1 中国科学院国家空间科学中心复杂航天系统电子信息技术重点实验室，北京 100190
2 中国科学院大学，北京 100049
基于微型X射线闭管的X射线荧光谱仪是深空探测新一代元素就位分析技术，研制了一款微型微焦斑X射线闭管作为X射线荧光分析的激发源。设计了一种新型的单极静电聚焦透镜，仿真模拟了电子聚焦光学结构尺寸对电子束运动轨迹的影响，并对静电聚焦结构的形状和尺寸进行了优化。完成了微型一体化X射线源的加工和装调，搭建了X射线源性能测试装置。微型一体化X射线源工作电压2~50 kV、X射线强度不稳定性为0.3%、高压不稳定性为0.21%。在高压50 kV、电子电流50 μA的情况下，微型一体化X射线源的总功耗5 W，焦斑尺寸177 μm×451 μm，可以满足深空探测行星表面物质成分原位分析需求。
元素原位分析 微型X射线闭管 微焦斑 静电聚焦透镜 光学学报
2023, 43(14): 1434002
1 中国科学院国家空间科学中心, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 101400
3 中国电子科技集团公司第五十五研究所, 江苏南京 210016
极弱光成像或者单光子成像在夜视、侦查以及空间科学等诸多领域都有迫切的应用需求。电子轰击型有源像素传感器(Electron Bombarded Active Pixel Sensor, EBAPS)具有高灵敏、高分辨率、低噪声、小体积、低功耗的特性, 正成为新一代先进的极弱光成像传感器。针对自主开发 EBAPS的应用需求, 选取了国内生产的有源像素像传感器(Active Pixel Sensor, APS)进行了相机电路开发。并针对穿戴式的资源约束, 选用了小尺寸、低功耗的 FLASH型 FPGA为主控芯片, 完成了 APS相机电路的软硬件设计与开发。测试显示, 在视频工作情况下, 整机功耗 0.6 W, 电子学噪声 6.7 mV, 基本实现了微型低功耗的相机要求, 为穿戴式 EBAPS相机研制奠定了基础。
电子轰击型有源像素传感器 极弱光成像 低功耗 electron bombarded active pixel sensor, FLASH FPGA FLASH FPGA
1 中国科学院国家空间科学中心, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
传统的质心算法面临着光学像差和随机噪声对质心位置提取精度影响很难减小的问题。为了解决这一问题,对星敏感器所成星点像进行分析,结合星敏感器光学系统的调制传递函数和图像传感器像素频率响应特性,提出了一种基于星点像重采样的星敏感器质心定位算法。根据夫琅禾费衍射理论计算出离焦光学系统的点扩展函数,并对重采样质心算法的系统误差分布进行仿真,结果显示,该算法在不同像差条件下的系统误差均方根都小于0.01 pixel。用星敏感器产品进行了质心提取系统误差测量实验,重采样质心算法的系统误差为0.008 pixel,相比传统正弦曲线补偿方法的精度提高了66%。仿真和实验结果表明:基于星点像重采样的质心算法精度高,受光学系统像差的影响小,是提高星敏感器测量精度的一种有效方法。
测量 星敏感器 质心定位 星点像重采样 频域分析
1 中国科学院国家空间科学中心, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
为提高微型星敏感器的质心定位精度, 提出了一种利用外差式激光干涉装置标定图像传感器像素位置偏差的方法, 并就像素位置偏差对星点像质心定位精度的影响进行了仿真研究。在噪声忽略不计的情况下, 当像素位置偏差服从(-0.02, 0.02)上的均匀分布时, 补偿系统误差能够使星点定位精度从0.008 pixel提高到0.002 pixel。而如果加入服从N(0, 5.52)的高斯白噪声, 当像素位置偏差服从(-0.02, 0.02)上的均匀分布时, 补偿像素位置偏差能使定位精度从0.020 pixel提高到0.018 pixel; 当像素位置偏差服从(-0.04, 0.04)上的均匀分布时, 补偿像素位置偏差能使定位精度从0.026 pixel提高到0.018 pixel, 提高了31%。这说明标定像素位置偏差对提升质心定位精度有显著作用, 为发展高精度微型星敏感器提供了一种新的技术手段。
质心定位精度 微型星敏感器 像素位置偏差 外差式激光干涉装置 centroid position accuracy miniature star tracker pixel displacement heterodyne laser interferometry 红外与激光工程
2016, 45(12): 1217007
针对激光微能量测量的问题, 提出一种激光微能量计标定新方法与装置。研究内容包括使用稳功率连续激光作为光源, 通过基于斩波的脉冲发生器组件产生微能量的脉冲激光,分别使用脉冲宽度测量组件与功率测量组件进行采集、软件分析, 计算微能量值及通过比对给出待标定能量计的修正系数,计算机自动控制。结果表明, 该方法获得的脉冲激光波形稳定, 脉冲宽度测量不确定度为0.08%, 激光功率测量不确定度为0.25%, 实现了对0.1 pJ～1 mJ的激光能量进行准确复现和传递。
斩波法 脉冲激光 微能量 修正系数 chopper method laser pulse micro energy correction coefficient
研究了能直接工作于非标准环境下的体吸收型激光能量计。由能量计热传导、热对流、热辐射的单位时间热交换方程推导出单位时间内能量计升温过程中热能损失的数学模型，根据数学模型对能量计整个升温过程的热损失进行补偿，使得能量计对于不同脉冲长度入射激光的测量结果重复性由4.7%提高到了0.6%，消除了能量计热损失给测量带来的不利影响。针对环境温度从-40℃变化到70℃测温用铜-康铜热电堆对1℃温差响应电压剧增30%的问题，在环境试验箱进行不同环境温度下的激光能量测量实验，得出了能量计不同环境温度下测量结果的修正系数，并利用最小二乘法建立了修正系数同环境温度之间的函数关系，使得环境温度对测量结果的影响得到了修正。
非标准环境 体吸收型激光能量计 热损失修正 热辐射 热对流 热传导 热电偶非线性 non-standard environment bulk absorption laser calorimeter energy loss compensation radiation conduction convection the nonlinearity of thermocouple
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国兵器第二0五研究所, 陕西 西安 710065
采用低温辐射计在1064 nm波长对两个硅陷阱探测器 (trap 0＃和 trap B) 进行绝对光 功率响应度定标。描述了定标方法、实验装置和数据的分析方法,提出了低温辐射计窗口的精确复位和窗口透过 率的测量方案,测量得到的透过率达到0.999以上。结果表明,两个探测器绝对响应度定标的合成不确定度分别为 1.457×10ˉ4 和 1.458×10ˉ4, 定标结果的重复性分别达到了0.014%和0.008%。分析了测量时各项不确定度来源,对光功率响应度定标不 确定度进行了评估。对0＃硅陷阱探测器在1064 nm波长处光功率响应度的温度稳定性进行了测试研究。
遥感 红外定标 陷阱探测器 绝对光功率响应度 温度稳定性 remote sensing infrared calibration trap detector absolute optica power responsivity temperature stability
借助传热学基本理论对体吸收型激光能量计因热辐射、热对流和热传导造成的热能损失进行了分析，在此基础上建立了能量计热能损失的数学模型。根据数学模型采用最小二乘法对测量数据进行了曲线拟合，得到与实际降温曲线非常接近的拟合曲线。利用拟合曲线对测量数据进行补偿修正后使得能量计的测量重复性得到了很大提高。该方法对于体吸收型激光能量计的研制具有一定的理论意义。
体吸收型激光能量计 热损失修正 热辐射 热对流 热传导 bulk absorption laser energy meter thermal energy loss compensation thermal radiation heat convection heat conduction
1 北京理工大学 信息科学与技术学院，北京 100081
2 西安应用光学研究所，西安 710065
分析了激光单脉冲时－空实时测量对时－空采样器的要求，提出了在高峰值功率密度下探测器设计的“梳导”思想，讨论了用不同长度的单模光纤束制作时－空采样器的关键技术和工艺。这种时－空采样器具有高带宽、高损伤阈值、高捕获率的优点。
激光 单脉冲 时－空采样 laser single-pulse temporal-spatial
