1 中国科学技术大学 地球和空间科学学院，安徽 合肥 230026
2 南京大学 大气科学学院，江苏 南京 210023
激光雷达具有探测距离远，分辨率高，对气溶胶浓度变化敏感等优势，偏振激光雷达还能够对粒子形态做区分，根据消光系数及退偏比值识别云、雾、烟尘等。利用偏振激光雷达进行扫描观测，可以实现火灾烟尘的快速识别。通过对不同波长的激光雷达探测距离进行仿真，结果表明，波长为1064 nm的激光雷达探测距离为532 nm波长的1.3~1.4倍。通过优化扫描策略及算法，可剔除固定障碍物及临时移动障碍物的影响。为避开安装点位周边高度相近的障碍物，通常会给激光雷达设置一定仰角，对存在探测仰角时产生的水平距离偏差及垂直高度测量偏差进行计算，当激光雷达探测仰角为2°时，6 km处测量高度偏差为209.397 m。使用高斯烟羽模型对烟尘浓度分布进行仿真，当大气稳定度为B，平均风速为1 m/s时，200 m高度处烟尘浓度分布高值点距地面火点的径向距离≥1 km，为火点准确定位提供了修正依据。分别在辽宁省盘锦市盘山县绕阳湖景区，广东省东莞市观音山森林公园进行外场实验，偏振激光雷达在开阔地带及多障碍物山体地带下，均能够快速识别烟尘。
偏振 激光雷达 退偏比 遥感 烟火监测 polarization lidar depolarization ratio remote sensing fire smoke monitoring 红外与激光工程
2023, 52(3): 20220508
1 中国科学院微电子研究所，北京 100029
2 中国科学院大学，北京 100049
3 上海韦尔半导体股份有限公司，上海 201210
针对应用于物联网及人工智能等领域的CMOS图像传感器功耗受限于传统高压四管钳位光电二极管（Four Transistors Pinned Photodiode，4T-PPD）有源像素的问题，设计了低压4T-PPD有源像素。首先，基于热扩散、自诱导漂移及边缘场漂移理论，分析了PPD内部电荷转移机制的理论。其次，基于理论分析提出了用五指形像素层取代传统方形像素层，以解决低压PPD内部电荷不完全转移引起的图像拖尾。CMOS图像传感器采用0.11 µm 1P3M标准CMOS工艺流片，测试结果表明：设计的五指形4T-PPD有源像素在低压1.5 V下，与传统方形像素相比残余电荷下降了80%，满阱容量为4 928e-，动态范围可达67.3 dB，随机噪声仅为1.55e-rms，性能指标可与传统高压4T-PPD有源像素相比拟。
CMOS图像传感器 4T有源像素 电荷转移 图像拖尾 低功耗 CMOS image sensor 4T active pixel Charge transfer Image lag Low power
1 中国科学技术大学 地球和空间科学学院，安徽 合肥 230026
2 中国科学院近地空间环境重点实验室，安徽 合肥 230026
3 安徽蒙城地球物理国家野外科学观测研究站，安徽 亳州 233527
4 西北核技术研究所，陕西 西安 710024
太阳光背景辐射严重影响拉曼激光雷达白天探测的性能。为提高拉曼激光雷达白天探测的高度和精度，设计了激光波长为354.8 nm的拉曼激光雷达系统，讨论了354.8 nm和532 nm激光光源对拉曼激光雷达探测性能的影响，完成了系统的光路设计。偏振分光棱镜和1/4波片组成的光开关与收发合置的望远镜相结合，减小了系统的接收视场角，优化了白天探测的性能。以最小的温度不确定度为标准，通过仿真分析选取了转动拉曼通道干涉滤光片的各项参数，并对系统的探测性能进行了仿真。仿真过程中激光能量取200 mJ，频率50 Hz，积分时间20 min，距离分辨率105 m。收发合置的拉曼激光雷达系统在考虑退偏的情况下，白天探测的温度不确定度在3180 m以下小于1 K。白天探测水汽混合比的统计误差在2400 m以下，小于0.001 g/kg。仿真结果表明，白天探测的性能得到了一定程度的提高。
激光雷达 拉曼散射 收发合置 温湿度探测 lidar Raman scattering monostatic temperature and humidity detection 红外与激光工程
2021, 50(9): 20200410
1 河南科技大学机电工程学院, 洛阳 河南471003
2 洛阳铁路信息工程学校电气工程系, 洛阳 河南 471900
基于Neumann边界条件建立了激光微造型的热学模型,分析了激光微造型过程中反射率、折射率与消光系数之间的关系,以及材料在不同温度和波长下的吸收率、表面蒸气压强、质量迁移率与成形效率,进一步研究了不同参数对激光微造型中热学模型、热应力与损伤阈值的影响,并采用扫描电镜和能谱仪对成形后的微凹坑进行分析,得到了微造型的成形机理。研究结果表明:为保证对激光能量的较低反射率R(例如<15%),当消光系数K在[0, 0.019]范围内时,材料的折射率n应在1~2.5范围内进行选择;波长越长,吸收率越小;温度越高,吸收率越大;激光半径、轴向距离与微凹坑深度越大,温度越低;脉宽越窄,蒸气压强越大,液态金属的迁移量越多。微凹坑成形效率经历了稳定不变、迅速上升与逐渐下降的三个阶段。进一步研究后发现,压应力是材料发生损伤的重要机制,且环向热应力是微凹坑直径扩展的主要因素,熔融损伤引起径向材料的熔化。在微造型过程中不仅生成了CuO与ZnO等氧化物,还出现了能量从1#区域向边缘3#区域逐渐减小的变化。
激光技术 微造型 激光 热应力 熔融损伤 成形机理 中国激光
2021, 48(10): 1002111
1 西部机场集团榆林机场公司, 陕西 榆林 719000
2 深圳大舜激光技术有限公司, 广东 深圳 518067
设计并研制了面向民航机场的能见度激光雷达,开展了连续6个月的观测试验,并与目前机场使用的大气透过率仪、 大气前向散射仪及人工观测结果进行了对比。结果表明：研制的DSL-V后向散射型能见度激光雷达达到了国际民航组织(ICAO)的技术要求, 能见度为0～600 m时探测误差小于11.3%(能见度绝对误差小于等于26 m)；能见度为600～1500 m时探测误差小于8.2%；能见度为1500～10000 m时探测误差小于14%。
激光技术 激光雷达 能见度 后向散射 误差 laser technology lidar visibility backscattering error
1 中国气象局北京城市气象研究所, 北京 100089
2 成都信息工程大学, 四川 成都 610225
雨滴谱是云及降水物理学中重要的研究对象,基于北京2015年8月7日的强降水雨滴谱观测数据,计算得到该过程的雨滴谱、质量加权直径、平均直径等雨滴 尺寸分布特征,由雨滴谱观测数据计算得到降水强度、液态水含量和雷达反射率,分析这些降水参数在此次降水过程中的变化特征。综合分析雨滴谱参数 和S波段天气雷达反射率表明此次降水过程具有飑线特征,可划分为前端的引导对流性降水、过渡降水和尾部层状降水三个阶段。最后讨论不同降水阶段 雨滴谱参数及降水参量的变化及其对雷达定量降水估测Z-R关系的影响。结果表明对流性降水阶段的雨滴数浓度(大于4600个/m3)、 质量加权直径(2.69 mm)、最大直径(6.3 mm)均远高于过渡和层状降水阶段,对流降水阶段和过渡阶段雨滴直径分布范围类似(标准差均大于0.3 mm), 层状降水分布较窄(标准差0.24)。不同降水阶段拟合得到的Z-R关系明显不同,拟合得到此次降水整个过程的Z-R指数经验关系系数a=674.91,指数b=1.39。
雨滴谱 降水强度 雷达反射率因子 质量加权直径 drop size distribution rainfall rate radar reflectivity factor mass-weighted diameter
1 中国气象局北京城市气象研究所, 北京 100089
2 成都信息工程大学, 四川 成都 610225
利用2015年全年AQI和风廓线雷达资料,对北京地区严重污染天气条件下的边界层日变化特征进行分析。结论表明:(1)严重污染天气水平风速很小,尤其 在近地面风速接近0 m/s,全天垂直风速分布平均,各层过渡平缓,边界层非常稳定,几乎没有起伏。(2)高浓度污染物的存在阻挡了太阳辐射对地面的传输, 同时地表的长波辐射也难以向上扩散,积累到一定程度才会向上发展。缺少热动力使得边界层更加稳定,不利于污染物扩散,形成稳定边界层利于污染 天气维持。这一过程形成了污染物与稳定边界层互相促进的恶性循环。(3)风场的动力作用不足,热力湍流起主导作用,湍流强度相比晴空天气要小很多。
大气探测 边界层演变特征 风廓线雷达 折射率结构常数 atmospheric exploration boundary layer evolution characteristics wind profile radar refractive index structure constant
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of Information Photonics and Optical Communications, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China
A stable and broadband microwave photonic phase shifter based on the combined use of a linear chirped fiber Bragg grating and optical single-sideband (OSSB) modulation is proposed and experimentally demonstrated. The quality of the radio frequency (RF) signal is improved by the spectral separation delay processing. The theoretical fundamentals of the scheme are explained and the phase shift can be controlled linearly by the wavelength of the light source. In the experiment, a full 360° phase shift with a 10 GHz bandwidth can be achieved and tuned dynamically, continuously, and stably.
060.3735 Fiber Bragg gratings 060.4510 Optical communications 060.5625 Radio frequency photonics Chinese Optics Letters
2016, 14(4): 040601
1 中国地质大学珠宝学院, 湖北 武汉 430074
2 石家庄经济学院宝石与材料工艺学院, 河北 石家庄 050031
寿山石是我国国石候选石之一, 也是四大图章石之首。 寿山石中黑田为黑色田黄石, 是田黄中的特殊品种, 产于寿山溪两旁的田地中。 母源区坑头占的位置产有黑色坑头石。 本文将黑田与母源区的黑色坑头石（坑头黑）进行对比研究, 采用X射线粉晶衍射（XRD）、 红外吸收光谱（IR）、 激光剥蚀等离子质谱仪（LA-ICP-MS）和扫描电镜（SEM）对它们的矿物成分、 红外吸收峰特征、 颜色成因以及矿物的微区形貌特征进行对比研究。 测试结果显示, 黑田与坑头黑的矿物成分不同, 红外光谱和X射线粉晶衍射分析表明坑头黑以地开石为主; 另外, X射线粉晶衍射分析表明坑头黑中可含有杂质矿物如叶蜡石、 伊利石、 黄铁矿和石英。 而红外光谱和X射线粉晶衍射分析表明黑田的主要成分为地开石或者珍珠陶石; 另外, X射线粉晶衍射分析表明黑田中含有少量的硫磷铝锶矿和镁硫铁矿。 黑田与坑头黑的矿物微形貌也存在差异, 黑田矿物晶粒大小不一致、 片状晶体颗粒边缘圆化, 说明黑田中矿物晶体曾遭受过水岩反应的溶蚀改造作用。 而坑头黑中地开石结晶程度良好, 晶粒呈片状, 边棱尖锐, 晶体颗粒大小较为一致, 说明坑头黑为原生矿。 根据LA-ICP-MS微量化学成分分析测试, 初步认为黑田与坑头黑的黑色皆与Fe元素致色有关, 该结论有待进一步测试研究。
黑田 坑头石 光谱 矿物成分 颜色成因 Black Tianhuang stone Black Kengtou stone Spectra Mineral composition Color genesis 光谱学与光谱分析
2016, 36(11): 3693
1 安徽省农业科学研究院农业工程研究所, 安徽 合肥 230031
2 安徽省农业科学研究院水稻研究所, 安徽 合肥 230031
利用60Coγ-射线辐照粳稻秀水11愈伤组织, 在诱变后代中发现了一份黄化转绿叶色突变体X611, 并对其表型特征、温度敏感性、生理特性以及农艺性状进行研究。在较低温度17 ℃条件下, 该突变体X611幼苗叶色呈浅黄绿色; 在温度为25 ℃时, X611幼苗叶色呈黄绿色; 温度升高至30 ℃, 突变体叶色转为浅绿色。突变体的这种叶色变化特性说明其叶色性状具有低温敏感性。在不同播种时期, 突变体X611幼苗期叶片光合色素含量均较野生型秀水11明显下降; 但在抽穗期突变体与野生型叶片光合色素含量相接近, 净光合速率也表现出同样的趋势。与野生型相比, 突变体X611株高平均值降低; 剑叶长、剑叶宽、穗长、有效穗数、穗粒数、结实率和千粒重差异不显著。此叶色突变体农艺性状良好, 在水稻育种中有较好的育种利用价值。
水稻 γ-射线 黄绿叶突变体 温度敏感 净光合速率 农艺性状 rice γ-rays yellow-green mutant thermo-sensitivity net photosynthetic rate agronomic traits
