中国科学院安徽光学精密机械研究所, 合肥 230031
根据水下环境主要监测要素的特征光谱分析了可采用的观测方法, 并給出对应的高光谱成像仪光学系统性能参数; 分别设计了望远镜和成像光谱系统并进行匹配, 望远镜以双高斯透射式系统为原型, 利用较少的光学材料种类完成像方远心优化; 成像光谱系统基于Dyson系统, 通过光程分析与透镜的添加实现了良好的光学性能, 并保证了工程的可实施性.最终设计系统在350~700 nm波段上实现了视场角为28°、F数为3、光谱分辨率为3.5 nm、系统空间分辨率为1 mrad的良好光学性能, 设计搭建的原理样机性能测试验证了设计理论的正确性.
成像光谱仪 高光谱 光学设计 水下探测 原理样机 Imaging spectrometer Hyper spectrum Optical design Underwater detection Prototype 光子学报
2018, 47(11): 1101003
中国海洋大学 信息科学与工程学院, 山东 青岛 266100
深海热液环境中存在着巨大的化学和热梯度, 快速剧烈的混合和生物合作过程产生了多种多样的矿物合作过程, 并培养了大量的化学合成微生物。激光拉曼光谱非常适合于深海热液环境矿物过程的探测, 然而要对矿物与微生物作用过程进行研究, 还需要与荧光光谱技术进行联合。针对深海热液的探测需求, 研发了一套拉曼-荧光联合光谱水下原位探测原理样机。该联合系统主要通过双波长激光器和两个微型光谱仪实现, 双波长激光器同时发射266 nm和532 nm激光, 其中532 nm激光用来激发拉曼光谱, 266 nm激光用来激发荧光光谱。根据波长不同, 双波长激光被分为两束分别经两片石英玻璃窗口照射到海水或液体样品上。产生的拉曼和荧光光谱经后向散射收集并分别耦合到拉曼和荧光光谱仪中。整个系统集成于L790 mm×Φ270 mm的舱体内, 在舱体前端有光学窗口和水密插头, 舱体内部主要包括双波长激光器、光谱仪、嵌入式计算机和供电装置, 甲板控制终端通过电缆实现对系统的供电、控制和数据采集。利用搭建的原理样机在实验室对海水和拟棱形藻样品进行探测, 实验结果初步证明拉曼-荧光联合光谱探测装置的可行性, 之后系统在青岛近岸进行了实验并获得了实验数据。下一步将优化系统并应用于深海热液环境探测。
拉曼-荧光联合探测 水下原位光谱 原理样机 初步试验 Raman -fluorescence combined detection underwater in-situ spectroscopy principle sample machine preliminary test 红外与激光工程
2018, 47(6): 0606006
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
巨型科学可控反射镜(GSSM)缩比模型(GSSMP)的子孔径拼接误差的分析可以指导GSSM的面形检测工作.GSSMP子孔径拼误差包括子孔径刚体位移误差以及中频扰动.对子孔径刚体位移误差而言, 合理的靶标布置以及最小二乘算法的使用, 可将误差量级降低到计算机可分辨的最低程度, 即不引入算法误差; 同时也降低了对测试执行部件的精度要求.对中频扰动误差而言, 可结合标准平面镜与干涉仪对实验环境中大气湍流的影响进行估计.除此之外, 对子孔径拼接顺序带来的误差进行分析.最后, 基于三十米望远镜的面形评价方法, 即斜率均方根对上述误差进行换算表征.算法修正后, 子孔径对准误差为 10－6 μrad、子孔径平移误差为10－6 μrad、子孔径倾斜误差为10－6 μrad以及大气扰动误差为0.04 μrad.利用信噪比来表征拼接顺序所带来的影响, 使用一个子孔径作为基准进行拼接的情况下, 拼接顺序带来的影响小于2%.本文的拼接算法, 可以在较低的机械精度下, 利用靶标对准与合理的拼接顺序, 达到较高的拼接精度.
三十米望远镜 巨型科学可控反射镜原理样机 误差分析 子孔径拼接 Thirty Meter Telescope Giant steerable science mirror prototype Error analysis Sub aperture stitching
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 中国科学院研究生院, 北京100049
远紫外光栅色散型成像光谱仪在空间大气遥感领域主要用于电离层、 热层、 极光和辉光的探测。 文章根据临边与天底结合的大气成像光谱探测原理， 提出了探测方案， 设计了适用于远紫外波段的光栅色散型成像光谱仪的两种光学系统， 并选择了平面光栅结构进行研制集成， 在国内首次获得了原理样机。 样机工作波段为120～180 nm， 望远系统采用离轴抛物镜， 光谱成像系统采用改进型的Czerny-Turner结构， 探测器使用远紫外响应背照型增强CCD。 搭建了相应的实验系统对样机的基本性能参数进行了测试， 测得光谱分辨率约为2 nm， 空间分辨率0.5 mrad。 这种远紫外光栅色散型成像光谱仪的研究对完善我国大气遥感事业具有重要的研究与应用价值。
电离层 成像光谱仪 远紫外 原理样机 分辨率 Ionosphere Imaging spectrometer Far ultraviolet Prototype Resolution
1 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
2 中国科学院 研究生院，北京 100039
分析了大气临边成像光谱探测的原理，依据应用要求设计研制了光栅色散型紫外/可见临边成像光谱仪原理样机。该样机采用宽波段折射式消色差前置望远光学系统与改进的Czerny-Turner光谱成像系统匹配的结构形式，工作波段为540~800 nm(一级光谱)和270~400 nm(二级光谱)，通过切换紫外、可见带通滤光片来实现两个波段分别探测，质量为8 kg， 体积为450 mm×250 mm×200 mm。用该样机进行了实验室光谱实验，并对光谱分辨率进行了分析，测量了该样机的实际光谱分辨率。测量结果表明，该样机的实际光谱分辨率为1.3 nm，接近其理论光谱分辨率1.12 nm，满足设计指标1.4 nm的要求，并具有体积小、质量轻等特点，适合空间遥感应用。
临边成像光谱仪 原理样机 大气遥感 光学设计 光谱实验 limb imaging spectrometer prototype atmospheric remote sensing optical design spectral experiment
1 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
2 中国科学院研究生院,北京 100049
临边成像光谱仪是一种对大气遥感探测有重要研究和应用价值的新型空间光学遥感仪器。从大气临边成像光谱探测的原理出发,设计并研制了光栅色散紫外/可见临边成像光谱仪原理样机。该样机采用宽波段折射式消色差前置望远光学系统与改进的Czerny-Turner光谱成像系统匹配的结构型式,其中,前置望远光学系统为像方远心,光谱成像系统为物方远心。工作波段为540-780 nm(一级衍射光谱)和270-390 nm(二级衍射光谱),通过切换可见、紫外带通滤光片来实现两个波段分别探测,质量为8 kg,体积为450 mm×250 mm×200 mm。实验检测结果表明,该样机的空间分辨率为0.45 mrad,光谱分辨率为1.3 nm,均满足设计指标要求,并且具有体积小、质量小等特点,适合空间遥感应用。
光谱学 光学设计 临边成像光谱仪 原理样机 平面光栅 空间分辨率 光谱分辨率
太阳导行镜(SGT)是空间太阳望远镜(SST)姿态控制的关键技术之一.针对SST姿态控制系统高速高精度的导行要求成功研制了太阳导行镜样机,该样机采用折射望远镜成像,光学口径60mm,焦距810mm,视场1°×1°.SGT样机首次将APS器件应用于空间太阳导行,利用有源像素传感器(APS)行像素可提取的特性,以DSP作为数据处理器,快速提取日像边缘并完成日心坐标计算.利用SGT样机对太阳的周日运动进行了观测,数据分析表明,SGT样机测量精度达到了1.5″(3σ),数据更新率优于30Hz,满足SST姿控系统的要求.
空间太阳望远镜 太阳导行镜 有源像素传感器 原理样机
1 重庆大学,光电技术及系统教育部重点实验室,重庆,400044
2 重庆大学,光电技术及系?辰逃恐氐闶笛槭?重庆,400044
介绍了烟草在线异物剔除系统的结构及工作原理,讨论了系统方案设计中的主要问题,设计了系统原理样机调试实验,并分析了实验结果.采用HIS颜色模型,以色度为主要特征量,设定阈值对烟草和异物的像素点进行判别.在此基础上,设定一定数量的像素点构成判别单元,统计单元中异物像素点的比例,再对该比例进行二次判别,以最终给出表示烟草或异物的检测信号.采用高性能的元器件构成系统,并利用(MIL_LITE 7.0)图像开发库,实现对内存数据的直接操作.实验研究的结果表明:原理样机在模拟在线条件下能实时地运作,对异物具有较高的识别率和剔除率.
烟草在线异物剔除系统 HIS颜色模型 内存直接操作 原理样机
