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一种用于光学/红外干涉测量的图像重建方法（IRBis）
摘要： 目的：我们提出一种名为IRBis（基于双谱图像重建软件）的光学/红外长基线干涉测量图像重建方法。阐述了该方法的理论基础，并展示了其在计算机模拟干涉图中的应用。 方法：IRBis方法能根据实测可见度与闭合相位重建图像。所采用的ASA_CG优化程序基于共轭梯度法。该方法允许用户实施不同正则化方案，运用残差比作为拟合优度的附加指标，并利用前次迭代结果作为先验条件强制收敛。 结果：我们呈现了IRBis方法的理论及该技术在计算机模拟干涉图中的多项应用。图像重建结果表明：重建图像质量取决于干涉图噪声水平（例如每幅干涉图10个电子读出噪声与139至1219个探测光子）、正则化方法、角分辨率及所用重建参数。此外，我们还展示了提交给国际天文学联合会光学/红外干涉测量工作组发起的2012年干涉成像选美竞赛的IRBis重建结果，并描述了相关数据处理流程。
关键词： 技术：高角分辨率；方法：数据分析；仪器：干涉仪；技术：干涉测量；方法：数值计算；技术：图像处理
更新于2025-09-23 15:23:52
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利用ALMA亚毫米波观测绘制金星中间层的热结构及微量成分图谱
摘要： 背景：水蒸气和硫化合物是金星中高层大气光化学过程中的关键组分。这些物质与中层大气温度共同表现出剧烈的时间变化（包括短周期的昼夜及日际变化和长周期变化），其机制远未被充分理解。 目标：我们利用阿塔卡马大型毫米波阵列（ALMA）观测亚毫米波段的CO、SO、HDO和SO2跃迁，研究这些物质的空间与时间变化特征。 方法：2011年11月首次ALMA早期科学观测周期0期间，分四组在不同日期获取观测数据。当时金星角直径约11角秒，光照因子92%，因此主要测绘了行星昼半球。基于标称CO丰度剖面，我们反演出整个盘面随纬度和地方时变化的垂直温度剖面，继而用于推导SO、SO2和H2O的分布。采用D/H丰度为地球值200倍的假设，将HDO作为水的示踪剂。 结果：获得了70-105公里高度范围内中层大气的三维温度分布图。SO、SO2和H2O在约85公里以下丰度可忽略，随后在中层大气上部随高度增加。盘面平均SO丰度在11月26日达到最大混合比15.0±3.1 ppb，次日降至最小值9.9±1.2 ppb。由于信噪比极低，SO2仅能从首日盘面平均光谱反演得出16.5±4.6 ppb的丰度，测得SO2/SO比值为1.5±0.4。全球SO分布图显示其丰度存在显著的纬度、地方时及日际变化（范围<1至15 ppb）。H2O盘面平均值显示从11月14日至27日持续下降，丰度从首日的3.6±0.6 ppm降至末日的2.9±0.7 ppm。H2O分布图揭示黄昏侧丰度略高于晨侧，且观测首日至次日出现显著耗竭。
关键词： 行星与卫星：个体：金星，方法：数据分析，行星与卫星：大气层，亚毫米波：行星系统，仪器：干涉仪，辐射传输
更新于2025-09-23 15:23:52
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利用AMBER/VLTI仪器获取的多色绝对与差分平方可见度的统计特性描述
摘要： 背景：在光学干涉测量中，通常假设可见度平方模量服从高斯分布且彼此独立。定量分析这些假设的合理性对改进现有及未来多波长干涉仪器的利用至关重要。 目的：本研究旨在分析绝对与色差平方可见度的统计特性（包括分布规律、不同基线间的相关性及互相关性）。 方法：我们采用甚大望远镜干涉仪（VLTI）上AMBER仪器在不同仪器配置和观测条件下获取的恒星校准源观测数据，从中提取逐帧传递函数，并系统应用统计假设检验与诊断方法。同时通过低阶拟合扣除法校正瞬时平方可见度的活塞效应与抖动色散影响后，进行相同分析流程。 结果：在所有仪器配置与观测条件下，无论是绝对还是差分平方可见度，学生t分布的拟合效果均优于高斯分布、对数正态分布及柯西分布。我们发现并分析了大气扰动导致的显著相关效应。相较于精选的绝对平方可见度，差分平方可见度能保留更多数据从而降低时间离散性，且其分布特征更为明确。 结论：基于固定信噪值标准的帧筛选可能导致样本偏差或严重选择效应。我们建议采用基于观测平方可见度分布众数稳定性的自适应帧筛选程序。此外，考虑测量平方可见度间的相关效应有助于改进反演问题中的模型，从而提升模型拟合精度与图像重建质量。最后，结果表明经重新标定的差分平方可见度通常是平方可见度的有效替代估计量。
关键词： 仪器：干涉仪，方法：统计法，红外：恒星
更新于2025-09-23 15:23:52
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基于侧抛对称双芯光纤迈克尔逊干涉仪的全光氧化石墨烯湿度传感器
摘要： 已展示了一种基于侧抛双芯光纤（SPTCF）迈克尔逊干涉仪（MI）的高灵敏度氧化石墨烯（GO）湿度传感器。该干涉仪通过将一段双芯光纤与标准单模光纤（SMF）熔接并锥化熔接点制成。抛光的裸露纤芯具有更强的倏逝场，增强了光与外部环境的相互作用。GO-SPTCFMI可在波长调制和强度调制两种模式下工作。实验测得其在40-75%相对湿度范围内具有~2.72 nm/RH%的超高空湿灵敏度，在60-62.1%相对湿度范围内达到~3.76 dB/RH%的灵敏度。这种高性能GO-SPTCFMI有望应用于气体传感和生化检测等领域。
关键词： 侧抛光纤、氧化石墨烯、湿度传感器、双芯光纤、干涉仪。
更新于2025-09-23 15:23:52
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[IEEE IGARSS 2018 - 2018年IEEE国际地球科学与遥感研讨会 - 瓦伦西亚（2018.7.22-2018.7.27）] IGARSS 2018 - 2018年IEEE国际地球科学与遥感研讨会 - 轨道确定干涉测量差分校正技术分析
摘要： 轨道确定误差预计将成为地球静止合成孔径雷达（GeoSAR）任务获取聚焦图像的主要威胁。目前正在研究一种基于地面的干涉仪系统，以所需精度确定卫星轨道。然而，必须从该系统中解决哪种轨道确定技术能为此目的提供更好结果的问题。本文比较了两种差分校正技术：最小二乘法（LS）和扩展卡尔曼滤波（EKF）技术。
关键词： 干涉仪、GeoSAR、差分校正技术、轨道确定
更新于2025-09-23 15:22:29
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混合偏振干涉观测的校准
摘要： 外差接收机以圆偏振基（信号分解为左旋与右旋圆偏振）或线偏振基（信号分解为水平与垂直线偏振）记录天体信号。我们研究了使用不同偏振基观测的望远镜进行干涉测量时产生的问题——这类观测会产生我们称为"混合基"的可见度数据（即一台望远镜采用线偏振基，另一台采用圆偏振基）。本文提出了针对此类干涉测量的新型校准处理算法，并通过模拟数据与真实数据验证了算法有效性。这些算法对于未来阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）在甚长基线干涉测量（VLBI）模式下的最优校准至关重要。当某些站点为克服四分之一波片带来的偏振测量限制而优先采用线偏振馈源时，我们的算法还能实现对高数据率（即大带宽）VLBI观测的最优校准。
关键词： 仪器：干涉仪 —— 技术：干涉测量技术 —— 技术：偏振测量技术
更新于2025-09-23 15:21:21
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通过逐层纳米组装法用金纳米颗粒修饰多孔硅，用于干涉和混合光子/等离子体（生物）传感
摘要： 金纳米粒子层（AuNPLs）通过定制化的特定表面形貌，实现了金纳米粒子（AuNPs）的形态学、光学和电学特性的耦合，使其可广泛应用于多种生物领域（如生物传感、药物递送、光热治疗）。本文报道了通过层层自组装（LbL）技术，在多孔硅（PSi）干涉仪和分布式布拉格反射器（DBRs）上构建由带正电的聚电解质——聚烯丙基胺盐酸盐（PAH）与带负电的柠檬酸盐包覆金纳米粒子组成的AuNPLs，用于（生物）传感应用。在PSi干涉仪表面修饰AuNPLs后，由于表面反射率提升，法布里-珀罗干涉条纹对比度增强，从而提高了体相和表面折射率传感的灵敏度：前者通过NaCl水溶液渗透孔隙使灵敏度提升约4.5倍，后者通过牛血清白蛋白（BSA）在孔表面的非特异性吸附使灵敏度提升约2.6倍。采用生物素化聚合物——带负电的聚甲基丙烯酸（b-PMAA）进行链霉亲和素亲和选择性生物传感时，也证实了灵敏度提升约2.5倍。此外，在PSi DBR表面修饰AuNPLs可构建混合光子/等离子体光学传感平台。该混合结构的等离子体峰（局域表面等离子体共振，LSPR）和光子峰（DBR阻带）均对体相折射率变化（采用35%葡萄糖水溶液）及BSA非特异性吸附敏感。据我们所知，这是首次报道通过LbL纳米组装技术在PSi上构建AuNPLs，用于：i)提升（生物）传感应用中的干涉测量性能；ii)构建适用于传感及未来生物传感应用的混合光子/等离子体平台。
关键词： 逐层（LbL）纳米组装、多孔硅（PSi）、生物传感器、干涉仪、金纳米粒子（AuNPs）、混合光子/等离子体、分布式布拉格反射器（DBR）、传感器
更新于2025-09-23 15:19:57
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光纤耦合传输干涉仪中受扰多模光纤引起的误差分析
摘要： 本文分析了多模光纤耦合传输位移测量干涉仪在光纤受扰时的误差特性。仿真结果表明，测量误差的特征频率与扰动频率一致，且误差包含高阶频率成分。实验针对条纹对比度对测量误差的影响进行了设计，结果表明该误差对多模光纤中测量臂与参考臂的干涉角较为敏感，但对两臂的光强比不敏感。在多模光纤干涉仪中，需限制测量臂与参考臂之间的干涉角。该结论为设计具有更宽适应性的自适应干涉角干涉测量系统提供了理论依据。
关键词： 条纹对比度、多模光纤、干涉仪、干涉角、扰动误差
更新于2025-09-23 15:19:57
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中红外干涉测量与K波段条纹跟踪
摘要： 背景：湍流大气导致大气活塞变化，进而引起干涉仪光程差的快速改变，造成相关通量损失。这会降低相关通量测量的灵敏度与精度。 目标：为稳定VLTI（甚大望远镜干涉仪）中MIDI（中红外干涉仪）的N波段干涉信号，我们采用工作于K波段的外部条纹跟踪器——即PRIMA（相位参考成像与微角秒天体测量）设施中的FSU-A（条纹传感器单元）。本文展示了新投入使用的公开MIDI+FSU-A模式所获测量数据，首次呈现了该模式下条纹跟踪性能的特征及其在N波段带来的增益。此外，我们还论证了利用FSU-A测量K波段可见度的可行性。 方法：我们分析了43组不同基线及目标K波段星等的FSU-A条纹跟踪观测数据，评估其条纹跟踪性能。通过计算FSU-A数据中差分水汽柱密度的相对变化，可预测N波段的群延迟与相延迟值。采用FSU-A扫描模式实现了K波段可见度测量。 结果：基于FSU-A的K波段群延迟与相延迟测量值，我们能以亚微米级残差高精度预测对应N波段数值。这使得对暗弱或延展N波段目标的MIDI条纹相干积分成为可能。该方法将MIDI相关通量的探测极限降至0.5 Jy（无FSU-A时为5 Jy），使用ATs和UTs时分别降至0.05 Jy（无FSU-A时为0.2 Jy）。K波段可见度测量精度可达约2%。
关键词： 仪器：干涉仪；方法：观测法；技术：干涉测量技术；方法：数据分析法
更新于2025-09-22 22:29:17
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从大型望远镜向单模光纤高效注入：开启超精密天文学时代
摘要： 光子技术在光谱仪和干涉仪等天文仪器中具有诸多优势，例如体积小巧且功能多样。但由于其工作在衍射极限条件下，这类设备与大型望远镜直接高效耦合向来是个难题。我们证明通过精确控制望远镜的非理想孔径几何形状和残余波前误差，确实可以实现与单模器件的高效耦合。在昴星团日冕极端自适应光学（SCExAO）仪器中构建了光纤注入系统，将近红外（J-H波段）光耦合至位于极端自适应光学系统和孔径渐晕光学元件下游的单模光纤。实验室中，在1550纳米波长下对衍射极限光束实现了理论最大值86%的耦合效率，该效率与斯特列尔比呈线性相关。在1250-1600纳米范围内，耦合效率波动小于30%。初步的天文观测数据显示，在H波段斯特列尔比为60%时，单模光纤耦合效率约达50%，与预期相符。其中84%时段耦合效率超过40%，41%时段超过50%。根据实验室结果推算：当达到极端自适应光学校正水平（H波段斯特列尔比>90%）时，耦合效率可超过67%（接近当前多模光纤的耦合水平）；标准波前校正水平（H波段斯特列尔比>20%）可实现>18%的耦合效率；而当斯特列尔比<20%时，少端口光子灯笼成为更优选择（但需考虑信噪比和像素可用性）。这些成果为天基单模光纤高效耦合指明了路径，可应用于实现无模噪声径向速度测量仪、超长基线光学/近红外干涉仪，或未来仪器设计中更广泛地应用光子技术。
关键词： 仪器设备：干涉仪、高角分辨率仪器、光谱仪、自适应光学系统
更新于2025-09-22 22:52:39