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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—2015, 44 (10)   出版日期:2015-10-25
  本期栏目:光电器件与材料 光学设计 光电制导与控制 空间光通信 前沿光学成像 光学图像识别 超快光学 红外技术及应用 光电测量 微纳光学 激光技术及应用 
红外技术及应用

火箭尾焰的空间外差光谱探测可行性分析

袁纵横, 李树, 叶松, 熊伟, 王新强, 汪杰君
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 2867-2873.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1671 KB)  ( 743 )
摘要 ( 91 ) 引用本文
为了跟踪和识别飞行的火箭,利用空间外差光谱仪对火箭尾焰辐射中钾光谱的766.490 nm和769.896 nm两条谱线进行研究。考虑大气分子吸收和大气散射对钾光谱在大气中传输的影响,采用逐线积分法、瑞利散射公式及散射系数与气象视程的关系分别计算763~773 nm波段内的氧气的吸收系数、大气分子及粒子散射系数,使用比尔-朗伯定律计算透过率。通过分析该波段内太阳辐射光谱和大气透过率可知,钾特征谱线处于太阳辐射强度弱、大气传输效率高的位置,从理论上验证了钾光谱探测的可行性。然后使用空间外差光谱仪对在火焰上燃烧的K2SO4进行探测,获得了与理论数据相符的实验数据,为火箭尾焰的空间外差光谱探测方法提供依据。

红外焦平面探测器杜瓦组件真空失效及其检测方法

李建林, 刘湘云, 朱颖峰, 孙娟
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 2874-2879.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1191 KB)  ( 399 )
摘要 ( 47 ) 引用本文
杜瓦真空失效造成光电转换探测系统的核心部件故障,依据真空物理稀薄气体理论,分析探讨了真空失效考核方法。检测组件在工作状态下的降温时间是否符合用户要求,是确认真空失效最直接有效的方法。制冷机额定制冷功率与杜瓦最大无功功率之差,即设计允许最大热负载增加量。在特定时间区间内,利用液氮蒸发原理测量热负载增加量,达到扩展不确定度30 mW(k=3)时,可以认为杜瓦真空有用寿命不符合用户要求。用户定制15年真空有用寿命,则要求杜瓦漏气速率小于5×10-15 Pa·m3/s,真空失效的气体压力大于1×10-2 Pa。

320×256中/长波双色IRFPAs读出电路设计

周杰, 丁瑞军, 翟永成, 梁清华, 蒋大钊
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 2880-2885.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1485 KB)  ( 366 )
摘要 ( 29 ) 引用本文
中波与长波探测器的光电流及动态输出阻抗存在数量级的差别。为满足积分时间及读出信号信噪比的要求,采用像元间多电容共享的方案,设计了一种高集成度的320×256双色红外焦平面读出电路。该电路选用直接注入(DI)结构作为中波输入级,而长波输入级则选用了缓冲注入(BDI)结构。其缓冲放大器采用单边结构,具有高增益、低功耗、低噪声的特点,降低了输入阻抗,提高了注入效率。基于HHNEC 0.35 μm 2P4M标准CMOS工艺,完成了芯片的设计与制造。经测试,引入电容共享方案后其有效电荷容量达到70 Me-/像元,电路各项功能正常,在光照条件下,芯片呈现出高的灵敏性。在2.5 MHz读出速率下,中波及长波输出电压范围均大于2 V,非线性小于1%。在100 f/s帧频下,整体功耗小于170 mW。

红外焦平面条带状非均匀性校正硬件实现方法

张磊, 王岳环, 宋琼
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 2886-2890.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1292 KB)  ( 216 )
摘要 ( 70 ) 引用本文
红外焦平面阵列条带状非均匀性严重影响了其成像质量,大大限制了它的应用。实现了一种基于FPGA的红外焦平面阵列条带状非均匀性实时校正系统,该系统以中值红外均衡算法为核心,针对算法以及FPGA的特性进行了优化,单帧内可进行条带状非均匀性的校正,硬件仿真结果表明:处理效果显著。系统处理速度快、资源占用量小,可以作为一个独立模块嵌入到红外焦平面成像与处理系统中,实现条带状非均匀性的实时校正,有很高的实用性与可扩展性。

编码掩模红外成像的建模与性能分析

张傲, 汪清, 杨敬钰, 孙懿
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 2891-2899.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1788 KB)  ( 223 )
摘要 ( 57 ) 引用本文
针对编码掩模红外成像系统提出了一种建模方法。该模型将成像系统视为由两个功能部分组成,一部分为编码掩模与理想聚焦透镜的理想成像,另一部分为实际透镜自身的非理想成像。据此,系统点扩散函数可以由掩模结构的衍射模式和实际透镜的点扩散函数联合表示。此外,文中对视场内倾斜入射平面波的成像结果进行分析,从而得到了视场内的点扩散函数的变动情况。由码型及相应点扩散函数的指标评价结果可以看出,文中提出的基于Dammann阵列的码型结构对直接成像和图像还原处理具有较为平衡的性能。实验表明,对于编码掩模直接成像系统的码型中应当具有较多的随机性结构,而对于能够做进一步图像还原处理的系统码型中应当具有较多的周期性结构。
激光技术及应用

1.06μm注入锁定增益开关半导体激光器特性分析与功率放大研究

陈河, 陈胜平, 侯静, 姜宗福
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 2900-2905.
全文: HTML (1 KB)  PDF (2080 KB)  ( 235 )
摘要 ( 68 ) 引用本文
报道了1.06 μm增益开关半导体激光器的详细特性分析和功率放大研究。用高频正弦信号调制中心波长1.06 μm的F-P腔半导体激光器得到脉宽约为100 ps、平均功率约为20 mW,重频从500 MHz到2 GHz连续可调的稳定短脉冲激光输出。采用注入锁定改善增益开关半导体激光器的输出特性。研究和分析了调制信号的频率、功率和偏置电流的大小以及注入锁定的功率、温度对激光器输出特性的影响。将该激光器作为种子,用108 W的抽运光进行两级全光纤功率放大得到了82 W的高功率输出,光光转换效率达到76%。

艾里光束的远场特性及其演化规律

程振, 楚兴春, 赵尚弘, 邓博于, 张曦文
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 2906-2911.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1686 KB)  ( 240 )
摘要 ( 25 ) 引用本文
从艾里光束的理论基础出发,详细研究了艾里光束的远场传输特性,包括场强分布、光斑直径和桶中功率(Power in the Bucket,PIB)的演化过程。探讨了场强分布随截断因子a和任意横向刻度x0的变化规律,以及ax0对艾里光束保持无衍射性质传输的距离(Distance with Keeping Non-diffraction,DKNd)、演化成类高斯分布的距离(Distance in which the Evolution became similar Guassian,DEG)和自弯曲程度(Self-bending Degree,SbD)的影响。研究发现:场强分布在演化成类高斯分布过程中,DKNd、DEG和SbD都随着x0的增大而增大,DKNd和DEG随a的增大而减小,a对SbD无影响。研究了艾里光束的光斑直径和PIB的演化规律, 发现在a值不同的情况下,在传输过程中光斑直径先保持不变后增加,PIB先减小后增大,最终等于0.76。

边界层臭氧差分吸收激光雷达

曹开法, 黄见, 胡顺星
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 2912-2917.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1416 KB)  ( 209 )
摘要 ( 22 ) 引用本文
差分吸收激光雷达是测量边界层臭氧空间分布的一种重要工具。研制了一台边界层臭氧差分吸收激光雷达系统,系统采用Nd:YAG四倍频激光266 nm泵浦H2/D2混合气体产生受激拉曼光作为光源,采用牛顿型望远镜接收大气回波,288.9 nm和299 nm的弹性散射信号被分成两路,被光电倍增管转换为电信号,然后通过A/D采集卡采集保存用以反演大气臭氧分布廓线。给出了系统的探测结果以及和臭氧探空仪地对比验证实验。结果显示该激光雷达可以大大降低几何因子的影响,提供0.2~2 km区间的边界层大气臭氧分布廓线。

大口径宽波段激光发射通道的防尘方法

陈文韬, 高云国, 邵帅, 刘旭堂, 孙毅
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 2918-2925.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1871 KB)  ( 137 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
针对大口径宽波段激光发射通道密封防护较难的问题,提出了正压净化通风密封方法。该方法利用送入内通道的干燥洁净的净化气流,排出原有空气并充满内通道,基于正压原理阻挡外界空气和微粒,实现发射通道的密封。借助计算流体力学软件Fluent对激光发射内通道的正压通风流场进行了连续相和离散相的数值模拟,发现正压通风方法形成的正压净化气流不仅可以阻挡外界空气,而且在小于4.71E-3 kg/m3的颗粒浓度范围内,净化气流对空气中各种粒径的尘埃颗粒也起到很大阻挡作用。另外,通过分析流场的气体折射率的非均匀分布发现,对于0.8~10.6 μm波段范围的激光,正压通风引起的光程差约为0.32 μm。正压通风实验的测量结果显示,颗粒浓度与仿真曲线变化趋势基本一致,证明了正压通风方法的有效性。

扫描路径对激光修复钛合金残余应力与变形的影响

杨光, 丁林林, 王向明, 王华明, 钦兰云
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 2926-2932.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1751 KB)  ( 200 )
摘要 ( 12 ) 引用本文
为降低激光沉积修复钛合金基体的残余应力与变形,采用有限元参数化设计语言研究了不同激光扫描路径对修复基体残余应力与变形的影响,模拟了不同扫描路径下修复基体残余应力及不同修复层残余应力的分布情况,并对原因进行了分析。结果表明:不同扫描路径下基体两端残余应力值较大,修复层残余应力值两端高,中间低,采用层间交错扫描路径时,各修复层残余应力值大小和波动幅度降低,修复件表面平整度值最小。采用压痕法对不同扫描方式下修复件表面残余应力进行了测定,得到了不同扫描路径下基体变形曲线,并与模拟结果进行了比较,两者吻合较好,为提高激光修复质量提供了参考依据。

本振功率对目标微动激光平衡外差探测的影响研究

郭力仁, 胡以华, 李政, 徐世龙
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 2933-2937.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1742 KB)  ( 238 )
摘要 ( 18 ) 引用本文
面向远距离目标微多普勒效应的探测,建立了本振光功率变化对激光平衡外差探测回波信噪比影响的数学模型,并进行了仿真分析。通过搭建的1 550 nm激光平衡外差探测实验平台测试了由于本振功率变化对于目标微多普勒特征提取效果的影响。研究结果表明,对于平衡外差探测,由于两光电探测器量子效率不可能完全匹配,考虑到散粒噪声、热噪声和本振相对强度噪声的影响,将存在一个最佳本振功率值使探测信噪比达到最大。当选取该本振功率进行探测时,获得的目标微多普勒特征可读性更强,提取误差更小。
光电测量

红外瞄具温度应力可靠性检测系统研究

柳鸣, 李丹妮, 张国玉, 孙向阳, 赵昭, 段洁
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 2938-2943.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1650 KB)  ( 180 )
摘要 ( 27 ) 引用本文
为了检测红外瞄具在高低温恶劣环境下对不同波长的红外目标成像可靠性,利用黑体和平行光管组成的光学系统模拟无穷远红外目标,红外瞄具置于高低温环境下,CCD采集红外瞄具对红外目标所成的像,从而判定高低温下红外瞄具成像质量。所设计的平行光管视场大,各波长对应焦平面处在20 lp/mm空间频率下的MTF均高于0.2。同时为了实现快速准确地在检测系统中提供稳定的-55~70℃的高低温实验条件,采用一种基于自适应模糊PID温度控制技术。采用自适应因子将模糊推理器和PID控制器相结合,通过在线自调整控制参数,进一步提高了PID控制器的性能和系统的控制精度。实验表明该方法提高了常规PID控制的动态响应过程并保持无静态误差,其控制精度可达±0.05℃。

微细管道内壁缺陷柔性在线测量技术研究

吴斌, 邢秀奎, 张云昊
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 2944-2951.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1832 KB)  ( 216 )
摘要 ( 23 ) 引用本文
采用新型特殊设计的光学传输部件,将外部照明光源导入待测管道内部,同时将管道内壁图像导出,突破了传感器内置的传统工作模式,实现了测量传感器外置,满足了微细管道管内空间狭小的应用需求。同时,结合工业机器人运动平台,进一步构建了柔性在线测量系统,满足了不同工件中不同λ分布的微细管道柔性测量需要。根据应用要求,首先在前期研究工作分析的基础上,完善了测量系统方案设计;对系统工作流程及核心问题进行了分析,并针对系统构建中的对准问题进行了重点研究,提出了一种新颖、合理的对准方法;基于构建的测量系统,针对10 mm孔径管道内壁上0.6 mm、1.0 mm和2.0 mm的模拟圆孔缺陷进行了测量实验。实验结果表明,三种缺陷测量结果的标准差均小于0.01 mm,可以实现微细管道内壁缺陷的柔性、在线测量。

BOTDR的已敷设传感光纤温度和应变区分测量方法

吕安强, 李永倩, 李静, 刘征
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 2952-2958.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1999 KB)  ( 195 )
摘要 ( 33 ) 引用本文
为了解决已敷设传感光纤中布里渊谱峰功率初值难以获取,基于频移和功率双参量的温度和应变区分测量误差大等问题,提出了解决方法。通过标定实验确定布里渊频移和相对谱峰功率的温度和应变系数、频移初始值;根据布里渊散射功率特性方程,通过试探法,利用已敷设光路中温度和应变已知的参考光纤确定方程系数,建立了谱峰功率初始值;利用归一化方法克服了传感系统中乘性噪声导致的测量误差;利用谱宽变化消除了温度和应变突变点处的谱峰功率异常峰值;最后,根据光纤复合海底电缆的现场情况建立了模拟光路,并进行了温度和应变测量实验。结果表明,在5.6 km处可实现±4.3℃和±110 με的测量精度,可实现已敷设传感光纤整条光路上的温度和应变区分测量,为工程应用提供了理论和实验依据。

δ13CO2值傅里叶变换红外光谱检测标准尺度校准方法

李相贤, 罗桂山, 徐亮, 高闽光, 童晶晶, 魏秀丽, 刘娜
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 2959-2964.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1301 KB)  ( 244 )
摘要 ( 17 ) 引用本文
为了提高δ13CO2值的FTIR检测准确度,保证不同检测系统检测数据之间的兼容性,需要对测量值进行标准气体校准。首先研究了δ13CO2值的标准气体校准方法,重点研究了浓度直接校准法和δ13CO2值经验校准法的校准过程,在此基础上对δ13CO2值的FTIR测量值进行了校准修正。校准修正结果表明:校准后δ13CO2值的测量准确度有明显提高,浓度直接校准法和δ13CO2值经验校准法的准确度分别提高5.5和6.4倍。该研究有助于提高FTIR技术的检测准确度和不同系统之间检测值的兼容性。

平差理论在大口径光学元件轮廓检测中的应用

杨飞, 刘国军, 安其昌
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 2965-2969.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1320 KB)  ( 137 )
摘要 ( 19 ) 引用本文
为了更好地进行大口径光学元件轮廓测量,以激光跟踪仪作为测量的工具,引入测量平差理论对测量数据进行处理,以提高光学元件毛坯制作、铣磨加工阶段的轮廓测量精度。首先,对拟合误差的公式进行了推导,得出影响拟合精度的因素;之后,对于大口径元件轮廓测量的具体检测模型提出了提高拟合精度的方法;最后,对于实际的2 m量级口径的SiC主镜进行了实际的测量与拟合,并从F数、拟合残差、结构函数等角度分析了平差结果。所提出的方法对于大口径元件的加工检测具有较好的指导意义。

基于加速度信号的TMT三镜镜面jitter测量

安其昌, 张景旭, 杨飞
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 2970-2974.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1475 KB)  ( 191 )
摘要 ( 20 ) 引用本文
为了更好地对于TMT三镜镜面jitter进行评价,基于镜面方向的加速度信号,通过传递函数以及功率谱的方法,获得了镜面jitter的频域分布与数值特征。首先,对于梯形积分、辛普森积分以及3/8辛普森积分的基本性质进行推导,之后基于功率谱的思想,提出利用白噪声填满数据全部频域以及结合数值方法得到传递函数;最后对于实际测量得到的加速度信号,得到了米级口径望远镜镜面jitter的数值以及频域分布,同时证明了利用文中方法对TMT三镜镜面jitter进行评价的可行性。文中的方法对于同类的大口径望远镜的jitter测量也有一定的借鉴意义。
光电器件与材料

溶液法制备全有机P3HT光电探测器

张丽, 杨丹, 王好伟, 王依山, 杨盛谊
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 2975-2980.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1423 KB)  ( 358 )
摘要 ( 21 ) 引用本文
基于场效应晶体管(FET)结构的光电探测器能通过栅压抑制噪声信号并具有光电信号放大的功能。有机半导体材料已经被广泛应用到光敏晶体管中,全有机探测器对于实现大面积器件制备、降低成本及柔性器件具有十分重大的意义。然而,多层有机聚合物的成膜,必须避免在溶液制备过程中的"溶剂腐蚀"问题。实验中,采用顶栅底接触(TGBC)FET结构及正交溶剂(orthogonal solvent)的方法,以乙酸丁酯作为聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)的溶剂,避免对聚(3-己基噻吩)(P3HT)有源层的破坏,成功制备了性能优良的全有机光电探测器Au(源漏极)/P3HT(150 nm)/PMMA(800 nm)/Al(栅极),其"开/关"电流比达到103,迁移率达8×10-3 cm2·V-1·s-1。该器件对350~650 nm的光照均有响应,在0.1 mW/cm2光照下其"明/暗"电流比达75。在600 nm光照下,其最大响应度达到0.28 A/W,其响应度变化趋势与P3HT的吸收光谱情况相似。

近贴型像增强器中微通道板输入端电场模拟研究

宋德, 朴雪, 拜晓锋, 刘春阳
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 2981-2986.
全文: HTML (1 KB)  PDF (2175 KB)  ( 134 )
摘要 ( 44 ) 引用本文
微通道板输入端的电场分布影响光生电子的运动轨迹和近贴型像增强器的性能。由于微通道板内大量的微通道孔使微通道板和光阴极之间的电场分布复杂化,为此本文采用有限元仿真分析软件Ansoft Maxwell 3D模拟并建立了微通道板结构和像增强器中微通道板输入端电场分布的关系模型。根据电场模拟结果分析了微通道板中不同孔径直径、孔径间距、微通道板孔的倾斜角及扩口情况对通道板输入端处电场分布情况的影响。同时讨论了电场分布变化对光生电子的运动轨迹及分辨力的影响。这项研究对高品质的微通道板的制备提供了理论基础。

压电陶瓷驱动FSM三自由度柔性支撑设计

方楚, 郭劲, 徐新行, 王挺峰
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 2987-2994.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1851 KB)  ( 250 )
摘要 ( 25 ) 引用本文
为了有效吸收反射镜偏转造成驱动点的横向位置偏差,保护压电陶瓷驱动器,抑制反射镜在非工作方向上的自由度,提高系统谐振频率,设计了基于压电陶瓷驱动的快速反射镜三自由度柔性支撑。首先根据压电陶瓷驱动的快速反射镜对柔性支撑的设计要求确定了由支撑杆与支撑片组成的三自由度四周式柔性支撑方案,再利用压杆稳定性理论与变形能法对支撑杆与支撑片进行参数设计,最后利用workbench对设计结果进行分析。有限元分析结果表明,直径1 mm、长度8 mm的柔性支撑杆的应用可以使压电陶瓷的剪切位移减少86.7%,柔性支撑片的应用使反射镜一阶模态为轴向平移振动,谐振频率为360 Hz,二三阶模态为反射镜两轴偏摆振动,谐振频率为420 Hz,而高阶模态在1 000 Hz以上。三自由度柔性支撑可以有效防止压电陶瓷受到剪切破坏,提高快速反射镜结构谐振频率,有利于提高系统闭环带宽。

势垒高度对GaAs/AlxGa1-xAs QWIP光谱特性的影响

胡小英, 刘卫国, 段存丽, 蔡长龙, 牛小玲
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 2995-2999.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1351 KB)  ( 224 )
摘要 ( 22 ) 引用本文
为了确定束缚态到准束缚态工作模式QWIP响应波长与势垒高度关系,采用金属有机物化学气相沉积法生长制备势垒高度不同GaAs/AlxGa1-xAs QWIP样品,采用傅里叶光谱仪对样品进行77 K液氮温度光谱测试。结果显示1#,2#样品峰值响应波长与据薛定谔方程得到峰值波长误差为15.6%,4.6%。结果表明:引起量子阱中子带间距离逐渐扩大与峰值响应波长蓝移的根本原因是势垒高度的增加。高分辨透射扫描电镜实验结果表明量子阱材料生长过程精度控制不够及AlGaAs与GaAs晶格不匹配是造成1#样品误差较大的主要原因。说明调节势垒高度可实现QWIP峰值波长微调的目的。

玻璃基片上双层多模光波导的制备

郝寅雷, 曾福林, 王志坚, 胡文学, 陈斯聪, 杨建义, 王明华
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 3000-3004.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1378 KB)  ( 160 )
摘要 ( 18 ) 引用本文
在光学玻璃基片上制作了双层掩埋式多模光波导芯片,这种芯片中的上、下两层光波导均通过熔盐离子交换和电场辅助离子迁移形成。对光波导的横截面以及输出光斑进行了观察,并进行了损耗和串扰测试。研究结果表明:双层多模光波导芯片中上、下两层光波导芯部横截面尺寸分别为29 μm×19 μm和31 μm×20 μm;两层波导的输出光斑尺寸相互匹配;两层波导传输损耗分别为1.00±0.32 dB/cm和0.78±0.35 dB/cm;两层光波导之间的串扰在17.7dB左右。这种玻璃基片上的双层多模光波导可以使板级光互连的互连密度增大一倍,提高EOCB的性能。

一种具有抗静电反红外诱导滤光片的设计与制备

王济洲, 李宏, 熊玉卿, 董茂进, 张玲, 李晨
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 3005-3009.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1345 KB)  ( 166 )
摘要 ( 20 ) 引用本文
对一种具有抗静电反红外且在可见及近红外高透过的滤光片进行了研究。采用诱导滤光片的设计理论讨论了膜层厚度及薄膜常数对滤光片透射率及反射区的影响规律,采用离子束辅助沉积方式和磁控溅射的方式对设计膜系进行了制备工艺研究,重点讨论了不同工艺条件下金属层的薄膜常数的变化规律及其对滤光片性能的影响。最终设计的滤光片在750~850 nm谱段具有高达90%以上的透过率、2 500 nm以后谱段反射率高达90%,表面电阻小于300 Ω,该滤光片具有很好的抗静电及反红外性能。

InP/InGaAs转移电子光阴极吸收层厚度设计与计算

任彬, 石峰, 郭晖, 焦岗成, 胡仓陆, 成伟, 徐晓兵, 王书菲
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 3010-3014.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1511 KB)  ( 143 )
摘要 ( 28 ) 引用本文
采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法计算了InP/InGaAs转移电子光阴极吸收层材料的电学结构和光学性质,交换关联能采用杂化泛函HSE06来描述。首先对闪锌矿结构GaAs材料能带图进行计算验证,接着建立标准InGaAs材料体结构模型,并对模型进行了动力学的自洽优化,在优化后的基础上进行了非自洽的计算,得到标准InGaAs材料的复介电函数,然后根据Kramers-Kronig关系推出标准InGaAs材料光吸收系数。最后,结合转移电子光阴极量子效率模型,在给定P型标准InGaAs材料非平衡少子扩散长度分别是0.8、1.0、1.2、1.4、1.6和2.0 mm的条件下,得到对能量在0.780 260~0.820 273 eV区间内、间距为0.002 eV的不同光子能量优化的InP/InGaAs转移电子光阴极吸收层厚度。

单层二氧化钛薄膜的偏振散射特性

潘永强, 田爱玲, 杭凌侠
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 3015-3019.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1288 KB)  ( 203 )
摘要 ( 42 ) 引用本文
为了用散射法研究单层薄膜表面粗糙度的变化规律,以光学薄膜矢量光散射理论为基础,分析了单层二氧化钛薄膜分别在完全相关和完全非相关模型下的偏振双向反射分布函数,以及P偏振入射光引起的P偏振的BRDFpp随散射方位角的变化关系。理论研究结果表明:随着散射方位角的变化,P偏振入射光引起的P偏振的BRDFpp强烈依赖于膜层界面粗糙度的相关特性。在完全相关模型下,随着入射角的增加,BRDFpp随着散射方位角变化时所出现的谷值会随着入射角的增加而减小。
光学设计

考虑像差影响的透射式光学系统失调校正方法

徐春梅, 刘秉琦, 黄富瑜, 沈洪斌, 张雏
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 3020-3024.
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摘要 ( 23 ) 引用本文
随着高分辨力光学系统应用领域的不断拓展,光学元件的高精度装配要求和高精度的设计要求一样,已成为光学系统分辨力的决定性因素。现有的高斯光学校正方法仅考虑物像位置关系的调整,已不能满足光学系统的调整要求,光学仪器的调整理论需要同步发展。考虑像差对光学系统失调的影响,提出了一种基于像差理论的(透射式)光学系统失调校正方法:分析了单透镜轴向位移引起的像差变化规律,给出了像差影响系数的定义;在此基础上,通过反演计算像面位置误差和放大率误差所需的透镜调整量,数学推导出了基于像差约束条件的光学系统失调校正公式。以三透镜准直系统为例进行了仿真实验验证,证明了将像差约束引导到校正方法中,能够同时满足高斯光学特性的要求和像差增量最小的要求。

小型红外相机结构设计与分析

杨利伟, 李志来, 辛宏伟, 徐宏, 樊延超
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 3025-3031.
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摘要 ( 40 ) 引用本文
为使某飞行设备携带的小型红外相机在宽温度范围及恶劣动力学环境下能够良好成像,开展了红外相机光机结构设计。首先对光学系统及整机工作环境进行了分析,确定了光机结构采用全铝机身;其次对核心部件——主镜的支撑结构进行了详细研究,分析说明了主镜传统支撑方式的局限性,确定了主镜与支撑采用一体化设计的方案,该设计同样适用于次镜;接着根据相机尺寸选择了主次镜间支撑结构;然后根据光学系统设计了合理的遮光罩;最后,对相机过载适应性、温度适应性及模态进行了有限元分析,分析结果表明:该小型红外相机的光机结构能够满足设计指标要求。

紧凑型长波红外光学系统无热化设计

米士隆, 牟达, 牟蒙
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 3032-3036.
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摘要 ( 50 ) 引用本文
对于工作环境温度在-40~60℃之间的长波红外折射光学系统来说,由于红外光学材料受温度变化影响非常大,光学系统必须进行无热化设计。在介绍了无热化系统的种类,分析了温度变化对红外光学系统的影响基础之上,基于非制冷型焦平面探测器,设计了工作在长波红外8~12 μm,F#为2,视场角为6.8°的摄远型物镜系统。采用添加棱镜的方法,使系统在不添加特殊面型的情况下达到无热化的目的,同时使系统结构紧凑,摄远比达到0.69。透镜面型均为标准球面,利于加工、装调、检测。设计结果表明,光学系统的调制传递函数在每个规定温度下均能接近衍射极限,满足了设计要求。

大口径折反式三组元连续变焦距光学系统设计

李宏壮, 赵勇志, 马鑫雪, 于树海, 殷丽梅
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 3037-3042.
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摘要 ( 21 ) 引用本文
采用一种新的结构形式对口径1.2 m、焦距2~6 m、相对孔径1/1.67~1/5的可见/近红外波段连续变焦距望远镜进行了设计。为适应目前地基大口径望远镜总体结构形式的需要,前端主系统采用Cassegrain反射式结构,后端采用三组元机械补偿变倍形式,使结构更加简洁。在高斯光学计算、像差分析基础上对各组元初始结构选择,并进行整体优化。设计结果各项性能指标均满足要求,且结构紧凑、补偿曲线平滑,表明这种结构形式是大口径连续变焦距望远镜一种较好的光学解决方案。

空间相机大口径反射镜轻量化技术及应用

伞兵, 李景林, 孙斌
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 3043-3048.
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摘要 ( 36 ) 引用本文
空间相机反射镜尺寸和质量对系统的光学性能、机械性能和热稳定性等具有重要影响,因此对其进行轻量化设计具有重要意义。文中从材料的选择、背部基体形状、轻量化孔形式、支撑方式对某空间大口径反射镜进行了详细的结构设计,采用理论论述与有限元分析相结合的方法,提出了一种背部开放式、三角形孔的轻量化结构形式,通过合理设计反射镜支撑点数目和位置,使反射镜组件在重力工况下,镜面面形精度达到成像质量要求,即PV值不大于63.2 nm。
微纳光学

毫米级氟化钙盘腔的加工与测试

卢晓云, 薛晨阳, 王永华, 郑华, 杜建功, 张婷, 闫树斌, 唐军
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 3049-3054.
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摘要 ( 30 ) 引用本文
回音壁模式(Whispering Gallery Mode,WGM)的光学谐振腔作为光学研究的重要工具具有广泛的应用前景。以超纯单晶氟化钙为材料加工了直径为5 mm,厚度为1 mm的CaF2盘型腔,并用化学机械抛光法对其进行了光学抛光,得到了粗糙度为纳米级别的CaF2盘型腔。搭建盘腔与锥形光纤的耦合测试平台测试所加工盘型腔的光学性能,测得在波长为1 550 nm时所加工的盘型腔的品质因数为2.1×106。对CaF2盘型腔损耗机制进行了理论分析,提出了提高CaF2盘型腔品质因数的方法。

Al膜的微孔阵列湿法腐蚀技术研究

韩军, 范琳琳, 刘欢
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 3055-3060.
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摘要 ( 24 ) 引用本文
微通道板(Microchannel Plate,MCP)是像增强器中实现电子倍增的关键器件。以硅为基体制备的微通道板相对于传统的微通道板在性能方面有很大的提高。在对硅进行反应离子深刻蚀(DRIE)前,需要对充当掩蔽层的金属铝膜进行湿法腐蚀。对于掩模图形为孔径10 μm、孔间距5 μm的大面阵的微孔阵列,在腐蚀过程中,微孔孔径较小导致溶液对流困难且反应生成物H2极易吸附在反应界面上,影响反应物质的输送和化学反应的进行。如果腐蚀参数不合适,阵列式微孔图形会出现随机腐蚀、不完全腐蚀、过腐蚀等现象。通过加入表面活性剂,减小溶液中表面应力,可以促使反应物H2排出。同时通过逐一控制变量,研究了腐蚀液浓度、腐蚀液温度和腐蚀时间对腐蚀结果的影响。结果表明,腐蚀速率与腐蚀液浓度、腐蚀液温度成正比。通过参数优化,得到了最佳的腐蚀参数。此时图形完整,尺寸准确,解决了微孔阵列的图形化问题。

三电极碳纳米管传感器的极间距优化

郝惠敏, 张勇, 权龙
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 3061-3065.
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摘要 ( 54 ) 引用本文
三电极碳纳米管传感器各电极之间的间距大小是影响检测精度的关键因素之一。在用传感器阵列检测多组分气体混合物时,各传感器的极间距很难确定。为三电极碳纳米管气体传感器提出一种基于粒子群算法(PSO)的极间距优化方法。该方法包括设计极间距、组建由不同极间距的多个传感器组成的传感器阵列、建立包括极间距及检测离子电流的数据库、建立混合气体定量分析模型及极间距优化等步骤。采用多组由不同极间距的三个碳纳米管传感器构成的传感器阵列对NO和SO2 混合气体进行测量,其中各传感器的极间距均采用上述方法优化。实验结果显示,上述极间距优化方法能够有效地选择电极之间的最佳间距,优化极间距后的传感器也获得了更高的检测灵敏度。
光电制导与控制

捷联导引头弹目视线角速率估计

王伟, 林德福, 徐平
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 3066-3069.
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摘要 ( 42 ) 引用本文
捷联导引头相对于框架式导引头而言,拥有许多优势。捷联导引头技术越来越受到各国军方的重视。捷联导引头无法直接测量弹目视线角速率,实现捷联导引头的工程运用首先需要解决弹目视线角速率的提取问题。弹目视线角速率提取的方法主要有两类,第一类是利用微分网络对弹目视线角进行微分来获取弹目视线角速率,第二类是利用卡尔曼滤波器对弹目视线角进行估计。建立了基于这两类方法的模型,并进行了仿真,仿真结果表明:第二类方法比第一类更具有优势。由卡尔曼滤波器估计出的惯性系弹目视线角速率比运用微分网络得到的惯性弹目视线角速率具有更小的延迟;在相同的量测噪声水平下,第二种方案输出的惯性系弹目视线角速率信号噪声水平更低。

基于半捷联方式的反射镜视轴稳定技术

王琦, 孙广利, 黎纯宁, 宋江鹏
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 3070-3075.
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摘要 ( 33 ) 引用本文
针对反射镜视轴稳定平台特点,从基本的反射镜视轴运动学关系出发,采用基于虚拟整体稳定平台的视轴重建方法对反射镜稳定平台视轴惯性角速度进行数学重建,同时分析了反射镜转角和视场范围的关系。为克服反射镜固有的2:1特性,对比了传统的机械稳定控制方法,和重建光轴的半捷联稳定方法。仿真结果表明:两种方法都可以稳定视轴,但重建视轴的半捷联控制方法符合稳定平台小型化的发展趋势。

自适应非线性GM-PHD滤波及在无源跟踪中的应用

危璋, 冯新喜, 刘钊, 刘欣
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 3076-3083.
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摘要 ( 30 ) 引用本文
首先针对无源传感器目标跟踪中的非线性问题,将高斯-厄米特求积分规则运用于高斯混合概率假设密度滤波,提出一种求积分卡尔曼概率假设密度滤波。其次,针对未知时变过程噪声,将基于极大后验估计原理的噪声估计器运用到概率假设密度滤波中,同时依据目标状态一步预测与状态滤波结果之间的残差,提出一种对滤波发散情况判断和抑制的算法。最后通过无源传感器双站跟踪仿真表明:相较于已有的非线性高斯混合概率假设密度滤波,所提算法有更高的精度,并且在未知时变噪声环境中具有较好跟踪效果。
空间光通信

大气Gamma-Gamma湍流信道中采用圆偏振位移键控的信道容量分析

王怡, 王德丽, 杜凡, 马晶, 谭立英
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 3084-3091.
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摘要 ( 32 ) 引用本文
在自由空间光通信(FSO)中,由系统设计以及大气湍流所引起的光强闪烁和相位起伏会造成圆偏振控制误差,这严重影响圆偏振位移键控(CPolSK)通信系统的性能。因此,基于Gamma-Gamma大气信道模型,在较全面考虑光强起伏、相位噪声和圆偏振控制误差三个参数的基础上,建立了CPolSK系统信道的数学统计模型,推导了平均信道容量的闭合表达式,仿真研究了误码率在连续相位噪声下的性能以及三个参数对信道容量的影响。结果表明,光强起伏的增强和相位噪声的增大均会导致CPolSK系统性能的劣化,而提高平均信噪比在一定程度上能够改善系统性能。特别地,当圆偏振控制误差大于8°时,CPolSK系统的平均信道容量显著下降。

远红外激光雨中传输损耗的研究

王喆, 汪井源, 徐智勇, 赵继勇, 陈亦望, 王荣, 韦毅梅
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 3092-3097.
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摘要 ( 24 ) 引用本文
激光在雨中传输时,会受到雨滴的散射和吸收作用导致功率衰减。首先,根据Mie散射理论,给出雨中消光系数的计算方法。其次,介绍了Joss和Weibull两种雨滴尺度分布,通过对比分析得出结论Joss分布更加准确。最后,利用Matlab对远红外激光在雨中的消光系数和链路损耗进行分析。结果表明:消光系数随降雨量的增大而增大;利用光子追踪法计算得到的链路损耗,由于考虑了光束发散角、接收视场角和散射能量,较朗伯-比尔定律更加贴近实际情况。

粒子滤波的机载激光通信自适应参数辨识跟踪方法

曹阳, 郭靖
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 3098-3102.
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摘要 ( 28 ) 引用本文
机载空间激光通信是实现未来超大容量空间通信的主要途径,机载空间激光通信终端的高精度实时动态跟踪一直是其研究的难点问题。为了解决机载空间激光通信终端的机动形式多样性的问题,提出了自适应参数辨识粒子滤波方法。在连续的时间域中,基于三阶线性微分方程的参数辨识模型描述机载空间激光通信终端运动,该模型能适应机载激光通信终端的多种运动模式,粒子滤波能处理非线性/线性高斯问题,因此可以引入到参数辨识模型中。实验结果表明:该算法能改善收敛精度,对工程应用也有重要意义。

LC-SLM激光大气传输湍流模拟及通信实验分析

艾勇, 段梦云, 徐洁洁, 单欣, 陈晶, 熊准, 姜茹
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 3103-3109.
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摘要 ( 22 ) 引用本文
采用功率谱反演法与叠加低频谐波方式数值模拟静态湍流相位屏,并根据湍流冻结理论仿真了动态湍流相位屏。采用液晶空间光调制器(LC-SLM)在实验室内搭建了大气湍流信道仿真平台,进行了Kolmogorov湍流模型下,不同湍流强度的激光大气传输模拟研究,对比分析了实验结果,与理论较为符合。同时实验研究了不同模拟湍流强度下激光通信误码率的响应关系,这对实验室内评估实际激光通信系统的性能具有重要应用价值。

空间相干光通信中平衡探测器灵敏度测试实验

代永红, 刘彦飞, 周浩天, 单欣, 艾勇
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 3110-3116.
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摘要 ( 49 ) 引用本文
在空间相干光通信中,为了对本振激光器和大气信道产生的共模噪声进行有效的抑制,接收机中广泛引入平衡探测器,通过分析可知,平衡探测器在相干探测时灵敏度明显提高。为了探求空间相干通信中平衡探测器的性能,对其噪声形成的机理进行了分析,给出了2.5 Gbps和5 Gbps平衡探测器在非相干与相干探测条件下的灵敏度理论极限。设计了2.5 Gbps和5 Gbps平衡探测器,构建了平衡探测器测试系统,并对其灵敏度进行了测试,在2.5 Gbps通信速率下,非相干探测灵明度达到-21.1 dBm,相干探测的灵敏度达到-41.2 dBm,测试结果与理论分析值基本吻合。空间相干光通信中平衡探测器分析与设计为空间相干光通信系统提供了理论依据和实现条件。
前沿光学成像

基于微偏振片阵列的偏振成像技术研究

赵永强, 张宇辰, 刘吾腾, 张艳, 李琳, 潘泉
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 3117-3123.
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摘要 ( 41 ) 引用本文
基于微偏振片阵列(MPA)的偏振成像设备在体积、重量、功耗等方面的优势,极大促进了偏振成像的应用领域。但目前对于MPA光栅参数设计、单元排布模式以及偏振特征解算等方面的研究均存在严重不足,影响了准确偏振特征的获取。针对这些问题,文中利用光栅衍射和等效介质理论进行MPA光栅参数设计,并提出MPA在频域内的联合编解码设计方法,以期MPA单元排布与偏振特征解算达到综合最优。仿真结果表明,MPA编解码设计方式的选择将会对偏振信息的获取性能产生较大影响。

时-空过采样系统对点目标成像仿真与验证

张文昱
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 3124-3129.
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摘要 ( 21 ) 引用本文
为了验证时-空过采样系统对点目标探测的优越性,设计了红外点目标成像仿真及实验系统,研究并验证了时-空过采样获得的点目标图像形状、能量分布特点。首先,对比分析了时-空过采样系统与常规采样系统对点目标扫描成像原理;然后,对时-空过采样系统成像过程建立模型,通过仿真研究该系统对点目标的成像特点;最后,设计红外点目标成像实验并对实验数据进行分析。仿真及实验结果证明了时-空过采样克服了单采样对点目标成像能量分散的问题,图像信噪比至少提高2倍以上,且验证了经时-空过采样后,点目标像素之间具有特定的相关规律。利用时-空过采样的点目标成像特点,可为点目标的快速检出提供有利条件。
超快光学

超快泵探针对GaAs中X射线诱导的瞬态光学反射率变化的探测

王博, 白永林, 徐鹏, 缑永胜, 朱炳利, 白晓红, 刘百玉, 秦军君
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 3130-3133.
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摘要 ( 39 ) 引用本文
理论估算并实验验证了在X射线脉冲激发下低温砷化镓的光学折射率调制特性。泵浦-探针实验表明,低温砷化镓中存在的高密度复合缺陷大大减小了载流子寿命,使超热电子的弛豫时间小于1×10-12 s,载流子的复合时间小于 2×10-12 s,折射率的扰动时间约为2×10-12 s。通过理论分析,给出了自由载流子和俄歇效应对该弛豫过程的定量估算,与实验结果吻合较好。该研究表明低温生长砷化镓是一种有效的可用于单次瞬态皮秒时间分辨X射线探测的材料。
光学图像识别

超大视场成像系统对空间目标的探测能力分析

黄富瑜, 沈学举, 何永强, 周冰
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 3134-3140.
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摘要 ( 32 ) 引用本文
随着大视场探测技术的发展,超大视场成像系统已被应用于导弹预警、航天器舱外摄像、机载预警等许多领域。探讨了超大视场成像系统的空间应用问题,分析了系统对典型目标的探测能力。结果表明:与小视场红外成像系统相比,超大视场系统空间漏警率大为降低,这使得系统探测盲区更小;超大视场系统的空间分辨力较大,这使得目标像在单个像元上驻留时间更长,有利于目标的提取和检测;但超大视场系统探测灵敏度和探测距离性能相对较差。综合考虑,超大视场成像系统难以适用于远距离目标的探测,但是系统大视场成像的特殊优势使其在近距离全向空间态势感知和强辐射威胁的实时预警方面有很大的应用潜力。

基于扩展数学形态学的高光谱亚像元目标检测

刘畅, 李军伟
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 3141-3147.
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摘要 ( 45 ) 引用本文
提出了一种基于扩展数学形态学和光谱角度匹配相结合的高光谱亚像元目标检测算法。在目标与背景未知的情况下,同时利用光谱和空间信息实现目标的定位与检测,实现高光谱亚像元目标的检测识别。通过扩展的形态学膨胀和腐蚀运算实现端元提取,采用光谱角度匹配算法进行感兴趣目标的检测识别。算法性能通过AVIRIS数据进行评价,与仅利用光谱角度匹配的算法和RX异常检测算法进行比较。实验证明,所提出的算法性能优于其他两种算法,具有低虚警率的亚像元目标检测结果。

应用相位一致性评价多光谱遥感图像条带噪声

王琳, 张少辉, 李霄, 邵晓鹏
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 3148-3154.
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摘要 ( 27 ) 引用本文
条带噪声是影响多光谱遥感图像质量的重要因素之一,严重影响遥感数据的解译和信息提取。提出一种应用相位一致性进行多光谱遥感图像条带噪声质量评价的方法。该方法不受图像亮度或对比度变化的影响,以频域中相位一致性探测图像特征点,综合考虑图像中条带噪声的数量、长度、宽度和强度建立评价因子,客观评价遥感图像中存在的条带噪声对图像质量的影响。实验证明该方法评价结果符合人眼视觉感官评价。

一种基于改进子空间划分的波段选择方法

赵慧洁, 李明康, 李娜, 丁昊, 蔡辉
红外与激光工程. 2015, 44 (10): 3155-3160.
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摘要 ( 34 ) 引用本文
高光谱图像具有光谱分辨率高、波段连续、数据量大、图谱合一等特点。然而较高的光谱分辨率会造成波段间相关性强,信息冗余多。所以如何从数百个高光谱波段中选出有利于识别或分类的波段组合成为了高光谱应用需要解决的问题。文章针对相邻波段间相关性较大的特点,提出一种改进的对波段相关矩阵进行全局搜索的子空间划分的波段选择方法。该方法克服了传统只利用相关向量对波段进行划分的缺陷,利用整个相关矩阵进行全局搜索划分,再在划分后的子空间内进行波段选择,从而降低了波段之间的相关性。文章最后使用上述方法对AVIRIS数据进行波段选择,并通过SVM方法对其进行地物分类,结果表明该方法较不进行子空间划分的波段选择方法有较高的分类精度。
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