在地球静止同步轨道(GEO)上实现高分辨力对地观测,具有一系列独特优点,远为其它轨道所不及。然而,对于36 000 km的远程高分辨力可见波段观测,要求望远镜必须具备20 m以上口径的主镜。传统的空间相机,如果要有如此大的口径,其总质量将超过1 000 t,无法发射到GEO上。无支撑薄膜望远镜和大口径衍射望远镜,可以大幅度降低主镜质量面密度,从而降低整个相机系统的总质量,可算是一种极好的技术途径。分步发射与在轨装配,则提供了可供此类观测系统实施从地面转运到GEO的技术手段。基于变换成像原理的傅里叶望远镜,将高分辨力的取得,由增大接收口径转变为加大发射间隔,用大面积回波能量探测加上傅里叶分量重构,取代常见的目标图像直接探测,突破了远程高分辨力观测的致命瓶颈。近完美透镜为突破衍射极限提供了可能性,从而为超分辨力观测开拓出一片科学的新天地。负折射率材料(左手型材料)可制成完美透镜,而光子晶体是负折射率材料的热门选择之一,基于表面等离子激元(SPP)的光子器件则是其另一种选择。

简要介绍了国外先进地基空间监视系统的发展现状,从地基光电系统观测空间目标的角度描述了星火光学靶场35 m口径望远镜系统及367 m口径高级光电(AEOS)望远镜系统,给出了这两种望远镜系统的工作性能和所开展的工作。通过对这两套系统的设计理念和先进单元技术的研究,对构造“用于卫星成像的地基光电系统”的相关技术进行了初步探讨;针对目前提出的“对卫星成像的大口径地基光电观测设备”的总体研制方案,提出了建造应用自适应光学技术的18 m地平式望远镜的观点,提出该系统应设计为一个功能可扩展的光学平台。

空间紫外光学遥感技术是除可见、近红外、热红外和微波遥感以外的一个具有突出优势的遥感领域,全球气候变化研究是目前国际上空间紫外-真空紫外光学遥感的热点课题。本文对空间紫外光学遥感的作用、国内外研究现状及发展趋势进行了综述和分析。介绍了一组紫外光学遥感仪器的功能和特点,给出了它们的主要性能参数;指出我国目前的工作重点是推进星载紫外光谱遥感仪器的应用、积累空间探测数据、建立反演算法等;而未来发展目标将是研制集天底、临边和掩星成像探测于一体的新一代紫外成像探测仪器,高精度观测全天候的整层大气密度和臭氧的三维分布,实时监测大气组分及化学成分(如O2、N2、NO、OH和O3)的变化及变化趋势,以及进一步拓展我国紫外光学遥感仪器的应用领域。

介绍了我国自主研制的太阳辐照绝对辐射计(SIARs)的原理和结构,该辐射计主要有两个创新点,即把电加热导线埋入锥腔壁以提高光电等效性和用无源热电温度传感器代替有源电阻温度传感器。SIARs参加了第九届和第十届国际日射(强度)计比对(IPC-IV和IPC-X), 同世界辐射基准(WRR)在02％以内符合。 置于世界辐射中心(WRC)的用于保存和传递WRR的世界标准(辐射计)组(WSG)上的两台SIARs已同WSG仪器进行了6年的比对测量,性能稳定,不确定度在02％以内。“神舟三号”飞船应用SIARs构成的太阳常数监测器进行了5个月的在轨测量,与同期国外星上测量数据在02％以内吻合。采用3台SIARs构成的“风云三号”卫星太阳辐射监测仪从2008年6月起也已经开始了长期的在轨测量。

以某卫星太阳翼为研究对象,利用UG软件建立了卫星的整星模型,并将其导入MSC.ADAMS软件中,在ADAMS/View模块中建立转动副、扭簧、锁定和绳索联动机构的模型。用接触力模拟锁定机构中的接触碰撞现象,用关联副模拟绳索联动机构协调作用,然后使用ADAMS/Solver进行了动力学仿真。通过仿真分析,得到了连接架和各帆板展开角度与时间的关系以及展开过程中卫星姿态的变化。分析结果表明,太阳翼的展开过程平稳,历时15 s;在展开过程中卫星姿态稳定可控,展开过程对整星的姿态影响很小,太阳翼展开机构设计合理。

研制出了应用于月基极紫外成像仪的二维极紫外位置灵敏阳极光子计数成像探测器原形样机,该探测器主要由工作在脉冲计数模式下的微通道板堆、楔条形位置灵敏阳极及相关的模拟和数据处理电路组成。设计和制备了周期为1 mm,直径为30 mm的三电极楔条形位置灵敏阳极,研制了最高计数率为200 kHz的前端模拟和数字电路。测量了探测器的暗计数率、脉冲高度分布及空间分辨率等工作特性。测量结果表明,该探测器的空间分辨率为028 mm,满足月基极紫外成像仪对空间分辨率的要求。

太阳模拟器中最重要的技术指标之一是辐照均匀度,文中论述了太阳模拟器的工作原理,并对太阳模拟器辐照面辐照均匀性进行了深入研究。根据太阳模拟器的工作原理,分析了光学积分器的像差、投影镜离焦量及边缘补偿对太阳模拟器辐照面辐照均匀性的影响,并采用ＺＥＭＡＸ软件仿真分析了准直物镜对辐照面均匀性的影响。结果表明,准直物镜对辐照均匀性影响较小,而影响系统辐照均匀性的主要因素是光学积分器。通过理论分析,计算得出了所设计的太阳模拟器系统辐照不均匀度为27%,结果满足设计要求。

为提高电视图像跟踪系统的图像检测精度,实现对目标的稳定跟踪,研究一种有效、实时的图像检测方法非常必要。本文介绍了边缘检测技术的基本原理,描述了几种边缘检测方法,如传统的基于经典微分算子的边缘检测、LOG滤波器与Marr-Hildreth边缘检测算子、多灰度图像边缘聚焦法、Canny边缘检测算子、基于梯度信息的自适应平滑滤波和基于小波的边缘检测算子等。给出了边缘检测技术在实际图像跟踪中的应用实例,指出实际的电视图像跟踪系统可以根据不同的图像类型,考虑安全性、稳定性、精度噪声等因素,选择最优的边缘检测方法。

合成了不同浓度Er3+掺杂的TeO2-WO3-Li2O体系玻璃(TW glasses),详细研究了掺杂浓度对这种碲钨酸盐玻璃光学特性的影响。计算了Judd-Ofelt(J-O)强度参数,研究了掺杂浓度对15 μm发射带宽的影响,及不同掺杂浓度下Er3+ 的4I11/2-4I13/2和4I13/2-4I15/2无辐射跃迁过程。实验得到了在TW 玻璃中Er3+的 4I13/2-4I15/2 跃迁的浓度猝灭速率约为08×10-18 cm3·s-1,这对寻求Er3+在碲钨酸盐玻璃中的合理掺杂浓度有一定的参考意义。实验发现Er3+的4I11/2-4I13/2无辐射弛豫速率在这种玻璃体系中约是不含WO3的碲酸盐玻璃中的2倍,说明含WO3的掺铒碲钨酸盐玻璃更有利于在980 nm激光泵浦下实现15 μm光放大。

利用光纤中的布里渊散射光频移与温度和应变呈线性关系的原理,提出了一种基于自发布里渊散射的双支路分布式光纤传感系统。该系统利用不同种类光纤的布里渊频移差别,同时对两条线路的应力和温度进行监测,实现对被测对象多方位的同时测量,缩短了探测时间,提高了工作效率。本文实现了两路光纤的同时监测,用6 km的光纤作为传感介质,获得了4 m的空间分辨率。得到的实验结果表明,提出的系统能准确判断40 ns脉冲光在两路传感光纤沿线产生的自发布里渊背向散射光谱的中心频率变化。

为了使垂直腔面发射激光器(VCSEL)实现大功率、高效率的激光输出,对p型分布布喇格反射镜(DBR)形成的同型异质结在界面处存在大势垒导致的高串联电阻和严重发热现象进行了研究。为降低串联电阻,实现VCSEL在室温下的大功率连续发射,分析了p型DBR异质结的势垒结构,对突变异质结的串联电阻进行了计算分析,提出降低势垒高度以及增加扩散浓度是减小串联电阻的主要途径,而漏斗状的掺杂能有效降低体电阻;通过对梯度渐变异质结的分析得出缓变结能有效降低势垒高度;而用Matlab对能带图的数值分析表明,Al0.1Ga0.9As/AlAs接触层中Al组分采取双曲线形式的渐变也能有效降低势垒高度,即降低串联电阻;此外,对于渐变区缓变结的比较表明,采用20~25 nm的渐变区宽度即可以得到比较低的势垒高度,同时也不会对DBR的反射率有太大的影响,是较合适的选择。