1 安徽大学物质科学与信息技术研究院安徽省信息材料与智能传感实验室，安徽 合肥 230601
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室，安徽 合肥 230031
3 中国科学院区域大气环境研究卓越创新中心，福建 厦门 361021
4 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院，安徽 合肥 230026
提出一种基于卷积神经网络（CNN）和支持向量回归机（SVR）的多轴差分光学吸收光谱（MAX-DOAS）对流层NO2垂直分布预测方法。将2019年南京站点采集的原始MAX-DOAS数据通过QDOAS软件拟合获取O4和NO2差分斜柱浓度，结合基于最优估算的气溶胶和痕量气体廓线反演算法——PriAM算法反演了对流层NO2廓线，并将其作为预测模型的输出。此外，通过平均影响值方法进行预测模型输入变量的选择，确定了MAX-DOAS数据、温度、气溶胶光学厚度和低云覆盖率为模型的最佳输入变量。通过实验优化网络结构和参数，最终建立预测模型在测试集与PriAM的平均百分比误差仅为9.14%，与单独建立的CNN、SVR、反向传播模型相比，平均百分比误差分别降低了8.22%、6.00%、32.28%。因此，CNN-SVR能够利用MAX-DOAS数据对对流层NO2廓线进行有效预测。
大气光学 卷积神经网络 支持向量回归机 多轴差分吸收光谱 对流层NO2廓线 光学学报
2022, 42(24): 2401001
1 安徽大学物质科学与信息技术研究院,安徽 合肥 230601
2 淮北师范大学污染物敏感材料与环境修复安徽省重点实验室,安徽 淮北 235003
3 中国科学院安徽光学精密机械研究所!环境光学与技术重点实验室,安徽 合肥 230031
4 中国科学院区域大气环境研究卓越创新中心,福建 厦门 361021
5 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院,安徽 合肥 230025
HONO作为大气OH自由基的前体物和重要贡献源, 影响着大气中污染物的氧化降解, 控制着对流层大气的自净能力, 对灰霾和光化学烟雾形成起到重要作用, 同时受污染排放特征、 垂直传输和混合、 非均相反应和大气光氧化等影响, HONO具有明显的垂直分布特征, 因此探究大气中HONO的垂直分布特征对于了解大气灰霾和光化学污染的形成和控制都十分重要。 MAX-DOAS作为一种被动遥感技术, 能够快速有效地获取大气中污染物的立体分布特征。 采用MAX-DOAS仪器对合肥市科学岛2017年12月冬季大气HONO和NO2进行了立体探测, 通过基于最优估算的气溶胶和痕量气体廓线反演算法PriAM获取了两种气体的垂直分布特征。 研究结果表明, 在观测期间NO2在近地面10 m内体积混合比(VMR)和垂直柱浓度(VCD)的范围分别在0.51×1011~20.5×1011 molecules·cm-3和6.0×1015~5.5×1016 molecules·cm-2, 在垂直方向上其浓度主要集中在1 km内, 且在近地面浓度混合均匀。 HONO的VMR和VCD分别在0.03×1010~5.1×1010 molecules·cm-3和3.5×1014~7.0×1015 molecules·cm-2之间, 浓度高值出现在100 m内, 浓度随高度的升高而明显下降。 通过对HONO和NO2的对比发现, HONO/NO2比值在0.17%~16.0%(VMR)和1.0%~25.0%(VCD)之间, 表明研究期间HONO主要来自于NO2的转化。 对冬季一次典型污染过程(2017.12.26—2017.12.31)分析, HONO/NO2的比值大于5%, 且HONO的浓度值升高(大于0.26×1011 molecules·cm-3), 表明污染条件下NO2向HONO的转化作用变强。 结合风场信息研究发现, 污染期间研究区域的NO2和HONO浓度受到合肥市城区、 安徽北部和西北部地区传输的影响。
多轴差分吸收光谱 二氧化氮 气态亚硝酸 垂直分布 反演算法 Multi-Axis differential optical absorption spectroscopy NO2 HONO Vertical distribution Inversion algorithm 光谱学与光谱分析
2022, 42(7): 2039
中国电子科技集团公司光电研究院，天津 300308
目标跟踪技术已经在无人设备定位导航、监视设备、医疗诊断等诸多领域得到了广泛而深入的应用，因此对目标实时跟踪的研究领域具有可观的发展前景和十分重要的应用价值及商用价值。文中实现的KLT目标跟踪算法是一种基于光流法(基于特征点的目标跟踪算法)所提出的。在OpenCV平台上实现了KLT目标跟踪算法，对仿真实验素材进行了跟踪效果测试，并在背景固定以及运动背景下再次对KLT目标算法的跟踪效果进行了测试及误差分析。实验结果表明，KLT目标跟踪算法运算速度快，鲁棒性好，具有良好的发展前景。
特征点 计算机视觉 位移量 亚像素 feature point OpenCV OpenCV computer vision displacement sub-pixel
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所超精密光学工程研究中心， 吉林 长春 130033
根据高精密光学系统的需求，结合目前的研究成果，基于干涉测量法研制了长曲率半径测量系统。分析了影响长曲率半径测量系统测量精度的多种误差因素，根据误差理论和系统组成建立了长曲率半径测量系统误差分配的数学模型和误差分配树。结合系统的整体使用需求，对系统测量精度的目标不确定度进行了分配和合成。结果表明，根据分配结果得到的标准不确定度为2.49 μm，小于系统要求的目标不确定度2.5 μm。以此分配结果作为各子系统结构设计的输入指标，总结并提出了提高曲率半径测量精度的措施，根据误差分配结果设计了符合使用需求的长曲率半径测量系统。
测量 长曲率半径 精度设计 误差分配 不确定度合成 激光与光电子学进展
2017, 54(6): 061205
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，应用光学国家重点实验室 超精密光学工程研究中心，长春 130033
为保证数字微镜器件(DMD)的温度水平满足要求，采用计算和试验相结合的方法，对DMD 热设计进行了研究。通过设计强迫液体冷却的散热方案，计算DMD 各个测温点的温升，得出反射红、绿、蓝光的DMD 最大温升分别为14.4 ℃、11.3 ℃、10.2 ℃，通过试验对热设计方案及计算结果进行了验证，试验结果与计算结果最大偏差不超过2.5 ℃，试验表明，所设计的热设计方案可靠，温升计算正确，为整机热设计和优化提供了理论依据。
热力工程 数字微镜器件 数字光处理 热设计 thermal engineering digital micro-mirror device (DMD) digital light processing (DLP) thermal design
南昌工程学院信息工程学院，江西 南昌 330099
基于稀疏性的高光谱解混是近年来高光谱混合像元分解的研究热点。主要研究了L1正则化的高光谱混合像元分解算法。首先分析了L1正则化的三种解混模型，即无约束、非负约束和全约束模型；然后给出了三种模型对应的数值求解算法；最后，采用模拟的和真实的高光谱数据进行实验，比较了三种高光谱混合像元分解算法的效果。实验结果表明：三种模型均具有很好的高光谱混合像元分解精度(SRE)，其中全约束模型最好，非负约束模型次之，无约束模型最差；全约束模型在信噪比低和端元数多的情况下，仍然获得较高的SRE。
高光谱 混合像元分解 稀疏性 增广拉格朗日 hyperspectral unmixing sparsity augmented Lagrangian
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室超精密工程研究中心,长春 130033
为了实现高精度平面面形绝对检测,对传统的立式三平板绝对检测方法进行了重力变形补偿.通过有限元软件仿真了平板在水平放置于工装上的重力变形,并将其加入到平面绝对标定的计算中.把平面标定分成旋转对称项和旋转非对称项分别标定后进行综合,并与旋转平移绝对检测方法的测量结果进行了对比,去除离焦项对比结果均方根小于1nm.为了进一步验证离焦项的标定,对一平板在不同口径环形支撑下的形变量进行了检测和仿真,对比结果的峰谷值小于9nm,达到较高的离焦项测量精度.实验结果验证了基于重力变形补偿的立式三平板绝对检测方法能够实现立式下平面的高精度绝对检测.
光学检测 绝对检测 干涉术 重力变形 有限元方法 计算仿真 Optical testing Absolute test Interferoetry Gravity deformation Finite element method Computer simulation 光子学报
2015, 44(11): 1112003
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 应用光学国家重点实验室, 超精密光学工程研究中心, 吉林 长春 130033
为保证大口径平面面形的高精度检测，必须对大口径平面标准镜自身的精度进行严格控制。在考虑标准镜自身重力的作用下，通过有限元方法仿真分析了不同粘胶位置以及不同镜框支撑方式下参考面面形的变化。根据分析结果，设计了口径300 mm 的平面标准镜支撑方式，镜片采用12 点粘胶与镜框固定，镜框下表面采用旋转补偿的方式寻找最优支撑方案。对加工完成的Φ 300 mm 平面标准镜进行了集成装配，装配结果显示支撑引入的参考面面形变化约为1.294 nm[均方根(RMS)值]，与仿真分析结果吻合，并且满足大口径平面检测的检测需求。
光学设计 光学检测 平面标准镜 有限元法 参考面面形 激光与光电子学进展
2015, 52(9): 092203
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100039
为利用有限元法和面形检测结果反演出光学元件的面形, 对面形检测结果进行分解, 并对旋转平均法面形检测原理进行分析, 讨论采用忽略光学元件自身面形的理想几何模型对其旋转非对称项面形误差进行有限元计算的理论可行性.在此基础上提出了基于有限元法反演光学元件面形的反演模型.以三点球支撑6 inch平面镜为例, 建立接触有限元模型计算旋转非对称项面形误差, 对比了数值法和N步旋转平均法所获得的镜面旋转非对称项面形误差, 结果显示, 二者的旋转非对称项面形均方根值为分别为2.944 nm和2.762 nm, 两种方法获得的面形相减结果分别为二者的6.31%和6.73%.最后对比了面形反演的面形结果与N步旋转平均法所获得的面形检测结果, 结果显示, 二者的面形均方根值分别为3.535 nm 和3.351 nm, 两种方法获得的面形相减结果分别为二者的11.67%和11.06%.证明提出的反演模型准确可靠.
绝对检测 旋转平均法 反演模型 干涉检测 Zernike多项式 Absolute measurement Rotational averaging method Inversion model Interference test Zernike polynomial
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
非均匀照明导致的热像差是光刻机投影物镜工作过程中成像性能劣化的主要因素，对其补偿是必要的。针对物镜热像差的补偿问题，提出了分区式加热补偿镜的方案，利用玻璃材料折射率随温度变化的特点，采用电薄膜加热器在镜片的周围加热，从而产生可控的波前变化以补偿物镜由照明引起的热像差。建立了补偿方案的理论模型，并以一片平板透镜为对象开展了实验验证，实验结果表明，补偿前后镜片的波前由12.52 nm[均方根(RMS)]变化至2.95 nm(RMS)，表明该补偿方案是可行、有效的。
成像系统 热像差 主动补偿 光刻机 投影物镜
