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阿秒电子显微技术

中国科学:物理学力学天文学 2025年第1期 122-130页

作者：张曼玉赵立功惠丹丹付玉喜中国科学院西安光学精密机械研究所超快光科学与技术重点实验室中国科学院西安光学精密机械研究所阿秒科学与技术研究中心中国科学院大学

为了实现对物质内部微观粒子运动过程的直接可视化,研究人员不断探索具有更高时间与空间分辨率的新实验方法与技术.阿秒电子显微技术结合超短光脉冲与电子脉冲,基于泵浦-探测方案,旨在同时提供阿秒时间分辨率与原子级空间分辨率,从而为... 详细信息

为了实现对物质内部微观粒子运动过程的直接可视化,研究人员不断探索具有更高时间与空间分辨率的新实验方法与技术.阿秒电子显微技术结合超短光脉冲与电子脉冲,基于泵浦-探测方案,旨在同时提供阿秒时间分辨率与原子级空间分辨率,从而为深入理解物质微观机理和动力学规律提供关键实验参数和技术手段,进而实现物质宏观属性与微观底层运动的有效融合.阿秒电子显微技术自诞生之日起便成为国际上的研究热点,本文将简要介绍超快电子显微镜、阿秒电子脉冲的产生及阿秒电子显微技术的前沿研究进展.

关键词：光场选通阿秒电子脉冲超快电子显微镜阿秒电子显微镜

光稀释效应对O_(2)近红外气辉星载测风的影响

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光谱学与光谱分析 2025年第1期45卷 160-169页

作者：李昊天李发泉李娟王后茂武魁军何微微烟台大学物理与电子信息学院山东烟台264005 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院湖北武汉430071 中国科学院西安光学精密机械研究所陕西西安710119 中国科学院国家空间科学中心北京100190

利用星载光谱成像干涉仪测量O_(2)(a^(1)Δ^(g))日辉的多普勒频移信息是目前实现全球临近空间大气风场探测的先进技术手段,观测谱线O 19 P 18(7772.030 cm^(-1))的多普勒频移,可以在40~80 km的空间区域进行高精度和高灵敏度的风速测量,... 详细信息

利用星载光谱成像干涉仪测量O_(2)(a^(1)Δ^(g))日辉的多普勒频移信息是目前实现全球临近空间大气风场探测的先进技术手段,观测谱线O 19 P 18(7772.030 cm^(-1))的多普勒频移,可以在40~80 km的空间区域进行高精度和高灵敏度的风速测量,然而其探测精度受大气散射的具体影响尚不明晰。文章旨在分析光稀释效应对临近空间大气风场探测的影响,并对其引起的测风误差进行定量评估。首先介绍了O_(2)(a^(1)Δ^(g))光谱和大气散射的光谱特性。采用最新的HITRAN光谱参数、光化学反应速率常数以及大气模型计算得到O_(2)(a^(1)Δ^(g))不同反应机制的贡献。结合光化学反应速率计算得到O_(2)(a^(1)Δ^(g))的体辐射率,并分析了太阳天顶角对体辐射率分布的影响,基于爱因斯坦系数和谱线强度分别计算得到O_(2)(a^(1)Δ^(g))在不同温度和自吸收效应条件下的光谱辐射模型,并分析了不同地理气象因素对大气散射光谱造成的影响。其次,介绍了临边观测多普勒非对称空间外差光谱仪(DASH)的测量技术原理,描述了如何去除大气散射分量以生成纯净的气辉干涉图,基于DASH仪器概念对获取干涉图像的正演过程进行了阐释。再次,针对反演问题引入了“剥洋葱算法”,在考虑自吸收效应和光稀释效应影响的情况下,消除了目标层上方大气层贡献,解决了干涉图像中目标层信息的提取问题。最后,通过误差分析得到了大气风场探测精度廓线及其随地理气象因素影响的变化规律,证明光稀释效应的存在降低了干涉图对比度并增加了测量噪声,这对临边观测权重和有效信噪比产生了不利影响。研究表明,在45~80 km的切线高度范围内,测风精度受大气散射的影响较小,其误差约为2~3 m·s^(-1);而在45 km以下,测风精度受光稀释效应的影响随海拔高度的降低而急剧增大,且受地表反照率、气溶胶和云量等因素的影响而显著升高,在同时考虑三种因素影响的情况下,其探测下限最低约为40 km。

关键词：临近空间光稀释效应测量精度大气风场光学仪器

基于石墨烯/硫化铅量子点异质结的窄带光电探测器

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半导体技术 2025年第1期50卷 10-16页

作者：郑玉琳黄北举程传同陈力颖天津工业大学电子与信息工程学院天津300387 中国科学院半导体研究所光电子材料与器件重点实验室北京100083

纳米材料硫化铅量子点(PbS QD)以其高光吸收率和尺寸可调的带隙,被视为短波红外(SWIR)光电探测器的重要候选材料。将卤素配体置换的PbS QD薄膜与单层石墨烯结合制备了石墨烯/硫化铅量子点异质结光电探测器。采用液相配体交换技术结合单... 详细信息

纳米材料硫化铅量子点(PbS QD)以其高光吸收率和尺寸可调的带隙,被视为短波红外(SWIR)光电探测器的重要候选材料。将卤素配体置换的PbS QD薄膜与单层石墨烯结合制备了石墨烯/硫化铅量子点异质结光电探测器。采用液相配体交换技术结合单步旋涂工艺,实现了PbS QD薄膜的均匀沉积。该技术不仅减少了缺陷态的产生,而且通过单步旋涂工艺能够实现所需薄膜厚度的快速沉积,简化了器件制备流程,满足工业化生产要求。测试了器件在SWIR波段的性能,结果显示该光电探测器在1550 nm处响应度为1.26×10^(4)A/W,显著高于其他波段,证实器件在1550 nm波段附近具有窄带探测的能力。此外,在1550 nm处比探测率高达1.49×10^(12)Jones。该结果表明器件在SWIR波段具备高探测灵敏度和实际应用的潜力。

关键词：相转移配体交换硫化铅量子点石墨烯光电探测器红外探测

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中国东部沙地温带稀树草原的分布与制图

中国科学:地球科学 2025年第1期 126-140页

作者：李晓雅王锋段涛杨凯捷杨斌王春梅田昕卢琦中国林业科学研究院生态保护与修复研究所中国林业科学研究院荒漠化研究所三北工程研究院生态环境部卫星环境应用中心中国科学院微电子研究所中国科学院空天信息创新研究院中国林业科学研究院资源信息研究所

稀树草原广泛分布于全球各个区域,对调节陆地净初级生产力和陆地碳循环至关重要.由于稀树草原树草混合分布使其具有较高的空间异质性,当前的全球土地覆盖分类图多将其划分为森林或草原.中国温带稀树草原覆盖面积广泛,但缺乏对其空间格... 详细信息

稀树草原广泛分布于全球各个区域,对调节陆地净初级生产力和陆地碳循环至关重要.由于稀树草原树草混合分布使其具有较高的空间异质性,当前的全球土地覆盖分类图多将其划分为森林或草原.中国温带稀树草原覆盖面积广泛,但缺乏对其空间格局和面积的认识.本研究基于中国温带稀树草原植被结构特征,参考联合国粮食及农业组织对稀树草原的定义,发展了一套融合无人机和卫星两种数据源的温带稀树草原的遥感制图新方法.利用覆盖主要稀树草原类型总面积1818ha的无人机高分辨率图像构建训练和验证数据集,集成分类和回归树算法与随机森林算法,估算了稀树草原上木本和草本植物的覆盖度,绘制了最小识别面积为0.5ha的中国东部科尔沁和浑善达克沙地温带稀树草原分布图.结果表明,新方法对稀树草原上木本和草本植物覆盖度估算均方根误差分别为10.69%和11.67%,决定系数分别为0.66和0.63.中国东部沙地温带稀树草原分布图精度评估Kappa系数为0.70,总体精度为0.88,平均精度为0.85,表明分布图具有较高的识别精度.中国东部沙地温带稀树草原集中分布于科尔沁沙地北部、浑善达克沙地中东部和大兴安岭南麓山地向平原过渡的区域,总面积为3.27×106ha.区域稀树草原类型主要为榆树稀树草原、栎树/槭树稀树草原和灌丛稀树草原.榆树稀树草原广泛分布于浑善达克沙地、科尔沁沙地东部和北部,呈条带状与流动沙丘相间分布;槭树/栎树稀树草原主要分布于科尔沁沙地北部,生长于低山丘陵;面积最大的温带稀树草原类型为灌丛稀树草原,主要分布于浑善达克沙地西部、科尔沁沙地中部和西部.本研究绘制了中国东部科尔沁、浑善达克沙地温带稀树草原空间分布图,提供了两大沙地温带稀树草原地理分布和面积的精确信息.数据成果可支撑中国温带稀树草原生态系统保护和利用、东部沙地荒漠化防治和生态系统恢复等相关科学研究和保护政策制定.研究方法为全球尺度稀树草原精细分类制图及稀树草原动态变化分析提供了新思路.

关键词：温带稀树草原无人机高分卫星木本植物覆盖度草本植物覆盖度机器学习

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基于傅里叶合成技术的光刻照明系统研究

中国激光 2023年第6期50卷 105-112页

作者：李慧吴晓斌韩晓泉马赫沙鹏飞中国科学院微电子研究所光电技术研发中心北京100029

离轴照明技术是光刻工艺中提高成像分辨率的关键技术之一。本文提出了一种基于傅里叶合成技术的照明系统,该系统能够实现任意照明模式,并可以提高成像数值孔径,同时具有灵活高效、能量利用率高、易于实现等优点。本课题组通过计算仿真... 详细信息

离轴照明技术是光刻工艺中提高成像分辨率的关键技术之一。本文提出了一种基于傅里叶合成技术的照明系统,该系统能够实现任意照明模式,并可以提高成像数值孔径,同时具有灵活高效、能量利用率高、易于实现等优点。本课题组通过计算仿真和搭建的实验装置验证了傅里叶合成技术实现任意照明模式的可行性,掌握了傅里叶照明系统所需的数值孔径合成方法,实现照明所需的发散度。基于优化的照明程序版图在实验中实现了圆盘、二级、四极、环形等照明模式,这些照明模式光强分布较均匀且照明形状无畸变。当MEMS二维振镜的扫描角度为±1°且选用收集镜成像倍率为10时,在收集镜上可以实现最大扫描照明尺寸超过30 mm,焦点面上的4×NA值超过0.6,这一结果可以匹配当前及下一代光刻工艺及掩模检测应用的照明需求。

关键词：傅里叶光学傅里叶合成光刻工艺离轴照明椭球收集镜角度扫描

月球钛铁矿原位分选富集多物理场仿真与优化分析

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中国科学:地球科学 2025年第1期 194-206页

作者：张鹏刘欣刘光辉代巍杨瀚哲郑海菠王之牛冉白一帆张阳刘成保杨格杨军伟张光中国科学院空间应用工程与技术中心北京合工仿真技术有限公司

月球资源的探测与利用已成为未来月球探测任务的主要目标.月球矿物的分类采集与处理是月球资源原位探测与利用的基础前提.本文提出了一种基于干式磁选法的月壤磁性矿物原位分选富集方案,通过改变不同磁性特征月壤颗粒的运动轨迹实现磁... 详细信息

月球资源的探测与利用已成为未来月球探测任务的主要目标.月球矿物的分类采集与处理是月球资源原位探测与利用的基础前提.本文提出了一种基于干式磁选法的月壤磁性矿物原位分选富集方案,通过改变不同磁性特征月壤颗粒的运动轨迹实现磁性矿物从月壤中分离.我们对该干式磁选装置进行了详细建模,对磁性参数的三维分布特征进行了有限元计算和分析.基于嫦娥五号样品的表征与分析结果,进一步开展月壤颗粒形貌和物理特征的建模与仿真模拟.最后,对月壤颗粒多物理场作用下的运动过程进行了离散元仿真分析,研究了关键参数对月壤中钛铁矿富集性能的影响.结果表明,在特定的磁场强度和滚筒转速下,可有效实现月壤中钛铁矿的分选富集.此外,还研究了月球弱重力和月壤颗粒带电特性对富集过程的影响,结果表明弱重力作用和带电特性均能有效促进钛铁矿的富集过程.本研究验证了干式磁选法用于月壤钛铁矿富集的可行性,为月球矿物资源的开采、处理和利用等科学任务的实施提供了理论基础.

关键词：月壤原位资源利用磁选分选富集

基于SCIATRAN的临近空间氧气光谱敏感性分析

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光谱学与光谱分析 2025年第1期45卷 170-178页

作者：叶松胡双寒熊伟李树王新强王方原汪杰君桂林电子科技大学光电工程学院广西桂林541004 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安徽合肥230031 广西光电信息处理重点实验室广西桂林541004

临近空间大气温度场的研究具有重要的科学意义,根据全时相大气温度示踪物辐射机制与分布特征研究表明,氧气作为大气的主要成分之一,广泛分布于临近空间且辐射强度明显,所以氧气探测是研究临近空间温度变化的重要基础。临近空间氧气探测... 详细信息

临近空间大气温度场的研究具有重要的科学意义,根据全时相大气温度示踪物辐射机制与分布特征研究表明,氧气作为大气的主要成分之一,广泛分布于临近空间且辐射强度明显,所以氧气探测是研究临近空间温度变化的重要基础。临近空间氧气探测主要是依据太阳辐射的短波红外部分被大气层氧气分子吸收得到的吸收谱线,该谱线携带着氧气含量等重要信息。利用探测器得到的氧气光谱进行高精度反演可以得到温度等信息。探测过程中的太阳天顶角、方位角、临边切高及气溶胶参数等因素对氧气影响不同,基于SCIATRAN模型分析氧气对不同参数的敏感性。通过对探测方式和环境因素引起的辐射亮度变化来分析计算氧气对其敏感性。结果表明:氧气的辐射亮度在天顶角为60°以下是随天顶角增大而增大的,但在超过60°后变化随之相反,一天内的太阳天顶角对于氧气的辐射亮度影响不超过0.01 W/m^(2)/nm/sr,且差值不超过7%;氧气辐亮度随方位角增大而减小;氧气辐射亮度随切线高增加而减小,且减小幅度逐渐下降;气溶胶类型对氧气辐射亮度的影响差值比例在10%以内;气溶胶季节对氧气辐射亮度影响是春夏季节要大于秋冬季节;不同气溶胶类型下的气溶胶光学厚度倍数对氧气辐射亮度影响的差值比例均在30%以内,且农村与海洋型气溶胶下光学厚度倍数与辐射亮度成正比,城市型气溶胶下与之相反。仿真数据的结果与实测数据结果对比分析验证了SCIATRAN模型仿真数据的有效性和可行性。该研究为临近空间的氧气探测提供了科学依据,为临近空间的反演等相关研究领域提供参考。

关键词：临近空间氧气辐射传输敏感性

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准分子激光器预电离过程影响分析

物理学报 2023年第19期72卷 119-125页

作者：王倩范元媛赵江山刘斌亓岩颜博霞王延伟周密韩哲崔惠绒中国科学院微电子研究所光电技术研发中心北京100094

准分子激光器由于其短波长、高重频、大能量在国民经济生产中具有重要作用.在准分子激光器应用场景及输出特性中,光束质量及能量稳定性是高端准分子光源的指标,而预电离过程发展得充分与否是准分子激光系统能否输出高光束质量、能量稳... 详细信息

准分子激光器由于其短波长、高重频、大能量在国民经济生产中具有重要作用.在准分子激光器应用场景及输出特性中,光束质量及能量稳定性是高端准分子光源的指标,而预电离过程发展得充分与否是准分子激光系统能否输出高光束质量、能量稳定的激光脉冲的关键.本文主要针对ArF准分子激光器的预电离过程,建立了一维及二维仿真计算模型,基于Comsol Multiphysics软件的流体计算方法进行数值仿真分析计算,重点研究了预电离过程中电离波的传播过程以及预电离与主放电之间的关系.研究表明,进行准分子激光器进行系统设计时,要综合考虑电晕棒及主电极的空间结构.合适的预电离结构及预电离电压能够使主放电在自由电子维持期间被触发,可以有效降低放电电压,避免流注及弧光放电,提升输出光束质量及系统能量稳定性.

关键词：准分子激光器流体模型预电离电子密度

FY-3E电离层光度计数据的电离层及热层贡献的分离

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中国科学:地球科学 2025年第1期 171-183页

作者：江芳毛田王劲松胡秀清张效信付利平贾楠王天放中国科学院国家空间科学中心空间环境探测研究室天基空间环境探测北京市重点实验室中国科学院空间环境态势感知技术重点实验室国家卫星气象中心

2021年7月5日,远紫外气辉探测仪小型电离层光度计TRIPM随太阳同步晨昏轨道气象卫星FY-3E发射升空. TRIPM设置了三个通道,分别用以测量不同条件下的辉光:夜间通道用于测量O+和电子辐射复合产生的135.6nm辉光,白天/晨昏135.6nm通道用于测... 详细信息

2021年7月5日,远紫外气辉探测仪小型电离层光度计TRIPM随太阳同步晨昏轨道气象卫星FY-3E发射升空. TRIPM设置了三个通道,分别用以测量不同条件下的辉光:夜间通道用于测量O+和电子辐射复合产生的135.6nm辉光,白天/晨昏135.6nm通道用于测量有光照时的OI 135.6nm辉光,白天/晨昏N2LBH通道用于测量N2LBH辉光.由于轨道特征, TRIPM的探测数据主要分布在晨昏或者太阳天顶角较大的白天时刻.本文结合模拟计算,分析了这部分数据的时空分布特性.在此基础上,为了挖掘晨昏轨道电离层数据产品的应用价值,本文尝试利用模型将TRIPM在白天/晨昏135.6nm通道的测量数据进行电离层辐射复合贡献与热层光电子激发贡献的分离.这样做不仅可以提高O/N2的反演精度,同时还能得到相同时刻的电离层产品.研究结果显示,从测量数据中提取出的来自O+与电子辐射复合的135.6nm辐射与对应的GPS TEC数据具有相似的赤道异常驼峰结构特征及季节变化.而分离出来的来自热层光电子碰撞激发的135.6nm辐射,因不含辐射复合贡献,与N2LBH波段在获取O/N2时也极大程度地避免了电离层的影响.

关键词：远紫外气辉 135.6nm气辉辐射强度光电子激发辐射复合激发