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基于绝对辐亮度计定标的积分球紫外光谱辐射特性研究

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中国激光 2011年第10期38卷 192-197页

作者：杨小虎王淑荣曲艺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 中国科学院研究生院北京100049

针对积分球开口光谱辐射特性测量的复杂性及紫外波段标准光源不确定度大的缺点,构建了一种基于紫外标准探测器的高精度绝对辐亮度计。用所构建的绝对辐亮度计,以3个波长为例,标定积分球开口光谱辐亮度,修正了250~400 nm波段积分球开口... 详细信息

针对积分球开口光谱辐射特性测量的复杂性及紫外波段标准光源不确定度大的缺点,构建了一种基于紫外标准探测器的高精度绝对辐亮度计。用所构建的绝对辐亮度计,以3个波长为例,标定积分球开口光谱辐亮度,修正了250~400 nm波段积分球开口光谱辐亮度曲线。同时,利用该绝对辐亮度计对积分球输出稳定性、积分球开口均匀性以及朗伯余弦特性进行了全面测试。积分球开口3个波长280,313和352 nm处光谱辐亮度定标合成标准不确定度分别为3.2%,3.0%和3.0%,积分球输出稳定性、开口均匀性以及朗伯余弦特性3个波长处合成标准不确定度分别为1.7%,1.6%和1.6%。不确定度分析表明用绝对辐亮度计研究积分球光谱辐射特性与传统的积分球光谱辐射特性研究相比方便可行且精度更高。

关键词：测量辐射定标绝对辐亮度计光谱辐射特性辐亮度定标

大孔径积分球辐射源光谱辐射特性测试方法研究

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量子电子学报 2001年第5期18卷 424-428页

作者：章骏平吴浩宇周威郑小兵中国科学院安徽光学精密机械研究所合肥230031

本文系统地介绍了积分球辐射源的光谱辐射特性的测试方法．通过实验测量了一内径为１２００ｍｍ，出光面直径为２００ｍｍ的积分球辐射源在３５０～２５００ｍｍ波段内的绝对光谱辐亮度，分析了测量不确定度，并对系统的稳定性、... 详细信息

本文系统地介绍了积分球辐射源的光谱辐射特性的测试方法．通过实验测量了一内径为１２００ｍｍ，出光面直径为２００ｍｍ的积分球辐射源在３５０～２５００ｍｍ波段内的绝对光谱辐亮度，分析了测量不确定度，并对系统的稳定性、出光面的平面和角度辐射均匀性、各亮阶之间的线性等辐射特性做了定量评估．

关键词：积分球光谱辐射特性测试辐射源

空间目标轨迹自适应天空背景光谱辐射特性测量系统

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测控技术 2012年第11期31卷 37-42页

作者：刘则洵任建伟万志李宪圣李葆勇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京100039

针对空间目标高精度、实时性等测量要求,通过对天空背景光谱辐射特性的分析,提出一种空间目标轨迹自适应天空背景光谱辐射特性测量系统。该系统以力矩电机和光电编码器作为转动控制基础,加入时统系统为实时测量提供保证,引入测量电视确... 详细信息

针对空间目标高精度、实时性等测量要求,通过对天空背景光谱辐射特性的分析,提出一种空间目标轨迹自适应天空背景光谱辐射特性测量系统。该系统以力矩电机和光电编码器作为转动控制基础,加入时统系统为实时测量提供保证,引入测量电视确保系统指向精度,以积分球和光纤光谱仪作为接收器件,实现准确可靠的测量。通过对系统的光谱辐射定标及外场引导测量实验,结果表明,系统光谱位置最大误差为0.31 nm,其对于天空背景光谱辐射亮度的测量结果与利用大气辐射传输模型软件MODTRAN模拟计算的结果具有较好的一致性,所得到的天空背景相关特性与天空背景的真实情况相符合。该系统能够实现对空间目标所经过的天空背景光谱辐射特性的自动测量。

关键词：天空背景光谱辐射特性力矩电机和光电编码器积分球光纤光谱仪

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钝头体进入火星大气非平衡流场光谱辐射特性

钝头体进入火星大气非平衡流场光谱辐射特性

作者：张磊哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

高超声速飞行器进入大气时,飞行器前端产生激波层。激波后气体温度和压力急剧上升,形成具有强烈热辐射特性的高温热化学非平衡反应流,导致飞行器表面被烧蚀并影响飞行器的通讯系统。为了得到飞行器表面的热流数据并设计合理的热防护系统... 详细信息

高超声速飞行器进入大气时,飞行器前端产生激波层。激波后气体温度和压力急剧上升,形成具有强烈热辐射特性的高温热化学非平衡反应流,导致飞行器表面被烧蚀并影响飞行器的通讯系统。为了得到飞行器表面的热流数据并设计合理的热防护系统,人们必须深入研究飞行器前端激波后热化学非平衡反应流的形成机理及其光谱辐射特性。本文以探路者号进入火星大气时激波后热化学非平衡气体为研究对象,基于Park双温度化学模型,利用CFD-FASTRAN软件进行模拟计算并得到了飞行器前端气体在不同热动力学条件下的流场参数。随后,对非平衡程度比较显著的一点进行光谱辐射特性研究。基于探路者号飞行器进入火星大气时所获得的飞行试验数据,本文利用CFD-FASTRAN软件对探路者号前端的流场进行了数值模拟,模拟中考虑了8组分(飞行高度为41.7km)和14组分(飞行高度依次为40.7km、32.0km、27.7km)混合气体。将模拟得到的滞止线上温度和主要组分(CO,CO,O)质量分数与文献进行比较,两者吻合较好,验证了本文所得流场数据的可靠性。分析14组分(飞行高度40.7km)飞行器前端滞止线上流场数据,可见:激波后气体温度和压力急剧上升,CO分子质量分数从95.6%下降至0.41%,CO分子质量分数从0上升至60.6%,O原子质量分数从0上升至35.8%。随着飞行高度的逐渐下降(40.7km、32.0km、27.7km工况),平动温度峰值依次为9457K、6049K、4847K,振动温度峰值依次为7068K、4948K、4252K,表明激波后气体非平衡程度不断降低。在距离火星地面40.7km高度时,飞行器前端非平衡特征显著。本文选取滞止线上一点(T=9457K,T=2576K),对激波后气体进行了光谱辐射特性研究。通过分析可得:在波长大于0.125μm时,束缚-束缚跃迁机制对谱线影响占优。在波长处于0.083-0.125μm范围时,束缚-自由跃迁机制影响占优。而自由-自由跃迁机制对激波后气体光谱辐射特性影响较小。对于束缚-束缚跃迁,在红外波段,CN分子的Red电子系统和CO分子的红外电子系统对谱线影响占优;在可见光波段,CN分子的Violet电子系统和O分子的Schumann-Runge电子系统对谱线的影响占优;在紫外波段,O分子的Schumann-Runge电子系统、CO分子的第四正系和NO分子的大部分电子系统(γ,β,δ,ε,b’,γ’)对光谱具有较大影响。

关键词：非平衡辐射高温气体火星大气流场模拟光谱辐射特性

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气固耦合下的飞行器尾焰光谱辐射特性研究

气固耦合下的飞行器尾焰光谱辐射特性研究

作者：陈杨西安邮电大学

学位级别：硕士

光学探测相较雷达探测具有隐蔽性更强和灵敏度更高等优势,尾焰光谱辐射特性作为飞行器探测的主要参数具有非常重要的研究意义。本文建立了气固耦合下飞行器尾焰的光谱辐射传输模型,分析了气固耦合作用对飞行器尾焰光谱辐射特性的影响,... 详细信息

光学探测相较雷达探测具有隐蔽性更强和灵敏度更高等优势,尾焰光谱辐射特性作为飞行器探测的主要参数具有非常重要的研究意义。本文建立了气固耦合下飞行器尾焰的光谱辐射传输模型,分析了气固耦合作用对飞行器尾焰光谱辐射特性的影响,研究了基于OH和氧化铝粒子的两相流尾焰紫外光谱辐射特性,为实际工程探测提供了理论依据。本文主要的研究工作包括:（1）建立了BEM-2发动机尾焰流场模型,分析了不同化学反应机理下的纯气相尾焰流场及不同氧化铝粒子含量下的气固耦合尾焰流场。结果表明,化学反应机理对尾焰流场的影响主要集中在二次燃烧区域;氧化铝粒子含量提高,尾焰流场温度上升,HO和CO的轴向摩尔分数下降位置后移,OH的含量增加。（2）从理论上推导了气固耦合下飞行器尾焰的光谱辐射传输方程,改进了传统球谐离散坐标法,并通过仿真验证了所建模型和算法在求解气固耦合下飞行器尾焰光谱辐射特性时是可靠和有效的。（3）仿真了BEM-2发动机尾焰流场,分析了气固耦合及纯气相尾焰的红外光谱辐射特性,并与实验数据进行了对比。结果表明,与纯气相尾焰相比,气固耦合下氧化铝粒子的加热作用导致尾焰流场温度升高,喷管出口处压强增大,马赫环前移,HO和CO在径向与轴向上的分布改变,尾焰红外辐射强度增大,且光谱辐射特性越强的波段,两种情况下的尾焰红外光谱辐射强度差异越大。（4）基于Mie理论和逐线积分法计算了尾焰中氧化铝粒子的散射特性和OH的紫外吸收系数,仿真了尾焰的紫外光谱辐射特性,并与实验结果进行了对比。结果表明,OH的吸收系数值沿着轴线方向随马赫环的位置上下波动;在261nm、282nm和306nm等紫外波长处,氧化铝粒子光谱辐射强度分别约占尾焰总光谱辐射强度的96%、85%和73%,远高于OH气体光谱辐射强度占比;尾焰紫外光谱辐射强度的径向范围整体较窄且尾部呈收敛状,与实验结果具有良好的一致性。（5）研究了多种氧化铝粒子模型的气固耦合尾焰流场特性,分析了其紫外光谱辐射特性。结果表明,增大氧化铝球形粒子粒径,会导致尾焰流场温度升高,OH摩尔分数增加,尾焰紫外光谱辐射强度增大;与氧化铝球形粒子相比,氧化铝簇团粒子可使尾焰流场温度升高,显著增强尾焰紫外光谱辐射强度。

关键词：气固耦合尾焰氧化铝粒子辐射传输模型光谱辐射特性

Voigt构型下磁场对微纳结构光谱辐射特性的调控

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Voigt构型下磁场对微纳结构光谱辐射特性的调控

作者：齐静波华中科技大学

学位级别：硕士

热辐射是基本的传热方式,实现热辐射在强度、光谱和方向等特性上的调控,对热管理、能源利用和信息传递等领域有重要应用。热辐射的本质是电磁波,微纳加工技术的成熟使得利用微纳结构支持的异常电磁响应来调制电磁波成为可能。磁光材料... 详细信息

热辐射是基本的传热方式,实现热辐射在强度、光谱和方向等特性上的调控,对热管理、能源利用和信息传递等领域有重要应用。热辐射的本质是电磁波,微纳加工技术的成熟使得利用微纳结构支持的异常电磁响应来调制电磁波成为可能。磁光材料作为主动调控手段之一,其电磁特性随磁场的变化而迅速改变,可以对辐射角度和光谱进行调制。非厄米PT(Parity-Time)对称光学通过改变损耗大小,可以对辐射方向进行调制。基于此,本文在小磁场的前提下,分别从异常电磁响应和PT对称理论出发,探讨了Voigt构型下的磁光效应在辐射特性调控中的作用机理。本文开展了以下工作:首先,设计了两种非金属亚波长光栅,通过激发导模共振和磁极化激元来增强磁光效应,实现了光谱辐射特性的动态调控。利用严格耦合波法和等效电路模型对仿真软件的模拟结果进行验证,并结合磁场强度分布图分析共振峰形成和移动的物理机制。研究发现,改变外加横向磁场的强度和旋转角度可以动态调控吸收峰的位置,基于导模共振的双窄带吸收器,在量级为0.1 T的磁场强度下就能获得较明显的调控效果。其次,将磁光效应与PT对称性结合起来,研究了不同入射条件下光子晶体的带隙和缺陷态对应的非对称反射谱和非互易透射谱,并且结合散射矩阵本征值分析了PT对称在不同相的辐射光谱,研究发现,改变磁场大小和介电常数虚部能实现角度调制和方向调制。此外,通过傅里叶级数展开确定了无源情况下光子晶体各层折射率虚部的取值,将PT对称的研究范围从增益/损耗平衡情况推广到了一般情况。结果表明,结构两侧的反射率对比度与波长和损耗系数同时相关,并且随着PT对称相变而变化,在奇异点处取最大值。

关键词：光谱辐射特性磁光效应 Voigt构型异常电磁响应 PT对称

基于发射法的熔盐光谱辐射特性测量及耦合传热研究

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基于发射法的熔盐光谱辐射特性测量及耦合传热研究

作者：刘翼哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

熔融盐作为一种优良的传热蓄热介质,有很多优势并且应用的领域广泛,包括太阳能热发电、生物质热解和核反应堆等。熔盐的工作温度一般都是高温领域,在高温领域的熔盐的物性参数是很重要的。在导热系数方面,不同的高端技术测量的结果差较... 详细信息

熔融盐作为一种优良的传热蓄热介质,有很多优势并且应用的领域广泛,包括太阳能热发电、生物质热解和核反应堆等。熔盐的工作温度一般都是高温领域,在高温领域的熔盐的物性参数是很重要的。在导热系数方面,不同的高端技术测量的结果差较大,并不考虑辐射的影响。在熔盐的管内流动换热方面,也只是考虑了对流换热的作用而忽略了辐射换热在整个换热过程中的影响。但是由于熔盐的工作温度是高温状态,所以辐射作用应该是很重要的。本文利用高温液态熔盐的辐射物性测量试验台,设计了测量液态熔盐自身等效发射率的实验方案。利用发射法对熔盐的发射率进行测量,采用角系数法和双基底法去除了炉膛内部和坩埚底部对测量结果的影响,得到了熔盐等效反射率的计算方程组。推导了吸收系数的计算公式。在熔盐的工作温度范围内,对液态Hitec盐、Solar salt盐三元碳酸盐进行了发射信号的测量,整体的温度范围是150℃-750℃,测量的间隔是50℃。计算得到了三种熔盐的自身等效发射率,并利用三种盐的自身等效发射率计算了三种盐的吸收系数。分析在液态熔盐的Na或K使三种盐的等效发射率在7μm处有个凹陷波形特征,NO使三元碳酸盐的等效发射率在7.5-9μm有个凹陷波形特征。以测量石英坩埚垫石墨纸为例对实验台进行了不确定度的分析其中包括响应函数、背景函数等因素的不确定度。利用Ansys workbench平台,模拟分析了Hitec盐在方管圆管横纹管的对流辐射换热,并与对流换热模拟结果对比。湍流状态下在方管中,随着雷诺数的增大辐射占比增强,最高可达26.3%。将模拟结果与经典实验关联式,结果吻合较好。设置的管外换热系数越大,辐射换热的占比越小。三种管的湍流流动对流辐射换热对比,横纹管的换热效果提高了1.47倍。层流状态下,辐射换热占换热比随着速度的增大而减小,模拟最高可达9.13%。研究了横纹管的结构参数对换热性能的影响,得到结果在一定范围内是槽深越深、槽宽越窄、节距越小,换热效果越好。

关键词：耦合换热光谱辐射特性发射法熔融盐

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亚波长金属光栅光谱辐射特性数值分析

亚波长金属光栅光谱辐射特性数值分析

作者：孙杰哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

热辐射及热辐射光谱特性控制在航天热控技术、热电转换技术、太阳能利用、选择性热辐射器以及激光技术等诸多领域有重要的应用背景。周期性微纳米结构,由于尺度效应,跟宏观热辐射特性相比有极大不同;已有研究表明周期性微纳米结构在调... 详细信息

热辐射及热辐射光谱特性控制在航天热控技术、热电转换技术、太阳能利用、选择性热辐射器以及激光技术等诸多领域有重要的应用背景。周期性微纳米结构,由于尺度效应,跟宏观热辐射特性相比有极大不同;已有研究表明周期性微纳米结构在调控热辐射光谱特性方面效果显著,但二维、三维周期性微纳米结构加工困难;一维周期性微纳米结构,结构简单,便于加工,已经成为新型的热辐射光谱特性控制方法。亚波长金属光栅属于一维周期性微纳米结构,在可见和红外波段都有异常光谱现象,研究其结构变化光谱特性变化规律,有助于一维微纳米结构在光谱特性控制方面上的应用。本文基于严格耦合波分析（RCWA）,时域有限差分（FDTD）算法,采用Lorrentz-Drude色散模型,对亚波长金属Ag光栅在不同偏振条件下的光谱辐射特性进行数值分析。通过改变狭缝腔—类F-P腔结构和位置,构造不同结构光栅;分析五种不同结构光栅,波长范围0.4μm ? 4μm,正入射条件下的反射光谱、透射光谱、吸收光谱及发射光谱特性;详细揭示光栅结构参数变化时亚波长金属光栅光谱特性变化规律并初步探讨光谱特性变化原因。通过狭缝阵列光栅、圆柱阵列光栅和圆柱阵列衬有狭缝腔阵列结构光栅光谱特性对比,初步说明狭缝腔腔模共振在亚波长金属光栅异常光谱特性中所起的重要作用。进一步改变狭缝腔的结构,构造复杂结构光栅,其光谱特性数值分析表明,通过改变狭缝腔的位置和结构参数,能够实现对亚波长金属光栅光谱辐射特性调控,说明调节亚波长金属光栅狭缝腔结构在光谱辐射特性调控方面的可行性。

关键词：亚波长金属光栅光谱辐射特性 RCWA FDTD Lorrentz-Drude

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蛋白核小球藻光谱辐射特性实验研究

节能技术 2024年第5期42卷 396-400页

作者：张琳陆有涛东北林业大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150040

微藻是一种非常有发展前景的生物质能源。为提高其生物质产率并降低成本,需要对光生物反应器进行优化设计,藻细胞光谱辐射特性是进行相关光学分析的基础物性参数。本文对蛋白核小球藻(Chlorella Pyrenoidosa)在可见光波段的光谱吸收截... 详细信息

微藻是一种非常有发展前景的生物质能源。为提高其生物质产率并降低成本,需要对光生物反应器进行优化设计,藻细胞光谱辐射特性是进行相关光学分析的基础物性参数。本文对蛋白核小球藻(Chlorella Pyrenoidosa)在可见光波段的光谱吸收截面、散射截面、衰减截面、散射反照率等光谱辐射特性参数进行了实验研究。在3种不同藻细胞浓度下测得的光谱吸收截面、散射截面及衰减截面基本相同,这与光散射理论结果吻合,即截面参数与粒子浓度无关,验证了测量结果的准确性。本文测量数据可为蛋白核小球藻混悬液中光场分布分析及相关光生物反应器优化提供必要的光学物性参数。

关键词：生物质能微藻蛋白核小球藻光谱辐射特性实验测量