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低成本小型化遥感光学系统设计

应用光学 2024年第4期45卷 693-699页

作者：郭欣瑜周顺梅超闫阿奇马迎军齐自淼武银子西安工业大学光电工程学院陕西西安710021 中国科学院西安光学精密机械研究所陕西西安710119 西安市飞行器光学成像与测量技术重点实验室陕西西安710119

随着航空航天成像技术的发展,遥感成像观测系统需求不断增加,为了简化光学系统的加工装配复杂度,缩小光学系统体积,该文提出了一种低成本、小型化遥感成像光学系统设计方法。在全球面镜的基础上,配合氟化钙等低色散材料,设计了一种焦距2... 详细信息

随着航空航天成像技术的发展,遥感成像观测系统需求不断增加,为了简化光学系统的加工装配复杂度,缩小光学系统体积,该文提出了一种低成本、小型化遥感成像光学系统设计方法。在全球面镜的基础上,配合氟化钙等低色散材料,设计了一种焦距2000 mm,适用于5.08 cm(2 inch)探测器的光学成像系统,该系统在50 lp/mm处MTF(调制传递函数)优于0.41,体积与R-C系统接近,系统的球面主、次镜避免了在加工装调时使用非球面补偿器,降低了加工装调成本。同时设计了新型百叶窗遮光罩结构,有效避免了传统外遮光罩结构形式体积过大的问题,规避角大于12°后PST(点源透射比)值均小于10^(-6),且光学体积仅为ф227×421 mm^(3),远小于传统外遮光罩形式。该系统具有低成本、结构小型化、轻量化、像质优良、杂散光抑制良好等优点,在工程应用中可以满足航空航天成像系统的使用要求。

关键词：光学设计遥感光学成像系统可见光长焦距小型化

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PEG含量对多孔膜光学带隙及激光损伤特性的影响

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应用光学 2024年第4期45卷 841-848页

作者：孙少斌徐均琪苏俊宏李阳王通刘政西安工业大学陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室陕西西安710021 中国科学院西安光学精密机械研究所先进光学制造技术联合实验室陕西西安710119

采用溶胶凝胶技术结合旋涂法,在石英基底及Si基底上分别制备了孔隙率不同的TiO_(2)和SiO_(2)薄膜,并对两者的光学及激光损伤特性进行了研究。根据透射光谱曲线计算出薄膜的光学带隙,发现光学带隙随着孔隙率的增大而增大,TiO_(2)薄膜的... 详细信息

采用溶胶凝胶技术结合旋涂法,在石英基底及Si基底上分别制备了孔隙率不同的TiO_(2)和SiO_(2)薄膜,并对两者的光学及激光损伤特性进行了研究。根据透射光谱曲线计算出薄膜的光学带隙,发现光学带隙随着孔隙率的增大而增大,TiO_(2)薄膜的光学带隙大小为3.75 eV~3.97 eV,SiO_(2)薄膜的光学带隙大小为3.52 eV~3.78 eV。椭偏测量结果表明,当聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)质量分数从0、0.8%、4.0%提高至8.0%时,在波长1064 nm处,TiO_(2)薄膜的孔隙率从11.5%、14.1%、30.9%增大至38.7%,折射率从2.0635、2.0165、1.7481降低至1.6409;SiO_(2)薄膜的孔隙率从4.04%、4.6%、5.7%提升至13.9%,折射率从1.4386、1.4358、1.4204降低至1.3879。除PEG质量分数为0.8%的TiO_(2)薄膜外,所有TiO_(2)和SiO_(2)薄膜样品的消光系数均优于10-3,说明薄膜的吸收较小。薄膜的激光损伤阈值(laser induced damage threshold,LIDT)受孔隙率的影响较大,孔隙率越大,TiO_(2)薄膜的激光损伤阈值越高,其值最高可达16.7 J/cm~2;而SiO_(2)薄膜的激光损伤阈值较未添加PEG的激光损伤阈值并未提高,当PEG质量分数从0.8%增加到8.0%时,SiO_(2)薄膜的激光损伤阈值提高了1.9 J/cm~2。总而言之,提高孔隙率有助于提高薄膜的抗激光损伤性能。

关键词：溶胶凝胶法 TiO_(2) SiO_(2) 聚乙二醇光学带隙激光损伤阈值

基于光热反射的高功率半导体激光器输出腔面温度研究方法

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中国激光 2024年第13期51卷 15-23页

作者：徐梓棒苗新莲刘育衔兰宇赵宇亮张翔杨国文袁孝苏州大学光电科学与工程学院江苏苏州215006 江苏省先进光学制造技术重点实验室江苏苏州215006 教育部现代光学技术重点实验室江苏苏州215006 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室陕西西安710119 度亘核芯光电技术(苏州)有限公司江苏苏州215000

半导体激光器输出腔面温度过高是导致腔面失效的关键因素,该温度直接决定了激光器的最高输出功率和可靠性。由于半导体激光器输出腔面尺寸在微米量级,故温度测量系统需要具有亚微米量级的空间分辨率,以获取输出腔面处的温度分布信息。... 详细信息

半导体激光器输出腔面温度过高是导致腔面失效的关键因素,该温度直接决定了激光器的最高输出功率和可靠性。由于半导体激光器输出腔面尺寸在微米量级,故温度测量系统需要具有亚微米量级的空间分辨率,以获取输出腔面处的温度分布信息。采用光热反射成像技术建立了空间分辨率优于0.5μm的温度测量系统,开展了半导体激光器输出腔面的测温研究。结果表明,半导体激光器输出腔面温度沿慢轴方向的分布极不均匀;在10 A驱动电流下,条宽为100μm的975 nm高功率半导体激光器输出腔面外延层不同位置处的最大温差超过7℃,且输出腔面处量子阱层的最高温度(55℃)比结温(44.9℃)高10.1℃。研究结果有助于精确测量半导体激光器输出腔面的温度分布,对高功率半导体激光器的设计、测试、光学灾变损伤和失效分析等具有重要意义。

关键词：激光器半导体激光器光热反射腔面温度灾变性光学镜面损伤

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10瓦级3.5μm中红外全光纤激光器研究

中国激光 2024年第5期51卷 273-274页

作者：肖旭升谌业威何文涛何宇轩梁文涛肖扬郭海涛中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室陕西西安710119 哈尔滨工程大学青岛创新发展基地山东青岛266000

3μm波段光纤激光因在环境监测、医疗成像、科学研究和工业加工等多个领域中的应用潜力而备受关注。近年来,国际研究机构在3μm波段光纤激光器的大功率、全光纤化等方面取得了显著的研究进展。2022年,加拿大拉瓦尔大学基于增益光纤中直... 详细信息

3μm波段光纤激光因在环境监测、医疗成像、科学研究和工业加工等多个领域中的应用潜力而备受关注。近年来,国际研究机构在3μm波段光纤激光器的大功率、全光纤化等方面取得了显著的研究进展。2022年,加拿大拉瓦尔大学基于增益光纤中直接刻写的光纤光栅实现了全光纤结构,获得了最大输出功率达到14.9 W的3.5μm光纤激光。由于中红外光栅刻写技术(耐高功率性能、光栅对的波长匹配性能等)相对落后.

关键词：光纤激光器光纤光栅全光纤化最大输出功率红外光栅医疗成像功率性能拉瓦尔大学

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干涉调制傅里叶变换光谱成像技术

光学学报 2024年

作者：吕金光梁静秋赵百轩陈宇鹏王维彪秦余欣赵莹泽郑凯丰中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室光学系统先进制造全国重点实验室

傅里叶变换光谱技术基于干涉调制原理，具有多通道、高通量、波数精度高、杂散光影响小、自由光谱范围宽、光谱分辨率高、信噪比高等一系列优点，在物理、化学、生物、医学、环境、材料等领域具有十分广泛的应用。本文首先根据干涉调制... 详细信息

傅里叶变换光谱技术基于干涉调制原理，具有多通道、高通量、波数精度高、杂散光影响小、自由光谱范围宽、光谱分辨率高、信噪比高等一系列优点，在物理、化学、生物、医学、环境、材料等领域具有十分广泛的应用。本文首先根据干涉调制的类型，对Michelson干涉结构、Mach-Zehnder干涉结构以及Sagnac干涉结构的系统光路形式与调制干涉原理进行介绍；然后按照干涉图像的数据采集模式，对具有成像功能的时间调制、空间调制以及时空联合调制三种傅里叶变换光谱成像技术的干涉成像光学原理和干涉图像数据结构进行阐述，并综述了国内外傅里叶变换光谱成像技术研究的历史背景与研究现状，对每种类型的代表性研究成果进行了介绍；最后对各类傅里叶变换光谱成像技术的优点和局限性进行了分析，并对未来发展趋势进行展望，进而为实际具体应用任务中傅里叶变换光谱成像技术的合理选型与设计起到一定的指导作用。

关键词：光谱学光谱成像干涉调制傅里叶变换光谱

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基于机器学习的硝酸拉曼光谱定量分析方法

探测与控制学报 2024年第4期46卷 63-68页

作者：张雅茹程碧瑶杨博王小卓任文贞中国兵器工业集团第二一二研究所陕西西安710065 中国科学研究院西安光学精密机械研究所陕西西安710119

针对太安产线智能化检测中存在的硝酸拉曼光谱随浓度变化复杂、难以通过传统方法实现高精度定量分析的问题,提出一种基于机器学习的硝酸拉曼光谱高精度定量分析方法。三种机器学习算法包括偏最小二乘回归、支持向量机回归及随机森林回... 详细信息

针对太安产线智能化检测中存在的硝酸拉曼光谱随浓度变化复杂、难以通过传统方法实现高精度定量分析的问题,提出一种基于机器学习的硝酸拉曼光谱高精度定量分析方法。三种机器学习算法包括偏最小二乘回归、支持向量机回归及随机森林回归算法首次被用于构建硝酸拉曼光谱定量分析模型。将经去噪、背景扣除、归一化等预处理后的硝酸拉曼光谱作为模型输入,硝酸浓度作为模型输出,采用网格搜索算法结合五折交叉验证优化模型超参数后,三种模型在测试集数据上的R2均大于0.995,且随机森林回归模型最优,浓度预测均方误差可达0.356。实验结果表明,利用基于机器学习的拉曼光谱定量分析技术,可为硝酸浓度测量提供一种无损、高精度检测方法。

关键词：硝酸浓度机器学习拉曼光谱定量分析

溯源于空间低温绝对辐射计的太阳反射谱段基准载荷研究进展（特邀）

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光学学报 2024年第18期 108-121页

作者：叶新方伟胡秀清张亚超衣小龙李博徐楠全加孙德王玲唐洪钊桂利佳中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间光学研究一部中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心) 中国计量科学研究院光学与激光计量科学研究所中国科学院理化技术研究所中国科学院空间功热转换技术重点实验室长春工业大学化学工程学院自然资源部国土卫星遥感应用中心上海卫星工程研究所热控工程技术研究室

为有效检测全球气候变化信号，准确预测气候变化，太阳反射谱段的空间遥感数据必须长期保持在0.3%的不确定度水平。然而，受遥感载荷定标系统设计以及地面辐射校正技术理论极限限制，太阳反射谱段的辐射定标停留在2%的不确定度水平，难... 详细信息

为有效检测全球气候变化信号，准确预测气候变化，太阳反射谱段的空间遥感数据必须长期保持在0.3%的不确定度水平。然而，受遥感载荷定标系统设计以及地面辐射校正技术理论极限限制，太阳反射谱段的辐射定标停留在2%的不确定度水平，难以完全满足气候研究需求。为解决这一难题，中国、欧洲国家和美国同期提出发展溯源于低温绝对辐射计的太阳反射谱段基准载荷，分别搭载于各自的空间辐射基准卫星（LIBRA、TRUTHS和CLARREO），以提升太阳反射谱段遥感数据测量精度。本文重点介绍了太阳反射谱段基准载荷的研究进展。首先，介绍了中国、欧洲国家和美国的空间辐射基准载荷的发展思路和现状，对比了TRUTHS、CLARREO和LIBRA计划的太阳反射谱段基准载荷设计方案的优劣；然后，详细介绍了中国科学院长春光学精密机械与物理研究所在太阳反射谱段基准载荷研究方面取得的重要进展；最后，对太阳反射谱段基准载荷的研究进展进行讨论与展望。

关键词：空间低温绝对辐射计太阳反射谱段成像光谱仪辐射定标基准载荷

溯源于空间低温绝对辐射计的太阳反射谱段基准载荷研究进展

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光学学报 2024年

作者：叶新方伟胡秀清张亚超衣小龙李博徐楠全加孙德王玲唐洪钊桂利佳中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间光学研究一部中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心) 中国计量科学研究院光学与激光计量科学研究所中国科学院理化技术研究所中国科学院空间功热转换技术重点实验室长春工业大学化学化工学院自然资源部国土卫星遥感应用中心上海卫星工程研究所热控工程技术研究室

为有效检测全球气候变化信号，准确预测气候变化，太阳反射谱段的空间遥感数据必须长期保持在0.3%的不确定度水平。然而，受遥感载荷定标系统设计以及地面辐射校正技术理论极限限制，太阳反射谱段的辐射定标停留在2%的不确定度水平，难以完全满足气候研究需求。为解决这一难题，中国、欧洲和美国同期提出发展溯源于低温绝对辐射计的太阳反射谱段基准载荷，分别搭载于各自的空间辐射基准卫星（LIBRA、TRUTHS和CLARREO）,提升太阳反射谱段遥感数据精度。欧空局2020年立项TRUTHS计划，预计2030年发射，NASA 2016年立项CLARREO Pathfinder计划，预计2025年发射。在863计划和国家重点研发计划等项目支持下，长春光机所正在持续开展溯源于空间低温绝对辐射计的太阳反射谱段基准载荷研究。基准载荷主要由空间低温绝对辐射计基准源、星上基准传递链路和地-月成像光谱仪构成，通过星上基准传递链路溯源于空间低温绝对辐射计，实现地-月成像光谱仪优于0.8%(450nm～800nm波段)的在轨辐射溯源不确定度。目前，已经完成基准载荷原理样机研制，正在开展工程化技术攻关。太阳反射谱段基准载荷对提高空间光学遥感的测量不确定度和长期稳定性，为气候变化和地球辐射研究提供关键数据，对推动气候研究、资源详查、大气立体全时观测和遥感信息定量化等具有重要意义。

关键词：空间低温绝对辐射计太阳反射谱段成像光谱仪辐射定标基准载荷

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多角度偏振成像仪的海洋场景定标与水色反演

光学学报 2024年第18期 1-11页

作者：潘雨薇陈晶晶孙亮张鹏飞陈斐楠孟炳寰向光锋洪津合肥工业大学仪器科学与光电工程学院中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所上海卫星工程研究所

为拓展陆地生态系统碳监测卫星多角度偏振成像仪（DPC）的应用领域，首先对其进行海洋场景可见光波段的瑞利散射定标，而后采用Terra星中分辨率成像光谱仪（MODIS）光学厚度产品结合查找表的方法估算大气程辐射，并进行大气校正，最后... 详细信息

为拓展陆地生态系统碳监测卫星多角度偏振成像仪（DPC）的应用领域，首先对其进行海洋场景可见光波段的瑞利散射定标，而后采用Terra星中分辨率成像光谱仪（MODIS）光学厚度产品结合查找表的方法估算大气程辐射，并进行大气校正，最后采用辐射定标前后DPC的443、490、565 nm波段作为叶绿素a(Chl-a)反演的输入。选择2022年8月22日探测的澳大利亚西北部海洋区域作为反演区域，并利用MODIS在相同区域、日期的水色反演数据做真实性检验。检验结果证实定标后DPC测量的Chl-a质量浓度与MODIS数据之间相关性有所提升。

关键词：海洋光学叶绿素质量浓度辐射定标反演算法波段比值法查找表遥感

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