1 北京跟踪与通信技术研究所， 北京 100094
2 北京邮电大学 电子工程学院， 北京 100083
3 西安空间无线电技术研究所， 西安 710199
4 西安工业大学 光电工程学院， 陕西 西安 710021
激光星间链路主要用于卫星之间高速数传，是构建天基信息网络的关键技术。目前国外通信、遥感、导航和中继等卫星系统都已计划部署激光通信终端，激光星间链路技术已从在轨演示验证向大规模组网应用阶段发展。简要梳理了国际上现有组网卫星系统的激光星间链路终端技术发展情况，对激光星间链路的技术体制和终端分类进行了总结；侧重分析了我国激光星间链路终端技术发展现状及大规模应用面临的主要问题，针对重难点技术的解决途径进行了思考；对激光星间链路终端未来的发展趋势做了展望，尤其是轻小型化设计与实现、宽带化、一对多光学天线和网络化等技术发展趋势进行了分析。
星间链路 激光通信 通信与测量 小型化 发展与展望 Inter satellite link Laser communication Communication and measurement Miniaturization Recent development and prospective
福州大学 物理与信息工程学院, 福建 福州350108
磷化铟(InP)量子点(QDs)由于其不含重金属元素和出色的光电特性, 在量子点发光二极管(QLED)领域引起了广泛关注。本文以ZnSe和ZnS作为壳层来制备绿色InP/ZnSe/ZnS QDs, 通过调控ZnSe壳层的厚度得到不同发光性能的QDs。当Se粉与Zn(St)2的质量比为1∶15时, InP/ZnSe/ZnS QDs的荧光发射峰为522 nm, 半峰宽为45 nm, 荧光量子效率高达86%。同时制备了基于不同ZnSe壳层厚度的QLED, 并利用真空蒸发的方式去除QDs薄膜中残留的有机溶剂, 避免了高温退火对QDs性能的破坏,最终得到稳定工作QLED器件, 其最佳外量子效率为2.2%。
磷化铟量子点 荧光量子效率 发光二极管 indium phosphide quantum dots fluorescence quantum efficiency light emitting diode
红外与激光工程
2021, 50(12): 20210146
1 国家光学仪器工程研究中心 浙江大学光及电磁波研究中心，浙江 杭州 310058
2 浙江大学 宁波研究院，浙江 宁波 315100
海洋是涵盖超过70%地球表面的连续海水，发展先进的海洋生物光学监测手段对海洋生态系统的保护至关重要。文中综述了笔者团队在小型高光谱图谱仪与激光雷达系统搭建及其在海洋生物检测等应用上的部分近期工作。图谱仪方面介绍了不同空间扫描方式的高光谱图谱仪在透射、反射及荧光等不同工作模式下，对数种藻类、斑马鱼等海洋生物进行了图谱检测，并且基于图谱数据结合机器学习算法实现了微藻种类的精准分类和藻类生长周期的准确预测；在激光雷达方面详述了使用非弹性高光谱沙姆激光雷达系统在实验室和近岸实地环境进行了多次水生生物的测量实验，成功获取其荧光高光谱，证明了非弹性高光谱沙姆激光雷达系统在海洋生物监测应用中的巨大潜力。此外，笔者团队还搭建了一套四维凝视成像探测系统能实现高光谱分辨率（3 nm）、高空间分辨率、高深度精度（27.5 μm）的精准探测。
高光谱图谱仪 沙姆激光雷达系统 水母 棕囊藻 四维探测 hyperspectral imager Scheimpflug lidar system jelly fish phaeocystis 4D detection 红外与激光工程
2021, 50(6): 20211033
1 安徽师范大学物理与电子信息学院，安徽 芜湖 241002
2 中国科学院合肥物质科学研究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 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
4 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
搭建了一套基于频分复用的石英音叉增强型光声光谱双组分气体传感系统，实现了CH4和CO2的高灵敏探测。以中心波长分别为1654 nm和2004 nm的两支分布式反馈(DFB)激光器作为激发光源，利用函数发生器将工作在石英音叉共振频率附近的不同频率正弦调制电流分别注入到两支激光器中，同时激发产生了CH4和CO2光声信号，并利用数字锁相放大器对该信号进行解调，得到二次谐波信号，实现CH4及CO2的同时探测。实验结果表明，两种气体的光声信号之间无干扰。在常压下，通过配气系统配置不同浓度的 CH4和CO2 样品，开展了CH4和CO2浓度与对应二次谐波信号的关系研究，获得了良好的线性响应结果，线性相关系数均大于0.994。对体积分数为500×10－6的CH4和体积分数为2000×10－6的CO2标准气体进行了长时间连续测量，并利用Allan方差对系统性能进行了评估，结果表明，该系统对CH4和CO2的最低检测限分别为0.58×10－6和1.32 ×10－6，对应的归一化噪声等效吸收系数分别为7.2×10－9 cm－1·W·Hz1/2和9×10－9 cm－1·W·Hz1/2。
光谱学 石英音叉 光声光谱 频分复用 CO2 CH4 光学学报
2021, 41(14): 1430003
中国空间技术研究院西安分院, 陕西 西安 710100
传统离轴反射光学天线的出瞳距较短,需要中继光学系统将出瞳成像于快反镜附近,这会增加后续光路和结构的复杂度,且中继光学系统的后向散射光会对激光通信终端产生严重的影响。针对上述缺陷,设计了长出瞳距离轴四反光学天线,该光学天线的出瞳被直接设计在快反镜上,省去了中继光学系统。首先,从同轴三反像差理论出发,推导了像差表达式和初始结构方程。然后,基于像差理论和出瞳位置要求,计算了离轴四反光学天线的初始结构参数,并采用Zemax软件对初始结构进行光线追迹和性能优化。最后采用Zemax对离轴四反光学天线进行了公差分析。结果表明:所提系统性能优异,结构紧凑,加工和装调公差合理,满足激光通信终端性能要求。
光学设计 空间激光通信 离轴光学天线 出瞳 光学学报
2020, 40(18): 1822001
1 国家光学仪器工程研究中心 浙江大学光及电磁波研究中心, 浙江 杭州 310058
2 浙江大学 宁波研究院, 浙江 宁波 315100
海洋是地球生态环境的重要一环, 但人类对海洋资源的勘探和开采容易对其造成严重破坏, 如油气开采过程造成的大面积溢油、污染和赤潮爆发等。高光谱成像技术可以同时获取图像信息与高分辨光谱信息, 在海洋原位探测上具有重大应用。文中综述了小型高光谱图谱仪与激光雷达及其在海洋应用上的部分近期工作。小型高光谱图谱仪结合荧光技术, 实现了溢油种类的分类和油膜厚度的估计。多模式高光谱海洋原位探测系统可以工作于普通反射或透射成像、望远成像、显微成像三种模式, 实现了海洋不同藻类及鱼类传染病载体孢囊的高光谱探测。高光谱技术结合激光雷达技术在溢油、赤潮等海洋污染物监测方面具有很大潜力。非弹性高光谱沙姆激光雷达系统通过油品的荧光光谱实现了海洋溢油油品的遥测鉴别。形貌沙姆激光雷达系统基于二维沙姆成像原理, 通过空气-水界面折射矫正, 成功的对人体、贝壳、珊瑚等进行了三维形貌重构, 近处恢复精度可达毫米级, 表面纹路清晰可见, 为海洋监测应用提供了新的技术支持。
高光谱图谱仪 沙姆激光雷达系统 沙姆成像原理 溢油 赤潮 海洋原位探测 三维形貌 hyperspectral imager Scheimpflug lidar system Scheimpflug imaging principle oil spill red tide marine in-situ detection 3D shape 红外与激光工程
2020, 49(2): 0203001
1 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
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230022
基于中红外量子级联激光器(QCL)以及频分复用波长调制光谱技术,实现了NO2及NH3的高精度同时测量。对中心频率在1600.0 cm
-1及1103.4 cm
-1附近的两支QCL施加不同频率的正弦调制,利用数字锁相技术得到了测量信号在不同解调频率上的二次谐波信号。搭建了一套基于该技术的开放式空气中NO2及NH3的测量系统,多次反射池的光程为60 m。利用25 cm长的参考池进行浓度标定,发现系统在较大的浓度范围内具有优良的线性响应。两种气体的检测限均小于10
-9量级。使用系统进行了24 h的气体监测,测量结果与参考仪器的结果吻合较好。
测量 环境光学 中红外吸收光谱 频分复用波长调制 量子级联激光器
