迈克尔逊风场探测干涉仪视场展宽的实现

迈克尔逊风场探测干涉仪视场展宽的实现在于臂玻璃材料的选择和厚度的确定。依据视场展宽的4个条件,经过分析计算,从中国玻璃库中选出了最佳玻璃对LAF4和ZF2,并计算出了臂厚度值。经过验证,此选择很好地满足了视场展宽条件。将相关参数输入计算机,通过模拟干涉仪的结构并进行光线追迹,得到了视场展宽干涉图。经过数据反演得到了风速值41.48 m/s,与理论值47.62 m/s基本一致。

马赫-曾德尔干涉仪频谱特性及入射视场展宽技术研究

马赫-曾德尔干涉仪(MZI)具有光学能量利用率高、便于视场展宽等优点,在光学滤波、鉴频等方面具有广泛的应用。然而,在实际应用中MZI频谱会受到各种因素的影响而导致性能下降。从理论上导出了在考虑入射光发散角2θ_(0)和谱宽Δν的影响下,MZI干涉频谱的理论表达式,并定量分析了其对MZI频谱的影响。结果表明:MZI的光程差l越大,其频谱受Δν的影响越显著,l与入射光波长λ比值越大,其频谱受θ_(0)的影响越显著;当λ=355 nm,l=3 cm时(第1种情形),Δν=10 GHz和θ_(0)=4.5 mrad将分别使条纹对比度K降至2.8%和16.3%;当λ=532 nm,l=59 cm时(第2种情形),Δν=0.5 GHz和θ_(0)=1.25 mrad将分别使K降至3.2%和15%。为减小发散角的影响,从理论上进一步研究了棱镜式视场展宽技术。结果表明:若补偿棱镜厚度d和折射率n满足d=nl/(n􀀀1),对应第1种情形,θ_(0)=50 mrad时K仍高于93.1%,θ_(0)=70 mrad时K将降至33.3%;在第2种情形下,θ_(0)=25 mrad时K仍高于94.0%,θ_(0)=35 mrad时K将降至37.6%。若d依据不同θ_(0)取不同最优值时,在第1种情形下,θ_(0)=70 mrad时K仍高于92.1%;而在第2种情形下,θ_(0)=35 mrad时K仍高于94.4%。

多纵模高光谱分辨率激光雷达马赫-曾德尔干涉仪的视场展宽技术

考虑到多纵模高光谱分辨率激光雷达(MLM-HSRL)接收的大气弹性散射回波具有与激光器发射光束一致的高斯传输特性,因此分析马赫-曾德尔干涉仪(MZI)光程差和透过率时必须要考虑发散角的影响。详细分析入射光束的发散角对大光程差MZI分光性能的影响,仿真计算得到基于空气腔的大光程差MZI所允许的光束发散角要≤0.4 mrad。为了降低发散角对大光程差MZI分光性能的影响,提出一种基于补偿玻璃的大光程差MZI的视场展宽技术。理论分析和仿真结果表明,视场展宽后系统可允许的发散角可达25.6 mrad,视场展宽技术极大地提升了大光程差MZI的分光能力。

多普勒测风激光雷达中马赫-曾德尔干涉仪的视场展宽技术研究

火星大气风速廓线探测对研究火星大气环境具有重要意义,基于马赫-曾德尔干涉仪的多普勒测风激光雷达相对于一般的相干/非相干多普勒测风激光雷达更适合于火星地基探测。为使马赫-曾德尔干涉仪对激光雷达中望远镜接收到的大视场角回波光信号进行频移检测,需要对马赫-曾德尔干涉仪进行视场展宽。对马赫-曾德尔干涉仪中棱镜式视场展宽技术与"猫眼"光学系统的视场展宽技术进行研究后发现,棱镜式视场展宽技术更具优势。设计并搭建了一套光程差为219 mm的马赫-曾德尔干涉仪,使用压电晶体扫描反射镜片的方式测量其对以11 mrad视场角入射的准平行光束的透射谱,得到干涉仪最大的干涉对比度为0.87,满足多普勒测风激光雷达的使用需求。结合地球大气环境分析了干涉仪干涉对比度随高度的变化,结果表明:虽然大光程差马赫-曾德尔干涉仪的干涉对比度在5 km以下低空大气中随高度增加有小幅下降,但仍可使用这种干涉仪进行大气风速探测。

大气海洋高光谱分辨率激光雷达鉴频特性研究

统一分析大气海洋高光谱分辨率激光雷达(HSRL)的鉴频性能,能够为大气海洋的联合探测研究提供帮助。提出了一种基于视场展宽迈克尔逊干涉仪(FWMI)鉴频器的大气海洋HSRL系统和算法,用于反演海水和大气颗粒的180°体积散射系数。该系统的核心在于采用混合-分子双通道接收信号,其中分子通道利用FWMI鉴频器滤除颗粒信号,透过分子信号。研究表明,反演误差会随着颗粒散射比(总180°体积散射系数与分子180°体积散射系数之比)增大而线性增大,而光谱分离比(分子与颗粒透过率之比)的提高能够显著抑制误差的增长趋势。因为海洋的分子散射与颗粒散射在光谱上更加分离,因此FWMI在海洋HSRL上的鉴频能力高于大气HSRL。所提的基于FWMI的HSRL系统能够工作于水体和大气中,对大气海洋激光雷达的性能提升有重要的意义。

近红外星载风温成像干涉仪的设计和仿真

临近空间风温遥感技术是研究大气动力学、热力学特性的重要手段,也是提高空间天气数值预报准确性的必要途径。针对临近空间大气风温遥感探测需求,通过分析临近空间风场和温度的探测原理和方法,并比较现有星载被动风温探测方式,提出了一种基于视场展宽迈克尔逊干涉仪的近红外星载风温成像干涉仪,其工作波长为O2分子在1.27μm的谱线,探测范围覆盖整个临近空间。论述了系统工作原理和设计过程,其中,重点阐述了兼具视场展宽、色差矫正、温度补偿功能的Michelson干涉仪和用于对O2分子谱线鉴频的F-P干涉仪的设计,并进行了模拟仿真实验。仿真结果表明风速测量误差为18.98%,可满足临近空间大气风场和温度场探测要求。

光谱与光谱理论

O433.5 96063548广角傅里叶变换光谱术研究=Wide-angle Fouriertransform spectroscopy[刊,英]/相里斌,赵葆常,薛鸣球(中科院西安光机所.陕西,西安(710068))//光子学报.-1995,24(4).-377-382由于采用视场补偿方法,使得傅里叶变换光谱术所允许的立体角更大。利用求解积分方程的方法,对视场补偿的迈克尔逊干涉仪(广角干涉仪)进行光谱复原。计算机模拟结果表明,用这种方法复原的光谱,比采用傅里叶变换方法获得的复原谱更精确、更稳定,同时,测量光谱范围也可大大提高。(严兰)

光谱仪器

TH744.1 2000010125一种新型干涉成像光谱技术=A novel imaging interferometry[刊,中]/高瞻,相里斌,安葆青,刘改侠(中科院西安光机所.陕西,西安(710068))//光电子·激光.—1998,9(2).—116-118介绍了一种新型空间调制干涉成像光谱仪原理,并与具有代表性的静态迈克尔逊干涉仪的光通量进行了比较,说明它具有高通量、大视场的优点。推导了这种干涉仪的干涉图表达式,分析了胶合层楔角对调制度的影响,给出了楔角的容限计算公式。图6参6(郑锦玉)TH744.1 2000010126浅谈关于DV-4(5)直读光谱仪曲线的校准=A breifcalibration on the work curve of DV-4(5)[刊,

双波长高光谱分辨率激光雷达光谱鉴频器设计

提出了一种可作为高光谱分辨率激光雷达(HSRL)光谱鉴频器的双波长视场展宽迈克耳孙干涉仪(FWMI)的设计方法。详细阐述了双波长FWMI的设计原理,权衡考虑色散对于鉴频性能的影响。通过双波长视场展宽设计实现折射率补偿,从而使FWMI在355 nm和532 nm均有较大的接收视场。给出适用于355 nm和532 nm的双波长FWMI设计的具体参数,并对其进行性能评估和容差分析。评估结果表明,双波长FWMI拥有超过6°的接收视场角,在两个波长均有较为优异、稳定的性能表现,对于加工和装配精度要求也并非苛刻。利用蒙特卡罗仿真对基于双波长FWMI的HSRL系统的光学参数的反演误差进行分析。分析结果表明,在532 nm,气溶胶后向散射系数和消光系数的反演误差分别为1.82%和11.39%,而在355 nm,二者分别为1.62%和2.95%。