1 中国科学院光学天文重点实验室（国家天文台），北京 100101
2 中国科学院空间天气学国家重点实验室，北京 100190
3 中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室，北京 100094
4 中国科学院大学，北京 100049
相机是光学望远镜观测系统的重要组成部分，为了提高天文光学观测的精度和效能，开展了天文光学相机性能的检测技术研究。根据天文观测对光学相机的性能需求，给出了相机性能检测项目、检测方法、检测实验和数据处理方法，检测项目包括增益、读出噪声、满阱电荷、线性度、本底稳定性、像元响应不均匀性、暗电流等。基于这套方法，在实验室对sCMOS和CCD两款相机进行了实测，获得了相机的性能参数，结果显示，sCMOS 12-bit档位较CCD 1 MHz 4×档位，读出噪声低约1倍，暗电流高约17倍，动态范围低约3星等，像元响应不均匀性高约1倍，两款相机都具有较高的线性度和本底稳定性，该sCMOS具有辉光，不适合长时间曝光观测。该方法可以检测获得适用于天文光学观测的相机性能参数，便于开展天文实测工作，实现相同相机不同档位或不同相机之间的性能对比，定期对相机进行检测可以建立其全生命周期性能参数数据库，对相机的健康状态管理及观测系统故障诊断具有现实意义。
CCD CMOS 性能检测 天文观测 CCD CMOS performance testing astronomical observations 红外与激光工程
2023, 52(12): 20230316
1 中国科学院光学天文重点实验室（国家天文台），北京 100101
2 西安应用光学研究所，陕西 西安 710065
3 中国科学院地质与地球物理研究所 地球与行星物理重点实验室，北京 100029
4 中国科学院大学，北京 100049
为了使2.16 m望远镜具备线偏振测光观测能力，开展了偏振光度计研制。该系统采用双通道分时偏振成像方案，具有偏振定标单元、偏振测量单元，可实现偏振定标、偏振测量和多色测光。完成系统研制后，将其安装在2.16 m望远镜上开展实测，依照该偏振光度计偏振观测流程拍摄了一系列非偏振标准星、偏振标准星、流量标准星；按照偏振定标和偏振态解算数据处理方法，对获取图像进行数据处理。结果显示：该偏振光度计视场为4.63′×4.63′，像元比例尺为0.54 (″)/pixel，偏振度测量精度优于0.01，60 s曝光时间可以拍摄到V波段信噪比约为141的15.3等星。该偏振光度计使2.16 m望远镜具备V波段线偏振测光和快速多色测光观测能力。
成像偏振测量 偏振测光 线偏振测光 天文测光 imaging polarimetry photopolarimetry linear polarization photometry photometry 红外与激光工程
2023, 52(7): 20220830
1 中央民族大学 理学院，北京 100081
2 中央民族大学 光电子研究中心，北京 100081
3 中国科学院半导体研究所，北京 100083
红外探测技术在激光测距、成像、遥感、夜视等领域有重要应用，降低红外光电探测器的尺寸、重量、功耗和成本，以及提高探测器的性能是目前的研究重点。本文综述了红外探测器技术的发展历程、工作原理及研究现状并对其未来发展方向进行了展望。内容主要涵盖基于碲镉汞、Ⅱ类超晶格、量子阱、量子点、硅基锗锡等材料的光子型红外光电探测器及其阵列。红外系统成本降低最终取决于在常温条件下耗尽电流限探测器阵列像素密度是否与系统光学元件的背景极限和衍射极限性能匹配，选择HgCdTe、Ⅱ类超晶格和胶体量子点等材料可提高光子探测器室温性能。各种红外探测器在性能方面各具特色，在实际应用中互为补充。
红外探测器 碲镉汞 量子阱 Ⅱ类超晶格 量子点 Infrared detector HgCdTe Quantum well Type Ⅱ superlattice Quantum dot 光子学报
2021, 50(10): 1004006
应力发光是某些材料受到机械刺激时产生的发光现象。许多固体材料在压裂过程中会产生应力发光, 但这种破坏性发光限制了材料的实际应用。可再生应力发光的发现为应力发光材料创造了解决现实问题的机会, 其在结构健康诊断、力驱动的新型光源和显示器件以及生物力学应力传感器等领域展现出广泛的应用前景。本文对近二十年来无机可再生应力发光材料的研究进展进行了梳理和总结, 主要介绍无机可再生应力发光材料的分类、表征、机理和应用四个方面, 并讨论了未来研究中所面临的机遇和挑战, 以期对该类材料的研发及应用提供有意义的启示。
应力 传感器 应力发光 应力分布 应力成像 stress sensor mechanoluminescence stress distribution stress imaging
1 中国科学院光学天文重点实验室(国家天文台), 北京 100101
2 中国科学院大学, 北京 100049
对主体为铝球用于雷达定标的一批卫星进行了地基光学观测, 验证了其光度变化和光谱特性简单, 易于开展光度和光谱特性影响因素分析。实验室对铝球的仿真测量也证明了铝球具有各向同性好、反射特性和光谱特性平稳等特点。研究团队基于测量结果构建了铝制球体卫星的光度计算模型, 与实测结果的对比分析表明, 利用铝制球体的材料特性和外形特征可最大程度的简化卫星光度计算模型, 也证明了实测方法和光度计算模型构造方法的正确性, 使得卫星光度可实时保精计算, 可应用于天基和地基光电探测设备的动态能量定标和高速、变速运动状态下的探测能力标定。
光学散射特性 雷达定标卫星 铝球 光度 optical scattering properties radar calibration satellite aluminum ball photometry 红外与激光工程
2020, 49(1): 0105003
江苏科技大学 材料科学与工程学院, 镇江 212003
为了研究稀土元素CeO2对激光熔覆涂层性能的影响, 以45#钢为基体、Ni60和Ni60+CeO2粉末为熔覆材料, 采用激光熔覆多道搭接工艺制备了含不同含量稀土氧化物的熔覆层。通过对熔覆层着色探伤、显微组织观察、显微硬度测定的试验, 分析不同含量的稀土氧化物对熔覆层表面裂纹数量、显微组织、硬度的影响规律。结果表明,CeO2的最佳掺杂质量分数为0.004; 适量稀土元素CeO2的掺杂, 可使熔覆涂层裂纹数量减少, 熔覆层的显微组织更加均匀而细小;熔覆涂层表面显微硬度远高于基体, 维氏硬度是基体的3.6倍, 搭接区域硬度值是基体的3倍左右。这表明稀土元素的添加可以抑制裂纹、细化晶粒, 并在一定程度上提高熔覆层硬度。
激光技术 裂纹 激光熔覆 稀土元素 显微组织 显微硬度 laser technique crack laser cladding rare earth element microstructure microhardness
1 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
2 中国科学院光束控制重点实验室, 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100039
为了解决基于波前或星点图对准大口径空间光学系统时计算量大、面形误差影响大等问题, 提出了一种基于离散阵列光源对准空间光学系统的方法.给出了离散阵列光源的设计、检测和标定方法, 并以此为基础设计了对准检测光路.以某在研RC望远镜为对象, 用离散阵列光源产生参考光, 设计了一个用于快速对准主次镜的检测光路.在光学系统设计参数已知的情况下, 根据像平面上的点列图, 建立了主次镜位置信息和点列图分布信息的函数关系.利用光学设计软件和数学计算工具建立仿真平台, 并进行了主次镜的仿真验证.仿真结果表明, 使用离散阵列光源可以有效减少计算量, 降低面形误差和杂散光的影响, 提高对准效率, 并且具有较高的计算准确度.
光学检测 光学对准 离散阵列光源 塑料光纤望远镜 参考光 对准检测 点列图 optics detection optical alignment discrete light source telescopes reference ray alignment and measurement spot diagram
1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 中国科学院光束控制重点实验室, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
主次镜的对准误差是影响望远镜成像质量的主要因素。为了提高望远镜主次镜的对准精度，提出了一种基于像散分解的对准误差计算方法。该方法利用出瞳波前误差的泽尼克多项式的像散项计算出两种对准误差单独作用时的像散项的大小。以口径为1200 mm的同轴反射式(RC)望远镜为对象，仿真分析了像散分解算法的特性。当主次镜光轴不共面时，像散分解算法的计算误差随着主次镜光轴间的距离增大而增大。进而给出了基于像散分解的对准误差求解方法，并进行了仿真对准。仿真结果显示，当主次镜光轴的空间距离小于0.5 mm和夹角误差小于0.1°时，基于像散分解的对准算法可以迅速将对准误差降到5 μm和0.5″以内。仿真分析验证了基于像散分解的对准算法的可行性。
成像系统 望远镜对准 像散分解 对准算法 对准误差
针对红外经纬仪在非稳定跟踪条件下数据误差较大、无法正常使用的难题，提出了一种外场检测分系统间同步控制关系的方法。该方法利用定点正弦检测解决了编码器锁存时刻与红外相机作用时刻的同步一致性问题，得到了相机积分时刻与编码器数据锁存时刻的修正函数；利用高速相机与红外相机同轴、同步拍摄和特征点外定标数据处理方法，得出了红外相机在不同参数设置情况下，积分时刻与B码时间之间的函数关系；通过动态修正各分系统的时间延迟，实现了红外经纬仪在非稳定跟踪测试过程中各分系统间的真正同步，确保了在非稳定跟踪条件下红外经纬仪的数据精度。实验结果表明，该方法科学、准确，可进一步提高红外经纬仪的动态测量精度。
成像系统 同步控制 时延修正 测量精度 图像处理 光学学报
2013, 33(s2): s211002
1 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
2 中国科学院光束控制重点实验室, 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
针对一维调焦技术的不足, 在六自由度平台的基础上提出了一种基于图像处理的三维自动调焦系统。该系统以 CMOS相机为图像传感器, 以六自由度平台为执行机构, 用计算机获取图像清晰度评价值并驱动六自由度 (6-DOF)平台做三维空间运动实现三维自动调焦。调焦实验分为两部分, 一部分为一维自动调焦闭环实验, 另一部分为三维自动调焦闭环实验。针对 X、Y、Z三轴耦合性关系, 提出一种改进的随机并行梯度下降 (SPGD)算法。实验结果表明系统闭环调焦误差小于 3%, 满足三维调焦精度要求。
图像清晰度评价 六自由度 三维调焦 image definition evaluation 6-DOF three-dimensional auto-focusing SPGD SPGD
