1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
3 中国科学院大学 材料与光电研究中心,北京 100049
4 航天系统部 装备部 装备项目管理中心,北京 100094
5 长光禹辰信息技术与装备(青岛)有限公司,山东 青岛 266000
为了满足高精度偏振探测要求,通道型偏振光谱仪在设计时需要考虑望远镜组偏振效应的影响,并对其进行相应的分析和优化。首先,分析望远镜组偏振效应的影响因素,采用坐标变换和穆勒矩阵连乘法建立了考虑膜系偏振效应的望远镜组穆勒矩阵模型,并带入通道型偏振光谱仪偏振解调模型。接着,通过同时控制S光和P光的透过率和相位延迟,设计相应的低偏振效应膜系。最后,运用偏振光线追迹的方法对镀有不同膜系的望远镜组进行偏振效应仿真。仿真结果表明,在580 nm和750 nm波长处,低偏振效应膜系与高偏振效应膜系的偏振探测精度变化不明显。而在420 nm波长处,低偏振效应膜系相较于常用膜系的边缘视场偏振探测精度提高了3.22%。低偏振效应膜系可以有效降低通道型偏振光谱仪望远镜组偏振效应,提高仪器的偏振探测精度。
偏振光谱相机 偏振效应 斯托克斯矢量 穆勒矩阵 polarization spectrum camera polarization effect stokes vector muller matrix
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
3 中国科学院大学材料与光电研究中心,北京 100049
4 佛山科学技术学院物理与光电工程学院,广东 佛山 528051
5 粤港澳智能微纳光电技术联合实验室,广东 佛山 528051
针对GF-5卫星搭载的多角度偏振探测仪(DPC)平台上气溶胶细粒子反演算法中半经验模型不适用于城市地表偏振反射率估算的问题。基于DPC的经验正交函数方法,开展了气溶胶细粒子光学厚度反演研究。基于米散射计算气溶胶辐射贡献,采用经验正交函数方法计算地表贡献,利用多角度偏振数据以及矢量辐射传输方程,反演气溶胶细粒子光学厚度。本研究的反演结果与中分辨率成像光谱仪的气溶胶细粒子光学厚度产品分布趋势具有一致性,然后与AERONET北京、香河、香港站点的测量结果进行定量对比,相关系数为0.97、0.96、0.9,平均绝对误差为0.08、0.07、0.12,均方根误差为0.12、0.11、0.17,验证了算法的高精度与合理性。最后呈现2019年中国部分地区的气溶胶细粒子光学厚度月平均数据,并分析山东地区气溶胶细粒子光学厚度变化情况,发现6月是全年最高的时期,均值为0.7。上述结果验证了本文算法的可靠性,可为DPC有效监测气溶胶的时空分布提供技术支持
大气光学 多角度偏振探测仪 反演 地表偏振反射率 气溶胶细粒子 光学厚度 激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0901003
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
为满足深海探测需求,实现深海中更高质量成像,设计了深海专用的连续变焦光学系统,该系统同时具备短焦大视场、高分辨率、高变倍比的特点。根据在深海中使用环境,考虑了深水压对光学窗口挤压变形造成的像质下降,对光学窗口进行光机集成分析,将面形变化结果以Zernike多项式的形式代入光学系统中进行优化。对水下光学像差特点和变焦系统的设计方法进行研究后,光学系统采用机械式负组补偿变焦方式和像方远心设计方案。该系统工作距为5 m,变焦全程F数恒定为3.0,可实现全视场角5.7°~90°范围内可调,10倍连续光学变焦。变焦系统使用三片非球面,系统总长为260 mm。在208 lp/mm处,整个变焦区域内全视场的调制传递函数值均大于0.3,另外系统各变焦位置的最大畸变均小于3%。所提变焦系统结构紧凑,成像质量良好,变焦曲线平滑,可以满足实际应用的需要。
海洋光学 光学设计 光机集成分析 高分辨率 高变倍比 大视场 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0701002
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
3 中国科学院大学材料与光电研究中心,北京 100049
气溶胶一直是环境气候、空气质量和公共卫生方面的重要影响因素。卫星遥感可以实现对地球大视场的观测,已成为气溶胶探测的主流方式之一。为了解星载气溶胶被动光学遥感仪器发展现状和趋势,以多光谱、多角度和偏振观测为立足点,调研了历史上各国星载气溶胶光学遥感仪器的主要技术参数。首先,详细介绍了国际上几款典型仪器的设计参数和其在气溶胶参数反演方面的具体应用情况。然后,对将要发射的先进遥感仪器进行了分析。最后,总结了未来星载气溶胶被动光学遥感仪器的发展方向。集多光谱、多角度、中等空间分辨率、大视场和高精度偏振测量于一体是未来星载气溶胶光学遥感仪器的发展趋势。
大气光学 星载 光学遥感仪器 气溶胶 多光谱 多角度 偏振 光学学报
2022, 42(17): 1701002
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
3 中国科学院大学 材料与光电研究中心,北京 100049
在二自由度快速控制反射镜系统设计中,为提高系统的控制带宽,应尽量降低工作方向上的低阶固有频率,提高非工作方向上的高阶固有频率。该课题以某深切口柔性铰链快反镜系统作为研究对象,首先对系统前四阶固有频率的振型运动方向进行了分析,并针对传统刚度计算方法不适用于第三阶振型方向的问题,重新推导了第三阶振型方向上的刚度计算公式;其次,利用能量法和卡式第二定理对深切口柔性铰链上的工作刚度进行了推导,并进行了非线性拟合化简,得出的简化计算公式计算结果与有限元仿真结果误差不超过8.9%,证明了推导的铰链工作刚度理论公式的准确性;然后,将第三阶振型方向刚度计算公式和柔性铰链刚度计算公式代入固有频率计算公式,并进行有限元验证,结果表明理论公式计算结果与有限元仿真结果误差不超过1.7%,证明了新的三阶振型方向上的刚度计算公式的准确性。最后利用遗传算法,对系统前四阶固有频率进行了多目标优化设计,到达设计要求,所求出的优化结构较初始结构有明显优化,工作方向刚度减小19.04%,非工作方向刚度提高297.83%和77.09%。此外还对其进行了有限元仿真验证,结果证明一、二阶固有频率减小8.08%、5.40%,三、四阶固有频率提高了112.59%、16.80%。证明优化结构较初始结构有较大提高,能有效提高系统控制带宽。
快速控制反射镜 控制带宽 优化设计 固有频率 柔性铰链刚度 fast steering mirror control bandwidth optimal design natural frequency the stiffness of flexure hinge 红外与激光工程
2021, 50(6): 20200450
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
为精确测量氮气中痕量甲烷(CH4)浓度, 设计并搭建了基于三角环形腔的连续波光腔衰荡光谱(CW-CRDS)测量装置。 衰荡腔为自主加工设计, 由一片曲率半径为1 m直径为25 mm的凹面镜和两片直径为12.7 mm的平面镜围成, 腔内光路总长为410 mm, 腔体材料为殷钢。 首先, 对系统的基线损耗进行了测量, 随后利用氮气作为混合气配置了五种不同浓度的CH4与N2的混合气, 利用CH4 在1 653.7 nm的吸收峰(CH42ν3带R5支)对气体进行检测, 并根据吸收谱线特性, 利用洛伦兹线型函数通过最小二乘法拟合出衰荡时间常数τ并计算CH4浓度, 所搭建装置对甲烷浓度(体积分数)的检测灵敏度可达54×10-9(五点四亿分之一)。 最后对浓度为510×10-9(五千一百万分之一)的CH4在6 046.7~6 047.2 cm-1范围内的吸收光谱进行了测量, 并将测得数据依照腔自由光谱范围(FSR)分组后分别拟合出τ和吸收系数, 将所得CH4吸收系数与数据库中数据相比, 其最大误差低于1.2×10-9 cm-1, 最高精度达8.8×10-11 cm-1。
激光谐振腔 痕量气体 甲烷 吸收光谱 Laser resonator Trace analysis Methane Absorption spectrum 光谱学与光谱分析
2020, 40(7): 2023