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空间高层大气遥感远紫外成像光谱仪的光学系统

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光学学报 2013年第1期33卷 180-186页

作者：于磊林冠宇于向阳中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

空间高层大气遥感远紫外成像光谱仪主要用于观测高层大气中的远紫外辐射和实现对其内部中尺度现象成像的功能。目前我国该类的相关仪器研究基础还比较薄弱,针对这种情况,在光学系统设计的角度上给出了一种适用于130～180nm波段探测的光... 详细信息

空间高层大气遥感远紫外成像光谱仪主要用于观测高层大气中的远紫外辐射和实现对其内部中尺度现象成像的功能。目前我国该类的相关仪器研究基础还比较薄弱,针对这种情况,在光学系统设计的角度上给出了一种适用于130～180nm波段探测的光学系统方案。该成像光谱仪光学系统以离轴抛物镜为物镜,串联Wadsworth结构为成像光谱系统;这种串联Wadsworth成像光谱系统采用离轴抛物镜做准直镜,分光器件为平面光栅和球面光栅串联,实现二次色散,同时球面光栅起到聚焦成像作用;在像差理论的基础上,对该结构的光程函数和各像差进行了分析,获得了改进结构的宽波段完善成像条件。针对低轨空间探测应用要求设计了相关改进型Wadsworth结构成像光谱仪光学系统,设计结果证明系统像差得到了充分校正,在奈奎斯特频率(20lp/mm)下全视场全波段调制传递函数值在0.6以上。该优化结构同时具备高空间分辨率和高光谱分辨率,性能优越。

关键词：遥感高层大气成像光谱仪远紫外串联Wadsworth系统像差校正

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大视场高分辨力星载成像光谱仪光学系统设计

光学学报 2011年第8期31卷 240-245页

作者：薛庆生黄煜林冠宇中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

大视场、高分辨力星载成像光谱仪已成为空间遥感的迫切需求。根据大视场、高分辨力的研究目标,提出了先视场分离分光再用分色片分光的设计方法,分析了视场分离分光的原理。设计了一个全反射式星载成像光谱仪光学系统,该系统由指向镜、11... 详细信息

大视场、高分辨力星载成像光谱仪已成为空间遥感的迫切需求。根据大视场、高分辨力的研究目标,提出了先视场分离分光再用分色片分光的设计方法,分析了视场分离分光的原理。设计了一个全反射式星载成像光谱仪光学系统,该系统由指向镜、11.42°远心离轴三反消像散(TMA)前置望远系统和4个Offner凸面光栅光谱成像系统组成,通过恰当选择4个光谱成像系统的变倍比来实现2种探测器的匹配。运用光学设计软件CODE V对成像光谱仪调制系统进行了光线追迹和优化,并对设计结果进行了分析。分析结果表明,光学系统在各个谱段的光学传递函数均达到0.7以上,完全满足设计指标要求;同时证明了设计方法是可行的。

关键词：光学设计成像光谱仪离轴三反消像散凸面光栅 Offner光谱成像系统

高精度智能化可见/近红外积分球辐射定标装置

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红外与激光工程 2014年第8期43卷 2520-2525页

作者：林冠宇于向阳中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

设计了由硅光电探测器作为反馈元件,采用DSP控制主光源开口处电动可调光阑大小,实现输出光谱辐亮度值连续可调的高精度程控化可见/近红外波段积分球辐射定标装置。经过理论设计和计算,在该装置内放置挡屏,保证了出射口处输出光谱辐亮度... 详细信息

设计了由硅光电探测器作为反馈元件,采用DSP控制主光源开口处电动可调光阑大小,实现输出光谱辐亮度值连续可调的高精度程控化可见/近红外波段积分球辐射定标装置。经过理论设计和计算,在该装置内放置挡屏,保证了出射口处输出光谱辐亮度值的均匀性。使用PR-655高精度扫描式亮度计测量出该装置的最大输出光谱辐亮度值为23061cd/m2;在直径150mm范围内的光谱辐亮度值的非均匀性为1.04%;输出光谱辐射亮度值的稳定性为0.8%。实验结果表明:该装置完全可以满足可见/近红外光学遥感仪器的地面辐射定标需要,并可实现智能程控化控制,提高了定标测试精度。

关键词：光谱辐射亮度积分球挡屏不确定度

大气遥感远紫外光谱仪绝对光谱辐照度响应度定标方法研究

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光谱学与光谱分析 2013年第1期33卷 246-249页

作者：于磊林冠宇陈斌中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

主要针对可应用于空间高层大气遥感的远紫外光谱仪的光谱辐照度响应度定标方法进行研究。针对远紫外波段光谱测试标准装置少,实验系统所需真空度高,实验稳定性难以维持,传统漫反射板和积分球辐亮度定标方法在远紫外波段局限性大、难以... 详细信息

主要针对可应用于空间高层大气遥感的远紫外光谱仪的光谱辐照度响应度定标方法进行研究。针对远紫外波段光谱测试标准装置少,实验系统所需真空度高,实验稳定性难以维持,传统漫反射板和积分球辐亮度定标方法在远紫外波段局限性大、难以利用等特点,研究了适用于远紫外光谱仪器的光谱辐照度绝对辐射定标方法,搭建了相应的真空实验系统,以一台远紫外光谱仪原理样机为对象对研究方法进行了实验验证。实验系统以标准氘灯、真空紫外单色仪和准直系统组成照射系统,将出射准直光辐照度用标准探测器进行标定,三者共同组成了标准光谱辐照度光源;利用该光源照射原理样机并读出相应信号,最终获得光谱辐照度响应度,从而实现了利用标准探测器进行照度传递的远紫外光谱仪器绝对光谱辐射定标,有效的进行了仪器定标。该方法定标不确定度约为7.7%,对远紫外波段空间高层大气遥感光谱仪的地面辐射定标研究具有重要意义。

关键词：电离层远紫外光谱仪光谱辐照度辐射定标

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地球临边/天底同时探测的紫外环形成像仪

光学学报 2012年第12期32卷 146-152页

作者：于向阳王淑荣黄煜林冠宇中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049 吉林大学机械科学与工程学院吉林长春130012

论述了地球临边及天底模式大气探测的原理,依据应用要求设计和研制出了具有全新探测模式的在近地球轨道能同时对地球临边和天底大气进行探测的紫外环形成像仪原理样机。该样机采用折反式光学系统,它的三个工作波段分别为285～295nm、305... 详细信息

论述了地球临边及天底模式大气探测的原理,依据应用要求设计和研制出了具有全新探测模式的在近地球轨道能同时对地球临边和天底大气进行探测的紫外环形成像仪原理样机。该样机采用折反式光学系统,它的三个工作波段分别为285～295nm、305～315nm和350～360nm,能实现地球临边(对应大气垂直高度0～120km)多方位以及天底10°视场角内的成像探测,其探测数据被用于反演大气辐射多方位的空间分布及动态结构。最后对该原理样机的310、355两个通道进行了性能评价。结果表明,其空间分辨率和信噪比均达到设计指标要求,满足空间紫外遥感的应用。

关键词：成像系统紫外环形成像仪光学设计紫外遥感多方位成像探测

基于阈值理论的远紫外成像光谱仪灵敏度和信噪比研究

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光电子．激光 2011年第1期22卷 42-46页

作者：于磊林冠宇曲艺王淑荣中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院研究生院北京130039

基于阈值理论,提出了构建双探测器型120-180 nm远紫外（FUV）成像光谱仪的灵敏度和信噪比（SNR）计算模型的方法。首先研究了接收信号的光电流分布以及系统噪声的概率分布,然后引入探测概率和虚警概率因子,从而建立了仪器的灵敏度与SNR... 详细信息

基于阈值理论,提出了构建双探测器型120-180 nm远紫外（FUV）成像光谱仪的灵敏度和信噪比（SNR）计算模型的方法。首先研究了接收信号的光电流分布以及系统噪声的概率分布,然后引入探测概率和虚警概率因子,从而建立了仪器的灵敏度与SNR的计算模型。并根据电离层中粒子辐射波长的亮度范围,获得仪器的理论最小探测功率,它反映了仪器的灵敏度能够满足探测需求。为了验证计算模型的正确性,建立了实验系统进行验证,结果表明,该方法的计算结果和实验结果间的误差在能够接受的范围内,计算模型合理有效。

关键词：远紫外(FUV) 成像光谱仪灵敏度信噪比(SNR) 阈值理论

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用于大气临边探测的高光谱成像仪研制

仪器仪表学报 2012年第5期33卷 1167-1173页

作者：薛庆生林冠宇陈伟中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033

用于大气临边探测的高光谱成像仪是一种探测大气痕量气体的新型空间光学遥感仪器。分析了利用高光谱成像仪进行大气临边探测的原理,设计并研制了一台紫外/可见高光谱成像仪原理样机,该样机光学系统由前置望远系统和改进的Czerny-Turner... 详细信息

用于大气临边探测的高光谱成像仪是一种探测大气痕量气体的新型空间光学遥感仪器。分析了利用高光谱成像仪进行大气临边探测的原理,设计并研制了一台紫外/可见高光谱成像仪原理样机,该样机光学系统由前置望远系统和改进的Czerny-Turner光谱成像系统组成,工作谱段为280～390 nm和560～780 nm,通过转轮切换紫外、可见滤光片分别探测这2个波段。高光谱成像仪原理样机质量为15 kg,体积500 mm×350 mm×200 mm。对该样机的性能进行了检测并测量了低压汞灯的光谱。性能检测结果表明,空间分辨力为0.44 mrad,光谱分辨力为1.3 nm,均满足设计指标要求。该样机结构紧凑、质量小,在空间大气痕量气体探测领域有广泛的应用前景。

关键词：高光谱成像仪光学设计原理样机空间分辨力光谱分辨力

基于标准探测器研究标准灯光谱辐照度和漫反射板双向反射分布函数随波长的变化

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光学学报 2011年第6期31卷 132-138页

作者：杨小虎王淑荣黄煜曲艺林冠宇中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院研究生院北京100049

用光谱辐照度标准灯的光谱辐照度标定内部照明的积分球开口光谱辐亮度，这一技术目前已比较成熟，通过两种方式推导出的传递仪器光谱辐亮度响应度之比随波长而变化。针对这一现象，构建了基于标准探测器的绝对辐亮度计和绝对辐照度计。... 详细信息

用光谱辐照度标准灯的光谱辐照度标定内部照明的积分球开口光谱辐亮度，这一技术目前已比较成熟，通过两种方式推导出的传递仪器光谱辐亮度响应度之比随波长而变化。针对这一现象，构建了基于标准探测器的绝对辐亮度计和绝对辐照度计。用所构建的绝对辐射计在4个波长处标定光谱辐照度标准灯及标准漫反射板的变化情况，得出标准灯实际光谱辐照度值比自身标定值大，漫反射板实际双向反射分布函数（BRDF）比自身标定BRDF小的结论。将实际光谱辐照度及BRDF分别修正到积分球光谱辐亮度及传递仪器光谱辐亮度响应度中，修正后的传递仪器光谱辐亮度响应度之比随波长变化而趋于常数1。不确定度分析表明，在4个波长处光谱辐亮度定标中合成标准不确定度为0．884％～1．217％，光谱辐照度定标中合成标准不确定度为0．768％～1．136％。

关键词：测量辐射定标标准探测器法光源法光谱辐亮度定标光谱辐照度定标

基于Stokes向量大气紫外光谱辐射的偏振修正研究

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中国激光 2014年第8期41卷 256-261页

作者：林冠宇王淑荣曹佃生中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

通过在紫外（UV）大气成分探测仪中设置偏振测量通道,并采用基于Stokes向量方法对空间大气紫外光谱辐亮度探测输入值进行了偏振度修正。采用解析函数法建立了修正误差较大波段处的偏振度数学模型,将240~380nm工作波段范围的偏振度修正... 详细信息

通过在紫外（UV）大气成分探测仪中设置偏振测量通道,并采用基于Stokes向量方法对空间大气紫外光谱辐亮度探测输入值进行了偏振度修正。采用解析函数法建立了修正误差较大波段处的偏振度数学模型,将240~380nm工作波段范围的偏振度修正误差最大值由6.6%减小至1.6%。最大限度降低了由于大气散射偏振对探测大气入射光强的影响,提高了紫外大气测量精度,为航天遥感仪器大气紫外测量提供了理论和实验基础。

关键词：测量 Stokes向量偏振修正紫外光谱解析函数