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期刊信息/Journal information
光学学报
光学学报

曹健林

月刊

0253-2239

aos@siom.ac.cn

021-69918427

201800

上海市嘉定区清河路390号（上海800-211信箱）

光学学报/Journal Acta Optica SinicaCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本学报是国内外公开发行的光学学术刊物，反映中国光学科技的新概念、新成果、新进展。内容主要包括量子光学、非线性光学、适应光学、纤维光学、激光与物质相互作用、激光器件、全息和信息处理、光学元件和材料等。为我国光学科技人员与国内外同行进行学术交流、开展学术讨论以跟踪学科前沿和发展我国光学事业服务。
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    基于藻类荧光动力学的水体放射性核素快速监测方法研究

    谭小璇甘婷婷周蓉卉殷高方...
    113-122页
    查看更多>>摘要：放射性核素进入水环境所导致的水体污染问题一直备受关注。水体放射性核素毒性的现场快速检测是当今环境领域面临的重要挑战。针对此问题，将蛋白核小球藻作为受试生物，以三种典型放射性核素锶(90Sr)、铯(137Cs)和钴(60Co)为研究对象，利用荧光动力学方法，研究了快速叶绿素荧光诱导动力学(OJIP)曲线及最大光化学量子产率(Fv/Fm，Fv是可变荧光，Fm是最大荧光)和光合性能参数(PIABS)对90Sr、137Cs和60Co三种放射性核素在180 min短期胁迫下的响应规律与特性，从而明确了藻类荧光动力学技术应用于水体放射性核素毒性现场快速检测的可行性。此外，通过Fv/Fm与PIABS对三种放射性核素响应性能的对比，进一步优选出可用于放射性核素毒性灵敏检测的最佳光合荧光参数。结果表明:在暴露180 min以内，90Sr、137Cs和60Co三种放射性核素均会破坏蛋白核小球藻的光合系统，引起OJIP曲线的显著变化，表明微藻荧光动力学方法能够用于水体放射性核素毒性的快速检测;Fv/Fm和PIABS对三种放射性核素的响应均具有活度浓度依赖性和时间依赖性，表明基于微藻荧光动力学方法所获取的Fv/Fm和PIABS均可作为毒性响应参数用于放射性核素毒性的检测和评估;根据基于Fv/Fm和PIABS所获取的三种放射性核素的20％效应浓度(EC20)和50％效应浓度(EC50)对比可知，PIABS相较于Fv/Fm对放射性核素毒性具有更灵敏的响应特性，因此PIABS是基于藻类荧光动力学技术实现水体放射性核素快速检测的最佳毒性响应参数。本研究为水体中放射性核素毒性的现场快速检测提供了重要的方法基础。

    荧光动力学放射性核素微藻光合荧光参数毒性检测

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    基于对流层检测仪和臭氧检测仪的我国近地面NO2浓度的估算对比与优化

    周文远秦凯何秦王璐瑶...
    123-134页
    查看更多>>摘要：由于二氧化氮(NO2)在大气中的存活寿命较短，卫星遥感反演的对流层NO2柱浓度与近地面NO2浓度关系密切。欧洲航天局(ESA)S5P卫星的对流层检测仪(TROPOMI)载荷提供了目前最高空间分辨率的对流层NO2数据，其在近地面NO2浓度估算方面的潜在优势亟待检验。为此，本文采用极限梯度提升(XGBoost)算法和4年(2018-2021年)的TROPOMI/臭氧检测仪(OMI)数据估算了我国近地面NO2浓度并开展了对比性分析。结果表明:1)TROPOMI的估算结果在精度和空间覆盖度两个方面，均明显高于OMI的结果;2)OMI数据由于自身空间分辨率的限制，无法和TROPOMI一样识别出NO2浓度高值区附近的空间分布细节，导致其估算结果存在更严重的高估或低估。进一步，针对机器学习方法估算近地面NO2普遍存在高值低估的现象，通过集成模型进行优化，得到了更优的结果(R2=0。85，slope为0。89)。该研究结果有利于促进卫星遥感在近地面NO2浓度估算与暴露评估领域的深入应用。

    遥感与传感器近地面二氧化氮浓度估算极限梯度提升算法特征分析估算优化

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    对合肥夏季臭氧的数值模拟:太阳辐射及其关联机制的作用

    易明建黄雪梅姜永清赵强...
    135-144页
    查看更多>>摘要：近年来许多城市的臭氧(O3)污染问题日益突出。本文利用光谱辐射计MS-711对2018年7月份合肥市一处观测点的太阳辐射强度进行了连续观测，结合同时期的O3监测浓度和数值模拟结果，对太阳辐射与O3浓度的日变化关系以及O3形成机制进行了深入分析。研究结果表明，合肥夏季O3浓度峰值出现时间平均晚于太阳辐射强度峰值出现时间2～3 h，这种关联性与O3的形成机制有关。从地面往上至1km高度的大气中，O3浓度随高度逐渐增加，夏季副高控制下对流抑制使得垂直扩散的平均效应将上层高浓度O3空气输入近地面层，使得地面O3浓度升高;而伴随降雨过程的暖湿抬升气流在近地面发生辐合起到了稀释作用，可能使得地面O3浓度下降。O3浓度的日变化是由太阳辐射直接驱动的光化学反应、干湿沉降和扩散传输等因素共同决定的。晴天O3的积累首先来自光化学过程，雨天O3浓度主要受垂直传输的影响，阴天太阳辐射主导O3增长阶段，但午后O3下降阶段则是由干湿沉降和水平通量主导的。

    大气光学太阳辐射臭氧数值模拟

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    相干差分吸收二氧化碳激光雷达仿真与误差分析

    李因营陈相成于翠荣戴光耀...
    145-156页
    查看更多>>摘要：阐述了相干差分吸收激光雷达(CDIAL)探测大气二氧化碳(CO2)的原理，设计了 1。57μm波段微脉冲相干探测系统，并对系统的回波信号进行了仿真。通过仿真计算分别探究了温度、压力、波长等因素对差分光学厚度计算及CO2体积分数的反演精度的影响。仿真结果显示:当波长漂移为0。5 pm、温度不确定度为1K、压强不确定度为1hPa、水汽体积分数测量不确定度为10％时，这些参数引起的总体误差为0。45％;在大气中CO2的体积分数为4×10-4时，微脉冲相干激光雷达探测CO2体积分数的测量误差约为1。8×10-6。

    大气光学二氧化碳体积分数相干差分吸收激光雷达仿真与性能评估

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    大气气溶胶粒径分布的多波长激光雷达反演

    李晓涛刘东肖达张凯...
    157-164页
    查看更多>>摘要：提出一种基于正则化方法改进的气溶胶微物理特性反演算法，通过引入模式半径范围作为先验约束，并对差异最小值附近的解进行平均，以解决反演时存在的欠定问题。对1500组不同类型的气溶胶粒径分布进行仿真，测试了所提反演算法对气溶胶微物理特性参数的反演精度与稳定性。考虑在20％随机高斯噪声的影响下，90％以上气溶胶的有效半径、体积浓度和表面积浓度反演相对误差可被控制在±33％、±45％和±50％范围内。误差统计结果表明，所提算法基于多波长的气溶胶光学特性，可实现对气溶胶粒径分布的可靠反演。

    大气光学多波长激光雷达正则化方法气溶胶粒径分布微物理特性

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    基于连续激光器的侧向拉曼散射激光雷达无盲区探测大气温度技术

    杨帆高飞高雄李晓莉...
    165-174页
    查看更多>>摘要：提出一种新型的侧向纯转动拉曼散射激光雷达探测技术，其采用双基地的收发系统结构，利用侧向接收系统的俯仰扫描功能实现对与温度具有相反依存关系的高低量子数的侧向纯转动拉曼散射光谱的探测，该技术为从地表到特定高度大气温度的无盲区探测提供了技术支持。侧向纯转动拉曼散射激光雷达的初步观测实验采用整段等距离分辨率和分段等距离分辨率两种云台转动方案，反演结果表明侧向纯转动拉曼散射激光雷达可实现1400 m高度范围内大气温度的精细探测，且分段等距离分辨率云台转动方案在近地表312 m高度范围内能够获得更为精细的大气温度空间分布特征。

    大气光学激光雷达近地表大气温度侧向纯转动拉曼散射无盲区探测俯仰扫描

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    气溶胶光学特性对宽谱差分吸收激光雷达NO2质量浓度反演结果的影响

    成远余纪恒宫振峰梅亮...
    175-187页
    查看更多>>摘要：针对宽谱连续波差分吸收激光雷达(DIAL)的特点，通过仿真不同大气条件下的激光雷达信号，计算分析宽谱DIAL气溶胶消光和后向散射效应引起的二氧化氮(NO2)质量浓度反演误差。研究结果表明:当大气气溶胶均匀分布时，NO2质量浓度反演误差主要取决于气溶胶消光效应，而后向散射效应引起的NO2质量浓度反演误差一般可忽略不计;当大气气溶胶非均匀分布时，气溶胶后向散射效应引起的NO2质量浓度反演误差依赖于气溶胶非均匀分布程度，且与波长指数成反比。此外，适当增大分段拟合距离可有效降低气溶胶后向散射效应引起的NO2质量浓度反演误差。利用光谱近似得到宽谱NO2-DIAL气溶胶消光和后向散射效应引起的NO2质量浓度反演误差的近似模型，通过对比模拟计算的结果，验证了近似模型评估NO2质量浓度反演误差的可行性。

    大气光学宽谱差分吸收激光雷达沙氏成像原理二氧化氮气溶胶光学特性

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    基于数字全息的云中冰晶微物理参数观测方法

    杨晨遇王骏张川周浩...
    188-197页
    查看更多>>摘要：冰晶是云滴谱的重要组成部分，其对全球辐射收支平衡、全球气候变化、水文循环、人工影响天气作业等具有重要的影响。目前2～100 µm的冰晶与液滴混合相态难以区分，且存在难以提供冰晶微物理参数的瓶颈问题。针对这两个问题，本文基于数字全息理论，利用全域数字图像融合方法、局部亮度梯度方差法和旋转卡壳法，结合固液相粒子圆度概念，实现了云中液滴和冰晶的混合相态识别，在特定圆度阈值下，液滴和冰晶的识别率大于93％;再结合光学图像识别技术，获得冰晶粒子的面积、周长、凸包和最小外接矩形数据;最终利用上述数据获得了冰晶微物理参数。通过在低温云室中的观测实验，获取了板状、枝状和六角冰晶的微物理参数，该方法解决了冰晶观测中的瓶颈问题。此外，通过冰晶采样间隔时间和不同时刻的质心三维坐标和等效直径，还可获得冰晶粒子的三维运动速度与轨迹。该方法对提升数值天气预报精确度，以及人工影响天气作业具有重大意义。

    数字全息粒子相态识别冰晶粒子速度

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    基于不同地基红外视距模型的低特征飞行器可探测性分析

    张腾孟夏莹高文强王红丽...
    198-208页
    查看更多>>摘要：多模式探测成为目标探测识别领域重点发展的技术手段之一，其中视距模型的优选成为指导探测器件设计的重要依据。本文以飞翼布局的低特征飞行器为研究对象，采用计算流体动力学(CFD)方法结合辐射平衡壁面模型预测本体温度，结合MODTRAN大气红外衰减数据库，采用视在光线(LOS)法计算考虑壁面遮挡效应的辐射传输，建立基于噪声等效辐照度(NEFD)、最小可探测温差(MDTD)和最小可分辨温差(MRTD)的地基探测视距模型，计算探测系统对低特征飞行器的最大探测距离和最大探测天顶角。结果表明:低特征飞行器在典型飞行工况下的光谱辐射强度在长波波段(8～12 μm)较中波波段(3～5 μm)辐射积分强度高出2个数量级;NEFD视距模型在长波波段的探测距离高出中波波段近1个数量级，MDTD和MRTD视距模型在中长波波段探测距离基本一致;三种视距模型在长波波段对应的探测能力依次为NEFD＞MDTD＞MRTD;在中波条件下MDTD视距模型的探测距离最大，对飞行器底部的探测距离约为57 km;MRTD视距模型在观察等级为辨认时无法辨别飞行器具体类型。该研究可为低特征飞行器的探测识别以及探测器的设计提供理论支撑。

    视距模型地基探测红外辐射低特征探测距离

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    同信道干扰下RIS辅助FSO-RF混构系统性能分析

    曹阳包朝园彭小峰邢雯珺...
    209-217页
    查看更多>>摘要：针对自由空间光(FSO)通信无法进行视距传输的问题，在FSO链路中引入可重构智能表面(RIS)技术，并考虑射频(RF)链路中的同信道干扰(CCI)信号，提出一种CCI下RIS辅助FSO-RF混构系统研究方案。其中FSO链路和RF链路分别服从Gamma-Gamma分布和Rayleigh分布，在光电转换中继节点处采用译码转发协议，以减少噪声对信号的干扰。基于系统端到端瞬时信噪比的概率密度函数，推导了系统中断概率和平均误码率的闭合表达式，采用蒙特卡罗仿真验证了结果的准确性。研究结果表明，相较于传统的混合FSO/RF系统，RIS能明显提升系统的性能。另外，根据系统的分集顺序，得出系统的性能主要与FSO链路的衰落参数、光检测方式和指向误差有关。

    光纤光学可重构智能表面同信道干扰中断概率平均误码率译码转发协议

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