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光子学报 2025年第3期54卷 228-237页

作者：张鹏翁建文康晴李健军中国科学技术大学物理学院中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室

针对现有天基参考太阳光谱辐照度数据分辨率不足，限制其应用范围的问题，提出一种基于卷积神经网络的太阳光谱辐照度超分辨率重建方法。该网络由一个基于物理模型的全连通层、一维卷积层、非线性层和一系列具有跳跃连接的残差网络组成... 详细信息

针对现有天基参考太阳光谱辐照度数据分辨率不足，限制其应用范围的问题，提出一种基于卷积神经网络的太阳光谱辐照度超分辨率重建方法。该网络由一个基于物理模型的全连通层、一维卷积层、非线性层和一系列具有跳跃连接的残差网络组成。同时考虑现有均方误差损失函数无法捕捉太阳光谱峰谷特征的问题，提出将光谱相对于波长的一阶、二阶导数加入损失函数，使残差的特征更集中于关键的光谱内容。将所提方法应用于TSIS-1 SIM测量太阳光谱辐照度可见光波段的超分辨率重建，结果表明该方法重建光谱与TSIS-1 HSRS产品的测量结果质量相当，且重建耗时仅需0.942 1 s，可有效提高天基观测太阳光谱辐照度数据的分辨率。

关键词：高分辨率太阳光谱辐照度卷积神经网络残差网络光谱超分辨率重建

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基于SCIATRAN的临近空间氧气光谱敏感性分析

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光谱学与光谱分析 2025年第1期45卷 170-178页

作者：叶松胡双寒熊伟李树王新强王方原汪杰君桂林电子科技大学光电工程学院广西桂林541004 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室安徽合肥230031 广西光电信息处理重点实验室广西桂林541004

临近空间大气温度场的研究具有重要的科学意义,根据全时相大气温度示踪物辐射机制与分布特征研究表明,氧气作为大气的主要成分之一,广泛分布于临近空间且辐射强度明显,所以氧气探测是研究临近空间温度变化的重要基础。临近空间氧气探测... 详细信息

临近空间大气温度场的研究具有重要的科学意义,根据全时相大气温度示踪物辐射机制与分布特征研究表明,氧气作为大气的主要成分之一,广泛分布于临近空间且辐射强度明显,所以氧气探测是研究临近空间温度变化的重要基础。临近空间氧气探测主要是依据太阳辐射的短波红外部分被大气层氧气分子吸收得到的吸收谱线,该谱线携带着氧气含量等重要信息。利用探测器得到的氧气光谱进行高精度反演可以得到温度等信息。探测过程中的太阳天顶角、方位角、临边切高及气溶胶参数等因素对氧气影响不同,基于SCIATRAN模型分析氧气对不同参数的敏感性。通过对探测方式和环境因素引起的辐射亮度变化来分析计算氧气对其敏感性。结果表明:氧气的辐射亮度在天顶角为60°以下是随天顶角增大而增大的,但在超过60°后变化随之相反,一天内的太阳天顶角对于氧气的辐射亮度影响不超过0.01 W/m^(2)/nm/sr,且差值不超过7%;氧气辐亮度随方位角增大而减小;氧气辐射亮度随切线高增加而减小,且减小幅度逐渐下降;气溶胶类型对氧气辐射亮度的影响差值比例在10%以内;气溶胶季节对氧气辐射亮度影响是春夏季节要大于秋冬季节;不同气溶胶类型下的气溶胶光学厚度倍数对氧气辐射亮度影响的差值比例均在30%以内,且农村与海洋型气溶胶下光学厚度倍数与辐射亮度成正比,城市型气溶胶下与之相反。仿真数据的结果与实测数据结果对比分析验证了SCIATRAN模型仿真数据的有效性和可行性。该研究为临近空间的氧气探测提供了科学依据,为临近空间的反演等相关研究领域提供参考。

关键词：临近空间氧气辐射传输敏感性

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基于频率转移的红外辐亮度绝对测量技术研究

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光子学报 2025年第4期54卷 34-44页

作者：刘宇豪夏茂鹏郑小兵翟文超中国科学技术大学物理学院光学与光学工程系合肥230026 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室合肥230031

基于频率转移技术提出了一种新型红外绝对辐亮度测量方法,实现了红外光源在3390 nm的绝对辐亮度测量,将光量子“无溯源”定标技术拓展至中波红外。首先,用775 nm连续激光泵浦非周期性极化铌酸锂下转换产生1005 nm/3390 nm非简并相关光子... 详细信息

基于频率转移技术提出了一种新型红外绝对辐亮度测量方法,实现了红外光源在3390 nm的绝对辐亮度测量,将光量子“无溯源”定标技术拓展至中波红外。首先,用775 nm连续激光泵浦非周期性极化铌酸锂下转换产生1005 nm/3390 nm非简并相关光子对,再利用上转移技术将3390 nm转换至810 nm,采用参量下转换时间符合法绝对定标上转换单光子探测器在3390 nm绝对通道量子效率,结合光路的孔径与视场,实现绝对功率响应度至绝对辐亮度定标转换。介绍了基于相关光子时间特性的探测效率定标方法和频率转移的实验装置,分析了死时间、后脉冲、意外符合、非公共部分光路差异性等问题。然后,用定标光路测量了黑体辐射源在125℃~200℃共4个温度点下3390 nm的辐亮度,将测量结果与普朗克公式计算辐亮度结果进行对比验证,得到的最大差异为4.3%。研究结果表明,利用下转换和上转换相结合能将相关光子定标技术拓展至中波红外,对实现3000 nm后的中波红外绝对辐射测量有潜在的应用价值。

关键词：自发参量下转换频率上转换黑体辐射辐亮度定标 PPLN晶体

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基于多源数据的城市CO2源汇高空间分辨网格的构建方法研究

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光学学报 2025年

作者：孙二昌王先华叶函函吴时超施海亮李超安源中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学技术大学中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室

城市为CO2主要排放区，贡献了人为CO2排放总量的70%左右，是全球碳监测研究的重点区域。基于大气CO2浓度的“自上而下”方法能为全球范围的城市提供近实时的排放信息，是全球碳盘点的关键技术。目前在“自上而下”的城市排放估算中，先... 详细信息

城市为CO2主要排放区，贡献了人为CO2排放总量的70%左右，是全球碳监测研究的重点区域。基于大气CO2浓度的“自上而下”方法能为全球范围的城市提供近实时的排放信息，是全球碳盘点的关键技术。目前在“自上而下”的城市排放估算中，先验源汇数据一般来自于全球化石燃料CO2排放清单（ODIAC）和植被生长模型（VPRM）的输出，先验信息的空间不确定性高，较大的估算偏差难以满足高空间分辨的城市排放估算需求。本文利用多源地理数据来降低先验源汇的空间不确定性，并基于OCO-3卫星的XCO2数据对源汇空间优化的效果进行评估。结果显示，应用优化后的CO2源汇数据能更好地模拟出局地CO2浓度变化，与观测的一致性更高；在三个分析案例中，共有690个有效观测点被用于评估，模拟与观测的相关性分别提升了0.2、0.11、0.10,XCO2偏差分别降低了0.12、0.07、0.07 ppm。这些结果表明优化后的CO2源汇能够更加真实地反映源汇分布情况，可为“自上而下”方法提供高空间分辨率、低空间不确定性的反演先验值。

关键词：城市的CO 源汇 “自上而下”估算反演先验值高空间分辨率空间降尺度 OCO-3

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近红外波长处金星(盘)线偏振度的敏感性分析

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物理学报 2025年第9期74卷 133-147页

作者：李宜奇孙晓兵郑小兵黄红莲刘晓提汝芳韦祎晨王宇轩中国科学技术大学环境科学与光电技术学院合肥230026 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所合肥230031 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室合肥230031

通过对金星大气中云和霾进行详细的分层建模和辐射传输模拟,并结合金星快车SPICAV IR仪器的近红外观测数据,探讨了云和霾粒子的微物理性质及其对金星(盘)线偏振度的影响.结果表明,不同模式粒子的单次散射和线偏振特性在相位角和波长上... 详细信息

通过对金星大气中云和霾进行详细的分层建模和辐射传输模拟,并结合金星快车SPICAV IR仪器的近红外观测数据,探讨了云和霾粒子的微物理性质及其对金星(盘)线偏振度的影响.结果表明,不同模式粒子的单次散射和线偏振特性在相位角和波长上呈现显著变化,上层霾和云粒子(Mode 1和Mode 2)的微物理性质对金星的线偏振度影响尤为显著.Mode 1粒子的柱密度减小或模态半径增大均会使线偏振峰值增大,而线偏振度对Mode 2粒子柱密度的变化与Mode 1趋势相反.复折射率实部的变化对偏振特性影响显著,而虚部影响较小.此外,线偏振度在金星盘上随波长、相位角及位置(中心与边缘)变化明显,盘积分的线偏振特性对粒子微物理性质和大气水平不均匀性(如云量分布)高度敏感,且光环现象清晰可见.多层模型的模拟结果与SPICAV IR中低纬数据拟合较好,这种详细分层建模为揭示金星大气中云和霾的微物理特性及其辐射传输特性提供了重要依据.

关键词：金星云和霾线偏振敏感性分析微物理特性

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地基月球光谱辐照度仪的自动跟踪系统设计

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量子电子学报 2025年第1期42卷 89-99页

作者：李萍李新黄冬张权潘琰中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室安徽合肥230031 中国科学技术大学安徽合肥230026

月球用于卫星在轨辐射定标具有稳定性高、反射率光谱变化平缓、背景影响小、不受大气影响等优点。由于月球辐射受月相角、月天动平、日月距离等因素的影响,月球定标需要通过地面长期观测以建立高精度的月球辐射模型。为此,设计了一套地... 详细信息

月球用于卫星在轨辐射定标具有稳定性高、反射率光谱变化平缓、背景影响小、不受大气影响等优点。由于月球辐射受月相角、月天动平、日月距离等因素的影响,月球定标需要通过地面长期观测以建立高精度的月球辐射模型。为此,设计了一套地基月球光谱辐照度仪的自动跟踪系统。该系统利用月球位置算法获得月球的天顶角和方位角以实现初步跟踪,进而利用CCD相机拍摄月球图片进行图像处理以实现精确跟踪。室外跟踪观测实验表明,月球位置计算和图像处理跟踪相结合的跟踪方式具有较高的精确度,平均跟踪精度在0.04°以内,证明该月球跟踪系统具有准确性和可靠性。

关键词：遥感月球定标跟踪系统图像处理跟踪月球跟踪月球光谱辐照度仪月球定标

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基于偏振信息的污泥沉降比快速测量研究

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应用光学 2025年第1期46卷 121-128页

作者：王新强覃杉孙晓兵熊伟叶松王方原童宣科桂林电子科技大学光电工程学院广西桂林541004 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所安徽合肥230031 广西光电信息处理重点实验室广西桂林541004 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室安徽合肥230031

污水处理是人类生产、生活中保持水源清洁的重要环节,污泥沉降比是衡量污水处理效果的关键指标。现有的污泥沉降比测量需要等杂质沉淀完成,耗费时间长,检测效率低下。为了实现实时、非接触、低耗测量污泥沉降比,研究了均匀污泥水样光偏... 详细信息

污水处理是人类生产、生活中保持水源清洁的重要环节,污泥沉降比是衡量污水处理效果的关键指标。现有的污泥沉降比测量需要等杂质沉淀完成,耗费时间长,检测效率低下。为了实现实时、非接触、低耗测量污泥沉降比,研究了均匀污泥水样光偏振信息与沉降比之间的关系,通过测量污泥沉淀前混合溶液的偏振图像,提取偏振特征参量,利用BP(back propagation)神经网络对偏振参量与沉降比进行训练建模,建立了输入层为I、Q、U、P、θ,隐含层节点数为13,输出层为污泥沉降比,网络拓扑结构为“5-13-1”的BP神经网络预测模型。模型训练采用L-M(Levenberg-Marquardt)算法,网络传递函数采用tansig-purelin。结果表明:预测模型的平均相对误差为4.361%,平均绝对误差为0.00821,均方误差为0.00014,均方根误差为0.01213,四者均在误差允许的范围内,能够用于污泥沉降比的快速预测。

关键词：偏振信息污泥沉降比定量检测 BP神经网络

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基于便携式EM27/SUN光谱仪的点源碳排放监测方法——以合肥皖能发电厂为例

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光学学报 2025年第6期 44-58页

作者：李超王先华叶函函吴时超施海亮孙二昌安源中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学技术大学中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室

以点源扩散烟羽的测量方式为基础，以合肥皖能发电厂为对象，使用EM27/SUN仪器进行多次地基观测实验，结合理论与实验结果的研究与分析，提出了优化的CO2排放监测方法。优化的监测方法避开了排放源近段对羽流轴线的敏感性和远段高层建... 详细信息

以点源扩散烟羽的测量方式为基础，以合肥皖能发电厂为对象，使用EM27/SUN仪器进行多次地基观测实验，结合理论与实验结果的研究与分析，提出了优化的CO2排放监测方法。优化的监测方法避开了排放源近段对羽流轴线的敏感性和远段高层建筑对风场的干扰性，对羽流中段进行测量。实验结果显示，距离排放源较近的近段CO2排放强度的平均偏差为（28.63±17.57） kg/s，中段CO2排放强度的平均偏差为（7.13±5.39） kg/s，远段CO2排放强度的平均偏差为（27.01±17.98） kg/s。研究结果表明，基于测量优化的方法可以显著提升热电厂CO2排放强度的估算精度。

关键词：点源排放碳估算 EM27/SUN 排放强度发电厂

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分焦面偏振探测器的串扰研究

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光学学报 2025年第5期 22-31页

作者：聂安然裘桢炜孙晓兵孟炳寰洪津中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学技术大学中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室

分焦面偏振探测器像素间的串扰会影响偏振透射率曲线，从而限制探测器的偏振精度和空间分辨率的进一步提升。探测器钝化层和其中的微结构带来的光学串扰以及衬底层中的电学串扰对分焦面偏振探测器的影响被长期忽略。围绕这个问题开展了... 详细信息

分焦面偏振探测器像素间的串扰会影响偏振透射率曲线，从而限制探测器的偏振精度和空间分辨率的进一步提升。探测器钝化层和其中的微结构带来的光学串扰以及衬底层中的电学串扰对分焦面偏振探测器的影响被长期忽略。围绕这个问题开展了相关研究：半定量地分析了图像传感器中串扰对消光比的影响；基于聚焦离子束直写技术制备了分焦面偏振探测器；搭建了线光源线偏振测试系统，并对串扰进行了量化测量；设计了可使电学消光比大幅提升的光电隔离沟道。研究结果不仅可以用于分焦面偏振探测器的设计，同时也为超表面与探测器的集成提供了参考。未来将以更真实的物理模型和探测器参数，定量地研究光电隔离沟道对探测器的串扰和性能的影响。

关键词：串扰微偏振阵列分焦面偏振探测器光电隔离沟道

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基于相关光子多模式相关性的InSb模拟探测器定标方法

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物理学报 2015年第24期64卷 119-125页

作者：夏茂鹏李健军高冬阳胡友勃盛文阳庞伟伟郑小兵中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室合肥230031

利用基于参量下转换产生的相关光子可以实现"无溯源"的绝对定标.将该方法推广应用于模拟探测器定标的过程中,获取两路模拟光电流信号的有效相关信息是主要难点.在相关光子的多模式相关性理论模型的基础上,提出了一种新的光电... 详细信息

利用基于参量下转换产生的相关光子可以实现"无溯源"的绝对定标.将该方法推广应用于模拟探测器定标的过程中,获取两路模拟光电流信号的有效相关信息是主要难点.在相关光子的多模式相关性理论模型的基础上,提出了一种新的光电流处理方案.通过将某一时刻采集到的光电流所包含的电荷量转换为等效光子计数,采用双光路平衡探测和双通道数据波动校正的技术思路,开展了红外模拟探测器量子效率定标验证实验研究.利用532 nm单波长激光器为抽运源、PPLN晶体为非线性晶体,在25?C工作温度下获取了631和3390 nm的相关光子对,定标了In Sb红外模拟探测器在3390 nm处的绝对功率响应度.结果表明,对In Sb模拟探测器的合成不确定度为7.785%.根据量子效率与绝对功率响应度之间的函数关系,所得定标结果与国内计量单位的校准结果的相对偏差为3.6%.利用多模式相关性在模拟信号下实现红外模拟探测器的绝对功率响应度定标在国际上暂无此方面的报道,该方法验证了应用多模式相关性理论开展模拟探测器定标方法的可行性,对于探索基于相关光子的定标技术和拓宽辐射定标应用领域具有重要意义.

关键词：定标参量下转换模拟定标 In Sb红外探测器

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