SAME快报（6）| 中国科学院上海光机所：星载高光谱分辨率激光雷达大气气溶胶和云探测研究

今天，爱光学隆重推出全新专栏——SAME快报。

空间（S）、大气（A）、海洋（M）与环境（E），关乎国家科技安全和我们每个人的生命健康，学科间交叉融合大有可为。SAME快报将为您报到相关领域内的重要资讯，与中国激光杂志社《光学学报》推出SAME专题子刊和SAME会议深度融合、共同打造服务交叉学科发展的全新平台。SAME，“大同”，希望它能陪伴您高效科研。

欢迎大家通过邮箱wangxiaoyan@siom.ac.cn和微信Mini_clara，申请进入“SAME进展交流群”。

这是第6期“SAME快报”，欢迎持续关注~

作者 | 中国激光杂志社海南分社

科研成果

中国科学院上海光机所：星载高光谱分辨率激光雷达大气气溶胶和云探测研究

激光雷达特有的高光谱探测技术，在气溶胶和云的精细化探测和分类方面具有价值，将在环境监测中发挥重要作用。大气遥感激光雷达中，相较于传统的米散射激光雷达，高光谱分辨率激光雷达（HSRL）可以分离大气气溶胶米散射信号和分子的瑞利散射信号，从而能够避免传统米散射激光雷达反演中需要假设激光雷达比误差较大的问题，其不仅能直接反演出气溶胶的光学参数，包括后向散射系数、消光系数和雷达比，还能获得更高的气溶胶光学参数反演精度，是大气遥感激光雷达的一个重要发展方向。

中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部等采用基于碘分子滤波器的高光谱分辨率探测技术。结合欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的大气再分析数据集（ERA5）的温度和压强数据，选取在轨期间途经撒哈拉沙漠和加拿大山火区域的星载高光谱分辨率激光雷达（HSRL）的观测数据，对沙尘类气溶胶和烟尘类气溶胶的光学特性进行分析，包括气溶胶的后向散射系数、消光系数、退偏振比和雷达比。

论文链接：

http://www.opticsjournal.net/Articles/OJ66903785e10e60b9/Abstract

中国科学院上海微系统所：研制出移动式高效率超导单光子探测系统

超导条带光子探测器作为高性能的单光子探测器，广泛应用于量子信息和弱光探测等领域，推动了相关领域的科技进步。然而，SSPD的综合探测性能依赖于器件的工作温度；温度越低，系统探测效率越高。迄今为止，高效率的SSPD系统通常需要使用GM制冷机（T≤2.5 K）、吸附式制冷机（T≤0.85 K）甚至更低温度的制冷机。这些系统的质量、体积、功耗等成为限制SSPD在机载等移动平台应用的关键原因。若能在4.2K工作温度实现高效率SSPD，便可利用小型液氦杜瓦构建小型、低功耗、短时工作的超导单光子探测系统，为无人机、航空等移动平台应用提供可行的解决方案。

中国科学院上海微系统所李浩、尤立星团队等研制出基于小型液氦杜瓦（工作温度4.2 K）、在1550 nm波段系统探测效率超过70%的移动式超导单光子探测系统。该研究利用面电阻超过600Ω的NbTiN超导薄膜材料实现了4.2 K工作温度近饱和探测效率的SSPD。同时，该工作研发制造了SSPD专用的小型液氦杜瓦，结合基于电池的低功耗电路模块，实现了探测效率超过70%的移动式单光子探测系统。

论文链接：

https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-31-19-30650&id=537088

报道链接：

http://www.cas.ac.cn/syky/202309/t20230920_4971394.shtml

中国科学院安徽光机所：在虚像相位阵列光谱仪研制及吸收光谱应用方面取得新进展

宽带、高分辨光谱可同时精准识别多种物质成分，获取相关的理化特性，在精密测量等众多科学研究与应用领域具有重要的应用价值。然而传统光谱仪难以兼顾高光谱分辨率与宽光谱检测范围，近年来发展的新型色散元件虚像相位阵列为解决该问题提供了新的紧凑型方案。

中国科学院安徽光学精密机械研究所赵卫雄研究员、周昊博士等设计并建立了可见光和近红外波段两台虚像相位阵列光谱仪（分别工作于可见光660 nm和近红外1.4 μm波段）。使用近红外光谱仪于1.42 ~1.45 μm波段测量了CO₂气体的吸收光谱，并利用HITRAN数据库实现了一维光谱信息的高精度提取，测量结果与数据库模拟光谱吻合，证明了研制的虚像相位阵列光谱仪的测量准确性及相关光谱反演算法的可靠性。该装置在大气痕量探测、精密测量及基础物理化学研究等领域有着重要的应用前景。

论文链接：

https://doi.org/10.1039/D3AN00823A

http://www.opticsjournal.net/Articles/OJ401417fb52054fc0/Abstract

报道链接：

http://www.aiofm.ac.cn/2022anguangsuo9/2022_xwzhongxin/2022_kyjinzhan/202309/t20230915_753818.html

太原理工大学：地基激光雷达对大气金属层的探测研究

中层顶区域（80~110 km）有许多非常重要的空间特征与现象，高空夜光云、中层顶逆温、大气金属层等特殊现象也都发生在该区域，因此对该区域大气的探测具有重要的科研和应用意义。

近日，太原理工大学物理学院作者团队及合作者，以大气金属层激光雷达采用的激光器发展历程为主线，介绍了地基激光雷达对大气金属层探测研究的发展过程以及国内外研究现状与发展趋势。

论文链接：

http://www.opticsjournal.net/Articles/OJ3e31bd8c4339a24d/Abstract

紫金山天文台：揭示FRB 200428成协X射线暴的起源

快速射电暴（Fast Radio Burst，FRB）是宇宙中一类持续时间为毫秒量级的超亮射电脉冲信号，其起源和产生机制是当今天文学谜题之一。2020年4月28日，加拿大CHIME射电望远镜和美国STARE-2探测器，首次探测到来自银河系内一颗名为SGR J1935+2154磁陀星的射电爆发FRB 200428。同时，中国的慧眼（HXMT）卫星、欧洲的INTEGRAL卫星、俄罗斯的KONUS-WIND探测器和意大利AGILE卫星，探测到与FRB 200428成协的X射线爆发现象。关于FRB 200428的研究成果，被Nature评为2020年十大科学发现之一，并被Science列入2020年十大科学突破，被认为是探索FRB本质的重要进展。

紫金山天文台研究员吴雪峰领衔的高能时域天文研究团组，与北京大学物理学院重离子物理研究所、核物理与核技术国家重点实验室教授乔宾课题组合作，基于第一性原理给出了FRB 200428-X的精细起源模型。该团队创新性地实现集成跨尺度数值模拟，自洽结合QED磁重联对粒子的加速以及高能粒子与软光子多次逆康普顿散射两个过程。研究发现，QED效应会对磁重联加速粒子能谱的幂率谱指数和截止能量产生显著影响，并通过与HXMT观测能谱比较，限定FRB 200428-X爆发区域的磁化参数区间。该工作通过跨尺度、多物理的数值模拟方法，提出了较为全面的FRB 200428-X的物理起源模型，强调了QED效应对磁重联的微观粒子加速过程和宏观天文观测结果的显著影响，为探究极端环境下的天文观测数据提供了新思路。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927323003754

报道链接：

http://www.cas.ac.cn/syky/202309/t20230919_4971043.shtml

行业资讯

墨子巡天望远镜正式启用

中国科学技术大学和中国科学院紫金山天文台联合研制的墨子巡天望远镜9月17日正式启用，其首光获取的仙女座星系图片也于当日发布。这一望远镜是目前北半球光学时域巡天能力最强的设备，将显著提升我国时域天文研究能力。

报道链接：

https://mp.weixin.qq.com/s/8Iglgk47QD4_Rsx7iKl7Mw

全球大气气溶胶-云-降水观测网络（GAONet）启动建设

近日，以“全球环境变化与遥感”为主题的首届国际大气环境遥感学会（AERSS）年会在武汉开幕。会议期间，中国科学院合肥物质院安徽光机所承办了ANSO国际大气综合观测网络边会，边会宣布全球大气气溶胶-云-降水观测网络（Global Aerosol-Cloud-Precipitation Observation NeTWork，简称GAONet）启动建设。 

报道链接：

https://mp.weixin.qq.com/s/KELbp87BhV9t-3LQ2ae8-Q

美国航天局：讨论“赛琪”航天器首次光通信测试

美国航天局将于美国东部时间9月20日星期三下午1点举行媒体电话会议，讨论该机构首次在月球以外进行高带宽光通信测试。深空光通信（DSOC）技术演示将于10月5日星期四在“赛琪”航天器上发射。

报道链接：

https://www.nasa.gov/press-release/nasa-to-discuss-optical-communications-demo-riding-with-psyche

激光雷达制造商：让相机击败人工智能假货

美国闪光激光雷达供应商PreAct Technologies Inc.表示，计算机视觉的进步将使相机和计算机能够检测人工智能生成的内容。除其他外，激光雷达制造商提议使用深度信息以及2D视觉信息与区块链技术保持一致，以击败深度伪造。该公司辩称，这是计算机视觉的必要发展，因为所谓的“深度伪造”图像正变得越来越普遍，使得人眼难以发现假货。最近，智能手机使用人工智能来增强光学信号之外的图像引发了争议。与此同时，计算机视觉有望影响众多行业，包括汽车、医学成像、零售、健康和安全、安全和娱乐。PreAct认为，未来的相机将能够访问人工智能软件，以检测人工智能生成的内容中的不一致之处，如面部微表情或生物特征。该公司表示，计算机视觉对深度伪造有许多攻击线。其中包括像素分析、元数据验证和来源验证。

报道链接：

https://www.eenewseurope.com/en/let-cameras-defeat-ai-fakes-says-lidar-maker/

审稿专家 | 复旦大学 张峰教授

编辑 | 徐睿