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期刊基本信息
红外与激光工程
(月刊,创刊于1972年)
主管单位:
中国航天科工集团有限公司
主办单位:
天津津航技术物理研究所
中国光学工程学会
主编:吕跃广
主要栏目
   » 红外技术及应用
   » 激光及光电子技术
   » 光学探测与成像技术
   » 光学系统设计
   » 精密光学加工
   » 微納光学
   » 太赫兹技术及应用
   » 光通信与光传感
   » 光电测量技术
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红外与激光工程  
  红外与激光工程—2014, 43 (3)   出版日期:2014-03-25
  本期栏目:激光与光电子技术 先进光学 光电器件与材料 先进光学成像技术 信息处理 红外技术及应用 光电测量 光通信与光传感 
激光与光电子技术

不同环境压强下激光空泡特性研究

王晓宇, 王江安, 宗思光, 刘涛, 李胜勇, 梁善永
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 671-675.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1724 KB)  ( 137 )
摘要 ( 10 ) 引用本文
构建了激光空泡测量实验平台,使用脉冲激光聚焦击穿水介质产生激光空泡,由水听器对激光空泡溃灭辐射声信号进行接收,利用充气泵对高压水箱内的气压进行精确控制。通过仿真计算和实验对不同环境压强下的激光空泡特征和其溃灭时辐射声信号的峰值变化特性进行了研究。结果表明:当环境压强处在0.1~0.7 MPa 范围内变化时,随着环境压强的增大,激光空泡首次脉动周期和空泡最大半径逐渐减小,两者的变化速率逐渐减小。空泡溃灭时辐射声信号的峰值声压在0.1~0.4 MPa内逐渐增大,在0.4~0.7MPa 内逐渐减小,且增大速率大于减小速率。

飞秒超短脉冲激光对硅太阳能电池的损伤阈值研究

田秀芹, 肖思, 陶少华, 袁战忠, 周炎强
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 676-680.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1259 KB)  ( 166 )
摘要 ( 19 ) 引用本文
首次采用飞秒超短脉冲激光(≤35 fs),研究其对硅太阳能电池的损伤阈值。与相同波长的连续激光对比,飞秒激光的损伤阈值略高。这一结果不同于纳秒或皮秒激光,主要是因为当加热脉冲时间相当或小于电子-声子耦合时间时,非热平衡效应显著,热传导现象不再满足Fourier 定律。在实验中采用了光束整形技术,首次采用强度均匀分布的激光研究损伤阈值。此技术能减小高斯激光中心光强过大造成的实验偏差。

强激光诱导的应力波在靶板中衰减特性数值模拟

张兴权, 左立生, 余晓流, 戚晓利, 黄志来, 王彪, 段仕伟
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 681-686.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1674 KB)  ( 117 )
摘要 ( 18 ) 引用本文
利用ABAQUS 数值模拟软件对脉宽为ns量级的强激光诱导的应力波在铜靶中传播特性进行了模拟研究。建立了适合于高压高应变率下一维平面应力波在铜靶中传播的有限元分析模型,模拟了两种不同激光冲击波峰值压力诱导的应力波在铜靶中衰减的特性。结果显示,峰值压力为0.35 GPa和3.5 GPa 下驱动的应力波在铜靶中的传播速度分别为4 600 m/s,4 000 m/s。峰值压力为3.5 GPa 冲击波在靶体内诱导的应力波出现了弹性波和塑性波的双波结构。应力波峰值的衰减规律呈指数形式衰减。模拟计算的结果与理论和实验结果较为一致。

自由空间复杂导体目标的太赫兹RCS高频分析方法

华厚强, 江月松, 苏林, 闻东海, 余荣, 武小芳
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 687-693.
全文: HTML (1 KB)  PDF (2183 KB)  ( 122 )
摘要 ( 19 ) 引用本文
研究了自由空间复杂导体目标的太赫兹(THz)雷达散射截面(RCS)的高频求解方法。将并矢格林函数引入物理光学方法中,对自由空间环境进行考虑,推导出自由空间物理光学分析方法,并结合图形电磁计算(GRECO)方法,采用分区显示算法改进后,在Visual C++ 2010 程序中实现目标的OpenGL 显示,对自由空间复杂导体目标进行消隐判断,提取像素面元法矢量和深度缓存等有效信息,计算了自由空间复杂导体目标的THz RCS。最后,将程序计算结果与FEKO 软件仿真结果进行比较,结果证明该方法的有效性和准确性。该研究结果为THz 雷达未来在军事、天文和遥感等领域的应用提供了重要依据和方法。

相干测风激光雷达望远镜孔径及截断因子的优化分析

步志超, 郭磐, 陈思颖, 张寅超, 陈和, 陈胜哲, 葛宪莹
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 694-699.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1851 KB)  ( 97 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
基于相干多普勒测风激光雷达外差探测理论,给出自由空间和光纤耦合两种模式下外差效率的解析表达式,并通过参数替换使两者具有统一的形式;结合此表达式以及湍流环境下的信噪比公式,仿真给出了地基及星载相干测风激光雷达系统不同探测距离处的最优望远镜和截断因子。研究结果表明地基系统信噪比随着望远镜孔径变化比较陡峭,存在最优望远镜孔径和截断因子,如若取值不恰当,会造成系统信噪比巨大损失;而星载平台下回波信号的信噪比随着望远镜孔径先增加后保持平稳,望远镜孔径可以综合成本和信噪比进行合理取值,最优化的截断因子为80%。此研究对相干多普勒测风激光雷达探测理论的发展及系统器件的最优化配置提供了重要的理论依据。

一种面向空间应用的激光测距方案设计与实验

杨冉, 张高飞, 张紫辰, 尤政
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 700-706.
全文: HTML (1 KB)  PDF (2487 KB)  ( 138 )
摘要 ( 9 ) 引用本文
针对空间应用背景对激光测距系统“宽测程、高精度、实时测量”的要求,使用相位式激光测距法中分散的直接法设计了一种激光测距方案,其理论测程可以达到10 km,测距精度可以达到0.1m。对激光器和窄带滤光片提出了技术指标要求,对雪崩光电二极管(APD)进行了选型,并通过对空间环境背景噪声的分析和对空间非合作目标测程方程的分析验证了技术指标选择和APD 选型的合理性。实验结果表明:该系统最大测距误差为8.71 cm,符合“测距精度优于0.1 m”的技术指标要求,同时具有较高的动态性能,测距时间不超过1 ms。此外,系统具有较小的整体功率和质量,分别为13.29W 和693 g,可作为天基应用的有效载荷。

LF6铝合金双光束激光点焊工艺研究

马轶男, 陶汪, 陈彦宾
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 707-711.
全文: HTML (1 KB)  PDF (4881 KB)  ( 176 )
摘要 ( 27 ) 引用本文
以LF6 铝合金为实验材料,进行了双光束激光点焊实验,对比了双光束激光点焊接头与普通单光束激光点焊的接头,并且研究了激光功率、点焊持续时间、能量比等对点焊接头形貌和熔合面尺寸的影响。实验结果表明:在相同的功率下,双光束点焊增大了匙孔的直径,提高了匙孔的稳定性,与单光束激光点焊相比,焊点内部气孔数量大大减少,并且熔合面尺寸有了很大的提高;当激光功率不同时,焊点的上表面尺寸变化差距不大,小功率条件下焊点呈“钉状”;双光束激光的能量比会影响焊点表面的下榻量,能量比为1:1 的情况下焊点的下塌量要明显小于能量比为1.5:1 的情况。

PPSLT皮秒中波红外光参量发生器

邹跃, 秘国江, 庞庆生, 毛小洁, 王建军
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 712-715.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1141 KB)  ( 191 )
摘要 ( 26 ) 引用本文
3~5 μm 中红外激光在光电对抗领域有着重要的应用前景。如果中红外激光进入皮秒量级,将使其具有更高的峰值功率和作战效能。文中采用1.06 μm 皮秒激光器泵浦单周期极化化学计量比钽酸锂晶体(周期为29.5 μm)光参量产生器的方案,来获得皮秒中红外激光输出。其中皮秒泵浦源为自制的侧面泵浦结构1.06 μm 皮秒再生放大器。该激光器在1 kHz 重复频率下,输出功率最高为2.02W,脉冲宽度为13.6 ps。光参量发生器采用温度调谐方式,获得了3.98~3.68 μm(晶体从40~200℃)皮秒中波红外可调谐激光输出。在最高泵浦功率泵浦,晶体温度为120℃时,获得最大中红外激光输出(闲频光)190 mW,光光转换效率达9.4%,充分验证了采用OPG 的方式获得瓦级皮秒中红外激光输出的可行性。
红外技术及应用

基于热红外标准辐亮度计的常温黑体定标技术

徐骏, 孟炳寰, 翟文超, 丁蕾, 郑小兵
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 716-721.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1813 KB)  ( 213 )
摘要 ( 19 ) 引用本文
常温黑体作为红外光电探测系统的定标光源,其辐亮度的不确定度直接决定了被定标红外系统的探测精度。为了提高黑体的现场定标精度,采用标准辐亮度计开展了面型和腔型结构的三种黑体的辐射定标实验研究。标准辐亮度计溯源于国家计量院标准黑体,不确定度为0.22%。通过直接测量三种黑体的绝对辐亮度,获得了辐亮度温度,并进一步导出了发射率。结果表明,三种黑体的设置温度与其辐亮度温度存在0.6~2.6 K 的差异,由此产生的绝对辐亮度的不确定度达1.4%~5.5%。基于标准辐亮度计的直接定标法避免了温度和发射率测量引入的不确定度,有利于实现黑体现场系统级定标和绝对辐亮度监测。

红外探测器倒装互连技术进展

耿红艳, 周州, 宋国峰, 徐云
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 722-726.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1189 KB)  ( 197 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
随着红外焦平面技术的发展,红外探测器探测波段已由单波段变为双色及四色波段,半导体元件的封装数量由最初的数十个发展到数百万个,I/O输出密度不断增大,传统微互联技术如引线键合技术、载带自动焊技术等已根本无法满足器件要求。倒装焊技术以其封装尺寸小、互联密度高、生产成本低的特点越来越受到人们的亲睐。倒装互连工艺主要包括:UBM 制备、铟膜沉积、回流成球、倒压焊、填充背底胶。介绍了各工艺步骤的发展状况,并对铟膜沉积、铟柱增高工艺进行详细阐述。

喷气发动机红外辐射成像测试、处理与评估

陈世国, 江勇, 方浩百, 李卒
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 727-731.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1646 KB)  ( 142 )
摘要 ( 33 ) 引用本文
航空喷气发动机的红外辐射特性是对发动机进行隐身设计与反隐身探测的重要依据。首先,针对发动机高温部件及燃气温度范围宽、梯度大而超出红外热像仪响应范围的问题,提出了多积分时间组合测试方法,实现了不失真测试;其次,通过多帧时间平均方法分析了各积分时间对应的测温范围,并采用逐像素辐亮度值替代方法,获得了代表发动机全部辐射信息的合成图像;最后,根据合成图像计算了发动机红外辐射强度,并与相同测点的红外光谱辐射仪测试结果进行对比,最大误差不超过10%。结果表明:基于红外热像仪的多积分时间组合测试方法及其数据处理方法是合理有效的。

基于遥感反演的地球红外背景建模

杨帆, 宣益民, 韩玉阁
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 732-736.
全文: HTML (1 KB)  PDF (2169 KB)  ( 113 )
摘要 ( 15 ) 引用本文
模拟地球红外辐射背景的前提是要获取可靠的全球表面温度。利用卫星遥感数据可以反演得到较精确的地表温度。反演算法采用了应用广泛的分裂窗算法,并将反演结果绘制成了全球表面温度分布图。同时,建立了完整的地球红外辐射亮度模型,考虑不同地域、纬度和季节模式下的大气辐射亮度和大气衰减。通过遥感反演技术与红外辐射建模技术的结合,最终完成了任意波段全球红外辐射背景亮度的计算与图像生成。结果表明:模拟的地球红外辐射图像效果精细,真实反映了地球背景的红外辐射特征,在空间目标的热环境分析,以及空间红外探测与隐身技术的研究等方面具有重要的应用价值。

星载红外探测对比度的计算与分析

田昌会, 蔡明, 杨百愚, 范琦, 王斌科, 王伟宇, 屈绍波
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 737-741.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1389 KB)  ( 183 )
摘要 ( 11 ) 引用本文
推导了星载红外探测在地面、大气双背景下探测器处的辐射照度对比度计算公式,计算了目标在不同温度、不同高度的目标与背景的绝对对比度和相对对比度。分析指出:随着目标温度、高度增加,在波长大于2.5 μm 区域绝对对比度与相对对比度相应增大,目标高度越高,同等距离下对比度随目标高度的变化越小;波长小于2.5 μm 需考虑太阳的影响;当目标在0 km 高度时,2.9~4.1 μm 波段为最佳探测波段,随着目标高度的增加,可用探测波段范围增大,峰值波长向短波方向微移,当目标高度大于10 km 时,相对对比度峰值在2.6~2.8 μm 之间;距离地面越近,大气对红外辐射的衰减越大。

硅化铂红外焦平面探测器性能改进技术分析

康冰心, 蔡毅, 王岭雪, 薛唯, 高岳
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 742-748.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1798 KB)  ( 129 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
硅化铂红外焦平面探测器具有响应光谱宽、规模大、均匀性好、时间稳定性高、制造成本低等优点,在多/宽光谱成像、激光探测、天文观测、医疗检测等领域具有应用潜力,但NETD 100 mK 的灵敏度对其广泛应用有一定的限制。文中从该探测器的量子效率和填充因子两方面总结和分析了国内外的改进技术,重点分析了光腔结构、多孔硅结构、重掺杂P+和合适硅化铂膜厚提高量子效率的机理,并定量比较了提升幅度:多孔硅结构提升幅度最大,在波长4 μm 处的量子效率可达27%;相比内线转移CCD,电荷扫描器件、曲流沟道CCD 和混合读出结构均能改善填充因子,其中混合读出结构的填充因子可提高为80%。微透镜列阵能将填充因子提高到85%以上。

基于DMD的红外目标模拟器偏振分光系统

孙永雪, 龙夫年, 孟庆宇, 赵晓, 王超, 周军
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 749-753.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1161 KB)  ( 133 )
摘要 ( 35 ) 引用本文
数字微镜器件(Digital Micromirror Device,DMD)由于具有高帧频、高空间分辨率、高温度分辨率以及大动态范围等特点,成为红外景象生成最常用器件。为避免红外目标模拟器光学系统中照明系统与投影系统相互遮挡和碰撞,需要在系统中加入分光棱镜,而普通分光棱镜具有光能利用率低的缺点。为解决这一问题,提高红外目标模拟器光能效率,从物理光学基本理论出发,提出了一种基于偏振原理的分光方法并设计了偏振棱镜,大大提高了系统的光能利用率,得到了满意结果。

一种火箭尾焰区域确定方法

刘尊洋, 孙晓泉, 邵立, 汪亚夫
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 754-761.
全文: HTML (1 KB)  PDF (2141 KB)  ( 162 )
摘要 ( 16 ) 引用本文
为了准确、高效地计算火箭尾焰的红外辐射特性,提出了一种确定火箭尾焰区域的方法。作为基础工作,分别使用FLUENT 和有限体积法(FVM)完成尾焰流场和红外辐射的计算。分析了可能用来区分尾焰和周围大气的变量,如温度和组分含量等,并选择CO 的质量分数作为阈值变量。即,在选定阈值后,计算尾焰红外辐射时仅考虑CO 质量分数大于阈值的区域,忽略小于阈值其区域对整体辐射的影响。分别研究了尾焰尺寸、计算时间和辐射强度随阈值的变化规律,结果表明,随着阈值的减小,尾焰尺寸和计算时间迅速单调增加,尾焰的红外辐射强度不断波动,且波动幅度逐渐变小,最终趋于平稳。另外,算例表明,选择CO 质量分数为0.000 5 作为阈值可以确定一个比较合理的尾焰计算区域。

一种长波红外光导探测器CMOS电路设计

袁红辉, 陈永平
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 762-765.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1851 KB)  ( 149 )
摘要 ( 26 ) 引用本文
CMOS 电路是高输入阻抗,而长波红外光导探测器是低阻抗,实现低阻抗红外光导探测器与CMOS 电路的良好匹配,是目前长波红外探测器高性能成像的关键技术。文中设计了一种能在低温下工作的低阻抗红外光导探测器CMOS 电路,差分放大器采用正负电源供电,在输入级采用桥式输入方式,该电路第一级采用1MΩ的负反馈电阻实现信号放大,第二级放大采用正端放大方式,输入级、第一级放大、第二级放大均采用直接耦合方式。测试结果表明,该放大器与长波红外低输入阻抗光导探测器连接后能正常工作,总放大倍数大于1 万倍,3 dB 带宽大于4 kHz,等效输入电压噪声小于1.5 μV,有效地解决了低阻抗光导探测器与高阻CMOS 电路的匹配问题。

基于转向核的单帧红外条纹非均匀性拟合校正算法

赵明, 安博文, 林长青, 孙胜利
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 766-771.
全文: HTML (1 KB)  PDF (3548 KB)  ( 143 )
摘要 ( 9 ) 引用本文
针对红外线列和非制冷型焦平面成像系统存在列向条纹非均匀性的现象,提出了一种基于转向核的单帧条纹非均匀性校正新算法。首先,根据图像边缘的梯度特性确定转向核邻域主方向和大小,然后将每列像素的转向核估计值作为该列像素的期望值,以列向条纹非均匀性作为约束进行最小二乘拟合,计算得到每列像元的校正参数,并以一定概率接受最小二乘拟合的结果。当误差函数满足事先设定阈值时,单帧图像的非均匀性校正完成。实验结果表明,该算法具有稳定的收敛性,与同类算法相比能够更有效抑制条纹非均匀性,并且能够保留更多的图像边缘信息。

基于自然背景的热成像系统信息量评价方法

王吉晖, 王小微, 陈松林, 金伟其
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 772-778.
全文: HTML (1 KB)  PDF (2134 KB)  ( 126 )
摘要 ( 11 ) 引用本文
为了研究自然环境因素对热成像系统综合性能的影响,在MRTD 信道宽度热成像系统综合性能评价模型基础上,比对TTP 模型,引入自然背景噪声因子,构建了基于自然背景的热成像系统综合性能信息量评价模型,通过实验给出了自然背景噪声因子的确定方法,并建立了模型的归一化形式。以典型场景为例,通过实验分析了不同自然背景对热成像系统目标信息量获取的影响,并与TTP模型的分析结果进行比较,二者具有较好的一致性。实验表明基于自然背景的热成像系统综合性能信息量评价模型能够较好地反映自然背景复杂度对系统综合性能的影响,可以应用于系统性能评价。

黑体模拟真实目标温度和面积的设定

王彦斌, 王敏, 邹前进, 李华, 黄成功, 亓凤杰
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 779-784.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1602 KB)  ( 186 )
摘要 ( 35 ) 引用本文
文中研究了红外对抗试验中黑体模拟真实目标温度和面积的设定过程。首先提出黑体能够有效模拟真实目标红外辐射特性所需遵守的两个原则:辐射照度相等和立体角相等;其次,依据红外理论推导了计算黑体温度的公式;最后,以歼-7 飞机(J7)作为真实目标,仿真其在不同观测角下的红外辐射特性,并且加入大气透过率和路径辐射亮度对其红外辐射特性的影响,研究了不同观测角、不同导引头与目标距离下黑体的设定温度和面积。结果表明:在两个原则都满足的情况下,黑体设定温度的变化趋势与目标辐射亮度一致,而黑体设定面积的变化趋势与目标的投影面积一致。文中的研究成果可为开展红外制导武器对抗试验提供理论依据和数据参考。
光电器件与材料

跟踪微分器在半捷联导引头中的应用

孙高, 朱明超, 刘慧, 贾宏光
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 785-789.
全文: HTML (1 KB)  PDF (2340 KB)  ( 117 )
摘要 ( 15 ) 引用本文
对半捷联稳定方式导引头进行了研究,导出了半捷联导引头稳定控制原理,并进一步建立了完整的半捷联导引头稳定回路框图。介绍了跟踪微分器的工作原理,并对其进行了数值仿真,仿真结果显示了跟踪微分器良好的跟踪性能和滤波性能。在半捷联稳定中,为了减小由框架角位置微分求取框架角速度引入的较大的测速噪声,提出了采用跟踪微分器的方法。数值仿真和半实物实验结果说明了跟踪微分器能有效地从角位置信号中微分求得角速度信号,系统稳定精度提高了80%,证明了跟踪微分器在半捷联稳定中应用的可行性和有效性。

光纤陀螺温度漂移自适应网络模糊推理补偿

赵曦晶, 刘光斌, 汪立新, 何志昆, 赵晗
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 790-794.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1678 KB)  ( 114 )
摘要 ( 8 ) 引用本文
温度漂移是影响光纤陀螺精度的重要因素之一。在对光纤陀螺温度漂移特性进行实验分析的基础上,对零偏温度漂移进行了多项式拟合补偿。为了解决传统曲面拟合方法无法精确描述标度因数温度漂移与温度、转速之间的关系导致其补偿精度低的问题,提出了一种基于自适应网络模糊推理的光纤陀螺温度漂移补偿新方法。该方法基于模糊逻辑,结合最小二乘和误差反向传播混合算法,设计了自适应网络模糊推理系统,从而有效提高了光纤陀螺温度漂移补偿精度。实验结果表明,在-30~60 ℃温度范围和-165~165 (°)/s 载体角速率范围,应用新方法对光纤陀螺温度漂移进行补偿,得到的训练误差均方根不超过0.003 (°)/s,预测误差均方根不超过0.005 (°)/s。

激光熔覆制备TiC颗粒增强涂层的组织和性能

杨光, 王向明, 王维, 钦兰云, 卞宏友
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 795-799.
全文: HTML (1 KB)  PDF (3101 KB)  ( 139 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
为了改进TC4 钛合金的耐磨性能,开发具有热应力缓和功能的梯度涂层,在对梯度涂层优化设计的基础上,采用激光熔覆的方法在TC4 钛合金的表面上制备耐磨钛基功能梯度(Ti-FGM)复合涂层,观察了微观组织,测量了Ti-FGM 涂层和基材在大气环境室温下的摩擦磨损性能和显微硬度。结果表明:原位自生的增强相TiC 颗粒均匀分布在梯度功能耐磨熔覆层中,微观组织沿熔覆方向呈现粗大树枝晶到颗粒状晶体的变化。复合涂层硬度呈现梯度上升趋势且涂层顶部表现出较优异的耐磨性能。

非绝热近场光学诱导平滑硅表面微结构的电场模拟

孙晓雁, 沈正祥, 童广德, 张锦龙, 王占山
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 800-805.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1622 KB)  ( 136 )
摘要 ( 29 ) 引用本文
如何进一步降低超光滑光学元件表面缺陷是现代超精密光学元件制作技术研究的热点之一。在传统抛光方法的基础上,引入非绝热近场光学诱导平滑硅表面微结构这一新型方法,进一步去除超光滑抛光表面残留的纳米级表面微缺陷,降低表面粗糙度。通过建立超光滑硅表面的微结构几何模型,采用时域有限差分法对表面微结构凸起在532 nm 激光作用下的局域电场增强进行数值模拟。对比不同尺度的微结构所激发的最大电场强度表明,在基底峰谷值小于25.5 nm 时,随微结构尺度递增,所激发的局域电场强度最大值约呈线性增长;随微结构倾斜率的逐渐递增,电场强度最大值也呈递增趋势。通过对激光诱导表面微结构调制电场的数值模拟,构建了硅表面微结构诱导平滑的物理图像,为描绘激光辐照下非绝热近场光学诱导平滑表面微结构的物理过程提供了有力的理论支持。

偏振遥感器镜头相位延迟特性分析

裘桢炜, 洪津
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 806-811.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1656 KB)  ( 102 )
摘要 ( 12 ) 引用本文
偏振遥感器的偏振探测精度受仪器自身的偏振特性影响。其中偏振遥感器镜头的相位延迟是其自身偏振特性的重要组成部分。分析了偏振遥感器镜头相位延迟对偏振遥感测量的影响。说明了镜头的相位延迟可以由各镀膜界面相位延迟累加得到,且主要由光学薄膜引入了镜头相位延迟。随后利用薄膜理论推导出了单透镜界面相位延迟的解析解。采用该解析式对可见及近红外、红外、超宽带三类减反射膜系的实际应用样例进行研究,结果表明:单界面常规宽带减反射膜系的相位延迟随着波长增加而单调递减。因而,对于宽波段偏振遥感器镜头,无法利用各光学界面间的补偿来获得总的低相位延迟。

1×11亚波长结构Dammann光栅的研制

冷雁冰, 董连和, 孙艳军
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 812-817.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1466 KB)  ( 182 )
摘要 ( 25 ) 引用本文
论文基于严格耦合波理论(Rigorous Coupled-Wave Analysis,RCWA),并采用遗传算法进行优化,设计并制作了一种具有高衍射效率的亚波长结构Dammann 光栅。光栅的分束比为1×11,最小特征尺寸为0.95 μm,衍射效率设计值达到95%,优于传统Dammann 光栅约15%,且均匀性设计值小于2%。论文采用电子束光刻直写技术和反应离子刻蚀技术在石英基底上制作出亚波长结构图形。实验结果表明,电子束扫描曝光可以获得纳米级的图形分辨率。对石英基底的反应离子刻蚀中,射频功率、工作气压及气体流量均对刻蚀速率和栅线的表面形貌产生不同程度的影响,论文主要针对该问题进行了讨论。同时,论文也对电子束光刻直写过程中产生的线宽误差因素进行了分析。

电场辅助离子迁移过程中离子迁移深度模型

王国强, 郝寅雷, 李宇波, 杨建义, 江晓清, 周强, 王明华
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 818-822.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1545 KB)  ( 112 )
摘要 ( 8 ) 引用本文
考虑了焦耳热导致的玻璃基片温度升高效应,建立了玻璃基片上电场辅助离子迁移(FAIM)过程中离子迁移深度的计算模型。该模型首先通过求解玻璃基片的热平衡方程获得玻璃基片温度随时间的变化规律,在此基础上获得流过玻璃基片的电流密度以及电荷通量密度随时间的变化规律。最后利用电荷通量密度与离子迁移深度的正比关系计算离子迁移深度。利用该模型获得的模拟结果与实验结果的比较显示,在集成光学器件制作的实验参数下,利用该模型所获得的离子迁移深度变化的规律与相应的实验结果接近。分析表明,由于模型中考虑到了焦耳热导致的玻璃基片温度的升高,该模型用于研究FAIM 过程中的迁移深度具有更好的普适性。

近零平坦色散三包层光子晶体光纤的设计

宋昭远, 黄金华, 张磊磊
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 823-827.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1357 KB)  ( 128 )
摘要 ( 11 ) 引用本文
为了使光子晶体光纤(PCF)在钛宝石飞秒激光器的工作波长0.80 μm 和光通信窗口1.55 μm 处获得宽的近零超平坦色散,使用了三包层六角空气孔环结构设计来代替普通的单包层结构。应用了改进的有效折射率法对该三包层PCF 进行了数值模拟。结果表明:三包层PCF 的色散随结构参数的微小变化而有较大的变化,因此通过对PCF 结构参数的合理调节,分别实现了在0.80±0.02 μm 和1.55±0.15 μm 波长范围内近零、平坦色散(色散范围±0.5 ps/(km·nm),色散斜率范围±0.02 ps/(km·nm2)的结构设计。这对于光通信系统及研究飞秒激光在PCF 中的传输特性,拓展飞秒激光的研究和应用都具有重要意义。

基于Berreman矩阵研究一维掺有各向异性材料缺陷的光子晶体偏振特性

卢礼萍, 魏良淑, 骆晓森, 倪晓武, 陆建
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 828-832.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1762 KB)  ( 154 )
摘要 ( 19 ) 引用本文
为了研究具有各向异性材料缺陷层的光子晶体禁带特性,构造了具有各向异性材料缺陷层(AB)10F(BA)10 型一维光子晶体,利用Berreman 传输矩阵进行了数值计算。研究发现,随着缺陷层F 厚度d的增加,在700~1 000 nm 禁带中出现的两个缺陷模发生红移,缺陷模透射系数呈阶段性变化。改变缺陷层内单轴晶体方位角θX偏振光产生的缺陷模往长波方向移动,透射系数在一定波长范围内规律变化,而Y偏振光产生的缺陷模始终不变。另方位角φ在0~90°范围内变化,则该禁带内产生新的缺陷模。缺陷模的这些特征对全方位过滤器的设计有一定价值。

介质折射率对光子晶体量子阱滤波性能的调制

潘继环, 苏安, 蒙成举
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 833-837.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1141 KB)  ( 116 )
摘要 ( 11 ) 引用本文
为设计高品质的光学滤波器件,利用传输矩阵法理论,通过数值计算模拟的方法,研究垒、阱层介质折射率对光量子阱滤波带宽的调制机制,结果表明,光量子阱滤波带宽对垒、阱层介质折射率的响应相当灵敏:垒层高折射率介质的折射率越大,光量子阱的滤波带宽越窄;垒、阱层介质的折射率和的比值越大,光量子阱的滤波带宽越窄。光量子阱滤波带宽对介质折射率的响应机制,为提高光子晶体光学滤波器件的品质、性能提供方法依据,同时对光量子阱的理论研究也具有积极的指导意义。
先进光学

基于地球椭球的离轴式双线阵相机像移补偿

武星星, 刘金国, 孔德柱, 张立平, 龙科慧
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 838-844.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1410 KB)  ( 103 )
摘要 ( 10 ) 引用本文
离轴反射式双线阵立体测绘相机的视轴和光轴分离,由于地球为椭球体,视轴和光轴对应的地物点的距离随星下点与升交点的地心角而变化。而成像传感器与光轴垂直,对视轴对应的地物点成像,这些因素导致离轴反射式双线阵立体测绘相机的像移速度和偏流角随离轴角等变化。在对离轴反射式空间相机的成像原理进行分析的基础上建立其等效简化模型,推导了基于地球椭球的离轴反射式双线阵立体测绘相机的像移速度和偏流角计算公式。并以某离轴反射式双线阵立体测绘相机为例,对正视相机和后视相机统一调整行周期与偏流角对成像质量的影响进行分析。分析结果表明,以调制传递函数下降不超过5%为约束,当积分级数大于4 时应分别调整正视相机和后视相机的行周期。统一调整偏流角时应以正视相机和后视相机偏流角的均值为准,积分级数应取89 以内。

薄型折反系统布局及金属主镜安装影响分析

龙波, 邢廷文, 廖胜, 黄智强
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 845-850.
全文: HTML (1 KB)  PDF (3218 KB)  ( 93 )
摘要 ( 9 ) 引用本文
对于含口径80 mm 的高次非球面金属主镜、主镜顶点到像面距离仅为17.5 mm 的薄型折反式光学系统,设计了带3 安装耳的主镜,并利用组件合并及周向同环交错前向安装的方式,在保证所有光机件顺利布局的基础上,有效增加了主镜镜体厚度提高了结构刚度。为分析金属主镜在安装应力下的面形,利用ANSYS 预紧力单元模拟螺钉连接的预紧力,在模态校核的基础上分析了主镜柔性支撑环板在不同厚度以及安装面不平时的波面变形。提出的轴向受限的主镜组件结构方案、安装应力变形的集成分析方法及解决方案,为提高主镜的装配面形精度以保证光学系统的成像质量提供了光机设计参考。

新型紧凑型大相对孔径可见光光学系统

王虎, 罗建军
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 851-855.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1237 KB)  ( 147 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
针对空间碎片探测相机光学系统的使用要求,借助衍射光学元件特殊的消色差和消热差特性,提出了一种结构紧凑、成像质量良好的大相对孔径空间碎片探测相机光学系统结构,解决了以往该类系统相对孔径小、结构复杂等不足的问题,给出了100mm 焦距,1/1.5 相对孔径,6°对角线视场的设计实例,并进行了像质评估,该结构可满足空间碎片探测相机光学系统对能量集中度、弥散斑直径、垂轴色差、畸变、热差等像差的要求。结果表明,衍射光学元件的使用实现了系统轻量化、小型化、高像质的设计要求,大大提高了该空间碎片探测相机的成像性能,为该类系统的设计提供了一种新的思路。

旋转双光楔光路引导系统Matlab仿真研究

郭云曾, 杨小军, 杨小君, 贾海妮, 王海涛, 刘锋, 姜志
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 856-860.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1914 KB)  ( 258 )
摘要 ( 30 ) 引用本文
由于光楔在高精度微孔加工中起着对激光光束引导作用,为了提高激光微细孔加工质量,给出了一种提高光楔对激光微加工精度分析的方法。首先提出了单光楔矢量等效概念,基于单光楔矢量定义对双光楔矢量模型进行了建立与分析,并得出了多个光楔进行矢量叠加的新方法;其次,应用Matlab 编写了仿真软件,仿真得出了激光束经过两个相同光楔后的轨迹,并指出了由于运动系统的不同步对激光微孔加工中打孔质量的影响,进行了误差定量分析并给出了误差计算公式。文中结论对高精度激光微孔加工控制系统设计时的性能指标提供参考。

基于像方摆扫的空间红外双波段光学系统设计

李刚, 樊学武, 邹刚毅, 王红娟
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 861-866.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1908 KB)  ( 144 )
摘要 ( 16 ) 引用本文
红外探测器的尺寸是制约光学系统大幅宽成像的重要因素,选择合适的光学系统结构和成像方式,则可以规避探测器的限制。文中提出了一种像方摆扫成像模式,基于成熟的常规尺寸红外面阵探测器,采用多帧图像拼接的方式,满足了光学系统的大幅宽成像要求。鉴于像方摆扫需要在平行光路中进行,在两反无焦系统的基础上,研究了三反无焦系统的设计方法,给出了初始结构的计算公式。光学系统总体上分为前置的无焦压缩系统、扫描摆镜、成像组。其中,扫描摆镜位于平行光路中的出瞳位置,采用视场分光的方式分别实现中波红外和长波红外成像,通过仿真分析,光学系统的冷反射得到有效抑制,MTF 接近衍射极限。

LED交通信号灯光学设计

刘晓东, 李湘宁, 孙惠
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 867-870.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1713 KB)  ( 137 )
摘要 ( 18 ) 引用本文
设计了一款在规定角度范围内光强均匀分布且直观无明显的颗粒感的LED 交通信号灯。将高亮度LED 的出射光用菲涅耳透镜进行准直,利用斯涅尔定律,设计了枕型透镜来实现指定方向上的照明,并将之排成阵列,以获得一定角度范围内的光强均匀分布。利用ZEMAX 光学设计软件对设计方案进行了模拟,分别给出了水平和竖直两个方向上角度光强均匀分布的结果。通过仿真人眼对信号灯的成像,呈现人眼的观察效果,结果表明该设计满足设计要求。

基于视网膜扫描的头戴显示器研究现状

呼新荣, 刘英, 王健, 李淳, 孙强, 李晶, 刘兵
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 871-878.
全文: HTML (1 KB)  PDF (2005 KB)  ( 734 )
摘要 ( 34 ) 引用本文
随着头戴显示器的轻小型化发展,基于视网膜扫描的头戴显示器逐渐成为近年来虚拟现实领域和头戴显示器领域的一个研究热点。此类显示器通过扫描装置控制激光束进行二维扫描,扫描图像经成像后可直接在观察者的视网膜上进行显示,具有大视场、高亮度、结构紧凑等独特优势,也被称为视网膜扫描显示器。鉴于国内该方向的研究较为薄弱,结合国外视网膜扫描显示器的研究基础,阐述了视网膜扫描显示器的工作原理,论述了该领域的技术发展及关键技术研究现状,总结了视网膜扫描显示器的技术发展趋势和应用前景,为国内相关领域的研究和发展指出了方向。

一种新型微光夜视仪目镜系统设计

沈满德, 姜清秀, 任欢欢, 李飞, 李程
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 879-883.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1219 KB)  ( 120 )
摘要 ( 23 ) 引用本文
为解决传统微光夜视仪目镜系统高性能与轻量化之间的矛盾,提出了一种新型的折射/衍射混合自由曲面微光夜视仪目镜结构,以传统艾菲尔目镜为基础,应用Zemax 软件设计了新型微光夜视仪目镜系统,系统由三片透镜组成,都采用K9 玻璃,将设计结果与传统艾菲尔目镜的光学性能进行了比较,结果表明,新型目镜系统不仅在垂轴像差、垂轴色差、畸变、场曲等光学性能上大大优于传统目镜系统,而且在重量和总长方面也得到了较大的改善,满足现代微光夜视仪目镜小畸变、轻量化、高像质的实际需求,为微光夜视仪目镜的轻小型设计提供了一种新的思路。
光电测量

辐射特性测量大气传输修正研究:大气辐射传输模式和关键大气参数分析

魏合理, 戴聪明
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 884-890.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1766 KB)  ( 190 )
摘要 ( 24 ) 引用本文
工作于大气中的光电测量(或遥感)设备接收的目标辐射信号受大气衰减和大气背景辐射影响。大气传输修正是目标辐射特性测量的一个重要环节。介绍了目前国际上实用的大气辐射传输计算模式及影响大气传输的重要大气光学参数的探测方法。对影响红外波段大气传输的重要大气光学参数作了分析,论证了辐射测量大气传输修正系统必须测量的大气参数。

管道内表面圆结构光视觉三维测量系统

王颖, 张瑞
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 891-896.
全文: HTML (1 KB)  PDF (3132 KB)  ( 142 )
摘要 ( 17 ) 引用本文
为保证管道运输安全,需要对管道进行定期维护和检测。采用视觉检测原理,提出了一种基于圆结构光三维视觉检测的管道内表面测量系统。针对管道内表面测量空间受限的约束,基于圆结构光视觉检测原理,提出了视觉传感器的纵向排列结构模式,并搭建了管道内表面圆结构光视觉检测系统。针对圆结构光特点,设计了圆环形平面标定靶标,实现了圆结构光检测系统的标定,并基于该圆结构光视觉检测系统对工业管道内表面进行了三维测量。实验结果表明:该系统的标定不确定度为0.081 mm,针对管道内表面,具有较高的测量精度。

高温氨逃逸激光原位监测的浓度反演算法

何莹, 张玉钧, 王立明, 尤坤, 高彦伟
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 897-901.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1253 KB)  ( 226 )
摘要 ( 25 ) 引用本文
对烟气脱硝后的氨逃逸进行准确、灵敏、快速监测,避免氨气对环境的二次污染是工业和环保领域的工作重点之一。选择氨气1.53 μm 的单根吸收谱线为目标谱线,结合可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)和波长快速扫描技术研究了高温烟气氨逃逸原位监测方法,并设计了相应的开放光路测量系统。分析了高温环境下温度对测量的影响,研究了温度修正方法,并设计了烟道现场氨浓度免定标精确反演算法,由实验得出最大相对检测误差为1.5%。通过工业现场的安装运行验证了文中系统的工程实用性和算法的可靠性,对于我国工业脱硝过程的监控和烟气安全排放起有效的技术支持。

基于虚拟立体靶标的线阵相机标定与分析

王子辰, 戴明, 李刚, 汪永阳, 宋悦铭, 高玉军
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 902-907.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1380 KB)  ( 127 )
摘要 ( 23 ) 引用本文
针对线阵相机的特点,论文提出了一种线阵相机标定方法。首先,利用设计的平面靶标与相机多次曝光巧妙地构建了虚拟立体标定靶标,通过分析与数学建模得到靶标上标定特征点空间位置与像点的对应关系;其次,分别使用最小二乘法与迭代求解的方法对多个特征点的线性参数超定方程与镜头的非线性畸变参数进行求解,讨论了标定过程中相机与靶标非严格平行时对标定结果的影响;最后,实验室条件下使用论文设计的靶标与方法对线阵相机标定进行实验验证。理论分析与实验结果表明此线阵相机标定方法简单灵活,标定特征点个数不拘泥于靶标的制作,相机与靶标的位置无需严格平行,标定精度高,且具有较好良好的实用工程应用价值。

基于DSP和FPGA的望远镜伺服控制系统设计

邓永停, 李洪文, 王建立, 阴玉梅, 吴庆林
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 908-914.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1878 KB)  ( 253 )
摘要 ( 22 ) 引用本文
针对交流永磁同步电机驱动的大型望远镜的高精度、低速平稳运行问题,研制了一套基于浮点数字信号处理器(DSP)和现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的驱动控制器。该控制器以DSP 作为主控制器,FPGA 作为协控制器,主控制器完成控制算法、接受指令等功能,协控制器实现PWM 产生、电流采集、速度检测等功能。根据永磁同步电机矢量控制原理建立了永磁同步电机的数学模型,进行了永磁同步电机控制器的硬件设计;在硬件设计的基础上,采用自适应PI 对望远镜的低速控制性能进行了研究。实验结果表明:当望远镜以32.4 (″)/s 匀速运行时,速度波动范围为±0.648 (″)/s;当对望远镜做最大速度为1(°)/s,最大加速度为1(°)/s2 的正弦引导时,最大引导误差为9.72 ″,引导误差RMS 值为3.24 ″;该驱动控制系统能够实现望远镜的低速平稳运行,满足大型望远镜伺服控制系统的性能要求。

近距离收发同轴激光测距精度研究

高坡, 胡以华, 赵楠翔, 王勇
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 915-919.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1502 KB)  ( 163 )
摘要 ( 12 ) 引用本文
脉冲激光测距精度是影响二维激光扫描成像质量的重要因素,研究近距离条件下收发同轴系统中的脉冲激光测距技术对提高二维激光扫描成像质量具有重要意义。通过仿真计算分析了脉冲激光测距的精度与回波能量的关系,提出了二维激光扫描成像光学系统的基本设计方案。在室内距离下,提出了在收发同轴光学系统中,到达探测器的激光回波能量相对于距离的非线性关系,计算并得到了激光回波能量相对于距离的非线性关系曲线。最后,基于实测数据对激光回波能量与距离的非线性关系进行实验验证,分析该非线性关系对激光测距精度的影响。论文的研究对设计、完善近距离条件下激光测距光学系统具有重要价值。
光通信与光传感

用于光纤电流传感器SLD光源的温度控制系统

曹辉, 杨一凤, 刘尚波, 徐金涛, 赵卫
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 920-926.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1555 KB)  ( 154 )
摘要 ( 18 ) 引用本文
为减小高压电网中光纤电流传感器超辐射发光二极管(super luminescent diode,SLD)光源温度特性对测量准确度的影响,提出了一种模拟温度控制系统对光源温度进行恒温控制。根据设计要求,介绍了各重要环节的设计过程。分析了通过搭建合适的温度采集电桥,可以得到与温度近似成线性关系的输出差分信号。在频域上建立了系统的数学模型,计算了系统的传递函数,得到了比例-积分-微分(proportional-integral-derivative,PID)控制器各参数对时域上输出的影响。在实验室中搭建了用于光纤电流传感器SLD 光源的温控系统,对温控系统进行了定温与温度循环实验,实验结果表明:该控制系统可以实现对温度的实时控制,使光纤电流传感器测量准确度满足0.2 级工业要求。

长波长红外光大气信道传输

丛日进, 汪井源, 徐智勇, 王荣, 王喆
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 927-932.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1484 KB)  ( 148 )
摘要 ( 17 ) 引用本文
采用光子追踪法,模拟光子在大气信道中的随机迁移路径及散射后随机迁移方向。引入光束发散角和接收视场角等参数,建立了包含散射作用的长波长红外大气信道传输模型。运用蒙特卡洛方法进行仿真,分析了雾环境下长波长红外光的大气传输特性。与朗伯-比尔定律进行对比,发现在能见度较低、通信距离较近时接收机接收的散射能量不能被忽略。分析了通信距离、能见度、光束发散角、接收视场角对链路损耗的影响,分析了不同阶次散射对接收机接收能量的影响。发现在给定参数条件下,四阶及以上高阶次散射对接收机接收能量几乎可以忽略。

振动对空间光-光纤耦合效率影响及补偿实验研究

韩琦琦, 王强, 马晶, 谭立英
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 933-939.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1725 KB)  ( 138 )
摘要 ( 37 ) 引用本文
利用现有成熟光纤通信技术是目前卫星光通信技术的重要发展方向,但需首先解决空间光-光纤耦合这一关键问题。文中对卫星平台振动对空间光-光纤耦合效率的影响进行了理论分析;在此基础上针对卫星光通信终端,建立以CCD 为探测器,高速偏转镜为补偿器件的卫星平台微振补偿系统,并进行了实验研究。实验结果表明:所采用的基于反馈控制技术的主动补偿系统能有效地抑制低频振动。在振动频率介于1~50 Hz,振动幅度介于75~300 μrad 之间时,补偿系统对耦合效率的最大改善率可达54.73%,验证了补偿方案的可行性及有效性,为在卫星光通信系统中应用各种光纤通信技术打下基础。
先进光学成像技术

Cs量与Cs2Te光阴极紫外-可见光抑制比关系研究

刘晖, 张连东, 冯刘, 程宏昌, 高翔, 苗壮
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 940-943.
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摘要 ( 20 ) 引用本文
紫外-可见光抑制比是决定全天时紫外探测成像系统信噪比的一个重要参数。为了研究激活时Cs 量对Cs2Te 紫外光阴极紫外-可见光抑制比(S280 nm/S320 nm)的影响,利用三组不同Cs 量的多次激活实验,通过分别对比紫外-可见光抑制比结果和200~400 nm 的光谱响应曲线,得到不同Cs 量激活的Cs2Te 光阴极其紫外-可见光抑制比在4.0~7.6 之间变化。随着Cs 量的增大,紫外光阴极的积分灵敏度相应增长,主要体现在260~320 nm,但峰值256 nm 处的辐射灵敏度增长不明显。重点分析了激活时Cs 量对大于320 nm 波长范围光谱响应的影响。

基于高光谱数据的叶面积指数遥感反演

李子扬, 钱永刚, 申庆丰, 王宁, 刘耀开, 马灵玲, 孔祥生
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 944-949.
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摘要 ( 16 ) 引用本文
文中耦合叶片辐射传输模型(PROSPECT)和冠层辐射传输模型(SAILH),基于高光谱载荷通道设置,模拟高光谱冠层反射率数据;利用模拟数据深入分析了不同植被指数与叶面积指数之间的敏感性;通过敏感性分析发现改进型叶绿素吸收植被指数(MCARI2)具备抗土壤背景因素的影响能力,而且对叶面积指数较为敏感,因此该研究建立植被指数MCARI2 与叶面积指数之间的经验统计模型,并用于高光谱数据进行叶面积指数反演;最后利用飞行同步测量的叶面积指数对反演模型进行精度分析。结果表明:相比实测叶面积指数,文中建立的反演模型约低估0.42,该反演模型能够较好的反映出地物真实叶面积指数。

应用于超光谱定标的光谱可调光源光学设计

翟文超, 徐骏, 郑小兵, 丁蕾, 陆俊桦
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 950-955.
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摘要 ( 27 ) 引用本文
针对超光谱遥感中,传统定标光源和目标光源光谱精细结构不匹配、精确度量困难,影响定标精度的难题,提出了一种基于数字微镜器件和光谱仪结构的新型光谱可调光源,并设计了该光源的光学系统。详细描述了这种光源系统的工作原理,确定了光学系统的设计方案,计算了系统的结构参数,并说明了具体的设计过程。设计结果表明:在0.4~1.0 μm 的设计波段上,光学系统整体性能接近衍射极限,各波长点列图RMS 半径小于3.5 μm,各波长MTFs 在37 lp/mm 空间频率处都达到0.8 左右,满足设计要求。这种新型的光谱可调光源,有望提高目标光谱精细结构模拟的准确度,可利用基于标准探测器的方法进行精确度量,有利于降低超光谱遥感仪的定标不确定度。

免标定波长调制光谱在气体温度和浓度测量中的应用

潘虎, 王广宇, 宋俊玲, 于小红
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 956-960.
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摘要 ( 20 ) 引用本文
可调谐二极管激光吸收光谱在诸多领域有广泛的应用,但因为基线获取的困难,在高压、强干扰条件下的测量存在困难。波长调制光谱的理论显示,一次谐波信号(1f)和二次谐波信号(2f)包含了初始光强和光电探测器增益两个公共项。通过一次谐波信号归一化的二次谐波(2f/1f)信号,消除了信号强度与光强的相关性,可得到吸收光谱的绝对强度及温度等信息。通过测量激光调制参数,结合已知光谱参数可通过数值仿真得到理论的2f/1f 信号。利用数值锁相算法,可以实现频分复用的免标定波长调制光谱测量,实验显示,当恒温池设定温度为600 K、700 K 和800 K 时,光谱测量温度与热电偶测量值偏差小于2%,该方法具有可靠性和更强适应性。
信息处理

基于NSUDCT的红外与可见光图像融合

杨扬, 戴明, 周箩鱼
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 961-966.
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摘要 ( 20 ) 引用本文
针对同一场景的红外与可见光图像,提出了基于非下采样均匀离散Curvelet 变换(NSUDCT)的图像融合方法。首先使用标记控制的分水岭分割(MCWS)算法对源图像进行区域分割,对各分割结果进行叠加得到联合区域图。然后对源图像进行非下采样均匀离散Curvelet 分解,分解后的低频系数采用区域对比度和区域标准差作为量测指标进行融合,高频方向系数使用基于局部能量的融合规则进行融合,并对融合系数做一致性检测。最后通过各频带融合系数重建得到融合图像。实验结果表明文中方法取得了比较好的视觉效果和量化数据,相比基于NSUDCT 的像素融合方法,此文方法的熵值提高了9.87%,交叉熵减少了68.04%,互信息提高了80%。

周扫条件下的红外运动目标检测

李林, 卢焕章, 肖山竹, 廖斌
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 967-972.
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摘要 ( 11 ) 引用本文
针对周扫条件下的运动目标检测出现的问题,提出了多种解决办法,并从中选择最优方案。首先根据系统红外图像特点,使用投影匹配法进行图像配准;然后针对现有运动检测算法中存在的问题,结合帧间差法和经典自适应背景差分法的优点,提出一种基于分级自适应背景差分的运动检测方法,使得伪运动目标明显减少;最后针对剩下的伪运动目标,借鉴图像配准方法,提出了一种基于最小平均灰度差判定真假运动目标的方法,有效剔除了伪运动目标。实验结果表明所提出的算法能快速有效的解决周扫模式所带来的各种问题。

基于最优斜面参数估计的局部立体匹配算法

曹晓倩, 马彩文
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 973-978.
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摘要 ( 34 ) 引用本文
针对传统局部匹配算法在斜面场景匹配中所表现出的“阶梯效应”,提出了一种基于最优斜面参数估计的局部立体匹配算法。该算法首先为每一个像素随机地分配一组斜面参数,然后以新的斜面参数所定义的支撑域下当前像素的匹配代价是否减小为准则,迭代地进行斜面参数的“邻域传播-单点优化”过程,并最终使得计算结果收敛到最优斜面,同时估计得到稠密的亚像素级视差。通过对典型斜面场景图像和Middlebury 标准测试图像对的匹配实验表明,文中算法在将对普通场景的匹配效果保持在当前先进水平的同时,对斜面场景的匹配消除了“阶梯效应”,且匹配率代表了局部匹配的先进水平。

交叉熵约束的红外图像最小错误阈值分割

刘松林, 牛照东, 陈曾平
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 979-984.
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摘要 ( 16 ) 引用本文
针对目标和背景具有相似统计分布的红外图像,经典阈值分割方法仅以某种形式的方差或熵作为准则,未考虑图像的实际特性,分割效果不甚理想。为此,提出了一种基于交叉熵约束的红外图像最小错误阈值分割新方法。首先,引入交叉熵来度量目标和背景统计分布的相似性,交叉熵越小表明分布越相似;然后在交叉熵小于一定值的条件下使分类错误达到最小。交叉熵的约束保证了分割过程适应红外图像实际特性,分类错误最小确保了分割效果的有效性。该方法原理清晰、参数设置简单,在一系列实际图像上的实验结果表明,与现有几种经典阈值分割方法相比,文中方法有效提高了目标和背景具有相似统计分布的红外图像的阈值分割准确率。

全景图像自动拼接算法的优化设计

杨磊, 曹剑中, 唐利孬, 高博, 王华, 郭惠楠
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 985-990.
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摘要 ( 42 ) 引用本文
提出了一种结合空域和频域进行全景图像序列自动拼接融合的优化算法。首先利用改进的相位相关法对全景序列图像进行自动排序并确定重叠区域,根据重叠区域像素均值进行图像整体亮度差异自动调整以降低角点的误匹配率;然后使用改进的Harris 算子在空间域提取图像角点(无需人工设定阈值),通过双向最大互相关系数匹配获得初始特征点对,并用RANSAC 算法实现精确匹配;最后采用非线性平滑算法对图像重叠区域进行融合处理。实验结果表明,该优化算法排序过程简单有效,特征点提取匹配过程的成功率和效率都较现有算法有很大提高,拼接的图像清晰度高,具有较高的稳健性和拼接精度。

红外星图预处理及星点定位精度分析

魏伟, 刘恩海
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 991-996.
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摘要 ( 23 ) 引用本文
红外星图是白天观星获取的原始数据,图中含有单点噪声和条纹噪声等多种噪声,严重影响了后续的星点提取和质心定位。针对外场观星获取的红外星图,进行了星图预处理,并分析了星点定位精度。提出了单点噪声的检测与补偿算法和条纹噪声的列均值偏移校正(CMOC)算法,还采用Wiener2 和Top-hat 组合滤波方法对星图进行进一步滤波去噪,最后使用在观测星图中加入理想模拟星点的方法计算了星点定位精度。实验结果表明,预处理算法有效抑制了红外星图中的各种噪声,星点目标峰值信噪比最多由4.7 提高到了31.3,模拟的2 等星的星点定位标准偏差量级为1/30 pixel 水平,满足工程应用的精度要求。

一种去除拼接干涉图中累积误差的简单方法

冯晓宇, 宗肖颖
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 997-1001.
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摘要 ( 9 ) 引用本文
用子孔径拼接干涉法来检测大口径光学元件和光学系统是一种成本较低的有效手段。但是随着子孔径数目的增加,拼接得到的面形图中存在着很大的累积误差严重影响了拼接的精度,因此如何简单快速地去除累积误差成为子孔径拼接干涉检测法研究的主要问题之一。文中介绍了一种简单且快速的方法去除拼接中的累积误差。并且对一个大小为180 mm×80 mm 的平面镜进行了6 个子孔径拼接检测实验。在实验中,文中提出的方法很好的去除了拼接中的累积误差。

物体特征的快速检测与识别方法

王欢欢, 杨清平, 王向军
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 1002-1008.
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摘要 ( 14 ) 引用本文
文中的目的是讨论一种新的物体特征快速检测与识别方法,该方法适于具有纹理特征的在运动中视角不断变化的物体快速检测与识别。该方法基于新发展的多级定向执行长度编码法(Multilevel Orientation Run Length Coding,MORLC)。由此产生了两种新的物体特征样本形式,即:MORLC 坐标样本和MORLC 长度样本。文中给出了MORLC 方法的理论分析和匹配判据,以及利用MORLC 坐标和长度样本对运动物体的检测和识别数据。实验结果显示MORLC 编码属于字符数据样本,数据量小,占用存储空间少,构造过程简单,运算处理效率高,构建样本的灵活性强,可根据不同的应用需求选择不同级次的样本形式,匹配和识别的鲁棒性好,不易产生错误匹配等。该方法适用于变视角运动物体的快速检测与识别,以及产品特征检测和识别。

尖点突变理论在红外热波检测图像分割中的应用

王冬冬, 张炜, 金国锋, 杨正伟, 田干
红外与激光工程. 2014, 43 (3): 1009-1015.
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摘要 ( 62 ) 引用本文
图像分割是实现热波检测缺陷定量识别的关键。根据有缺陷区域与无缺陷区域图像灰度值不连续变化的特点,提出一种基于尖点突变理论的分割方法,在计算图像幅值和相位的基础上,通过建立尖点突变模型及相应的坐标变换,将系统变量进行归一化处理,根据处理后的尖点突变模型的判决式标记热波图像中像素值突变的点,提取突变点的骨架,对其膨胀和填充运算实现缺陷的分割。最后通过试验验证了该方法的可行性。
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