原子控制光学信道在光电子系统中的应用

在许多光电系统中,如激光雷达、激光通信、光电探测等,对其滤光和鉴频的能力提出了越来越高的要求。采用传统的光学高分辨技术满足这些应用要求,存在高光谱分辨率与系统稳定性、技术复杂性、甚至成本的矛盾,而采用基于原子跃迁的高分辨光学技术(即原子滤光技术),可以在很大程度上缓解这一矛盾。在光电系统接收端采用原子滤光技术后,在其发射端也必须采用同种原子的同种跃迁控制激光波长,从而构成了原子控制的光学信道。介绍了原子控制光学信道的作用、原理、构成,以及几种采用原子控制信道进行高分辨率滤光和高精度鉴频的光电系统。

双共振实验

双共振实验是指把原子、分子等实验样品置于光频,射频电磁场的共同作用下,使之同时发生光频共振跃迁和射频共振跃迁的一种实验技术。与传统的光谱技术相比,双共振技术具有更高的分辨率和灵敏度,因而特别适于研究原子、分子等样品的细微结构。双共振技术自五十年代初期问世以来,获得了迅速的发展。目前,在基础研究方面。

激光时间相关单光子计数光谱——实验技术

时间相关单光子计数(TCSPC)技术于60年代初开始用于荧光衰变测量。由于它具有时间分辨率高、时间测量范围宽等优点,很快便发展成一种广泛应用的时间分辨荧光光谱方法。在早期的TCSPC技术中,普遍采用脉冲气体放电灯作光源。这种光源脉冲宽度宽、脉冲重复频率低、脉冲形状稳定性差。

铯原子Rydberg态抗磁特性研究

利用热离子二极管技术及分子光解产生原子中间态集居方法,测量了铯原子从l-混合区到n-混合区的抗磁光谱。首次观测到非氢原子抗磁谱所呈现的独立结构和簇状结构及其在磁场中的演化。利用势模型波函数进行的相应理论计算满意地描述了实验的全部结果。

激光大气等离子体时间演化特性的光谱研究

采用延时光谱法和谱线演化法 ,对YAG脉冲激光器 1 0 6 μm光束击穿一个大气压的空气所产生的等离子体进行了时间分辨光谱研究。对激光大气等离子体连续光谱的短波带与长波带分别进行了时间分辨测量 ,结果表明两者的衰变速率均在等离子体激发约 0 5微秒以后明显变慢。分析认为这种衰变速率的变慢可能与空气中氧对自由电子的吸附与去吸附有关。对激光大气等离子体线状光谱所作的时间分辨测量则表明 ,大部分线状光谱的演化寿命大于其标称寿命 ,部分线状光谱还呈现“衰变—增涨—衰变”的复杂形式。分析认为线状光谱的这些演化特征可能与等离子体在衰变期间的各种复合过程和能量转移过程有关。

基于纯转动Raman激光雷达的中低空大气温度高精度探测

本文介绍了一套纯转动Raman测温激光雷达系统,通过高分辨光谱分光与滤光优化设计、收发精确匹配以及弱信号检测等技术,实现在武汉城市上空从10km至40km的中低空大气温度高精度探测.观测结果与同时段探空气球进行比对,在30km以下激光雷达探测温度与探空气球得到的温度数据吻合较好,最大偏差约为3.0K,表明了该激光雷达温度测量的可靠性.采用30min时间分辨率,在10～20km高度范围内温度统计误差约为0.3K（300m空间分辨）;20～30km统计误差约为0.8K（600m空间分辨）;30～40km统计误差约为3.0K（900m空间分辨）.通过整晚的温度廓线反演,为研究中低层大气中的波动现象提供依据.该转动Raman激光雷达实现了至40km高度的高精度大气温度探测,进一步可与Rayleigh测温激光雷达30～80km的高度衔接,为实现中低层大气连续观测研究提供了重要手段.

武汉中层大气温度特性的激光雷达观测研究

报道了升级改造后的WIPM瑞利散射激光雷达的技术状况 ,并通过与CIRA86标准大气模式和UARS卫星探测的比较 ,考察了其中层大气温度探测性能。基于 2 0 0 2年至 2 0 0 3年激光雷达的系统观测数据 ,给出了武汉上空中层大气温度分布的年平均特性及在各种时间尺度下的变化规律 ,分析了标准大气模式在描述中层大气温度分布平均特性和变化规律上的局限。

根据激光雷达观测结果研究中国武汉地区钠层的分布

通过大量钠层荧光激光雷达观测数据的分析研究 ,给出我国武汉地区钠层平均分布形态的基本特征 .结合钠层模型分析 ,指出大气微量元素分布的纬度变化可能是导致不同纬度地区钠层平均分布形态差异的主要原因 ,同时给出武汉地区随季节变化的钠层平均分布形态 .对武汉地区钠层分布形态时间变化的分析 ,发现其短期变化与重力波活动及夜间变化与潮汐波活动相关 .

武汉上空大气密度温度的激光雷达探测

介绍了中国科学院武汉物理与数学研究所瑞利散射激光雷达的结构和性能，报道了该激光雷达观测所得到的我国武汉上空３０ ～７０ ｋｍ 范围内大气密度和３０ ～６０ ｋ ｍ 范围内温度廓线的反演结果。

激光击穿大气等离子体的光谱实验研究

对一个大气压的N2 ,O2 和纯净空气 ,用YAG脉冲激光的 1 .0 6μm光束产生激光等离子体 ,对该等离子体在大约 40 0— 80 0nm谱段的发射光谱进行了实验研究 .实验表明 ,空气及其主要组分的激光等离子体光谱均由较强的连续光谱背景和迭加在其上的若干线状光谱组成 .随着光谱采样的延时 ,激光等离子体中各光谱组分的强度有很不相同的相对变化 .而且 ,处于等离子体不同空间部位发出的光谱 ,也有很大的不同 .

激光雷达大气湍流测量方法研究

报道了一种用激光雷达方法测量大气湍流的技术,利用发射激光束在空间所需位置产生一个聚焦光斑,通过此光斑处的大气分子瑞利散射机制形成一个空间的人造散射光源,接收系统对此光源的散射光进行探测,测量出从地面到此空间散射光源之间的大气湍流参数。给出了对武汉上空大气湍流测量的初步结果。得到了不同高度层的大气相干长度随时间的变化特性、平均值和起伏均方差,并对实验测量和模型计算的大气折射率结构常数在相应高度段的积分值进行了比较,二者积分值都在10-12量级,得到的结果基本相符。这种测量方法的实现,为测量空间不同方位、不同距离的大气湍流提供了一种新的手段。

星载威胁激光探测告警的技术需求分析

文中在调研分析激光反卫星的多项技术的基础上,得出星载威胁激光探测告警系统应当具有的功能和性能特点。

目标反射特性与激光测距回波强度关系的研究

激光测距方程的表达形式与目标反射模型的选取有关。不同文献中的测距方程不尽相同,通过对不同反射模型测距方程的推导,指出不同文献中测距方程的联系及测距方程差异产生的原因。用数值模拟的方法,直观给出不同目标模型回波信号的差别及其强度随探测距离、仰角的变化关系。在设计脉冲激光测距仪时,模拟结果可以帮助选取合适的参数。

激光大气等离子体的电子密度空间分布特性研究

利用Nd∶YAG激光器产生的1.06μm激光束(脉冲能量为500 mJ,脉冲宽度为10 ns,重复频率30 Hz)聚焦击穿大气形成长约为8 cm、最大直径为5 cm的激光大气等离子体柱,用光谱测量的方法,分别沿平行于激光束方向和垂直于激光束方向探测该等离子体柱的空间分辨光谱,并由此反演得出电子密度空间分布特性。实验结果表明,激光大气等离子体中各种离子和电子呈橄榄形分布,沿激光束方向不对称,而垂直激光束方向对称分布,最大电子密度为1018cm-3。文章还探讨了激光大气等离子体中处在不同状态的各种原子、分子和离子在空间的分布特性,为进一步揭示激光大气等离子体的微观空间分布规律提供了实验依据。

中国武汉上空钠层分布的实验观测与理论模拟

介绍了中国科学院武汉物理与数学研究所钠层荧光激光雷达及其观测数据反演方法；对武汉上空钠层分布进行了初步理论模拟，并与观测结果进行了比较，对影响武汉上空钠层分布的因素进行了初步讨论．

大气气溶胶有害成分的激光击穿光谱探测

大气气溶胶中的重金属成分对人类健康有严重的危害,有必要对其进行控制和检测。利用自行搭建的一套激光击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy,简称LIBS)大气气溶胶监测系统,对中南民族大学电信学院楼顶处的气溶胶进行了为期一个月的探测研究,获得了这一个月中PM10的分布和Be元素谱线强度的分布,通过对烟花爆竹燃烧产生的烟雾进行探测,获得了多种重金属元素的LIBS光谱图。通过对光谱图的定性分析表明,该技术能够同时检测大气气溶胶中重金属成分。配置含Cd、Sr、Na、Pb不同浓度的大气样品进行了定标实验,结果表明这些元素的谱线强度与其元素浓度有很好的线性关系,其线性拟合相关度均大于0.94。这些研究结果有效表明该技术能用于大气气溶胶中多种重金属成分的同时探测,为大气气溶胶中重金属成分的实时在线检测提供了一种新的方法。

武汉上空中层顶大气重力波活动的钠层荧光激光雷达观测研究

从中国科学院武汉物理与数学研究所钠荧光激光雷达自1999年至今的观测数据中选取了分布于全年26天的数据进行重力波活动的分析研究。统计结果表明,武汉中层顶区的重力波活动非常频繁:26天总观测时间累计约为185.5 h,总共观测到124个重力波活动,平均发生频度为每小时0.7个波,且波的出现频度与地方时有一定关系。这些波的垂直波长主要分布在3—7km,垂直相速主要位于0.1—0.5m/s。与国外报道的结果相比较,波长数值与分布较为一致,但相速明显较低。武汉中层顶区重力波活动的另一特点是多波过程很频繁,多、单波过程的出现比例约为3:2。利用钠层相对密度扰动时空图方法,给出了武汉中层顶区重力波传播和破碎现象的典型结果。还利用单色波模型对部分钠层数据进行了单色波相关参数的提取。

原子法拉第效应器件稳频与鉴频的测速多普勒激光雷达

利用法拉第反常色散滤光器(FADOF)透射频谱曲线稳定而又可调谐的特点,设计了一种测速多普勒激光雷达,一方面用其对发射激光稳频,同时用同种原子的FADOF对回波光鉴频,使发射激光频率和鉴频曲线建立相对稳定的关系,可有利于提高测速精度。试验系统采用Cs原子FADOF,在-40～40 m/s的测速范围内,测速误差为±0.74 m/s。

白天天空背景光变化特性的理论计算与实验测量

通过理论推导得到了竖直方向上白天天空背景光光强计算公式。根据激光雷达30km处的瑞利数据反演了30km以下的大气透过率,利用反演出的大气透过率和推导的背景光计算公式,计算了天空背景光的白天变化,与实测数据符合较好。同时也说明了白天用FADOT窄带激光雷达探测有限距离大气透过率的可行性。

法拉第原子滤光器的特性及应用

以我们对铯原子法拉第反常色散原子滤光器(FADOF)的研究为基础,结合其它FADOF的研究成果,介绍了FADOF的原理、特性、以及在滤波、鉴频、磁光调制等方面的应用。