摘要：基于多光束干涉光谱成像原理,研究一种高空间分辨率甲烷气体点源探测方法。首先,介绍了甲烷气体探测仪的工作原理和探测方案,详细设计法布里-珀罗干涉仪的系统参数,并建立甲烷气体探测正演模型。然后,分析了干涉信号和甲烷浓度之间的对应关系,以及仪器参数对探测灵敏度的影响。最终,迭代优化得到各光学结构参数的最优取值。结果表明,在甲烷探测波段为1630~1675 nm,自由光谱范围为12.5 nm,光谱分辨率为0.1 nm,法布里-珀罗标准具腔长为0.08 mm,腔内反射率为97.5%,截止滤光片范围为(1630±4)nm~(1675±4)nm时,探测源25%浓度变化对应的干涉信号相对变化量范围为[0.65%,4.30%],探测灵敏度较好。研究结果可为高精度碳监测提供理论依据和技术支撑。

摘要：针对现有结构无法满足大尺寸差分干涉仪稳定性固定,以星载近红外差分干涉仪稳定性结构为研究目标,优化选择光学材料实现实体差分干涉仪的热补偿,提高了光学元件温度稳定性;以支撑结构的最大结构应力和光机粘接面处最大剪切应力小于许用应力为优化目标,建立数学模型,优化设计支撑结构参数,调节组件基频,提高了组件的力学稳定性。有限元分析支撑结构最大应力65.56 MPa,小于材料的抗拉强度,光机粘接面最大剪切应力3.4 MPa;环境温度变化5℃,分光棱镜面形RMS最大变化量1.671 nm,热应力带来的干涉图畸变可忽略。力学振动试验前后,光学测试干涉条纹频率(50个条纹数)未发生变化,差分干涉仪结构满足星载力学环境条件。该方法也适用于棱镜式干涉仪稳定性支撑结构。

摘要：为了探索基于氧气A带吸收谱线利用多普勒差分干涉仪实现对流层大气风场探测的技术可行性,建立了从大气吸收谱线入瞳临边辐射到干涉曲线的仪器响应函数数理模型,仿真分析干涉仪光学参数、滤光片参数、系统噪声、仪器稳定性和标准具离轴效应等对视线风速反演结果的影响,确定光学系统参数的最优取值范围。结果表明,对中心波长位于769 nm的氧气吸收线,当干涉仪非对称量取值6.5~6.7 mm,光谱分辨率取值0.49~0.51 cm^(-1),带通滤光片半波带宽取值0.12~0.21 nm,标准具间距取值0.8~1.4 mm,精细度系数取值30~100,标准具离轴角小于0.2°,标准具透射峰偏移小于0.018 cm^(-1),干涉图信噪比大于40倍时,风速反演精度优于8 m/s,研究结果可为被动式对流层风场探测以及相关仪器设计提供理论参考。

摘要：星载多普勒差分干涉仪通过探测气辉光谱测量中高层大气风场,为降低低层大气背景辐射的影响,需要设计杂散光抑制结构。以基于500 km轨道高度的卫星平台对60~90 km高度的中层大气风场探测为例,选取典型气辉辐射强度与大气背景辐射,依据不同高度下大气背景辐射强度变化,结合光学系统参数设计遮光罩。仿真分析多普勒差分干涉仪系统内部产生杂散光的关键面,设计杂光抑制结构,并评估干涉仪非工作级次能量对成像造成的影响。点源透过率分析和像面照度仿真结果表明:水平方向和对角线方向上,视场外0.2°处点源透过率下降到10^(-5)以下,竖直方向上,视场外0.04°处点源透过率下降到10^(-5)以下;大气背景辐射和鬼像占像面总能量的1.35%。所提杂散光抑制方法满足星载多普勒差分干涉仪对杂散光抑制的技术要求。

摘要：针对微弱拉曼散射光信号的高灵敏度探测需求,使用830 nm的激发光源,对空间外差拉曼光谱仪进行全系统的设计与仿真,并通过研制的光谱仪样机开展拉曼光谱探测实验,其有效光谱分辨率可达3.35 cm^(-1)(矩形函数切趾),实际可探测的拉曼位移范围为171.01~2048.19 cm^(-1)。对不同物体形态、不同拉曼活性的样品进行拉曼光谱探测实验,其中强拉曼活性物质碳酸钙粉末、硫酸钙粉末、硫酸钾粉末的主拉曼光谱峰信噪比均大于370,弱拉曼活性物质甘油、75%酒精溶液、葡萄糖粉末的主拉曼光谱峰信噪比均大于40。实验结果表明830 nm激发光源波长的空间外差拉曼光谱仪系统对多种测试样品均可以获得清晰、准确的拉曼光谱图,具有高灵敏度、高稳定性的拉曼光谱探测能力。