声光可调滤波器(AOTF)作为光谱成像的一种新型分光元件, 在运用其进行成像光谱时, 一般选择入射光垂直于AOTF入射面时所对应的衍射中心波长为CCD的光谱测量波长。 但在实际测量中, 空间目标不同位置的光线总是以不同的角度进入到AOTF, 这样就导致了CCD实际测量的光谱和以光垂直入射时所对应的光谱为测量光谱相比出现误差, 影响了光谱的测量精度。 采用的成像光谱系统的特点是目标光线经前置光学系统、 AOTF和成像透镜后, 聚焦成像于透镜的焦平面上, 实现了目标光在整个系统的一次成像。 此一次成像与传统的二次成像相比, 能够有效的提高光能利用率和成像质量。 由于AOTF的视场角为±3°, 所以通过对AOTF视场角范围内衍射中心波长随入射角度变化的实际规律进行了分析研究, 并对衍射波长随入射角度变化的实际测量值进行了拟合修正, 得到了修正方程。 实验结果表明用修正后的方程进行光谱测量, 其相对误差值可以减小一个数量级。 此方法可为今后提高AOTF成像光谱测量精度奠定基础。

基于声光可调滤波器(acousto-optic tunable filter, AOTF)光谱成像分析仪在可见至红外光谱的多个谱区内广泛应用, 对AOTF的光谱带宽及衍射效率提出了更高的要求。 超声换能器作为AOTF的核心部件, 其3 dB工作带宽决定AOTF的光谱衍射范围, 故在同一声光介质上制作两片厚度不同的换能器来提高AOTF光谱带宽。 由于超声换能器在不同频率下具有不同的输入阻抗, 当驱动信号源输出阻抗与超声换能器输入阻抗失配时会产生能量损耗, 导致无法把功率最大限度的传递给超声换能器, 从而使AOTF光谱衍射效率降低, 影响光谱成像清晰度。 通过射频电路先进设计系统(ADS)仿真及实验测试, 设计了一种新型宽带阻抗匹配网络, 在60～200 MHz带宽范围内, 阻抗匹配网络功率效率达到90％以上, 光谱衍射效率最高达90％, 提高了在420～1 150 nm波段内的光谱灵敏度。

新型的声光可调滤波器和双液晶相位可调延迟器相结合的一次成像光谱偏振系统与传统的二次成像光谱系统相比, 不仅具有通光孔径大、光利用率高和全系统电调谐等优点, 而且还能同时满足AOTF和LCVR的小角度入射, 大大提高了光谱测量精度和偏振测量精度。通过实验计算, 用拟合修正后的波长λ0和驱动频率fa关系式进行光谱测量, 其相对误差值比用理论公式进行测量时减小约一个数量级。并且只需4组相位延迟量和4幅强度图即可求出全部的斯托克斯Stokes参量。理论分析了当系统考虑入射角度时, 其偏振度、线偏振度、圆偏振度和角偏振度的最大相对误差值比只考虑光垂直入射时分别减少约0.306%、0.130%、10.96%和3.783%, 为进一步提高系统的测量精度提供了理论基础。

基于粒子图像速谱仪（PIV）和高速摄影仪（HSC）研究了烟火药火焰的气体流场与正在燃烧粒子流场的两相流特性。首先利用PIV获取了烟火药燃烧的火焰气体流场;同时利用HSC, 通过设定合理的曝光时间, 实验全程过滤了气体火焰辐射和烟尘的影响, 获取了烟火药燃烧火焰中正在燃烧的粒子, 用图像处理方法确定了图像中各粒子的坐标, 根据获取的连续图像, 计算每个正在燃烧粒子的运动轨迹, 得到正在燃烧粒子的速度矢量图, 进而比较分析了正在燃烧粒子的流场与火焰气体流场;该研究为分析烟火燃烧机理中正在燃烧粒子的火焰结构提供了一种简便的方法。

以海洋区域大气中主要的无机盐颗粒物NaNO3 和NaCl为例,研究大气中α-蒎唏与O3 光化学反应生成的低挥发性二次气溶胶(SOA)包覆无机盐颗粒物后,对其光散射性质的影响。采 用TSI 3563积分浊度仪测量包覆前后的气溶胶颗粒物对450 nm, 550 nm和700 nm光的散射能力,同 时采用经典的Mie核-壳双层结构光散射理论预测光散射系数。研究结果表明,当SOA包覆层的 厚度相对于无机盐颗粒物的直径非常小时,采用Mie核-壳理论模型能够很好地预测有机包覆 层对核光散射性质的影响。当无机盐颗粒物的直径一定、有机物的相对含量增加时,光散射能力 将会降低,相对于纯的盐颗粒物,这将减轻它们对能见度的影响,但是也会抵消由于温室气体引 起的对流层变暖。