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End-to-end computational design for an EUV solar corona multispectral imager with stray light suppression

Astronomical Techniques and Instruments 2024年第1期1卷 31-41页

作者： Jinming Gao Yue Sun Yinxu Bian jilong peng Qian Yu Cuifang Kuang Xiangzhao Wang Xu Liu Xiangqun Cui State Key Laboratory of Extreme Photonics and Instrumentation College of Optical Science and EngineeringZhejiang UniversityHangzhou 310027China ZJU-Hangzhou Global Scientific and Technological Innovation Center Zhejiang UniversityHangzhou 310027China Nanjing Institute of Astronomical Optics&Technology Chinese Academy of SciencesNanjing 210042China Beijing Environmental Satellite Engineering Institute Beijing 100094China

An extreme ultraviolet solar corona multispectral imager can allow direct observation of high temperature coronal plasma,which is related to solar flares,coronal mass ejections and other significant coronal *** manuscript proposes a novel end-to-end computational design method for an extreme ultraviolet(EUV)solar corona multispectral imager operating at wavelengths near 100 nm,including a stray light suppression design and computational image *** suppress the strong stray light from the solar disk,an outer opto-mechanical structure is designed to protect the imaging component of the *** the low reflectivity(less than 70%)and strong-scattering(roughness)of existing extreme ultraviolet optical elements,the imaging component comprises only a primary mirror and a curved grating.A Lyot aperture is used to further suppress any residual stray ***,a deep learning computational imaging method is used to correct the individual multi-wavelength images from the original recorded multi-slit *** results and data,this can achieve a far-field angular resolution below 7",and spectral resolution below 0.05 *** field of view is±3 R_(☉)along the multi-slit moving direction,where R☉represents the radius of the solar *** ratio of the corona's stray light intensity to the solar center's irradiation intensity is less than 10-6 at the circle of 1.3 R_(☉).

关键词： EUV solar corona imager Curved grating Stray light suppression Computational multispectral imaging

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太阳短波极紫外双波段成像光谱仪设计

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光学学报 2024年第12期44卷 285-298页

作者：段紫雯邢阳光彭吉龙闫雷黄一帆刘越李林北京理工大学光电学院北京100081 北京卫星环境工程研究所北京100094 中国科学院紫金山天文台江苏南京210023 北京宇航系统工程研究所北京100076

基于超环面变线距(TVLS)光栅设计太阳短波极紫外的双波段成像光谱仪,光谱仪系统采用非罗兰圆的光栅工作结构,不需要光谱的扫描或探测器的位移即可同时获得17~21 nm和28~32 nm两个波段的高空间、高光谱分辨和大瞬时狭缝视场的消像散光谱... 详细信息

基于超环面变线距(TVLS)光栅设计太阳短波极紫外的双波段成像光谱仪,光谱仪系统采用非罗兰圆的光栅工作结构,不需要光谱的扫描或探测器的位移即可同时获得17~21 nm和28~32 nm两个波段的高空间、高光谱分辨和大瞬时狭缝视场的消像散光谱成像。基于蒙特卡罗统计模拟方法对太阳短波极紫外双波段成像光谱仪的最优模型开展光线追迹仿真实验,仿真结果表明其空间分辨率优于1″,光谱分辨率优于0.0055 nm,所设计的成像光谱仪具有良好的光栅像差校正效果,其光谱成像性能接近衍射极限。为我国未来的太阳极紫外光谱成像仪器的发展研制提供重要的理论意义,为我国未来的太阳空间探测任务的型号遴选提供重要的参考价值。

关键词：光学器件太阳空间探测太阳极紫外成像光谱仪光栅像差校正光线追迹

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航天器表面材料紫外光电子发射产额理论模型发展及实验测试应用

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航空材料学报 2024年第3期44卷 23-34页

作者：辛文龙侯潇涵于钱沈自才郭雅丽彭吉龙陈玉北京卫星环境工程研究所北京100094 西安交通大学电气工程学院西安710049

空间环境会对航天器在轨效能发挥产生强烈影响,紫外(ultraviolet,UV)辐射是其中的一个重要因素,它可以导致航天器表面材料的电荷积累和电荷放电。通过测量航天器表面材料的紫外光电子发射产额(photoelectron emission yield,PEEY),获得... 详细信息

空间环境会对航天器在轨效能发挥产生强烈影响,紫外(ultraviolet,UV)辐射是其中的一个重要因素,它可以导致航天器表面材料的电荷积累和电荷放电。通过测量航天器表面材料的紫外光电子发射产额(photoelectron emission yield,PEEY),获得光电发射基本数据,进行表面带电仿真分析,是研究航天器表面材料带电问题的一个重要方法。本文首先介绍PEEY理论模型的发展,包括福勒-杜布里奇(Fowler-Dubridge,FD)模型、一步模型、基于三步光电发射理论的三步模型(three-step model,TSM)/蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)模型以及基于矩的(momentsbased,MB)发射模型和量子模型(quantum model,QM),对各个模型的研究方法和适用条件进行分析对比,梳理PEEY模型的发展脉络。然后介绍PEEY的实验测试应用,包括国内外紫外光电子产额谱(UV-PEEY)仪器的发展和典型空间材料的PEEY实验研究,并着重讨论外界条件和表面条件对PEEY的影响,最后对空间表面材料PEEY的深入研究提出建议。

关键词：航天器表面材料光电子发射产额量子效率三步发射理论理论模型

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空间太阳极紫外三波段成像光谱仪系统设计

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光学学报 2024年第6期44卷 295-307页

作者：段紫雯邢阳光彭吉龙代树武王颖朱成林闫雷黄一帆刘越李林北京理工大学光电学院北京100081 北京卫星环境工程研究所北京100094 北京空间飞行器总体设计部北京100094 北京宇航系统工程研究所北京100076

太阳上层大气,即日冕、过渡区和色球,是由炽热的高度动态的磁化等离子体构成,其中高度电离的离子发射出丰富的极紫外谱线。空间太阳极紫外光谱成像观测对于捕获太阳上层大气中爆发活动的动态物理演化过程,以及实现对大气等离子体特征参... 详细信息

太阳上层大气,即日冕、过渡区和色球,是由炽热的高度动态的磁化等离子体构成,其中高度电离的离子发射出丰富的极紫外谱线。空间太阳极紫外光谱成像观测对于捕获太阳上层大气中爆发活动的动态物理演化过程,以及实现对大气等离子体特征参数的精确测量具有重要的意义。然而现有的极紫外光谱成像仪器只能针对太阳上层大气的一个或两个目标区域进行成像观测,缺乏采用单一仪器对整个太阳上层大气区域在大空间和宽波段尺度范围内的光谱进行诊断的能力,严重制约了人们对太阳爆发活动中的能量及物质输运过程的理解。为了利用单个仪器实现对日冕、过渡区和色球的高分辨率同时诊断观测,本文提出并设计了一款同时工作在17~21 nm、70~80 nm和95~105 nm三个波段的太阳极紫外成像光谱仪,该仪器基于非罗兰圆结构下的椭球面变线距(EVLS)光栅像差校正理论,采用狭缝扫描式成像光谱结构,实现了具有大离轴狭缝视场的高空间、高光谱分辨的消像散光谱成像。基于蒙特卡罗统计模拟方法对太阳极紫外三波段成像光谱仪的最优模型开展光线追迹仿真实验,仿真结果表明,所设计的成像光谱仪取得了良好的光栅像差校正效果,系统空间分辨率优于0.6″,光谱分辨率在17~21 nm波段优于0.006 nm,在70~80 nm和95~105 nm波段优于0.008 nm。本文研究对我国未来的太阳极紫外光谱成像仪器的发展和研制具有重要的理论意义,对我国未来的太阳空间探测任务的型号遴选具有重要的参考价值。

关键词：太阳空间探测太阳极紫外成像光谱仪光栅像差校正光线追迹

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太阳上层过渡区极紫外三级次无狭缝成像光谱仪系统设计

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光学学报 2024年第6期44卷 256-268页

作者：沈文杰邢阳光黄一帆彭吉龙代树武王颖朱成林闫雷刘越李林北京理工大学光电学院北京100081 北京卫星环境工程研究所北京100094 北京空间飞行器总体设计部北京100094 北京宇航系统工程研究所北京100076

提出了一款工作在Ne VII 46.52 nm谱线的新型三级次无狭缝成像光谱仪,该仪器采用两个超环面等线距光栅作为衍射元件,其中单个光栅仅工作于一个级次,这解决了现有三级次仪器使用单个光栅同时工作于三个级次的弊端,显著提升了系统校正离... 详细信息

提出了一款工作在Ne VII 46.52 nm谱线的新型三级次无狭缝成像光谱仪,该仪器采用两个超环面等线距光栅作为衍射元件,其中单个光栅仅工作于一个级次,这解决了现有三级次仪器使用单个光栅同时工作于三个级次的弊端,显著提升了系统校正离轴光栅像差的能力,结合光谱数据反演算法可以实现24′×24′视场下的高空间(1.547″)和高光谱分辨率(0.0078 nm)观测。

关键词：成像系统太阳空间观测太阳极紫外成像光谱仪无狭缝超环面等线距光栅

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金星大气声波传播特性研究以及光学遥感

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地球物理学报 2022年第7期65卷 2421-2431页

作者：张莹易忠任志鹏葛亚松彭吉龙于钱刘业楠院小雪北京卫星环境工程研究所北京100094 地球与行星物理重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

行星地震能够在大气中激发声波,该波动携带地震信息在大气中上传,可以作为行星地震监测研究的示踪目标.本文研究了不同频率的声波,在金星背景大气条件下的上传特征.通过计算大气密度分布、大气黏滞性和热传导效应引起的声波振幅变化,得... 详细信息

行星地震能够在大气中激发声波,该波动携带地震信息在大气中上传,可以作为行星地震监测研究的示踪目标.本文研究了不同频率的声波,在金星背景大气条件下的上传特征.通过计算大气密度分布、大气黏滞性和热传导效应引起的声波振幅变化,得到不同频率声波的振幅高度剖面.研究发现低频声波能够上传到较高高度,且振幅出现显著放大.根据振幅的高度分布以及金星光学辐射特征可以得到,通过光学遥感的方式探测金星声波扰动时,所选波段对应的辐射高度应为90 km附近及以上,并据此筛选了探测的可用频段.该研究结果为金星地质活动光学遥感探测的参数选择提供了参考.

关键词：金星大气声波衰减特征光学遥感

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极紫外太阳爆发成像建模仿真与反演算法研究

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光学学报 2021年第16期41卷 229-237页

作者：宋佳丹李亮彭吉龙清华大学工程物理系北京100084 粒子技术与辐射成像教育部重点实验室(清华大学) 北京100084 北京卫星环境工程研究所北京100094

为了提高对太阳活动等离子体运动速度探测的准确性,基于新型极紫外无缝成像光谱仪的五级次光谱成像设计,利用计算机断层成像和无缝成像光谱仪数据处理过程中的相似性,提出了一种新的用于求解太阳活动等离子体运动速度信息的三维重建算... 详细信息

为了提高对太阳活动等离子体运动速度探测的准确性,基于新型极紫外无缝成像光谱仪的五级次光谱成像设计,利用计算机断层成像和无缝成像光谱仪数据处理过程中的相似性,提出了一种新的用于求解太阳活动等离子体运动速度信息的三维重建算法。通过对仿真模型的重建,可以证明新算法的重建结果比现有算法的重建结果具有更高的准确性;同时,通过对比仿真结果,提出了更优的极紫外光谱成像系统设计方案。

关键词：光谱学极紫外光谱仪无缝成像太阳活动等离子体速度计算机断层成像

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空间X射线CCD驱动和读出电路设计及性能测试

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量子电子学报 2019年第2期36卷 231-237页

作者：彭吉龙北京卫星环境工程研究所北京100094

CCD的读出噪声等性能影响卫星X射线探测载荷的数据质量。空间应用的X射线CCD结构不同于普通CCD,其结构影响它的性能.以国外卫星广泛应用的E2V航天级CCD为例,分析了其X射线敏感CCD的内部结构,介绍了使用FPGA和驱动芯片满足时序和电平要... 详细信息

CCD的读出噪声等性能影响卫星X射线探测载荷的数据质量。空间应用的X射线CCD结构不同于普通CCD,其结构影响它的性能.以国外卫星广泛应用的E2V航天级CCD为例,分析了其X射线敏感CCD的内部结构,介绍了使用FPGA和驱动芯片满足时序和电平要求的驱动电路的方法,设计了一种可实现滤波功能、同时增益连续可调的CCD信号处理电路实现对CCD信号的放大和滤波,给出了利用Fe^(55)放射源配合驱动电路测试X射线CCD增益和读出噪声的方法,最终测得CCD和配套电路的增益为5.1 e^-/DN,读出噪声为37 e^-。

关键词： X射线光学 CCD性能测试驱动和读取电路增益读出噪声

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床旁肺部超声B线与呼吸衰竭患者降钙素原及氧合指数的相关性

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实用医技杂志 2022年第12期29卷 1292-1294页

作者：彭纪龙周盛李炜莆田学院附属医院超声科 351100 莆田学院附属医院康复科 351100

目的探讨床旁肺部超声B线与呼吸衰竭患者降钙素原(PCT)及氧合指数的相关性。方法选择2019年8月至2021年7月莆田学院附属医院收治的呼吸衰竭患者80例为研究对象。所有入组者均实施床旁超声、PCT及氧合指数检查,分析其相关性。结果0级PCT... 详细信息

目的探讨床旁肺部超声B线与呼吸衰竭患者降钙素原(PCT)及氧合指数的相关性。方法选择2019年8月至2021年7月莆田学院附属医院收治的呼吸衰竭患者80例为研究对象。所有入组者均实施床旁超声、PCT及氧合指数检查,分析其相关性。结果0级PCT水平低于1级,低于2级,低于3级(P<0.05),0级氧合指数水平高于1级,高于2级,高于3级(P<0.05),0级者发生呼吸衰竭2例(5%),1级者发生呼吸衰竭16例(40%),2级者发生呼吸衰竭28例(70%),3级者发生呼吸衰竭36例(90%),肺部超声分级和赋值与PCT水平呈正相关,与氧合指数水平呈负相关(P<0.05)。结论床旁肺部超声检查与呼吸衰竭患者体内PCT和氧合指数之间存在密切相关,对评估患者预后有一定价值。

关键词：床旁肺部超声呼吸功能不全炎症反应氧合状态

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经食管实时三维超声心动图评估房间隔缺损对封堵器选择的指导价值

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中国超声医学杂志 2023年第2期39卷 162-165页

作者：翁育娟陈薇林国钦蒋燕萍彭纪龙莆田学院附属医院超声科莆田学院附属医院心内科

目的探讨经食管实时三维超声心动图(RT-3D-TEE)评估成人房间隔缺损(ASD)对封堵器选择的指导价值。方法行介入封堵治疗的房间隔缺损患者41例，术前测量二维经胸超声心动图(2D-TTE)、二维经食管超声心动图(2D-TEE)及RT-3D-TEE的ASD最大... 详细信息

目的探讨经食管实时三维超声心动图(RT-3D-TEE)评估成人房间隔缺损(ASD)对封堵器选择的指导价值。方法行介入封堵治疗的房间隔缺损患者41例，术前测量二维经胸超声心动图(2D-TTE)、二维经食管超声心动图(2D-TEE)及RT-3D-TEE的ASD最大径(ASDTTE、ASDTEE、ASD3D)、RT-3D-TEE的ASD面积，并计算圆形面积代换直径(ASDD)。介入封堵成功后，在数字减影血管造影(DSA)机下测量封堵器伸展径(OSD)。结果在各种ASD形态中，形态以非类圆形为主(78%)。在类圆形ASD中，ASDTTE、ASDTEE、ASD3D及ASDD分别与OSD的差异均无统计学意义(P>0.05)。但在非类圆形ASD中，ASDTTE、ASDTEE小于ASD3D及OSD,差异均有统计学意义(P0.05)。总体ASD中，ASDD与OSD显著相关(r=0.93,P<0.01),ASDTTE、ASDTEE、ASD3D与OSD有较强相关性，分别为：y=0.75x±6.35,r=0.78,P<0.05;y=0.83x±5.14,r=0.82,P<0.05;y=0.85x±3.31,r=0.83,P<0.05。39例患者封堵成功，无严重并发症。结论 ASDD可为临床选择封堵器型号提供更准确的参考依据。

关键词：经食管实时三维超声心动图房间隔缺损封堵器

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