摘要：光子计数激光雷达技术具有极高的探测灵敏度与时间分辨率,是极端条件下高精度目标信息获取的重要手段.由于该技术通过探测单光子级的回波能量实现对目标信息的三维重建,因此极易受噪声干扰,导致成像质量严重降低.基于高速电子门控的距离选通技术虽然可以有效抑制噪声,但存在参数设计依靠经验、目标检测区间窄等问题.本文提出一种在宽目标检测区间条件下的目标信息提取及三维重建方法,首先通过对三维回波信息的获取机理及其概率模型进行分析,获取目标信息分布范围并通过算法门控提取有效信息;再采用高效的图像重建算法进一步提升三维重建的质量,从而具有比基于纯硬件的去噪方法更强的抑噪能力.实验结果显示,在平均像素光子数仅为3.020,且信号噪声比仅为0.106的极端条件下,本文提出的目标信息提取方法可将信号噪声比提升19.330倍;再配合高效的图像重建算法,距离图像的重建信噪比相比于传统的互相关算法提升了33.520 d B,大幅提升了强噪声环境下高精度目标信息获取的能力.

摘要：红外探测器具有把物体辐射的光子信息转换为电信号的能力,拓宽了人们观察自然环境与人类活动的边界.当前,长波及甚长波红外探测器已在大气监测、夜间侦查、深空探测等领域有诸多应用.随着各国对高端红外探测器要求的快速提升,传统红外探测器难以兼顾高响应率、高响应速度以及多维探测等性能指标的瓶颈日益凸显.基于微纳光学理论设计的人工微纳结构,可实现其与红外光子的高效耦合,综合调控红外光场的振幅、偏振、相位及波长等自由度.为拓展红外探测器额外的调控自由度,进而在实现高量子效率的同时,兼顾较高的响应速率与优异的偏振或波长选择性,集成红外探测器与人工微纳结构的研究思路近年来被广泛应用.本文讨论了人工微纳结构在长波及甚长波红外探测领域的应用进展,详述了表面等离激元、局域等离激元、谐振腔结构、陷光结构、超透镜、赝表面等离激元、间隙等离激元和声子极化激元等机制的应用现状及各机制固有的优劣势,进而指出了人工微纳结构在长波及甚长波红外探测应用的发展前景与方向.

摘要：H_(2)S和CO_(2)两种有害酸性废气常共存于煤化工、天然气化工及石油化工等重要化工生产中,造成了工业设备及管线腐蚀,必须就地进行无害化处理。采用介质阻挡放电等离子体催化实现一步转化H_(2)S-CO_(2)混合酸气制合成气,将具有强腐蚀性、毒性的H_(2)S和温室气体CO_(2)无害化,又产出合成气,完成了以废治废的酸性废气资源化再利用。研究了用于H_(2)S-CO_(2)一步转化制合成气的介质阻挡放电等离子体反应各参数对转化反应的影响,进行了不同参数的对比研究,考察并揭示了比能量密度(SEI)、放电结构、放电频率、放电间隙以及放电区域长度等与H_(2)S-CO_(2)转化制合成气反应性能的内在关联。在此基础上设计并构建了多管并联介质阻挡放电等离子体反应系统。

摘要：激光外差光谱测量技术具有光谱分辨率高、探测灵敏度高、成本低等特点,近年来在温室气体探测、激光大气传输等领域得到了广泛的应用。以3.66μm分布反馈式带间级联激光器作为本振光源搭建了一套高分辨率激光外差太阳光谱测量装置,实现了水汽吸收光谱的实时测量,并利用最优估算法对整层大气中的水汽柱浓度进行了反演,得到合肥地区2019年5月22日和23日的水汽柱浓度。反演结果与同步进行观测的傅里叶变换光谱仪EM27/SUN测量结果变化趋势一致,相关性优于0.8,偏差小于15%。研究结果表明,搭建的激光外差光谱测量装置能够实现大气中水汽吸收光谱的实时测量以及水汽柱浓度的精确反演,同时为后续的水汽浓度廓线测量与研究奠定了基础。

摘要：为探讨非一致性地震作用下穿越破碎带长大隧道衬砌结构的变形机制,基于随机地震动理论,生成能体现长大隧道行波效应和衰减效应等局部地场效应的地震加速度时程曲线;通过建立不同的不利地质结构形式的多方案隧道有限元计算模型,采用仰拱分区域垂直入射地震波的方式,分析不同倾角、厚度以及岩体等级的破碎带对隧道衬砌轴向和横向变形的影响,揭示非一致性地震作用下长大隧道衬砌结构变形特征。结果表明:非一致性地震作用下长大隧道衬砌结构变形具有明显的空间非一致性;沿隧道轴向方向,破碎带的存在限制了衬砌轴向拉压变形,但加剧了衬砌的轴向剪切变形,当破碎带与隧道夹角为45°时衬砌的轴向拉压和剪切变形最大,而衬砌整体轴向变形受破碎带厚度和岩体等级的影响较小;沿隧道横断面方向,衬砌纵向剪切变形主要集中于拱腰位置,而径向剪切变形集中于拱顶和仰拱位置,衬砌的最大纵向和径向剪切变形均出现在破碎带倾角为45°时,且当破碎带厚度过大时,衬砌横断面的剪切变形也较大,但不同岩体等级对衬砌横断面的剪切变形影响不大。

摘要：离轴积分腔输出光谱技术(off-axis integrated cavity output spectroscopy, OA-ICOS)是一种高灵敏度的激光光谱测量技术.但由于使用密集的高阶模进行光谱探测,OA-ICOS输出信号强度较低,使得探测灵敏度高度依赖于光源功率.针对该问题,本文引入光学再入射的方法,使激光再次注入光腔,以提高能量利用率和输出信号强度.本文使用三维光追踪模拟软件,设计再入射结构,研究了影响信号增益的多个因素.并搭建一套2μm波段的再入射OA-ICOS装置,开展了一系列研究实验.实验数据表明:再入射方法使OA-ICOS信号增强了8倍,信噪比提升了4.6倍,有效改善了探测灵敏度和光谱的吸收深度,缓解了探测中遇到的信号功率低的问题,为使用低功率光源和高反射率腔镜提供了有效的方法.

摘要：介绍了一种基于卢卡斯数编码设计的轴上四焦点光子筛,其各焦距分布与黄金分割比密切相关.实验上利用相移数字全息验证了设计器件具有轴上四焦点聚焦特性,测量结果表明:轴向焦距和横向焦斑光强分布与理论设计值一致.该振幅型光子筛具有体积小、重量轻、易加工等优点,可应用于X波段显微和生物细胞阵列成像等领域.

摘要：根据全视场外差测量的相关理论,推导了频差偏差与仪器测量精度的相互关系.分析了频差大小、频差偏差、采集初始时间、初始相位、采样频率和采样周期数等相关参数对测量精度的影响.研究结果可以作为全视场外差测量设备设计、参数选取的理论依据;并给出了通过合理选择采样时间和采样帧数提高测量精度的一种方法.

摘要：激光外差技术具有高光谱分辨率特性,常用于地球大气探测研究,尤其是测量整层大气透过率及气体浓度反演。本论文设计了以窄线宽3.53μm分布反馈式带间级联激光器作为本振光源的激光外差系统,实现了整层大气中水汽和甲烷气体吸收光谱的测量,系统光谱分辨率达到0.002cm-1,信噪比为24.9dB,达到多普勒线型吸收谱线的测量要求。利用自行搭建的测量系统测量了3.53μm波段整层大气透过率,与辐射传输软件仿真分析结果进行对比,其绝对差值小于0.1,实测透过率与仿真透过率具有相同的变化趋势。该系统结合最小二乘法实现了实际大气中水汽和甲烷的同步反演,合肥地区春季水汽和甲烷的柱浓度均值分别为1.20g/cm2和1.31mg/cm2。通过对3.53μm激光外差太阳光谱测量系统的研究,掌握了调提高光谱分辨率和信噪比的方法,为获取大气分子更加准确的吸收谱线和气体浓度反演奠定了基础。

摘要：系统梳理发达国家水资源调查监测与评价体系,汲取有益经验,可为我国当前的自然资源调查监测体系建设提供有益参考.考虑到美国在此方面的先进性,首先以文献综述的方式回顾了美国水资源调查监测与评价的历史发展过程;然后着重从监测技术、组织方式、调查目标、调查内容与评价方法等方面概述了美国水资源调查监测与评价的现状;进而依据其水资源普查进展报告,对美国水资源普查的未来规划进行了总结与展望.在此基础上,针对我国当前水资源调查评价存在的问题,通过系统对比与分析,从数据共享、不确定性分析、水文模型开发应用以及遥感技术推广4个方面提出经验借鉴.