为了研究光学参量如何影响测风激光雷达相干效率的问题，结合理论推导与实验验证进行了研究。基于光场叠加理论，讨论了本振光束腰、光纤耦合器芯径、光学系统像差对系统相干效率的影响;开展大气湍流影响实验，测量了不同光学参量的系统在典型天气条件下的信噪比。结果表明，光瞳口径为100 mm、F数为2时，最优束腰半径为3.3 μm，最佳匹配接收光纤芯径为9 μm，光学系统波像差均方根值应不大于0.06λ; 在强湍流作用下，当能见度小于5 km时，雷达探测距离降低60%。此研究对光学参量的优化具有重要参考意义。
激光技术 相干效率 光学参量 仿真实验
1 四川大学 电子信息学院，四川 成都 610065
2 西南技术物理研究所，四川 成都 610041
在面阵扫描成像激光雷达中，阵列光束照明与棱镜扫描相结合实现了高能量利用率、高分辨率和宽探测视场，但阵列子光束倾斜入射棱镜，破坏了光束传输的旋转对称性，棱镜对子光束偏转能力存在差异，规则光束阵列产生了形状畸变，导致光束指向误差，影响点云位置精度。首先，将阵列光束与棱镜结合的圆锥扫描方式分解为多角度入射多波束并行扫描，通过所有子光束的传输特征来综合表征阵列光束传输特征；然后，采用三维矢量光学方法推导了阵列光束在棱镜中的传输过程，建立了子光束指向变化与棱镜扫描角度的关系；最后，通过对机载激光雷达棱镜扫描成像过程的数值仿真，建立了光束指向变化与点云数据质量的联系。仿真结果表明：阵列光束(3×3)棱镜扫描系统在航高0.5 km时，光束阵列畸变导致平面误差RMS约为5 cm，并随航高呈线性变化；斜率约为0.1 m/km，并随着阵列光束规模和子光束角间距增加点云平面精度随之下降。通过对棱镜扫描过程中光束阵列畸变规律掌握，为后续机载飞行试验数据的校正、阵列光束结合多棱镜扫描系统的设计提供了基础。
机载激光成像雷达 阵列光束 棱镜扫描 指向误差 点云精度 airborne imaging lidar array beam prism scanning pointing error point cloud accuracy 红外与激光工程
2023, 52(5): 20220689
为了提高光学系统的环境适应性, 采用光机结合被动消热差的方法, 设计消热差的折射式收发同轴光学天线。利用ZEMAX软件仿真分析了工作距离为50m～3000m、环境温度为-45℃～65℃范围内所设计天线的像质情况; 搭建实验平台, 测试实际光斑质量, 并对仿真结果进行了实验验证。结果表明, 天线在探测范围内波像差小于0.25λ, 光学质量接近衍射极限, 在环境温度变化范围内光斑90%的能量集中在最大相干长度内, 且各视场能量分布均匀。该研究为天线的光学参量和结构参量合理化设计提供了理论依据。
光学设计 激光测风雷达 折射式天线 收发同轴 消热差 optical design wind lidar refractive antenna coaxial transceiver athermalization
为了提高激光测风雷达性能, 采用数学建模的方法, 基于环行器工作原理, 分析了环行器出射光束质量, 讨论了光束发散角对目标距离处激光峰值光强的影响, 提出了环行器光束接收效率定义, 研究了发射和接收光轴偏轴度对探测距离的影响。并搭建实验平台, 取得远场光斑参量, 验证了仿真结果。结果表明, 随着出射光束发散角增大, 相同作用距离处的相对峰值光强减小; 雷达探测距离主要受偏轴角度的影响, mrad量级的偏角会使探测距离减小89.7%。因此, 应合理增大光学天线准直倍率, 并且设计的角度调节结构精度应优于0.1mrad量级。
激光技术 激光测风雷达 环行器 光束质量 偏轴度 laser technique wind lidar circulator beam quality misalignment
为了消除自重和热应力对大口径平面反射镜面形精度的影响，采用有限元分析方法，对比分析了在-20℃环境温度下采用背部固定约束与背部浮动约束获得的反射镜面形仿真数据，设计了动态扫描反射镜背部悬浮支撑结构以实现浮动约束，搭建了检测平台，并进行了大口径平面反射镜面形检测。结果表明，安装该支撑结构后反射镜的面形峰谷值为0.236λ，平均值为0.049λ。背部悬浮支撑结构实现了浮动约束，释放了大口径平面反射镜因自重和热应力造成的变形，有效保证了面形精度。
光学设计 悬浮支撑 仿真分析 大口径平面反射镜 optical design suspension support simulation analysis large flat mirror
1 中国科学院 高能物理研究所 东莞分部, 广东 东莞 523803
2 东莞中子科学中心, 广东 东莞 523808
3 中国航天科工集团 第二十三研究所, 北京 100854
选用4616V4型四极电子管，单管输出350 kW，采用两路并行放大链路，设计了一套输出功率350 kW×2的大功率电子管功率源系统。基于四极电子管的恒流特性曲线及实验数据，拟合输出功率与阳极电压、输入功率的关系曲线，利用Origin软件拟合函数，建立数学模型，并利用闭环比例-积分(PI)反馈控制，稳定输出电压，通过Simulink仿真探寻最佳工作点，较低的阳极电压以及近饱和的输入功率既能有效增大工作频率，又能满足高功率输出的要求，仿真结果与实际联机调试数据对比，误差低于5%，根据仿真数据得到的结论与13点分析法一致，可以有效指导探寻最佳工作点。
电子管放大器 13点分析法 比例-积分控制 Simulink仿真 tube amplifiers 13 points analysis Proportional Integral control Simulink simulation 强激光与粒子束
2015, 27(9): 095104
1 沈阳大学生物与环境工程学院, 辽宁 沈阳 110044
2 中国科学院沈阳应用生态研究所, 森林与土壤生态国家重点实验室, 辽宁 沈阳 110164
采用乙酸铵浸提, 研究了利用原子吸收光谱法(AAS)同时测定土壤交换性Ca, Mg, K, Na的方法。 结果表明, AAS法测定交换性盐基离子组成的准确度符合参比标准的要求; 66个供试土样交换性Ca和Mg平行样品相对误差分别为0.02%～3.14%和0.06%～4.06%, 平均相对误差分别为1.22%和1.25%。 AAS法和火焰光度法(FP)测定交换性K和Na相对误差值分别为0.06%～8.93%和0.06%～1.54%, 平均相对误差分别为3.72%和0.56%。 实例研究结果表明AAS同时测定土壤交换性盐基离子组成方法可靠, 可真实反映农田土壤交换性能的状况。
原子吸收光谱 土壤 交换性盐基离子 火焰光度计 Atomic absorption spectrophotometer Soil Exchangeable base cation Flame photometer 光谱学与光谱分析
2012, 32(8): 2242
1 中国科学院沈阳应用生态研究所, 森林与土壤生态国家重点实验室, 辽宁 沈阳 110164
2 中国科学院植物研究所, 植被与环境变化国家重点实验室, 北京 100093
3 沈阳大学生物与环境工程学院, 辽宁 沈阳 110044
采用改进的BCR连续提取, 利用原子吸收光谱法测定了内蒙古草地施用羊粪试验11年后土壤中Mn组分。 试验设置5个处理, 分别施干羊粪0, 50, 250, 750和1 500 g·m-2·yr-1。 结果表明, 以四步加和法与强酸直接消煮法测定的全Mn含量作为回收率, 各处理回收率为91.4%～105.9%, 加标回收率为97.2%～102.9%。 长期大量施有机肥可提高0～5 cm土层植物可利用的交换态Mn含量47.89%, 但还原态Mn和全Mn含量显著下降。 施肥对0～5 cm土层Mn形态影响大于5～10 cm土层。 研究结果对于土壤微量元素形态测定及草地养分管理具有一定的参考价值。
原子吸收光谱 有机肥 土壤微量元素 锰 温带草原 v 光谱学与光谱分析
2012, 32(8): 2238
准直整形光学系统的设计可以提高半导体激光测距的测程和精度,系统中采用非球面光学元件优点突出。某测距装置采用4×1半导体激光器阵列,其波长为905nm,发散角为25 °(Ｖ)×10 °(Ｈ)。根据半导体激光器的远场发散角特点,结合非球面光学设计理论,基于ZEMAX软件设计出非球面准直整形元件。由计算结果可知,准直整形后垂直于结方向和平行于结方向发散角分别为3.33mrad 和2.67mrad,光斑更均匀,能量利用率提高。
半导体 激光测距机 非球面 发散角 diode laser range finder aspheric divergence angle
