摘要：为了实现快速、高精度探测器阵列标定,对探测器阵列高精度二维标定平台控制系统进行了研究,设计了采用单片机控制步进电机加编码器的闭环位移控制系统。介绍了该平台的标定原理和硬、软件控制系统设计,并对控制PID算法进行了研究,最后搭建了标定系统对控制系统进行综合测试。实验结果表明该控制系统有良好的控制能力,平台在600 mm×600 mm的有效行程内定位精度可达-11~12μm,十次单点测试数据变异系数为0.13%,连续模式下平均测量误差为1.65%。该平台设计满足探测器阵列的标定要求,为探测器阵列标定提供了一种有效手段。

摘要：精确地测量激光在大气传输后的光斑参数,是研究激光大气传播效应和分析激光发射系统性能的关键技术手段。测量激光远场参数的方法主要包括阵列探测法和相机成像法,目前在激光大气传输效应的测量评估中大都采用阵列探测法。由于探测器阵列靶受物理空间和研发成本等因素的限制不能均匀且高分辨率紧密排布,将造成采样光斑的失真,难以精确地测量远场光斑参数。针对此问题,利用相机分辨率高的特点,设计了一套基于漫反射屏成像法的激光参数测量系统。该系统最小测量分辨力小于0.39 mm,质心位置平均偏差为0.05 mm,测量光斑到靶功率不确定度优于10%。该系统能有效地测量激光发射系统的跟瞄精度和到靶功率,为分析激光大气传输效应和分析激光发射系统性能提供有效手段。

摘要：为了提高探测器阵列靶的到靶激光功率密度测量范围及入射角度宽容性,从防护取样衰减结构出发,基于全反射与透射散射理论设计镀金铜基面板、光纤取样和散射片所组成的防护取样衰减结构。同时,将所设计的结构应用于探测器阵列靶系统。通过激光辐照靶面热分析、光线追迹仿真及激光逐点扫描实验,对系统抗激光损伤能力、角度特性及通道响应一致性进行分析测试。结果表明,该防护取样衰减结构可以承受高功率密度激光的长时间辐照;在0°~30°的入射角度范围内,实测角度特性系数经余弦校正后相对于正入射偏差小于4%;各通道单元间的响应不一致性标准差均小于2%。

摘要：大气湍流的光学特性在大气科学和光电工程应用研究中有重要影响。鉴于实际大气条件的复杂多变和实验条件的限制,在实验室内建立可控的、有限尺度的人工湍流模拟装置作为大气湍流的替代者,已成为相关研究的重要技术途径,在自适应光学技术中的相位模拟、自由空间光通信等光电工程设计中发挥了重要作用。目前,对海洋湍流中的光传播与成像、新兴光电工程的大气影响、特殊结构光束的大气传播的研究也借助于湍流模拟装置。为了充分发挥实验室湍流模拟装置的优势,本文深入分析了实验室人工湍流模拟装置的性能及其局限性。实验室内产生的人工湍流无疑可以用于探索一种随机介质对光传播影响的定性甚至半定量规律。但必须注意到:有限空间内产生的湍流只有在远离边界的较小空间内才具备均匀各向同性的特性,采用各向同性湍流统计理论分析湍流模拟装置中的全路径光传播效应是不严谨的。如果以此类装置研究光传播的定量规律,必须首先根据光电应用场景设计具有光学相似性的模拟装置,然后清楚了解湍流装置内的湍流特性的空间结构,并据此开展理论分析。

摘要：传统太阳光度计在海上移动平台上不能精准跟踪太阳。为了解决船舶在移动过程当中实现对太阳高精度跟踪的问题,利用鱼眼镜头、陀螺稳定平台、小视场CCD图像传感器等构建了船载型太阳光度计的图像跟踪系统。文中详细地描述了图像跟踪系统的整体结构和单臂探头的光路设计,介绍了时钟法与鱼眼成像系统相结合的方式在全天空大视场范围下进行太阳的粗跟踪,然后通过小视场的CCD图像处理技术来提高跟踪精度。此外,给出了系统的软件跟踪算法和流程,分析了系统跟踪的可靠性。该系统实现了在海上移动平台下的全自动跟踪测量,综合跟踪精度优于1′。与日本POM-01MKⅢ船用太阳光度计进行透过率与水汽的数据对比表明:在940 nm波段的大气透过率最大相对误差不超过7.6%,水汽含量最大相对误差不超过6.1%。该系统可以应用于船载太阳光度计测量海上整层大气透过率以及水汽数据,也可应用于其他对移动非稳定平台下太阳的跟踪。

摘要：对于恒星光斑成像,传统的梯度评价算法在重度离焦情况下梯度细节薄弱,难以识别正确的调焦方向。为了实现跟星系统对恒星的快速成像和可靠跟踪,建立了针对恒星成像特征进行评价的自动调焦系统,对系统的聚焦评价算法、自动调焦结构以及自动控制系统进行研究。通过跟星系统成像的灰度分布情况分析光斑图像梯度特征在正焦和离焦时的区别。根据恒星光斑成像灰度级差异变化的特点,将背景值纳入评价贡献,在传统的梯度评价函数中加入光斑信号灰度差异贡献。设计适用改进算法的调焦硬件结构和系统结构,利用步进电机和调焦底座组成调焦组件,通过计算控制单元驱动调焦组件实现自动调焦系统。利用搭载调焦系统的跟星装置进行实验和分析。实验结果表明:自动调焦装置能够在跟星系统中稳定地进行调焦工作,且改进算法相对于传统梯度算法有着更好的调焦方向性,在保持传统梯度算法67%灵敏度的同时,将局部极值点减小为0。改进算法不受梯度细节薄弱影响,能够在不同离焦程度下保持较好的调焦方向性和正焦灵敏性,跟星系统在搭载自动调焦装置后能够快速搜索合适焦距并进行大气光学特性测量。

摘要：Rb同位素分析在地质探索和环境监测中具有重要应用价值.本文基于可调谐激光吸收光谱技术,通过热分解的样品处理方式,搭建了一套Rb同位素吸收光谱测量装置,实现了Rb同位素比稳定测量.并通过新型多微管阵列结构设计原子发生器,增强了其原子束准直能力,有效抑制了光谱的多普勒效应,提高Rb同位素光谱分辨率.装置选用钽金属制作6 mm口径的高温原子发生器,内部堆叠1 mm口径微管阵列,发生器经电阻加热最高可达3000℃.实验通过高温(600℃)催化Rb_(2)CO_(3)样品释放气态Rb原子,同步利用探测激光通过Rb原子进行测量,获得高分辨率Rb原子吸收光谱,结合谱线参数反演获得自然丰度Rb_(2)CO_(3)样品中Rb同位素比(^(85)Rb:^(87)Rb)为2.441±0.02,探测误差为5.9%,87Rb检测极限达1.76‰(3σ).实验结果表明,相较于传统的单管结构,采用多微管阵列结构进行测量时,Rb原子谱线展宽降低了约450 MHz (半高全宽),可有效区分Rb同位素的吸收光谱特征.多微管阵列结构的原子化装置与可调谐吸收光谱技术结合,在固体金属检测领域具有探测精度高、光谱分辨能力强的优势,为同位素丰度测量分析提供了可能,具有广阔的应用前景.

摘要：激光在大气传输过程中其相干特性受湍流影响而下降,进一步影响相干探测过程的效率和性能.本文定义大气相干时间描述激光经大气传输后接收光场的起伏速度,大气相干时间与相干过程持续时间的相对大小决定了相干探测过程的性能.本文基于多层动态相位屏技术仿真激光大气传输过程,并系统研究大气参数、收发参数、波长等对大气相干时间的影响规律.研究指出大气相干时间与波长、接收口径、大气相干长度呈正相关,与风速呈反比;通过改进光学设计、光束整形、激光选频等方法能够有效减少湍流扰动的影响,提高接收光场的稳定性,进而改善湍流对相干探测过程的不良影响.大气相干时间是衡量湍流对相干探测影响的重要参数,本研究可为评估大气对相干探测过程的影响提供有力参考.

摘要：为降低光束质量测量系统中阵列光纤输出串扰导致的测量误差,本文提出了硬件设计与算法构建相结合的串扰校正方法,并就此展开了相关的原理研究与方法验证。首先,基于光束质量测量要求和光纤传光原理分析了阵列光纤的串扰影响;其次,结合朗伯散射原理和实验结果验证了校正串扰的原理:使用朗伯体降低阵列光纤输出光发散角差异,并建立统一的弥散光斑串扰模型,再采用反卷积算法复原到靶光斑;再次,介绍了针对性的反卷积算法原理,并就相关参数的设计展开了讨论;最后,对真实光斑、光纤输出的未校正光斑及已校正光斑进行对比分析,实验验证了校正方法的可行性。实验结果表明:与未校正光斑相比,校正后光斑强度分布的相对均方根误差由36.06%降至4.67%,桶中功率的相对均方根误差由7.79%降低至0.73%,86.5%桶中功率所在束宽的测量相对误差由10.83%降至3.46%,结合校正算法的图像处理和参数计算总时间约为8 s。

摘要：以北京市2015年1月11-17日发生的连续灰霾污染过程为例,采用地基和星载激光雷达联合观测,反演得到气溶胶的垂直分布特征。由MODIS卫星遥感数据和HYSPLIT后向轨迹模式分析得出污染来源和传输路径,结合地面空气质量和气象观测数据揭示了本次污染的成因。结果发现,根据激光雷达数据反演的近地面气溶胶消光系数与地面PM2.5浓度变化总体较为一致,而气溶胶边界层高度与PM2.5浓度呈相反变化趋势,且最低边界层高度为500 m。污染期间为小风高湿天气,地面平均风速和相对湿度分别为1.35 m/s和66%,连续多日逆温层的出现抑制了污染物在垂向空间的扩散传输,逆温强度高达5℃,这两方面因素导致污染物的持续积累,最终,在16日凌晨,PM2.5浓度达到448μg/m^(3)。污染最后在16日偏南风的作用下得以解除,PM2.5浓度的下降速度达到82μg/(m^(3)·h)。观测期间,PM2.5与NO_(2)、CO的相关系数分别为0.766和0.901,呈显著正相关,可见NO_(2)等气态前体污染物转化而来的二次气溶胶是霾的重要来源。综合分析表明,本次污染以灰霾为主,由区域传输和局地排放的气溶胶叠加、累积而成,河北南部及河南、山西等地的污染物随高空气团传输到北京地区,与本地排放的污染气溶胶混合在一起,导致污染加重。