的中子信号, 利用飞行时间法获得中子的能量/时间分布, 通过示波器电压时间积分与阻抗之比得到不同能量段的电荷值。建立液体闪烁体探测器Geant4计算模型, 通过实际打靶情况与标定情况下液体闪烁体探测器出光口收集到的可见光光子数之比, 结合标定的灵敏度数据, 获得液体闪烁体探测器对不同能量中子的灵敏度。计算得到源发射的中子能谱, 能量在1 MeV以上的液体闪烁体探测器方向测得的中子产额为1.04×108 sr-1。

云是造成空中目标探测和识别困难的重要因素。从目标和云的红外辐射出发，分析了云影响目标红外探测的问题。首先根据目标和云的4种位置关系，建立了不同情况下探测器接收到的目标和云背景辐射差的计算模型，然后对模型中参数的计算进行了讨论，最后根据模型进行了实例的仿真计算和分析。计算结果表明：在8~14 μm波段上，目标与背景的辐射差在9 μm波长、50°方向角附近的值比较大，而在波长较长、方向角角度较大的部分值较小。该结论可以为红外探测系统的设计提供依据。

分析了温度变化对红外光学系统结构参数的影响，给出了红外光学系统消热差设计应满足的条件，讨论了衍射光学元件的温度特性，并将其引入到红外光学系统的消热差设计中。利用ZEMAX软件，设计了一套由锗和硫化锌组合的三片式折衍混合长波红外光学系统，其工作波段为8~12 μm，视场为10.2°，焦距为45 mm，F/#为1.5，总长为70 mm。设计结果表明，该镜头在-40~60 ℃温度范围内成像质量接近衍射极限，系统全视场调制传递函数在特征频率20 lp/mm处高于0.6， 87%的能量集中在探测器的一个像元内，实现了消热差设计。该系统具有结构紧凑、体积小、质量轻等优点，适用于**或空间红外系统。