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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—2016, 45 (5)   出版日期:2016-05-25
  本期栏目:大气光学 前沿光学成像 空间光学 光学遥感 激光雷达技术 光电导航与控制 信息获取与辨识 专家报告 光学设计及仿真 太赫兹技术及应用 激光器技术 红外技术及应用 光电器件与微系统 光电测量 光通信与光传感 先进光学材料 
专家报告

机载激光雷达双光楔扫描系统设计与实现

朱精果, 李锋, 黄启泰, 李孟麟, 蒋衍, 刘汝卿, 姜成昊, 孟柘
红外与激光工程. 2016, 45 (5): 502001-0502001(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0502001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1671 KB)  ( 238 )
摘要 ( 72 ) 引用本文
介绍了作为大型机载激光雷达关键部件的双光楔扫描系统的模型建立、设计实现以及实验验证。为实现双光楔扫描系统的大尺寸、宽视场和高精度指向,设计了16°楔角、320 mm直径的成对光楔,以及对应的高精度PID双轴扫描控制模块,分析了系统误差来源和误差控制方法。在45 m距离的地面测试中,通过每个3.6°转动楔镜,累计100次与真值测量比对进行检校和验证,扫描指向误差小于50 μrad,通过搭载集成后的机载激光雷达飞行实验,实测扫描视场为32.03°,进一步验证了双光楔扫描系统的有效性。
红外技术及应用

红外焦平面低温形变测试方法及其误差分析

张海燕, 管建安, 庄馥隆, 汪洋, 陈安森, 龚海梅
红外与激光工程. 2016, 45 (5): 504001-0504001(3). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0504001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1171 KB)  ( 165 )
摘要 ( 38 ) 引用本文
在研制制冷型红外探测器组件的过程中,降低功能模块的热应力是设计及制造的核心目标之一,这要求首先能够对焦平面模块的热应力进行测量表征,工程上一般通过形变等间接量来表征碲镉汞的热应力。基于此研究了激光干涉法测量制冷型红外焦平面探测器的表面形变并对其误差进行了分析,该方法克服了常规的台阶仪测量方法所固有的温度控制不够理想、测试过程中样品表面有结霜等困难,它利用相干光在标准镜上干涉形成的干涉图样来反映样品表面的形变。试验表明:该方法可以进行实时变温的表面形变测量,为制冷型红外焦平面组件的封装设计提供可靠的形变测试数据,实现了焦平面模块在封装杜瓦内的表面形变的低温在线测量。

天基空间目标红外动态辐射特性建模与仿真

汪洪源, 陈赟
红外与激光工程. 2016, 45 (5): 504002-0504002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0504002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1795 KB)  ( 179 )
摘要 ( 23 ) 引用本文
提出了一种空间目标红外动态辐射特性的建模方法。目标红外辐射包括自身发射辐射和对背景的反射辐射。根据目标与背景特征建立了空间目标辐射特性的物理模型。基于表面材料属性对目标表面进行区域与面元划分,根据能量守恒定律,利用目标在宇宙空间的热平衡方程建立了空间目标自身红外辐射特性的数学模型。同时,引入双向反射分布函数模型描述目标表面面元的反射特性,将目标所有面元反射分量叠加建立了目标红外反射特性的数学模型。最后,构建目标本体坐标系,通过坐标变换确定目标、背景辐射源与探测器的相对位置关系。根据给定的轨道参数、目标几何尺寸和表面物性参数仿真获得空间目标在轨红外特性。计算结果验证了模型的有效性,为空间目标的红外探测与识别提供参考数据。

航天器起伏表面的红外辐射特性

杨帆, 宣益民, 韩玉阁
红外与激光工程. 2016, 45 (5): 504003-0504003(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0504003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1564 KB)  ( 136 )
摘要 ( 20 ) 引用本文
采用随机表面的计算机生成方法模拟了卫星表面起伏形貌;考虑了空间环境的辐射热流,采用蒙特卡罗法计算起伏表面面元间的辐射传递系数,完成了起伏表面的温度分布计算;考虑表面双向反射分布函数,建立了起伏表面随方向变化的红外辐射强度计算模型,并且以卫星常用的镀铝聚酰亚胺薄膜材料为例,分析了空间目标起伏表面的红外辐射特性。计算结果表明:随机起伏表面的红外辐射特性与理想平面的红外辐射特性差别明显;表面温度分布和红外辐射分布与表面的起伏形貌特征相关性很强。其结果可以为空间目标红外探测技术的研究提供更加有效的支撑。

盲元作为红外焦平面可靠性分析手段的探讨

郝立超, 黄爱波, 赖灿雄, 陈星, 陈辉, 郝明明, 路国光, 黄云, 恩云飞
红外与激光工程. 2016, 45 (5): 504004-0504004(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0504004
全文: HTML (1 KB)  PDF (1343 KB)  ( 243 )
摘要 ( 28 ) 引用本文
红外焦平面器件广泛应用于国防安全、空间探测、环境监测、工业控制等各个领域,但是由于量少价高的特点,可靠性成为其技术发展的主要瓶颈之一。盲元是红外焦平面的失效像元,是对器件工作特性的反映,因此,可以用作可靠性评价和失效分析手段的重要参数。以出厂时间为界,将盲元分为初始盲元和使用盲元,并分析了其类型、性质、数量、位置及分布等方面的特征。根据红外焦平面器件结构特点,从探测器、互联铟柱和读出电路三个方面分析了盲元形成原因,全面探讨了盲元分析在研究器件损伤应力、失效位置、损伤机理上的应用,以及准确评价器件性能和提高盲元剔除精度的可行性,为器件结构的优化和工艺的改进提供了支撑。

红外脉冲相位热像检测效率提高方法

陶胜杰, 杨正伟, 田干, 张炜
红外与激光工程. 2016, 45 (5): 504005-0504005(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0504005
全文: HTML (1 KB)  PDF (2067 KB)  ( 148 )
摘要 ( 30 ) 引用本文
为提高脉冲相位热像法(PPT)温度序列相位的计算速度和检测效率,对传统的傅里叶变换(FFT)进行优化,提出了适用于PPT的相位快速计算方法,使运算速度提高了1.9~12.4倍。为确定相位算法中温度序列的最佳采样长度和频率分量,结合热扩散深度公式提出了最佳采样长度估算公式。对铝合金试件和钢材料试件进行了脉冲相位热波检测,当缺陷检测效果最佳时,热图序列最佳采样长度分别为1.1 s和3.9 s,基频相位差有最佳的缺陷分辨能力。结果表明:该算法显著提高了相位计算速度,量化的最佳采样长度估算公式能直接确定热图采样长度,减少了操作的主观性和参数设置的随机性,有效提高了脉冲相位热像检测效率。

机载IRST系统最佳工作点及探测概率包线研究

王领, 于雷, 寇添, 王海晏
红外与激光工程. 2016, 45 (5): 504006-0504006(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0504006
全文: HTML (1 KB)  PDF (2098 KB)  ( 142 )
摘要 ( 31 ) 引用本文
针对机载IRST系统理论探测与实际探测能力之间的较大差异及其作战能力发挥不充分等问题,首先分析了机载IRST最佳工作点与作战需求和探测能力之间的关系,然后考虑了目标机相对载机进入角、方位角、俯仰角和环境背景辐射等作战因素,建立了机载IRST角水平和角俯仰探测能力模型,最后综合作战环境和探测概率特性提出探测概率包线概念,建立了机载IRST作用距离探测概率包线模型,并定量分析了不同空战态势中机载IRST的探测能力及其概率。从仿真结果可以看出,当满足一定的虚警概率和信噪比要求时,探测概率包线的分布特性具有最佳探测点,这为引导战机扭转战场态势,充分发挥机载IRST作战效能提供了理论参考,也为模拟真实战场环境和在实验室进行试验提供了一定的理论支撑。
激光器技术

He-Ne双折射塞曼双频激光器的等光强稳频研究

田振国, 张立, 张书练
红外与激光工程. 2016, 45 (5): 505001-0505001(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0505001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1592 KB)  ( 1268 )
摘要 ( 89 ) 引用本文
在精密测量领域,He-Ne 激光器是制造激光干涉仪的首选光源,因波长作为测量的"尺子",激光器的频率稳定性至关重要。介绍了双频激光器的稳频技术原理,利用调谐腔中平行光和垂直光的等光强点作为稳频点,以光强平衡为依据设计热伺服控制电路,采用数字和模拟电路共同控制,实现了He-Ne双折射塞曼双频激光器的频率稳定。对大频差(7.95 MHz)的双频激光器进行拍频测试,单次频率稳定度达10-9量级,重复多次多日测量,频率不确定度达1.074×10-8(k=2)。同时对频差稳定度进行测试,频差波动范围在8 kHz以内,相对偏差度为0.001,完全达到商用双频干涉仪的标准。

一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器的温度场仿真与实验

龚梦帆, 肖光宗, 于旭东, 张斌
红外与激光工程. 2016, 45 (5): 505002-0505002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0505002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1215 KB)  ( 148 )
摘要 ( 25 ) 引用本文
为了研究一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器腔内温度场分布对其输出频差稳定性的影响,利用ANSYS有限元软件建立了该激光器的热力学模型。详细介绍了材料热参数的处理、激光器增益区热载荷的施加和换热系数的计算方法,通过仿真得到了该激光器腔体在稳态和瞬态情况下的温度场分布。采用红外热像仪设备拍摄得到腔体表面的实际温度值,与仿真结果对比,表明二者的温度值差异小于1%,建立的仿真模型准确可靠。激光器启动后,热量逐步从增益区向非增益区传导。当激光器温度分布稳定时,腔体存在明显的温度梯度分布,其中表面区域温度梯度最大;表面温度最高点位于阴极附近,最低点位于远离增益区的子腔体下表面。两子腔表面温度差值为0.05℃,引起的频差漂移为0.067 MHz。研究表明:激光器两子腔随时间变化产生的温度差值仍是制约激光器输出频差稳定性的主要因素,为下一步提高频差稳定性和优化激光器几何结构设计提供了指导。

大功率及高转换效率2.1μm GaInSb/AlGaAsSb量子阱激光器

宋玉志, 宋甲坤, 张祖银, 李康文, 徐云, 宋国峰, 陈良惠
红外与激光工程. 2016, 45 (5): 505003-0505003(4). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0505003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1474 KB)  ( 163 )
摘要 ( 34 ) 引用本文
报道了激射波长为2.1 μm 的GaInSb/AlGaAsSb双量子阱激光器。通过优化外延结构设计和欧姆接触,无镀膜的宽条激光器达到了9.8%的峰值功率转换效率,这比原来的值提高了1.5倍,室温下得到了615 mW的连续激射功率输出和1.5 W的脉冲激射功率输出。这些激光器的阈值电流密度低至126 A/cm2,斜率效率高达0.3 W/A。通过测试不同腔长的激光器,测得内损耗和内量子效率分别为6 cm-1和75.5%,均比原有器件有很大提升。激光器在连续工作3 000 h后,功率没有明显下降。

激光器免温控泵浦源的多波长选择理论

刘旭, 魏靖松, 谭朝勇, 朱孟真, 程勇
红外与激光工程. 2016, 45 (5): 505004-0505004(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0505004
全文: HTML (1 KB)  PDF (1475 KB)  ( 120 )
摘要 ( 59 ) 引用本文
为了实现激光器在一定温度范围内LD泵浦源免温控稳定工作,具有较高并且稳定的泵浦光吸收效率,分析了DPL激光器中LD发射谱和Nd:YAG增益介质吸收谱的特点及匹配问题,据此提出了一种激光器免温控泵浦源的多波长选择理论和方法,同时增加泵浦光吸收长度克服Nd:YAG吸收谱和LD波长失配的不利影响。优化设计了一个波长为802.35 nm@25℃、813.15 nm@25℃和810.95 nm@25℃的三波长LD泵浦方案,计算结果表明:在一定吸收长度下,多波长泵浦光吸收效率可达73.96%,并且在-15.7~65.7℃宽温度波动范围内,激光器输出能量不稳定度优于5%。同时还模拟分析了增益介质吸收长度和掺杂浓度对泵浦光吸收效率的影响。
光电器件与微系统

星载激光测距仪APD最佳雪崩增益控制技术研究

李旭, 彭欢, 王春辉
红外与激光工程. 2016, 45 (5): 520001-0520001(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0520001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1358 KB)  ( 179 )
摘要 ( 36 ) 引用本文
针对激光测距仪星载应用环境的特殊性,研究了星载激光测距仪APD最佳增益控制技术。通过引入星载激光测距仪APD电流信噪比模型,分析了影响星载激光测距仪APD信噪比的关键因素。针对某星载激光测距仪的具体应用,展开了APD最佳增益控制技术研究,设计了温度增益反馈控制电路,并推导建立了温度增益数字反馈控制算法,实验验证了控制电路及算法的正确性和良好的温度适应性。实验结果表明,该控制电路和算法能够使得APD在-25~60℃温度范围下保持恒定增益,适用于星载激光测距仪APD最佳增益控制。

不同退火处理的台面型In0.83Ga0.17As pin光电二极管暗电流分析

李平, 李淘, 邓双燕, 李雪, 邵秀梅, 唐恒敬, 龚海梅
红外与激光工程. 2016, 45 (5): 520002-0520002(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0520002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1541 KB)  ( 137 )
摘要 ( 27 ) 引用本文
为了研究延伸波长In0.83Ga0.17As pin光电二极管的暗电流机制。采用两种不同工艺制备了台面型延伸波长In0.83Ga0.17As pin光电二极管。第一种工艺(M135L-5)是:台面刻蚀后进行快速热退火(RTA)。第二种工艺(M135L-3)是:台面刻蚀前进行快速热退火(RTA)。采用IV测试,周长面积比(P/A),激活能和暗电流成分拟合方法对器件暗电流机制进行分析。结果显示,在220~300 K之间,M135L-3器件暗电流低于M135L-5器件的,并且具有较低表面漏电流。在-0.01~-0.5 V之间和220~270 K之间,M135L-5器件的暗电流主要是扩散电流。在250~300 K之间,M135L-3器件的暗电流主要是扩散电流,而在-0.01~-0.5 V之间和220~240 K之间,其暗电流主要是产生复合电流和表面复合电流。与此同时,暗电流成分拟合结果也得出一致的结论。研究表明,在降低器件暗电流方面,M135L-3器件优于M135L-5器件,这主要是因为快速热退火降低了器件的体电流。

基于FBG的电光调制器电极设计

翁思俊, 裴丽, 王建帅, 王一群
红外与激光工程. 2016, 45 (5): 520003-0520003(4). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0520003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1308 KB)  ( 170 )
摘要 ( 38 ) 引用本文
电光调制器作为光通信系统中最重要的器件之一,其性能决定了光通信系统的传输性能,而电光调制器的电极结构、种类和设计都对调制器的性能有重要的影响。针对基于光纤布拉格光栅(FBG)的新型电光调制器电极展开了研究和设计,并通过数值计算方法,对模场重叠因子、电极结构参数以及模场重叠因子和FBG中心波长漂移量 的关系做了讨论,并由此对基于FBG的聚合物电光调制器的电极做了一系列的分析和研究。文中的研究对基于FBG的电光调制器的制作具有一定的指导意义,能够促进电光调制器的发展。

SiGe/Si单光子雪崩光电二极管仿真

廖雅香, 张均营, 余凯, 薛春来, 李传波, 成步文
红外与激光工程. 2016, 45 (5): 520004-0520004(3). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0520004
全文: HTML (1 KB)  PDF (1280 KB)  ( 224 )
摘要 ( 84 ) 引用本文
通过理论模拟CMOS工艺兼容的SiGe/Si 单光子雪崩二极管,研究并讨论了掺杂条件对于电场分布、频宽特性、以及器件量子效率的影响。设计出具有浅结结构、可在盖革模式下工作、低击穿电压(30 V)的1.06 μm单光子技术雪崩光电二极管。器件采用分离吸收倍增区结构,其中Si材料作为倍增区、SiGe材料作为吸收区,这充分利用了硅材料较高的载流子离化比差异,降低了器件噪声;在1.06 μm波长下,SiGe探测器的量子效率为4.2%,相比于Si探测器的效率提高了4 倍。仿真表明优化掺杂条件可以优化电场分布,从而在APD击穿电压处获得更好的带宽特性。

In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As雪崩光电二极管的数值模拟研究

李慧梅, 胡晓斌, 白霖, 李晓敏, 于海龙, 徐云, 宋国峰
红外与激光工程. 2016, 45 (5): 520005-0520005(4). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0520005
全文: HTML (1 KB)  PDF (1356 KB)  ( 217 )
摘要 ( 34 ) 引用本文
建立了SACM型In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As雪崩光电二极管(APD)的分析模型,通过数值研究和理论分析设计出高性能的In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As APD。器件设计中,一方面添加了In0.52Al0.48As势垒层来阻挡接触层的少数载流子的扩散,进而减小暗电流的产生;另一方面,雪崩倍增区采用双层掺杂结构设计,优化了器件倍增区的电场梯度分布。最后,利用ATLAS软件较系统地研究并分析了雪崩倍增层、电荷层以及吸收层的掺杂水平和厚度对器件电场分布、击穿电压、IV特性和直流增益的影响。优化后APD的单位增益可以达到0.9 A/W,在工作电压(0.9 Vb)下增益为23.4,工作暗电流也仅是纳安级别(@0.9 Vb)。由于In0.52Al0.48As材料的电子与空穴的碰撞离化率比InP材料的差异更大,因此器件的噪声因子也较低。

CMOS图像传感器电子辐照实验的研究

周彦平, 谢小龙, 刘洋, 靳浩, 于思源
红外与激光工程. 2016, 45 (5): 520006-0520006(4). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0520006
全文: HTML (1 KB)  PDF (1340 KB)  ( 236 )
摘要 ( 48 ) 引用本文
研究了电子辐射剂量对CMOS图像传感器性能的影响,性能参数为平均暗电流输出和光强响应度。搭建了电子辐射场和光强响应度的测量系统,在器件处于工作状态和非工作状态下分别对其辐射,辐射剂量为:5×103 rad、1×104 rad、7×104 rad、1×105 rad、5×105 rad。对于暗电流,当辐射总剂量超过7×104 rad~1×105 rad之间的某一个阈值时,暗电流随着辐射剂量的增长基本呈线性增加;光强响应方面,当器件处于非工作状态接受辐射时,辐射剂量对光强响应影响不大;当器件处于工作状态接受辐射时,辐射剂量超过7×104 rad,光强响应曲线会下移,斜率减小,灵敏度降低。理论分析后,得到了暗电流随电子辐射剂量的变化模型。研究表明:长期工作于空间环境下的CMOS图像传感器,容易受到辐射总剂量效应的影响,需采取一定的防辐射措施。

电热式微机电系统微镜傅里叶变换红外光谱仪

陆安江, 张正平, 白忠臣, 陈巧, 秦水介
红外与激光工程. 2016, 45 (5): 520007-0520007(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0520007
全文: HTML (1 KB)  PDF (2166 KB)  ( 143 )
摘要 ( 38 ) 引用本文
为了研制小体积、低成本、高分辨率的微型傅里叶变换红外光谱仪,通过选择电热式微机电系统(MEMS)微镜作为迈克尔逊干涉仪动镜,在满足了傅里叶光谱仪小型化、便携化的同时,利用折叠双S型Bimorph驱动结构来实现双倍位移量以确保较高分辨率,并将分束器外置来进行不同波段的灵活选择,进而实现全光谱范围的应用。以1 310 nm激光作为参考光光源,钨灯宽带光作为待测光源信号,通过信号采集、滤波、插值、光谱恢复步骤完成原始信号采集到光谱信号复原的过程。测试结果表明:电热式微镜的位移量可达到500 μm,光谱理论分辨率1 nm,光谱仪整机尺寸小至62 mm×62 mm×28 mm。测试基线噪声为0.000 04,基线重复性为0.000 32,吸光度重复性为0.000 48。性能指标能满足食品安全、药品检测、石油化工等领域的光谱检测应用。

基于电增益环腔选频特性的小型光电振荡器

滕义超, 张宝富, 吴传信, 庞中晓
红外与激光工程. 2016, 45 (5): 520008-0520008(3). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0520008
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