大气湍流对高分辨率遥感卫星的成像影响研究

遥感卫星在国防和民用探测等领域发挥着重要作用,而大气湍流严重影响高分辨率遥感卫星的成像质量。本文重点研究了遥感卫星对地探测时,相机口径、卫星轨高和大气湍流强度对空间相机成像质量的影响。首先,基于球面波传输模型和Kolmogorov湍流理论,针对空对地探测湍流波前进行仿真。然后,分析畸变波前随相机口径、卫星轨高和大气相干长度的变化规律,并推导出普适公式。在此基础上,进一步推导出空间相机成像分辨率随相机口径、卫星轨高和大气相干长度变化的计算公式。最后,研究了大气湍流对空间相机调制传递函数(MTF)的影响,并以MTF=0.15为基准,仿真分析了MTF相对误差随相机口径、卫星轨高和大气相干长度的变化规律。本研究为高分辨率遥感卫星的设计、分析和评估提供理论依据。

Dy^(3+),Tb^(3+)共掺氮化铝薄膜结构与发光特性

通过离子注入方法,首次将Dy^(3+)和Tb^(3+)共掺入氮化铝(AlN)薄膜,并研究了其晶体结构、阴极荧光和能量传递机制。拉曼光谱(Raman)和X射线衍射(XRD)结果显示,在Tb^(3+)剂量一定的情况下,Dy^(3+)的注入会导致晶格内部压应力增大,随着Dy^(3+)的持续注入,一部分点缺陷发生复合,内部部分压应力会得到释放。阴极荧光光谱(CL)显示,高剂量Tb^(3+)注入下,随着Dy^(3+)剂量的增加,Tb^(3+)的发射强度与Dy^(3+)的发射强度呈现出不同的变化趋势。进一步分析表明可能存在Tb^(3+)的5D4→7F6至Dy^(3+)的6H15/2→4F9/2的共振能量传递。通过研究发现在不同Tb^(3+)和Dy^(3+)注入剂量下,样品的发光颜色在黄绿色与橙黄色之间转变,色温在4042~5119K范围变化。由上述研究结果可知,通过改变Tb^(3+)与Dy^(3+)共注入的剂量比可以有效调控材料的发光色坐标与色温。

基于液晶偏振光栅的大口径激光光束扫描系统

非机械式激光光束扫描系统具有体积小、重量轻、易集成等优势,在激光雷达、激光武器和激光通信等领域具有较大的应用前景,其通光口径决定着设备的工作距离、扫描精度和目标摧毁能力。基于液晶偏振光栅设计了一种全电控制的大口径激光光束扫描系统。采用液晶偏振光栅和液晶空间光调制器的协同工作方式,实现光束的大角度连续扫描;设计了光束扫描系统,并重点分析了级联液晶偏振光栅组的控制策略,给出了具体控制方法。最后,进行了激光光束的初步扫描实验,实现了70 mm口径光束在−16.575°~16.575°的偏转。该研究结果为激光光束的非机械式扫描控制提供了技术支撑,并在大口径激光扫描系统应用方面进行了初步探索。

基于掩模光刻的液晶波前校正器设计与制备

液晶波前校正器通常基于液晶显示器的工艺制备而成,因此其研制成本高、定制难度大。本文基于掩模光刻法制备液晶波前校正器,以实现液晶波前校正器的专用化、低成本研制。基于掩模光刻技术设计并制备了91像素的无源液晶驱动电极,并封装成液晶光学校正单元。设计并制备了驱动连接电路板,实现了液晶光学驱动单元和驱动电路板的匹配对接。对液晶波前校正器响应特性进行检测。结果显示,其相位调制量为5.5个波长,响应时间为224 ms。利用Zygo干涉仪进行球面波的产生和静态倾斜像差的校正。结果显示,其可以产生正负离焦波前,且对水平倾斜像差校正后,Zernike多项式中第一项的值从1.18降至0.16,校正幅度达86%,实现了像差的有效校正。本文的研究工作可为液晶波前校正器的研制提供新思路,进而拓宽其应用领域和场景。

一种低噪声窄线宽光纤激光器

提出一种低噪声窄线宽结构的光纤激光器,经参数优化,光纤激光器线宽可以窄至0.8kHz以下;通过采用PID光电负反馈电路使弛豫振荡降低25dB,光源强度噪声平均降低5-10dB,对于不同的输入电流,光纤激光器在低频段的相对强度噪声保持稳定。

外差探测系统中马卡望远镜离轴使用的研究

鉴于马卡望远镜离轴能够减小因副镜遮挡引起的光能量损失,分析了马卡望远镜离轴使用时,合作目标和非合作目标发射和接收光路的区别。讨论了马卡望远镜在外差探测系统离轴使用时,发射能量提高,但外差效率下降的原因;在合作目标外差探测系统离轴使用时发射能量提高30%以上,外差效率也有很大提高;通过对散射体目标物和平面镜的测量,分别得到了17%和85%的外差效率,验证了马卡望远镜在合作目标外差探测系统中可以离轴使用。

Cassegrain激光发射系统的光路设计

为了提高激光探测系统激光的发射功率,在出射激光为基模的高斯光束的光路设计中,根据高斯光束经过光学系统的变换与传输特性,分析了系统采用Cassegrain望远镜时,其遮拦比以及入射光束束腰半径对光功率透过率的影响。通过具体的数值计算得出,随着遮拦比及入射光束束腰半径的增大,系统光功率透过率将减小,给出了望远镜遮拦比与发射孔径处光斑尺寸之间的最佳匹配关系,最后讨论了离焦误差(安装误差)为0.2 mm时对出射光斑尺寸的影响。

多通道可调谐1.55μm光子晶体滤波器

建立了(AB)N型一维光子晶体结构多通道可调谐滤波器模型,其中A层是砷化镓(GaAs)材料,B层是由掺铝的氧化锌层和氧化锌层(AZO/ZnO)交替排列构成的具有人工周期结构的各项异性材料。根据电磁波的传输矩阵理论,推导了光子晶体的透射率公式。数值模拟表明:此结构光子晶体透射中心波长是1.55μm,对应于光子通带;透射峰的数量由光子晶体的周期N决定;B层中填充因子h从2/3增加到11/12,峰值波长蓝移且移动范围超过200 nm;A和B层厚度增加,透射峰中心波长发生红移;而入射角度的增加将使透射峰中心波长蓝移;在各参数的调控范围内,光子晶体均保持较高的透射率不变。这些现象为光通信波段多通道可调谐高性能滤波器的设计提供了理论参考。

光的偏振和反射理论的综合实验设计

基于菲涅耳反射和光的偏振等光学基础理论,设计了综合应用实验.实验中使用了偏振片、半波片和偏振分光棱镜等偏振元件,加深了学生对光学器件的了解和偏振知识的理解.平板玻璃表面偏振光反射的应用,有助于培养学生学以致用的能力.

Cassegrain激光扩束系统光轴误差分析

分析了Cassegrain激光扩束系统扩束镜和望远镜光轴不重合对发射光的影响。主要分析了光轴平行但不重合和光轴有夹角两种调试误差对发射光斑的形状和能量的影响,并用Zemax软件对两种误差引起的光斑形状和能量透过率进行模拟研究。结果显示,光轴平移0.05 mm,或夹角0.4°将引起光斑较大变形,能量损失15%以上。研究表明:实际光学系统设计和调试过程中,扩束镜调节装置的精度一般要达到0.02 mm和0.2°。

非均匀介质透射波Goos-Hnchen位移的研究

基于不变嵌入理论,推导出电磁波入射到非均匀介质平板,反射系数和透射系数的耦合波方程;利用稳态相位方法,分析了透射波Goos-Hnchen(GH)位移的性质。通过数值计算,研究了入射角和介质厚度对透射率及GH位移的影响。结果显示,介质厚度一定时,透射率在特定角度具有极大值,对应的透射波发生负的GH位移,并且位移绝对值最大;入射角不变时,透射率和GH位移随厚度呈周期性变化,厚度增加,透射率呈下降趋势,但GH位移呈增大趋势。GH位移受入射角和介质厚度的影响很大,因此,可以通过调节厚度和入射角,获得合适的透射率和GH位移。

光偏振片和波片的综合设计实验

为加深学生对光偏振态的理解,提出了利用偏振分光镜、二分之一波片和偏振片等光学偏振元件,进行综合实验的设计方案。利用偏振分光镜,分离出p光和s光;旋转二分之一波片或偏振片,入射光的振动方向发生变化,p光和s光光强随之改变。此实验能加深学生对光偏振知识的理解,提高学生运用光学原理和光学器件解决实际问题的能力。

不变嵌入法在电磁波传播中的应用

利用简明直观的矩阵方法,针对非耦合和耦合波两种情况介绍了不变嵌入法在电磁波传播中的应用。导出了反射系数、透射系数和场振幅的耦合微分方程。由这些微分方程并结合初值条件数值求解,可以讨论如电磁波束的纵、横向位移等相关的物理现象。

光波分复用实验的改进和扩展

利用自聚焦透镜代替集成的波分复用器件,对2路波分复用实验结构进行了改进,并在实验中增加光谱仪用于观察光纤中的光谱.通过上述改进,使学生进一步了解波分复用器内部结构,加深对复用和解复用的理解.

加强光学教学与现代工程应用的联系

为实现高等教育培养创新创业人才的目标,以光学课程的课堂教学为例,分析了反射和折射理论在光纤通信、智能产品、生物检测等现代工程应用中的具体案例,展示了基础理论的多领域应用特性;通过课堂教学中理论和实践的联系,使学生重视基础理论的学习,同时提高学生利用理论知识分析问题、解决问题的能力,从而培养学生的创新能力,激发学生的创业精神.

大气湍流引起激光外差探测空间相干性退化研究

文章简要介绍了随机大气湍流效应及其对1.55μm激光外差探测系统的影响,并在理论分析的基础上设计了实验研究方案。通过测试外差探测效率与信噪比随大气湍流强度而变的实验,着重研究大气湍流效应引起空间相干性的退化。

Er^(3+)、Pr^(3+)共掺杂AlN薄膜的发光特性和能量传递机理

采用离子注入的方法在氮化铝(AlN)薄膜中实现Er^(3+)和Pr^(3+)的共掺杂,以阴极荧光光谱仪为主要表征手段,对其发光特性进行研究.对于Er^(3+)单掺杂的AlN薄膜,在410nm和480nm可以观察到Er^(3+)较强的发光峰,在537nm、560nm、771nm和819nm可观察到Er^(3+)的较弱的发光峰;对于Pr^(3+)单掺杂的AlN薄膜,Pr^(3+)的最强发光峰位于528nm,在657nm和675nm可以观察到Pr^(3+)的较弱的发光峰;而对于Er^(3+)和Pr^(3+)共掺杂的AlN薄膜,在494nm观察到与Pr^(3+)相关的新跃迁峰.根据实验现象,对AlN薄膜中Er^(3+)和Pr^(3+)之间的能量传递机制进行了深入分析,结果表明Er^(3+)的4F7/2→4I15/2能级跃迁与Pr^(3+)的3P0→3H4能级跃迁之间发生了共振能量传递,从而使Pr^(3+)产生了494nm新的发光峰.

多维声电光效应耦合波方程理论

按照参量互作用的观点推出多维声电光效应的耦合波方程 ,并给出多维声电光效应衍射效率计算公式。

0.5at%Yb∶YAG晶体光谱与激光性能研究

采用提拉法生长Yb3+掺杂浓度为0.5at%高质量的Yb∶Y3Al5O12(Yb∶YAG)晶体。对晶体的结晶质量、分凝系数和光谱和激光性能进行了表征。结果表明:所生长的晶体结晶质量较好,在空气中退火后晶体吸收系数略有增加,晶体中自吸收效应的影响很小,具有宽的发射带。Yb∶YAG晶体和Yb∶YAG/YAG复合晶体分别在抽运功率为7.1 W和6.15 W的LD抽运下,获得2.19 W和1.354 W的连续激光输出,斜率效率分别为34.58%和25.9%。

三维反常声电光互作用最佳工作模式的确定

通过对三方、四方、六方和立方晶系的纵向电光效应和三维反常声光效应的研究,选定了立方晶系的GaP晶体作为三维声电光器件的最佳晶体,并确定了其最佳工作模式为:电场和光传播方向沿[111]方向;3个超声纯切变波的传播和偏振方向都在与[111]垂直的平面内,互成60°角。研究结果为三维声电光器件的设计与制作打下了良好基础。