Bi-layered coded metasurface for multi-functional hologram with broadband transmission and efficient reflection

A multi-functional full-space metasurface based on frequency and polarization multiplexing is proposed.The metasurface unit consists of metallic patterns printed on the two faces of a single-layered dielectric substrate.The unit cell can control electromagnetic wavefronts to achieve a broadband transmission with amplitudes greater than 0.4 from 4.4 to 10.4 GHz.Meanwhile,at 11.7 GHz and 15.4 GHz,four high-efficiency reflection channels with a reflection amplitude greater than 0.8 are also realized.When illuminated by linearly polarized waves,five different functions can be realized at five different frequencies,which are demonstrated by theoretical calculations,full-wave simulations,and experimental measurements.

基于光谱成像仪的量子化能级测试与分析

以反射式光栅和CCD为核心器件,搭建了反射式光谱成像仪,开发程序对CCD输出的光敏像元与待测光谱波长之间的关系进行快速定标和可视化处理,进而对特定气体原子或分子的量子化能级进行测试和光谱分析,并对该量子化能级测量试验仪的性能进行了评估与不确定评定.实验系统的搭建与测试,增加了学生的动手能力,加深了学生对能级的量子化、原子内部结构和运动特征等知识的深入理解.

全反射法测量液体折射率的一种改进方案

针对棱镜全反射法测量液体折射率时存在的色散现象,将原先的钠灯或汞灯光源替换为激光器,并使用摄像头观察消光现象,排除了复色光谱线对实验测量的干扰。使用改进后的装置测量了不同液体在不同光波长下的折射率。结果表明,测量值与标称值基本吻合,相对不确定度在0.1%以内。改进后的实验方法操作方便、准确度高,有进一步的推广应用价值。

改进反射法测三棱镜顶角实验的思考

反射法测三棱镜顶角要求望远镜、平行光管和三棱镜都要满足测试要求,对分光计调节的要求更全面。镜外辅助粗调法常被用于解决分光计粗调不理想的情况。针对该方法不易掌握的问题,通过分析平面镜中望远镜反射像的成像规律,确定了镜外辅助法调节良好,即达到最佳容错位置的标志现象,即从望远镜外观察到的绿色十字光源与望远镜分划板上的水平直径叉丝位于同一水平面上。三棱镜放置位置是影响狭缝反射像观察的重要因素。三棱镜最佳的放置位置为待测顶角A放到载物台中心,确保可以观察到AB和AC两个光学面反射的狭缝像。

便携式近红外仪检测牛奶中脂肪、蛋白质及干物质含量

采用便携式近红外光谱仪,结合偏最小二乘回归法,研究了牛奶脂肪、蛋白质和干物质含量的测定方法,建立了近红外漫反射定量分析模型。结果显示,脂肪、蛋白质和干物质模型相关系数(R2)分别为0.98,0.95,0.98,建模集标准残差(RMSEC)分别为0.187,0.105,0.217,验证集标准残差(RMSEP)分别为0.187,0.120,0.296,相对分析误差(RPD)分别为5.02,2.60,3.20。同时探讨了各成分间的相关性,发现脂肪与干物质间具有很好相关性(R2=0.921),因此可通过脂肪模型预测来计算干物质含量,提高了干物质的检测精度。研究表明,采用便携式近红外漫反射模式可为牛奶成分的现场检测提供一种无损、快速的新方法。

植物叶片和冠层光化学反射指数与叶黄素循环的关系

以一串红(Salvia splendens Ker-Gawl.)和白车轴草(Trifolium repensLinn.)为材料,使用光谱反射技术测定了这两种植物叶片水平和冠层水平的光化学反射指数(PRI)的日变化,同时使用高效液相色谱分析法测定了这两种植物叶黄素循环的日变化,分析了单叶、群体冠层的PRI与叶黄素循环和叶片实际光化学效率(ΦPSⅡ)和非光化学淬灭(NPQ)之间的关系。结果表明,不论是叶片水平还是冠层水平,两种植物PRI的变化均与叶黄素的脱环氧化程度和NPQ之间呈显著的负相关、与ΦPSⅡ呈显著的正相关。研究结果表明无论叶片水平还是冠层水平上的光谱反射指数均能非常好地反映植物光合机构对光能的利用效率。

氟化锂椭圆弯晶分析器的特性及应用

设计了测试能量范围为0.6～6 keV的椭圆弯晶谱仪。此谱仪利用椭圆自聚焦原理,晶体分析器采用氟化锂材料,椭圆焦距为1 350 mm,离心率为0.958 6,布拉格角范围为30～65°。在神光Ⅱ靶室进行了实验,入射激光波长为0.35μm,激光功率约为1.6×1014W/cm2,与厚度为100μm的钛平面靶法线夹角约为45°。实验结果证实,弯曲的氟化锂晶体具有极佳探测效果,弯晶分析器对波长为0.2～0.35 nm的X射线的分辨率可达500～1 000,同时具有等光程而便于空间分辨测量的优点,在同样距离条件下比平晶分析器高一个数量级的收光效率,故适合于激光等离子体X射线的光谱学研究。

机载成像光谱数据预处理方法研究——以江苏宜兴市为例

该文基于土地利用 土地覆盖分类目的 ,对国产 12 8波段的宜兴市机载成像光谱数据进行了数据导入、镜像变换、辐射畸变纠正、相对反射率转换和几何精纠正以及多航带间的镶嵌试验研究。通过分析发现 :经验线性法定标效果明显好于其他两种定标方法 ;图像精纠正后多条带镶嵌图能够与土地利用现状数据库较好吻合。

CE-1干涉成像光谱仪数据光度校正与反射率计算

干涉成像光谱仪(interference imaging spectrometer,IIS)是嫦娥1号探月卫星(chang’e-1,CE-1)搭载的有效载荷,具有图谱合一的特点,用于实现月表重要元素及矿物类型的分布与含量分析的科学目标。由于观测条件的不一致,IIS获取的不同区域的月表数据明暗差异显著,因此,必须要进行光度校正,以消除由于观测条件不一致而引起的目标辐射特性的不均一性。文章在分析IIS数据特点的基础上,利用改进的Lommel-Seeliger模型对辐射定标后的IIS辐亮度数据进行逐像素光度校正;选定距离Apollo16着陆点最近的一块区域作为定标区,利用实验室测得的62231月壤样品双向反射率作为校正标准进行辐亮度到反射率的计算,得到CE-1 IIS反射率数据,并选择71501月壤样品对反射率计算结果进行精度评价。该工作对于月表矿物类型识别和信息提取、不同类型月表矿物与岩石的分布图绘制等具有重要意义。

生物组织光学参数:优化散射系数(μ′_s)的实时在位测定

利用了一套特殊设计光纤探头组成的稳定态光纤光谱仪测试生物组织的光学参数 ,从悬乳液 ( Intralipid)与模拟胶 ( Phantom)实验推导出优化散射系数 ( Reduced scattering coefficient:μ′s)近红外谱测量经验公式。测量反射系数就可以计算出优化散射系数谱。计算结果用模拟胶作了验证 ,并对大鼠脑组织μ′s 进行了实时在位测量 ,从而得到了一种 μ′s

椭圆弯晶谱仪分析器研制

针对激光惯性约束核聚变辐射的X射线分析,可得到关于等离子体电子密度、温度、电荷分布等重要信息。研究的X射线弯晶谱仪分析器是用来诊断X射线光谱,进而实现对激光惯性约束核聚变的控制。探讨了椭圆弯晶谱仪理论原理,分析了积分反射率和质量吸收系数。弯晶谱仪采用LiF弯晶分析器,椭圆焦距2c为1350mm,椭圆离心率e为0.9586,晶体布拉格角范围为30°至60°。在此对LiF弯晶分析器的制作工艺进行详细描述。实验结果表明,该晶体分析器对X射线的分辨率(λ/Δλ)可达900以上,能够用来对激光等离子体的X射线光谱进行诊断。

用于食品成分分析的双探测器近红外光谱仪

研制了双探测器结构的滤光片型漫反射近红外光谱仪。用分束镜将单色光分成两束,一束光直接被一个探测器接收,另一束光经过积分球后照射到样品上,样品的漫散射光被积分球上的另一个探测器接收。将两个探测器的测量值相比较,计算出样品的吸光度。应用该仪器检测了漫反射标准板的漫反射率,测量值与标称值的相关系数平均为0.995,标准偏差平均为0.01。另外,使用该仪器测定了奶粉、牛奶及酱油相关成分含量,近红外光谱与奶粉的蛋白质和脂肪含量的相关系数>0.9,与酱油及原奶的相关成分含量的相关系数>0.8。检测结果表明,自制的双探测器结构滤光片型近红外光谱仪可以准确获得样品的漫反射率。

基于反射光谱技术的植物叶片SPAD值预测建模方法研究

植物叶片SPAD值反映了植物叶绿素含量,对特定的植物也反映了氮含量。为了实现植物叶绿素含量的快速无损检测,利用光纤反射光谱技术对植物叶片SPAD值进行了预测建模研究。实验中选取70个样本作为建模集,50个样本作为校验集。通过叶片光谱比对,发现光谱红边段650～750 nm对SPAD预测建模有直接关系。实验确定了光强调节因子和叶片厚度影响因子。首先通过待定系数法构造出SPAD预测公式,然后用Visual Basic6.0设计的遗传算法进行参数寻优,最后确定最佳敏感波段为683.24～733.91nm。分析表明,叶片厚度对SPAD反射光谱模型精度有显著影响。经过叶片厚度修正后的建模集拟合因子R2为0.865 8,校验集拟合因子R2为0.916 1。结果表明,利用反射光谱技术建立的SPAD预测模型是成功的,从而可为仪器开发提供方法指导。

碳卫星CO_2探测仪发射前的漫反射板定标

为了提高CO_2探测仪的在轨辐射定标精度,建立了在轨辐射校正原理,并对关键环节漫反射板的制备、BRDF定标和应用进行了系统的研究。根据CO_2探测仪的工作原理与系统组成,介绍了星上定标设备和在轨辐射定标策略,确定了漫反射板的制备方法和优化工艺参数,制定了以标准灯和标准探测器为传递链路的漫反射板BRDF的精确定标方法。对漫反射板基准BRDF、角度修正因子和半球反射率进行了测试,对其实验室定标精度进行了分析,并通过在轨初期的应用结果予以验证。发射前的定标结果表明,漫反射板在760nm、1 610nm和2 060nm 3个波段的定标精度均优于3%。在轨初期的测试结果表明CO_2探测仪1 610nm波段在轨绝对辐射定标精度优于5%。CO_2探测仪漫反射板的定标结果满足仪器辐射定标对漫反射板定标的精度要求。

小型光电离反射式飞行时间质谱计

介绍了合肥国家同步辐射实验室光化学站自行研制的小型光电离反射式飞行时间质谱计。该仪器以YAG激光器或同步辐射光作为激发光源，不仅可以开展气相分子的光电离、解离研究，而且可以开展固相样品激光溅射的离子团簇的研究。它具有智能化程度高、结构紧凑和质量分辨率高等优点。

多次全反射X射线荧光分析装置研制

文章报道了自行研制的多次全反射X射线荧光分析装置，着重介绍了分析装置光路系统的设计、组件、调试以及能谱分析系统，并对装置的性能测试结果进行了分析。实验结果表明，该装置的探测下限可达0．1 ng，样品分析的RSD为5％～16％，利用该装置对某核设施周边的大气样品进行了分析，结果令人满意。

MERIS卫星数据定量反演长江河口的悬沙浓度

悬浮泥沙浓度是描述水质的重要参数,获取其空间和时间上的分布,有助于水环境监测及泥沙输运观测。首先介绍了欧空局(ESA)发射的ENVISAT上携带的中分辨率成像光谱仪(MERIS)基本特点,其数据较SeaWiFS、MODIS在水色波段设置和灵敏度上具有一定优势,然而在我国高浑浊河口如长江口,MERIS二级产品如离水辐射率和总悬浮物浓度的反演结果与实测数据有较大的偏差。故直接利用其一级数据即传感器接收到的辐射率,采用基于辐射传输模型的MODTRAN算法进行大气校正以获得水表遥感反射率。应用遥感反射率与悬沙浓度的关系模型,反演了2005年夏季三个寻常潮(7月30日、8月3日、8月9日)悬沙浓度。通过对反演结果与实测数据进行分析,得出反演偏差可由二级产品90%相对误差降低到53%左右。最后给出了2005年8月15日、9月16日悬沙浓度分布图,通过分析得出利用MERIS数据反演高浑浊河口悬沙浓度是可行的。

弹光调制傅里叶变换光谱技术研究

为进一步提高弹光调制傅里叶变换光谱仪光谱分辨率,提出了一种折返式弹光调制干涉仪结构,该结构通过在弹光晶体前后表面镀制相互交错的的全反射膜,并让入射光线以约10°的倾斜角入射,使得被测光束在晶体内部产生多次反射,增大光在干涉仪中的传播距离并提高了调制光程差。建立了折返式弹光调制傅里叶变换光谱仪干涉-光谱反演数学模型,并在此基础上设计搭建了相应的前置收集光系统,并进行了激光光源和氙灯光源的遥测实验,实验所得干涉条纹清晰、稳定,结果表明,所设计的多次反射式弹光调制傅里叶变换光谱仪的光谱分辨率达到13cm-1,且该方案使得光线在晶体内部产生反射,降低了光能损失,保证了系统性噪比。最后的光谱反演结果表明,所设计光谱系统的技术可行,为后续的样机研制以及光谱、辐射标定等工作奠定了基础。

光弹调制式反射差分光谱仪的理论分析

反射差分光谱仪是一种测量灵敏度和精度较高的研究表面/界面的新型分析仪器,但微弱的反射差分信号易受到各种噪声的干扰.作者利用Jones表示法,对光弹调制式反射差分光谱仪构建了包含器件自身缺陷和安装误差的数学模型,通过确立误差源与测量结果的联系,分析出各误差源对测量结果的影响,特别是起偏器、光弹调制器和样品的安装误差以及位相调制误差,这些系统误差经过标定可得到补偿.

空间调制傅里叶变换红外光谱仪干涉系统透射效率研究

光学系统表面的反射与材料的吸收会降低空间调制傅里叶变换红外光谱仪中光的透过率。通过对干涉系统透过率函数的计算和对采样干涉图与复原光谱的仿真,结果显示透过率函数作用下的干涉图像对比度下降,复原光谱中的谱线强度发生衰减。分析表明,干涉图像对比度的下降主要是由分束器对入射光的有效反射引起的,而谱线强度的衰减则是由与增透膜的光强反射率R1、分束膜的光强反射率R2和材料的吸收系数α有关的透射效率函数所决定。通过分析论证,对于本文所研究的光谱波段,可以不考虑材料的吸收,所以透射效率主要由R1和R2决定。由此,将透射效率作为设计指标,根据系统的设计需求,就可以得到增透膜与分束膜光强反射率的容限值。