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宽谱段光学系统消二级光谱的设计

应用光学 2010年第3期31卷 360-364页

作者：王美钦王忠厚白加光中国科学院西安光学精密机械研究所陕西西安710119 中国科学院研究生院北京100039

利用修正的部分色散(P)和阿贝数(V)公式,计算一些典型的普通光学玻璃在450nm～950nm波段的色散特性,应用二级光谱理论,采用普通光学材料,设计了一个复消色差系统,分析近红外波段光学系统的二级光谱特性及校正方法,给出设计实例。设计结... 详细信息

利用修正的部分色散(P)和阿贝数(V)公式,计算一些典型的普通光学玻璃在450nm～950nm波段的色散特性,应用二级光谱理论,采用普通光学材料,设计了一个复消色差系统,分析近红外波段光学系统的二级光谱特性及校正方法,给出设计实例。设计结果表明:在可见光近红外波段,采用重冕玻璃ZK4、ZK8和特种火石玻璃TF3组合实现了二级光谱色差的校正,即从理论的0.18mm减少到0.084mm,证明该系统有较好的消色差能力,并且具有较长的后截距,为安装像移补偿反射镜提供了方便。

关键词：宽谱段二级光谱折射系统光学设计

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中红外波段地表发射率特性分析

光谱学与光谱分析 2018年第5期38卷 1393-1399页

作者：赵帅阳胡兴帮景欣蒋思佳贺丽琴马蔼乃晏磊北京大学空间信息集成与3S工程应用北京市重点实验室北京100871 College of Engineering South Dakota State University

陆表温度(LST)在地-气相互作用过程中扮演着重要的角色,是全球变化研究的关键参数。陆表发射率是陆表温度反演的关键输入参数之一。中红外谱区(3~5μm)介于可见光-近红外谱区(0.38~2.5μm)与热红外谱区(8~14μm)之间,地物的发射率在该... 详细信息

陆表温度(LST)在地-气相互作用过程中扮演着重要的角色,是全球变化研究的关键参数。陆表发射率是陆表温度反演的关键输入参数之一。中红外谱区(3~5μm)介于可见光-近红外谱区(0.38~2.5μm)与热红外谱区(8~14μm)之间,地物的发射率在该谱区表现出独特的光谱特性,可用于霜冻监测、矿物成分分析等研究。由于传感器在中红外谱区探测到的能量既有来自于地物自身发射的热辐射能量,又有反射的太阳辐射能量,这两部分的能量分离机理比较复杂,因此中红外谱区发射率特性分析的相关文献较少。本文针对单一均匀地表和具有混合像元的复杂地表计算了MODIS红外通道的有效发射率,发现通道有效发射率在单一均匀地表下与温度的耦合效应不强烈;但在复杂地表下,通道有效发射率与混合像元内的成分比例以及成分的地表温度具有耦合效应。在误差允许的范围内,混合像元的有效发射率可以忽略成分地表温度的影响。发射率误差对陆表温度反演精度的敏感性随着波长的变化而变化。在热红外波段,敏感性是其在中红外波段的2倍左右,说明利用中红外波段进行陆表温度反演具有一定的优势。

关键词：中红外发射率陆表温度反演 MODIS 宽谱段

用于沿海水色探测的机载紫外-可见-近红外高光谱成像仪

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光学精密工程 2018年第10期26卷 2363-2370页

作者：于磊陈结祥薛辉申远中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽合肥230031 合肥师范学院电子信息工程学院安徽合肥230601

本文主要设计一种新型的可用于机载的紫外-可见-近红外高光谱成像系统,从而为沿海水色环境与污染观测提供一种有效的观测仪器。首先,根据探测目标特点确定了仪器系统的性能设计参数,选择了Dyson成像光谱系统来满足系统在宽谱段上的高信... 详细信息

本文主要设计一种新型的可用于机载的紫外-可见-近红外高光谱成像系统,从而为沿海水色环境与污染观测提供一种有效的观测仪器。首先,根据探测目标特点确定了仪器系统的性能设计参数,选择了Dyson成像光谱系统来满足系统在宽谱段上的高信噪比和高光学性能;但Dyson成像光谱系统的结构过于紧凑,因此对Dyson成像光谱系统进行了研究,调整了狭缝、像面和光学元件的位置,使它们在轴向和垂直轴向上均具备足够的间隔,并在这种大空气间隔下分析了系统的完善消像差条件。通过光程分析和弯月透镜的加入,使改进型Dyson系统在0.278的数值孔径和320～1 000 nm的宽波段上具备良好的成像结果,全视场全波段MTF值在探测器奈奎斯特频率下(38.5 lp/mm)高于0.5,研制原理样机的光谱分辨率为3.375 nm,满足设计要求。该系统可为沿海水色环境的高光谱观测提供良好的工程应用基础。

关键词：成像光谱仪沿海环境戴森系统宽谱段

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超低面形宽带高反射薄膜设计及制备技术研究

红外与激光工程 2021年第2期50卷 120-125页

作者：白金林姜玉刚王利栓李子杨何家欢刘华松苏建忠天津津航技术物理研究所天津市薄膜光学重点实验室天津300308 光电材料智能表面织构技术联合实验室天津300308

光学薄膜元件的面形偏差会导致高精度激光系统中传输光束发生波前畸变,严重影响光学设备的性能。传统的面形偏差控制技术是采用双面镀膜,但需要反复抛光基片以获得高精度面形,这会大大增加研制成本,限制该方法的使用。文中基于离子束溅... 详细信息

光学薄膜元件的面形偏差会导致高精度激光系统中传输光束发生波前畸变,严重影响光学设备的性能。传统的面形偏差控制技术是采用双面镀膜,但需要反复抛光基片以获得高精度面形,这会大大增加研制成本,限制该方法的使用。文中基于离子束溅射沉积技术,采用薄膜应力形变模型预测镀膜后面形变化情况,然后对待镀元件的镀膜面预加工出与变形方向相反的面形,来补偿镀膜后膜层应力造成的薄膜元件变形,最后在预加工好的基片上制备超低面形的宽带高反膜,实现了在550~750 nm的工作波长下反射率R≥99.5%,面形PV≤0.15λ@632.8 nm。此项技术是通过标定薄膜材料的力学参数,预测在相同工艺条件下任意多层膜的面形变化,实现在超宽光谱设计的同时引入力学同步设计,制备出满足光、力双重指标的高质量光学薄膜。

关键词：薄膜元件面形应力预补偿技术宽谱段光学加工

Ⅰ类自发参量下转换相关光子圆环的时间相关特性研究

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物理学报 2016年第19期65卷 141-149页

作者：刘岩李健军高冬阳翟文超胡友勃郭园园夏茂鹏郑小兵中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室合肥230031

基于自发参量下转换产生相关光子的定标方法具有基于客观物理效应、无需溯源的优点,有望成为未来光辐射定标技术发展的新趋势.目前利用该技术定标光子计数型探测器的最低不确定度为0.18%,仍有进一步提高定标精度的潜力.由于相关光子圆... 详细信息

基于自发参量下转换产生相关光子的定标方法具有基于客观物理效应、无需溯源的优点,有望成为未来光辐射定标技术发展的新趋势.目前利用该技术定标光子计数型探测器的最低不确定度为0.18%,仍有进一步提高定标精度的潜力.由于相关光子圆环具有高光子速率特性,能够显著提高定标过程中信号光和空闲光的光子速率.为了提高该方法定标精度及利用相关光子定标模拟探测器,研究相关光子圆环的时间相关特性具有非常重要的意义.本文理论计算了Ⅰ类自发参量下转换产生的宽谱段相关光子圆环出射角度的空间分布,使用ZEMAX光学设计软件设计了用于接收宽谱段(450—1000 nm)相关光子圆环并能够滤除抽运光的光学系统,利用微光相机拍摄到了光学系统接收的430—860 nm波段的相关光子圆环;搭建了双通道相关光子圆环时间相关特性测量系统,观测到了1 m W连续激光器抽运非线性晶体产生的685 nm和736.89 nm波段相关光子圆环对具有明显的符合峰现象,从实验上验证了Ⅰ类自发参量下转换产生的相关光子圆环具有时间相关特性.

关键词：相关光子圆环宽谱段时间相关特性光学设计

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大视场红外星敏感器折反式光学系统设计

飞控与探测 2022年第5期5卷 12-18页

作者：闫昊昱王虎薛要克马泽华中国科学院西安光学精密机械研究所西安710119 中国科学院大学北京100049 中国科学院青年创新促进会北京100037 北京航空航天大学北京100191

星敏感器是以恒星为探测对象的高精度空间姿态测量装置,广泛应用于卫星、航天飞机、导弹等必备的高精度姿态敏感部件。为了实现在特定环境要求下的精确应用,设计了可应用于近红外波长的红外光学系统。首先,根据既定的参数进行了初始结... 详细信息

星敏感器是以恒星为探测对象的高精度空间姿态测量装置,广泛应用于卫星、航天飞机、导弹等必备的高精度姿态敏感部件。为了实现在特定环境要求下的精确应用,设计了可应用于近红外波长的红外光学系统。首先,根据既定的参数进行了初始结构的选型,并对马克苏托夫望远镜的形式进行了改进。然后,对设计结果进行了探测性能分析。随后对设计好的系统进行了公差分析及优化,使其能够满足加工装配需求。最后,为光学系统设计了遮光罩,进行了杂散光分析。设计与分析结果表明:该探测光学系统折反射镜全表面采用球面,系统总长171.2mm,全视场14μm包围能量分布均在86%以上,0.8视场内最大畸变小于4μm。该系统视场大、结构紧凑、装调难度低、探测灵敏度高、探测范围广、温度适应性强,可在0.8~1.9μm近红外波段的宽光谱范围内进行高精度目标检测的准确检测。

关键词：光学设计红外星敏感器折反式宽谱段低温低气压超紧凑

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新型光谱可调定标光源系统准直物镜设计

应用光学 2013年第4期34卷 570-574页

作者：翟文超徐骏丁蕾郑小兵中国科学院安徽光学精密机械研究所光学遥感中心安徽合肥230031

高精度光谱可调定标光源系统是针对高光谱遥感器的高精度定标提出的一种新型参考光源,设计了一个折射式宽谱段大相对孔径的准直物镜。镜头工作在400nm～1 000nm波段,半视场角2.2°、相对孔径F/2.8、焦距135mm。利用部分色散(P)和阿贝数(... 详细信息

高精度光谱可调定标光源系统是针对高光谱遥感器的高精度定标提出的一种新型参考光源,设计了一个折射式宽谱段大相对孔径的准直物镜。镜头工作在400nm～1 000nm波段,半视场角2.2°、相对孔径F/2.8、焦距135mm。利用部分色散(P)和阿贝数(ν)的修正公式,基于复消像差的基本原理,获得了镜头的初始结构。借助Zemax光学设计软件进行优化设计,重点校正了系统的二级光谱。最后,在设计波段上实现了复消色差,二级光谱残余量约为0.04mm,其他像差也得到了良好的平衡。镜头的MTFs在37lp/mm空间频率处均大于0.8,镜头整体性能满足设计指标。

关键词：宽谱段复消色差二级光谱光学设计高光谱遥感

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用于星震观测的低温红外光学系统研究

用于星震观测的低温红外光学系统研究

作者：张赓尧中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所)

学位级别：硕士

天基红外系统避免了地球大气对红外谱段的吸收、水汽环境对低温光学系统的影响和较短观测时段这些地基观测的缺点。本文提供了一种低成本,小型化的天基红外光学系统方案,可以实现高信噪比探测,通过获取实时的光度变化,推演红巨星时期的... 详细信息

天基红外系统避免了地球大气对红外谱段的吸收、水汽环境对低温光学系统的影响和较短观测时段这些地基观测的缺点。本文提供了一种低成本,小型化的天基红外光学系统方案,可以实现高信噪比探测,通过获取实时的光度变化,推演红巨星时期的恒星结构变化,了解恒星的演化过程,本文的主要任务:1)验证低温红外光学系统自身背景辐射模型,对系统自身背景辐射进行定量的计算;2)验证低温红外光学系统在微小卫星平台的实现可能性,验证进行红外天文观测的可实现性;3)验证低温光学系统的装调,加工可能性,为低成本的红外天文观测提供新方案,验证红外系统的杂散光抑制方案的可实现性,为未来研制低温红外光学系统奠定基础。本论文主要从以下几个方面开展相关研究工作:首先对国内外相关研究现状进行调研,总结目前的空间红外天文的发展现状和趋势,提出本文的研究方向和研究内容。其次从任务需求和信噪比出发,建立了0.9μm～5μm内的信号强度和背景辐射的计算模型,并对相关影响因素进行分析比较。在对光学系统的初始结构进行选取后,结合国产探测器计算出了信噪比为100时（十等星）相机的工作参数,确定系统工作温度130K,入瞳孔径80mm,积分时间160s等基本参数。计算初始结构参数,进行光学设计与无热化优化,通过光机材料匹配实现110K～130K的无热化设计;通过二次成像,系统在全视场下冷光阑匹配效率大于98%;针对常温装配低温使用的问题,提出了常温下校正镜补偿的解决方案。开展工程化分析和杂散光分析,采用的新型挡光环的杂光抑制能力比一般型强两倍,同时基于建立的模型对系统自身的热辐射进行模拟分析,光学元件和机械结构等自身的背景辐射不会影响到系统的信噪比,系统对外部杂散光辐射起到了一定的抑制作用。本文基于对红巨星星震观测的任务需求,以低温红外光学系统为研究内容,采用立方星平台设计了同轴折反二次成像光学系统,满足了低温、宽谱段、大相对孔径的红外天文观测要求,为红外天文观测提供了一种小型化的方案。

关键词：低温光学宽谱段星震观测光学设计杂散光分析

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水质在线监测仪用微型分光系统的设计与分析

光学与光电技术 2017年第6期15卷 36-40页

作者：卢欣春袁颖华孙颖奇赵舒迪罗勇钢南瑞集团公司(国网电力科学研究院) 江苏南京211000

基于交叉非对称式切尔尼-特纳系统设计了一种宽光谱高分辨率微型分光系统,采用Zemax光学设计软件进行了光路设计、优化及像质分析后,得到了尺寸为70mm×42mm×15mm、波长范围为200~750nm、分辨率为1.5nm的分光系统,并搭建了实验光路对... 详细信息

基于交叉非对称式切尔尼-特纳系统设计了一种宽光谱高分辨率微型分光系统,采用Zemax光学设计软件进行了光路设计、优化及像质分析后,得到了尺寸为70mm×42mm×15mm、波长范围为200~750nm、分辨率为1.5nm的分光系统,并搭建了实验光路对设计结果进行了性能验证,结果表明该系统满足了设计指标要求,具有小型化、高分辨率、结构简单、成本低等特点,可应用于水质在线自动分析仪器中进行多种水质参数的监测。

关键词：水质监测光学设计分光光度计宽谱段光谱分辨率