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原子滤光及鉴频技术在光电探测中的应用

激光与光电子学进展 2010年第4期47卷 7-13页

作者：龚顺生程学武李发泉杨国韬杨勇王嘉珉中国科学院武汉物理与数学研究所湖北武汉430071 中国科学院空间天气学国家重点实验室北京10019012 中国科学院研究生院北京100049

原子滤光器是一种新型的光频选择与光频鉴别器件,由于该器件工作频率由原子的跃迁频率所决定,使之具有中心频率极稳、工作带宽极窄、以及带外抑制强、透射效率高等诸多优点。近年来,该器件在激光雷达、激光通信等多种光电探测领域获得... 详细信息

原子滤光器是一种新型的光频选择与光频鉴别器件,由于该器件工作频率由原子的跃迁频率所决定,使之具有中心频率极稳、工作带宽极窄、以及带外抑制强、透射效率高等诸多优点。近年来,该器件在激光雷达、激光通信等多种光电探测领域获得了越来越广泛的应用,并由此大大提升了光电系统的能力和水平。介绍了几种典型的原子滤光及鉴频器件的原理、结构及其研制状况,并介绍这些原子滤光或鉴频器件在若干重要光电探测系统中的应用技术及应用效果。

关键词：原子滤光原子鉴频激光雷达激光通信

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钠原子滤光的太阳高光谱分辨成像观测

中国科学：物理学、力学、天文学 2016年第6期46卷 103-108页

作者：杨勇程学武窦贤康龚建村饶长辉熊俊夏媛李亚娟李发泉林鑫龚顺生中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子物理国家重点实验室武汉430071 中国科技大学地球和空间科学学院合肥230026 中国科学院空间科学与应用研究中心北京100190 中国科学院光电技术研究所成都610209 中国科学院大学北京100049

本文介绍基于钠原子滤光器的太阳高光谱观测原理及其典型透射谱型,并介绍观测到的全日面光球层顶部/色球层底部的太阳像.与常规光学干涉滤光相比,钠原子滤光透射峰值正好对应太阳夫琅和费D线的线心位置,因此能长期稳定对太阳进行高光谱... 详细信息

本文介绍基于钠原子滤光器的太阳高光谱观测原理及其典型透射谱型,并介绍观测到的全日面光球层顶部/色球层底部的太阳像.与常规光学干涉滤光相比,钠原子滤光透射峰值正好对应太阳夫琅和费D线的线心位置,因此能长期稳定对太阳进行高光谱观测;超窄带宽的滤光更有利于观测太阳大气诸多细节,如谱斑及其亮网络结构等.用原子滤光(589 nm)在武汉获得的全日面图像与SDO卫星在太空观测(AIA 160 nm真空紫外波长)的结构和细节极为相似,其原因在于两者对太阳大气观测的高度层次类似.因此,本文为高光谱分辨太阳大气精密高度层次的长期稳定观测提供一种有效手段.

关键词：高光谱分辨原子滤光太阳色球层

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钠黄光场电离原子滤光器方案的实验研究

中国激光 1993年第8期20卷 581-584页

作者：龚顺生王嘉珉刘炳模丁广良罗才雁中国科学院武汉物理研究所武汉430071

本文报道了在钠原子上利用电场电离探测的一种原子滤光方案的实验结果。采用与本实验相同的方案和不同的碱金属原子,可以制成具有各种不同波长的场电离原子滤光器。

关键词：原子滤光场电离钠原子

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原子滤光的太阳高光谱分辨成像观测

原子滤光的太阳高光谱分辨成像观测

第33届中国气象学会年会

作者：杨勇程学武窦贤康龚建村饶长辉熊俊夏媛李亚娟李发泉林鑫龚顺生中国科技大学地球和空间科学学院中国科学院空间科学与应用研究中心中国科学院光电技术研究所中国科学院大学

本文介绍基于钠原子滤光器的太阳高光谱观测原理及其典型透射谱型,并介绍观测到的全日面光球层顶部/色球层底部的太阳像。与常规光学干涉滤光相比,钠原子滤光透射峰值正好对应太阳夫琅和费D线的线心位置,因此能长期稳定对太阳进行高光... 详细信息

本文介绍基于钠原子滤光器的太阳高光谱观测原理及其典型透射谱型,并介绍观测到的全日面光球层顶部/色球层底部的太阳像。与常规光学干涉滤光相比,钠原子滤光透射峰值正好对应太阳夫琅和费D线的线心位置,因此能长期稳定对太阳进行高光谱观测;超窄带宽的滤光更有利于观测太阳大气诸多细节,如谱斑及其亮网络结构等。用原子滤光（589 nm）在武汉获得的全日面图像与SDO卫星在太空观测（AIA 160 nm真空紫外波长）的结构和细节极为相似,其原因在于两者对太阳大气观测的高度层次类似。因此,本文为高光谱分辨太阳大气精密高度层次的长期稳定观测提供一种有效手段。

关键词：高光谱分辨原子滤光太阳色球层

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原子滤光的太阳观测技术及初步结果

原子滤光的太阳观测技术及初步结果

第二十四届全国空间探测学术交流会

作者：程学武张俊杨勇李发泉龚威宋沙磊刘迎杰龚顺生中国科学院武汉物理与数学研究所武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室中国科学院研究生院

提出一种基于原子滤光的太阳高分辨成像观测系统,利用原子滤光器稳定性好、透射率高、带外抑制强和可成像等诸多优点,通过分别获取太阳大气吸收线的多普勒蓝移翼和红移翼的高分辨率光谱图像,经处理可获得全日面的多普勒速度场和磁场强... 详细信息

提出一种基于原子滤光的太阳高分辨成像观测系统,利用原子滤光器稳定性好、透射率高、带外抑制强和可成像等诸多优点,通过分别获取太阳大气吸收线的多普勒蓝移翼和红移翼的高分辨率光谱图像,经处理可获得全日面的多普勒速度场和磁场强度信息。在国家基金支持下,完成原子滤光器透射谱型的理论模拟和原理样机的研制,并对样机的透射谱型进行了测试,测试结果和理论符合很好。同时,完成了太阳自动跟踪系统的安装和调试,并获得了基于原子滤光的全日面图像。本文主要报道基于原子滤光的全日面成像观测系统和初步观测结果。

关键词：原子滤光太阳观测激光雷达电离层

来源： cnki会议评论

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原子控制光学信道在光电子系统中的应用

量子电子学报 2013年第1期30卷 1-6页

作者：龚顺生程学武李发泉陈振威杨勇宋沙磊刘林美中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子物理国家重点实验室湖北武汉430071

在许多光电系统中,如激光雷达、激光通信、光电探测等,对其滤光和鉴频的能力提出了越来越高的要求。采用传统的光学高分辨技术满足这些应用要求,存在高光谱分辨率与系统稳定性、技术复杂性、甚至成本的矛盾,而采用基于原子跃迁的高分辨... 详细信息

在许多光电系统中,如激光雷达、激光通信、光电探测等,对其滤光和鉴频的能力提出了越来越高的要求。采用传统的光学高分辨技术满足这些应用要求,存在高光谱分辨率与系统稳定性、技术复杂性、甚至成本的矛盾,而采用基于原子跃迁的高分辨光学技术(即原子滤光技术),可以在很大程度上缓解这一矛盾。在光电系统接收端采用原子滤光技术后,在其发射端也必须采用同种原子的同种跃迁控制激光波长,从而构成了原子控制的光学信道。介绍了原子控制光学信道的作用、原理、构成,以及几种采用原子控制信道进行高分辨率滤光和高精度鉴频的光电系统。

关键词：原子滤光原子稳频光学信道滤光和鉴频

原子法拉第效应器件稳频与鉴频的测速多普勒激光雷达

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量子电子学报 2013年第1期30卷 42-45页

作者：李发泉林鑫程学武杨勇武魁军龚顺生中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子物理国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049

利用法拉第反常色散滤光器(FADOF)透射频谱曲线稳定而又可调谐的特点,设计了一种测速多普勒激光雷达,一方面用其对发射激光稳频,同时用同种原子的FADOF对回波光鉴频,使发射激光频率和鉴频曲线建立相对稳定的关系,可有利于提高测速精度... 详细信息

利用法拉第反常色散滤光器(FADOF)透射频谱曲线稳定而又可调谐的特点,设计了一种测速多普勒激光雷达,一方面用其对发射激光稳频,同时用同种原子的FADOF对回波光鉴频,使发射激光频率和鉴频曲线建立相对稳定的关系,可有利于提高测速精度。试验系统采用Cs原子FADOF,在-40～40 m/s的测速范围内,测速误差为±0.74 m/s。

关键词：激光技术激光雷达多普勒测速原子滤光原子稳频

双波长高空探测激光雷达技术与钠层荧光通道的白天观测技术

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双波长高空探测激光雷达技术与钠层荧光通道的白天观测技术

作者：程学武中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所）

学位级别：硕士

对30～110公里高空大气层段的探测研究，在空间物理和大气科学中有着重要地位，对许多高技术和国防应用也有重要意义。长期以来，由于缺乏有效的探测手段，使得对这一高空层段的研究非常落后。瑞利散射和钠层荧光高空探测激光雷达的出... 详细信息

对30～110公里高空大气层段的探测研究，在空间物理和大气科学中有着重要地位，对许多高技术和国防应用也有重要意义。长期以来，由于缺乏有效的探测手段，使得对这一高空层段的研究非常落后。瑞利散射和钠层荧光高空探测激光雷达的出现，使这一局面大为改观。上世纪80年代以来，世界上不少发达国家相继建立了这两类高空探测激光雷达手段，并对其各自上空的该层段进行了许多探测研究。我们于1996年在国内率先研制成功了瑞利散射和钠共振荧光两种的高空探测激光雷达，为我国中高层大气的观测提供了大量数据，并获得到了许多重要观测结果。但由于这两种激光雷达的发射和接收的波长及其探测机制不同，因此两者不能同时工作，每次只能运行在一种激光雷达状态，即要么探测30～80km的中层大气，要么探测80～110km的高空钠层，造成了探测数据在空间和时间上的不连续。为了达到同时探测30km到110km宽范围的高空大气的目的，我们对原有的激光雷达系统进行了技术升级改造，使之成为一种具有同时探测中层大气和中层顶钠层能力的多功能激光雷达，并称之为双波长高空探测激光雷达。双波长高空探测激光雷达的研制成功，为中高层大气的宽范围连续性观测提供了有效手段，但是，由于高空探测激光雷达探测的是30公里以上高度段的大气散射回波信号，其信号微弱到必须使用光子计数的方法才能检测，而且信号微弱到在通常约1us的采样时间内，能收到1个回波光子的几率不超过10％。因此，白天的太阳光对高空探测激光雷达是一种严重的背景光干扰，这就使得绝大多数高空探测激光雷达只能在夜间工作，这种间断性观测对高层大气的连续变化特性，特别是潮汐波活动等，显然是不利的。为此，我们在上述双波长高空探测激光雷达的基础上，又通过采用钠原子滤光器技术，实现了钠层荧光激光雷达通道的白天和夜间的连续观测技术，并已初步获得了近50小时的连续钠层荧光观测。本论文工作即主要包括上述两部分内容：双波长高空探测激光雷达技术和钠层荧光激光雷达的白天观测技术。双波长高空探测激光雷达是我们提出的技术方案，已获国家发明专利(No：ZL 00 115964.X)。该技术方案通过采用两次倍频余光复用，双光纤焦面分光和高空收发联调等关键技术，将原来只能交替工作的瑞利散射和钠层荧光两种工作机制融入一台激光雷达中，从而实现了利用一台激光雷达对30～110公里高空的连通性探测。第一个主要内容是论述双波长高空探测激光雷达关键技术的实现和所达到的效果。钠层荧光激光雷达的白天观测是跟踪国际先进技术的工作。就我们所知，目前成功运行钠层荧光激光雷达白天工作的只有美国科罗拉多州立大学的激光雷达组，所用的关键技术是通过钠原子滤光器实现对白天太阳背景光的有效抑制。我们也通过采用类似的钠原子滤光器技术实现了本双波长激光雷达钠层荧光通道的白天观测。本论文的第二个主要内容即论述了钠原子滤光器的原理、研制和它在钠层荧光激光雷达接收系统中的成功应用，并给出了钠层荧光通道初步的白天观测结果。

关键词：双波长激光雷达白天观测原子滤光高空探测瑞利散射钠层荧光

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水下无线光通信关键技术研究

光学与光电技术 2017年第6期15卷 14-18页

作者：丁春全海军驻武汉地区通信军事代表室湖北武汉430079

简要阐述水下无线光通信国内外研究现状,指出蓝绿激光通信具有隐蔽性高、速率快、体积小等优势。分析了水下信道无线光的传输特性,对海水中激光衰减的来源进行了描述。根据系统框架,提出水下无线光通信的关键技术研究以及解决方案,分别... 详细信息

简要阐述水下无线光通信国内外研究现状,指出蓝绿激光通信具有隐蔽性高、速率快、体积小等优势。分析了水下信道无线光的传输特性,对海水中激光衰减的来源进行了描述。根据系统框架,提出水下无线光通信的关键技术研究以及解决方案,分别对高效自适应蓝绿光光源、通信链路方式以及超窄带原子滤波技术进行了研究。对日后水下无线光通信的研究提供了思路。

关键词：水下通信光通信蓝绿激光信道传输特性原子滤光通信链路