为实现用单色发光二极管(LED)合成所需要的各种目标光谱,提出将自适应差分进化算法作为光谱匹配算法。以高斯修正模型表征单色LED的分布,基于均匀分布的LED,模拟了标准AM1.5太阳光谱和植被光谱,并采用相关指数和均方根误差作为评价标准。在此基础上,利用实验室现有的LED进行了实验验证,所提算法的拟合效果均比模拟退火算法和遗传算法好。实验结果表明,提出的自适应差分进化算法可自动设置参数,拟合效果好,可以被广泛应用于各种LED光谱匹配仿真实验和工程实践中。

针对现有微光像增强器的信噪比实验室测试结果无法准确描述其在实际夜天辐射条件下工作时信噪比的问题，依据光阴极与夜天光光谱匹配关系和光量子噪声起伏理论推导了微光像增强器的输出信噪比理论计算模型。在基于典型微光像增强器参数对模型验证的基础上，计算了典型超二代和三代像增强器在实际夜天辐射条件下工作时的信噪比。结果表明，实际夜天辐射条件下的信噪比与实验室A光源测试条件下的信噪比存在较大差异，且超二代和三代像增强器的信噪比在实际夜天辐射条件下显示出相较实验室测量时更大的差异性。本研究可为实际夜天辐射工作条件下的微光像增强器信噪比评价提供一种可用途径。

精确的光谱定标是定量化反演地物信息的前提与基础。 光栅色散型可见近红外成像光谱仪(VNS)主要用于海洋水色遥感和海岸带监测, 采用推扫式成像方式, 工作波段范围覆盖400～1 040 nm, 空间维视场像元总数为1 024, 共设置256个光谱通道, 光谱采样步长为2.5 nm。 针对仪器入轨后可能发生的光谱通道中心波长漂移或通道宽度展宽问题, 基于光谱特征曲线匹配思想, 提出了利用太阳大气廓线和星上定标器镨钕特征光谱进行在轨光谱定标的新方法。 开展了在轨光谱真实性检验与定标的地面模拟实验, 采用最小差值与相关系数联合算法对数据进行了处理。 以大气氧气吸收763 nm波段为例, 介绍了在轨光谱定标的步骤。 给出了太阳夫郎和费517 nm、 Pr-Nd玻璃685 nm和氧气吸收763 nm三个典型波段对应VNS的光谱通道的定标结果: 三个通道穿轨视场Smile效应幅度相近, 约为0.6 nm; 中心波长漂移方向和大小各异, 分别为0.707, -0.369和0.293 nm; 对穿轨方向各像元的测量值进了二次曲线拟合, 763 nm通道标准偏差小于另外两个通道, 三个通道的光谱定位精度较高优于0.176 nm。 为成像光谱仪开发出一种适用的在轨光谱定标算法。

为满足对星敏感器在各种谱线分布下对探测能力的高精度标定, 提出了一种基于数字微镜的星模拟器光源系统设计方案, 在一定程度上解决了由星模拟器与星敏感器观星的色温不匹配对星敏感器光信号定标精度产生的问题。从理论上分析了光谱不匹配影响定标精度的原理, 设计了基于数字微镜器件的光谱可调的恒星光谱模拟系统。采用遗传算法作为光谱匹配, 通过遗传算法求解不同的光谱构造函数实现对不同光谱的模拟。最后分别对5 nm分辨率和20 nm分辨率的光谱模拟系统在3 900, 4 800, 6 500 K 3种色温下进行了测试。测试结果表明, 该星模拟器的恒星光谱模拟精度在5 nm分辨率下优于2%, 在20 nm分辨率下优于5%。

提出一种基于单色LED补偿白光LED技术, 模拟日光在可见光范围内的光谱。实际调研了大功率单色LED现状, 采用光子在二维空间内联合态密度函数作为单色LED的光谱辐射模型, 建立LED模拟仿真数据库。通过求解超定方程组的非负最小二乘解, 优化选择不同峰值波长以及半高宽的单色LED与白光LED组合, 实现对目标光谱的匹配及太阳光谱的再现。对比研究了白光LED补偿技术和纯单色LED组装技术, 并分析了不同种类LED组合对太阳光谱的模拟情况。结果表明, 白光LED补偿技术拟合太阳光谱相关指数达到90.74%, 优于纯单色LED组装技术。并且当单色LED种类减少时, 白光LED补偿技术相比纯单色LED组装技术可以实现更好的模拟效果。该方法对实现基于LED类日光照明具有较好的指导意义。

为满足在各种谱线分布下对星敏感器探测能力的高准确度标定, 提出了一种基于数字微镜器件的光谱可调星模拟器光源光学系统设计方法, 以解决星模拟器与星敏感器观星色温不匹配对星敏感器光信号定标准确度产生的问题.首先, 根据设计指标选取Czerny-Turner型光学系统为光源光学系统, 对Czerny-Turner型光学系统的彗差和象散进行分析, 选取消彗差的Czerny-Turner结构; 其次利用MATLAB程序求解Czerny-Turner型光学系统初始结构并应用ZEMAX对其进行优化; 最后对光学系统进行公差分析.公差分析结果表明, 在400~1 100 nm的工作谱段范围内, 光学系统的光谱分辨率小于2 nm, 设计结果满足要求, 有效降低了光谱不匹配带来的定标误差.关键词:

现有的X射线CT成像系统, 受限于多谱硬化伪影和传统单能假设的CT成像方法, 只适用于结构分析却无法实现材料组分的有效区分。 对此论文提出了基于能谱匹配先验的多谱CT成像方法。 首先依据材料组分先验, 构建能谱滤波匹配模型, 设置能谱范围参数, 并通过滤波获取该能谱范围内的多能投影序列; 其次, 针对多能投影序列, 以材料组分为先验选择不同参考能量, 采用改进后的ART迭代重建算法, 实现了多谱CT成像。 仿真实验结果表明, 对于衰减系数相近的多种材质, 通过选取两段不同能谱范围, 重建出相应参考能量下的结果, 在一定程度上改善了图像质量, 对比度提高明显, 可实现组分有效区分与成像。

PbSe量子点（PbSe-QDs）是红外波段的典型纳米材料, 其具有大的玻尔半径、 小的体材料禁带宽度（玻尔半径是46 nm, 体材料禁带宽度是0.28 eV）, 因此, 在近红外区域, PbSe-QDs具有强大的尺寸受限效应和较高的量子产出率。 本文对不同尺寸的PbSe量子点的荧光光谱特性进行了研究, 提出了一种通过调节PbSe量子点的量子尺寸匹配气体吸收光谱的方法。 采用配位溶剂的方法制备了尺寸为4.6和6.1 nm的PbSe量子点, 将该PbSe量子点沉积到GaN发光芯片上并经过紫外光照处理和固化后制成了光致发光的近红外光源, 其中4.6 nm的PbSe-QDs的沉积厚度为671.5 μm, 而6.1 nm的PbSe-QDs的沉积厚度为48 μm。 将制成的近红外光源应用到C2H2气体和NH3气体的检测实验中, 实验结果表明, 通过改变PbSe量子点的尺寸可以调节光源光致发光峰的位置, 从而覆盖目标气体在近红外波段的吸收谱线。 4.6 nm的光源发射光谱包含了1 500～1 550 nm之间的C2H2气体的全部的吸收谱; 6.1 nm的光源发射光谱包含了1 900～2 060 nm之间的NH3气体的全部的吸收谱。 这种利用PbSe量子点尺寸的可调性匹配对应气体吸收谱的方法是可行和有效的, 具有广阔的应用前景。

现有的傅里叶变换红外光谱仪无法实现六硝基芪的光谱定量分析, 而作为常见单体猛炸药而言, 能够快速识别并定量分析其含量具有重要意义, 故研究设计了一种基于THz光谱技术的HNS检测系统。 系统采用透射式吸收光谱计算模式。 光路中引入电光调制模块, 实现稳定快速的光程静态扫描。 在实验获取HNS特征吸收峰位置的基础上, 结合空气在此波段的吸收特性, 获得了光谱数据相关系数表达式, 并由此确定了多特征波长选择依据。 结合比尔-朗伯定律, 给出了HNS含量的函数表达式及其系数公式。 实验通过化学配置法得到不同HNS含量的样品粉末, 并以此含量作为标准值。 将不同含量的多组HNS样品粉末进行压片处理, 分别采用太赫兹光谱仪和本系统进行HNS含量检测。 实验结果可知, HNS含量在0.10%～50.00%范围内两种检测方法效果相近, 与标准值误差均低于5.0%, 且本系统具有更好的线性度。

利用峰值波长分别为460、525、625、730、850、940 nm 的6 种大功率LED 研制了一款LED 太阳模拟器。LED 太阳模拟器的光源在满足有效辐照面上1 个太阳辐照强度的同时，还达到光谱匹配的A 级标准。在设计中，辐照不均匀度指的是6 种波长LED 组合下的光源在有效辐照面上能量的不均匀性。为了降低LED 太阳模拟器在有效辐照面上的辐照不均匀度，在设计过程中结合LED 发光角度大的光学特点，针对性的采用能够实现多次聚光的光学系统，通过对LED 阵列光源的控制，实现160 mm×160 mm 有效辐照面积上辐照不均匀度的A 级标准。根据国际标准，该LED 太阳模拟器达到AAA 级太阳模拟器的标准。