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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 (8)   出版日期:2016-08-25
  本期栏目:前沿光学成像技术 光学精密制造技术 激光雷达技术 专家报告 光学设计及仿真 太赫兹技术及应用 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 微纳光学 先进光学材料 激光技术及应用 
专家报告

全光纤同带泵浦宽带掺镱超荧光光纤光源的实验研究

娄淑琴, 院楚君, 王鑫
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 802001-0802001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0802001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1603 KB)  ( 255 )
摘要 ( 44 ) 引用本文
采用自制的1018 nm光纤激光器做泵浦源,建立了全光纤同带泵浦的宽带掺镱超荧光光纤光源实验系统,首次利用同带泵浦对单程前向结构的超荧光产生进行了深入的实验研究。研究结果表明:基于同带泵浦的掺镱超荧光光源的斜率效率高达88%,半极大全宽度(Full Width at HalfMaximum,FWHM)最宽可以达到14.81 nm。掺镱光纤长度的改变,将影响超荧光光源的最大输出功率、斜率效率及中心波长,随着掺镱光纤长度的增加,最大输出功率和斜率效率下降,中心波长红移。固定光纤长度,改变泵浦功率,随着泵浦功率的增加,超荧光的最大功率和FWHM增加,光谱中心波长偏移很小。在掺镱光纤长度为5.7 m时,超荧光光源的最宽FWHM为14.81 nm,斜率效率在80.3%以上,输出功率的波动小于1%,没有驰豫振荡出现。

基于保偏光子晶体光纤Sagnac干涉仪的温度不敏感压力传感技术

杨远洪, 刘硕, 陆林, 靳伟
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 802002-0802002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0802002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1796 KB)  ( 227 )
摘要 ( 33 ) 引用本文
分析和仿真了含两段保偏光纤的光纤Sagnac干涉仪输出光谱特性,获得消除两段双折射光纤交叉敏感的条件。提出了一种基于保偏光子晶体光纤Sagnac干涉仪的温度不敏感压力传感技术。采用实心保偏光子晶体光纤作为传感光纤,搭建了基于双段保偏光子晶体光纤Sagnac干涉仪的侧向压力传感系统,分别进行侧向压力测试及温度影响实验。实验结果表明,侧向压力灵敏度可以达到的0.287 7 nm/N,同时由温度变化引起的漂移量小于0.1 pm/℃。

聚合物封装的纵向微结构光纤分布式压力传感系统

孙琪真, 汪静逸, 张威, 向阳, 艾凡, 刘德明
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 802003-0802003(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0802003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1424 KB)  ( 188 )
摘要 ( 36 ) 引用本文
提出了一种基于纵向微结构光纤的分布式压力传感方案,该方案同时采用波长编码与频率编码技术,实现了单根光纤上的准分布式压力测量,具有实现大容量复用、高空间分辨率和高精度测量的潜力。采用硫化硅橡胶聚合物材料对光纤进行封装,使纵向微结构光纤的压力灵敏度提升至1.032×10-3相对波长变化/MPa,是裸光纤光栅压力灵敏度的500多倍。构建了包含6个光纤微结构的单纤传感系统,并进行了分布式压力测试实验,实验结果显示出很好的线性度和较高的测量精度。该传感方案具有长距离、高分辨率测压(HRM)的潜力,可广泛运用于土木结构健康监测、管道泄漏监控、人体体内压力分布式传感等工程领域中。
红外技术及应用

基于红外热成像的热流分布测量技术

毛羽丰, 李运泽, 王晶, 姜利祥, 魏传峰
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 804001-0804001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0804001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1505 KB)  ( 189 )
摘要 ( 53 ) 引用本文
针对各种复杂、极端热环境下的表面热流密度测量难题,提出了一种基于红外热成像技术的表面热流密度分布测量方法。热流测量借助贴敷在被测物体表面的特制信标,从红外热图中计算获得各项测量参数。其结合了接触式测量与非接触式测量的优点,区别于传统单点测量可以一次性完成二维覆盖测量,保证测量精度的同时适用于更广泛的工程环境,具有很大的工程及生产实践意义。研究中先后从系统构建、原理分析及数值仿真的角度入手,得到测量的理论误差小于2%,证明了基于红外热图技术的热流密度分布测量方法的可行性与正确性。

基于地理同名点配准的机载红外移动小目标检测方法

贾桂敏, 卢薇冰, 路玉君, 杨金锋
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 804002-0804002(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0804002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1819 KB)  ( 143 )
摘要 ( 62 ) 引用本文
在飞行器等移动载体条件下的红外光电系统中,由于场景条件复杂,目标特征不明显,弱小移动目标检测是自动目标检测领域的一大难点。因此,针对复杂地面场景条件下的移动小目标检测问题,提出了一种无关图像内容的基于帧间地理同名点区域配准的机动目标检测方法。该方法通过综合飞行器惯性组合导航信息,解算视场中像素点对应的地理位置,获取帧间图像地理同名点对,完成图像配准工作,区域配准获得帧间背景的移动量,并对帧间图像进行运动补偿,然后进行帧间差分将背景干扰去除,突出运动目标,最后利用目标运动信息的反向验证对目标进行确认。通过试验结果可以看出,该算法能够取得较好的检测效果。
激光技术及应用

高精度双干涉光路调频连续波激光绝对测距系统

时光, 王文
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 806001-0806001(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0806001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1234 KB)  ( 155 )
摘要 ( 50 ) 引用本文
调频连续波激光测距具有无盲区、非接触测量和绝对测距等优点,但是由于可调谐激光器光频率调制非线性对其测量精度的影响,限制了调频连续波激光测距在精密测量领域中的应用。针对调频连续波激光测距中测距精度受到激光器光频率调制非线性的影响,提出了双干涉光路调频连续波激光测距方法,利用两个干涉系统得到的干涉条纹数量的比值计算得到被测目标的距离,消除了激光器光频率调制非线性对测距精度的影响,实现了65 μm的测量分辨率和15 μm的重复测量精度。该方法无需对激光的波长进行测量,也无需对激光器进行锁频,系统组成简单,在工业大尺寸测量、空间技术、测绘等领域有着广阔的应用前景。

PCBN刀具激光超声复合切削硬质合金的磨损机理

张昌娟, 焦锋, 牛赢
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 806002-0806002(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0806002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1760 KB)  ( 131 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
结合激光加热辅助切削和超声振动切削提出了激光超声复合切削加工工艺。采用PCBN刀具对YG10硬质合金进行普通切削、超声振动切削、激光加热辅助切削和激光超声复合切削对比试验,采用超景深显微镜观测刀具磨损量及磨损形貌,通过扫描电子显微镜(SEM)对刀具磨损区域进行能谱分析,研究激光超声复合切削条件下刀具的磨损规律、磨损形态及磨损原因。研究结果表明:与普通切削、超声振动切削及激光加热辅助切削相比,激光超声复合切削时刀具后刀面磨损量平均值分别降低57.5%、46%、41.3%,刀具使用寿命明显提高;刀具磨损形态主要表现为前刀面磨损、后刀面磨损和崩刃;激光超声复合切削硬质合金时粘接磨损、氧化磨损、相变磨损和微裂解磨损是引起PCBN刀具磨损的主要原因。

内通道轴向风速对强激光相位特性的影响

胡小川, 贺也洹, 吴双, 张彬
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 806003-0806003(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0806003
全文: HTML (1 KB)  PDF (2064 KB)  ( 169 )
摘要 ( 18 ) 引用本文
针对内通道传输过程中激光束相位特性的变化,建立了内通道中光场-流场的耦合仿真模型,通过引入湍流相位屏模拟了内通道中湍流扰动对传输光束波前相位的影响。在此基础上,定量计算了不同轴向风速条件下内通道传输光束的波前相位特性,并结合自适应波前校正模型,分析了激光束经内通道传输后的波前校正效果。研究结果表明,随着轴向风速的增大,激光束波前相位中的高频成分呈现出先增大后减小的趋势,经自适应波前校正后的光束质量也呈现出类似趋势,且当轴向风速约为0.65 m/s时畸变波前中的高频成分最多,经波前校正后的光束质量最差。该模型能够为激光控制系统的设计和性能评估提供一定参考。

利用DFB激光器非线性的高线性射频光传输链路

康子建, 谷一英, 朱文武, 范峰, 胡晶晶, 赵明山
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 806004-0806004(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0806004
全文: HTML (1 KB)  PDF (1504 KB)  ( 194 )
摘要 ( 18 ) 引用本文
提出了一种利用分布反馈DFB(Distributed Feedback laser)激光器的非线性对射频光传输系统动态范围进行优化的方案。实验研究了半导体分布反馈激光器的非线性,基于实验结果分析了DFB激光器的偏置电流与线性性能的关系。在此基础上建立了对马赫曾德外调制(Mach-Zehndermodulator,MZM)射频光传输系统线性优化方案。实验结果表明,该实验系统有效抑制了系统三阶交调量,系统的动态范围得到改善,当输入射频信号中心频率4 GHz,双音号间隔10 kHz时,三阶交调失真抑制23.1 dB,无杂散动态范围提高8.68 dB。
光通信与光传感

基于重叠光栅的双波长掺铒光子晶体光纤激光器

王枫, 毕卫红, 付兴虎, 付广伟, 江鹏, 武洋, 王莹
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 822001-0822001(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0822001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1295 KB)  ( 138 )
摘要 ( 29 ) 引用本文
提出了一种基于光纤重叠光栅的双波长光子晶体光纤激光器。激光器采用线形腔结构,掺铒光子晶体光纤为激光器的增益介质,反射率均高于99%的光纤重叠光栅用作激光器的波长选择器件。基于增益均衡技术,抑制谐振腔内的模式竞争,在室温下获得了稳定的双波长激光同时输出。实验结果表明:其3 dB线宽小于0.02 nm,30 dB线宽小于0.25 nm,SMSR为54.34 dB,双波长激光的中心波长间隔为0.932 nm。该双波长激光器输出的双波长激光具有较好的稳定性。

高灵敏抗冲击光纤光栅微振动传感器

张发祥, 吕京生, 姜邵栋, 胡宾鑫, 张晓磊, 孙志慧, 王昌
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 822002-0822002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0822002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1955 KB)  ( 185 )
摘要 ( 52 ) 引用本文
针对高灵敏度的光纤布拉格光栅(FBG)振动传感器的抗冲击可靠性,设计了一种具有限振结构的双悬臂梁型FBG振动传感器,理论分析了结构参数与灵敏度和振动位移的关系,进行了结构优化,确定了限振幅度。制作了限振幅度约为90μm的传感器样品,对传感器的加速度灵敏、频率响应、抗冲击性能进行了测试,结果表明,传感器的加速度灵敏度达到525 pm/g,谐振频率约为66 Hz,传感器经过50 g反复冲击,频响特性具有良好重复性,表明传感器具有较高的可靠性。

面向空间信息网络的骨干接入一体化MEO卫星系统设计

陈荷, 乔洋, 陈晶, 赵艳彬
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 822003-0822003(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0822003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1541 KB)  ( 110 )
摘要 ( 15 ) 引用本文
以我国空间信息的应用需求为牵引,设计了一种系统管理简单、成本可控的空间光网络系统。该系统利用MEO卫星组成环形骨干光网络,兼顾微波接入功能,实现骨干接入一体化、激光微波混合化的空间信息网络系统,并对系统覆盖能力进行了仿真,同时结合GEO中继系统和LEO卫星系统的特点,提出分步建设思想,最终实现全球信息传输和应用的空间信息网络系统。

自由空间光通信中相干圆偏振调制系统性能研究

王怡, 李源, 马晶, 谭立英
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 822004-0822004(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0822004
全文: HTML (1 KB)  PDF (1512 KB)  ( 132 )
摘要 ( 46 ) 引用本文
自由空间光通信(FSO)具有高带宽、不需要铺设光纤、部署迅速、低功率损耗等优点,得到了广泛的关注。在Gamma-Gamma大气湍流信道下,分别考虑弱、中、强三种大气湍流强度,结合相位噪声,研究了相干探测的圆偏振调制系统的性能,推导出了误码率和中断概率的闭合表达式。在不同的大气湍流强度和相位噪声的情况下,仿真分析了相干探测的圆偏振调制系统的性能,并与直接探测系统的误码性能进行比较,结果表明,采用相干探测系统的误码性能优于直接探测系统。因此,在圆偏振调制系统中,采用相干探测方式可减小大气湍流的影响,大大降低了误码率,提高了系统的通信性能。

脉冲预泵浦瑞利BOTDA系统的解析模型与仿真

李永倩, 李婷, 安琪, 李晓娟, 李攀
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 822005-0822005(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0822005
全文: HTML (1 KB)  PDF (1494 KB)  ( 131 )
摘要 ( 24 ) 引用本文
将脉冲预泵浦的概念引入瑞利布里渊光时域分析系统,利用由传感脉冲和经微波调制的预泵浦脉冲组成的阶梯脉冲作调制信号,通过作为探测光的时间有限的预泵浦脉冲1阶边带的瑞利散射与传感脉冲的受激布里渊作用,实现布里渊信号的时域整形,减小非本地效应;通过预泵浦脉冲0阶基带和传感脉冲的受激布里渊作用,实现布里渊信号的谱域整形,有效地解决空间分辨率和测量精度之间的矛盾。利用频域法求解瞬态耦合波方程,建立了阶梯脉冲光在光纤中受激布里渊作用的解析模型。仿真结果表明,当传感脉冲宽度为5 ns、峰值功率为100 mW,预泵浦脉冲宽度为50 ns、峰值功率为16 mW时,在空间分辨率0.5 m内受激布里渊散射增益在0.14 m处达到最大值,然后近似线性下降至0.37 m处,其余位置近似为零;系统布里渊散射谱宽近似为35 MHz,约为传统瑞利布里渊光时域分析系统布里渊谱宽212 MHz的1/6,在相同空间分辨率下提高了频率测量精度。

可实现多点测量的波分复用光纤氢气传感系统

李建中, 刘振清, 雷江波, 刘俊
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 822006-0822006(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0822006
全文: HTML (1 KB)  PDF (1496 KB)  ( 162 )
摘要 ( 24 ) 引用本文
随着实际应用的发展,核电站、飞行器发动机、气体燃料等领域均提出了进行大数量点数氢气监测的要求,但目前已有的光纤氢气传感系统仅能实现单点测量。为解决上述问题,将波分复用技术和光纤氢气传感技术相结合,设计了一种可实现多点测量的波分复用光纤氢气传感系统,阐述了该系统的基本原理、光路结构和技术优势,并从理论上分析了进行多点氢气监测的可行性。根据理论分析的结果,基于已有器材搭建了一套4通道的波分复用光纤氢气传感系统,同时设计了一套实验装置并利用该装置对传感系统进行了验证实验。通过对光纤链路各节点传输光光谱和传感头反射信号光功率的测试,验证了所提出的新型氢气传感系统不仅可以实现多点测量,而且各测点具有较好的独立性和性能,一小时内测量稳定性优于±1%,测量范围达到了0~4%,基本误差优于±2%。理论分析和实验结果对于研究大数量点数氢气测量技术及系统极具参考意义。

DWDM技术在新型波长解调方法中的应用

杨洋, 刘兵, 赵勇, 杨洋, 王辉, 赵亚丽, 杜瑶
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 822007-0822007(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0822007
全文: HTML (1 KB)  PDF (1255 KB)  ( 105 )
摘要 ( 32 ) 引用本文
为实现光纤传感器的波长解调,以8通道50 GHz密集型波分复用器作为光纤光栅压力传感器中的解调工具,依据各个通道的中心波长作为波长的标定基准,利用从各通道中获得的光功率输出值获得光纤光栅反射光谱分布曲线的包络,并以高斯多项式拟合法作为光纤光栅波长寻峰算法,最终获得光纤光栅反射光谱的中心波长的准确位置,从而实现结构简洁、成本低廉、全光纤的波长解调系统,系统压力与波长的线性拟合度为0.996 5,实验测得的波长分辨率可达0.3 pm,最大引用误差为2.6%,测量精度为0.16 MPa。

GEO与LEO间激光通信轨道特性仿真

徐春凤, 韩成, 姜会林
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 822008-0822008(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0822008
全文: HTML (1 KB)  PDF (1707 KB)  ( 114 )
摘要 ( 31 ) 引用本文
为了优化GEO与LEO间激光通信系统的性能,建立了卫星通信轨道特性仿真模型。通过对一年内卫星数据的分析可知,卫星通信终端间的多普勒频移变化范围约为±5×109 Hz,可以使用多普勒频移补偿方法减少GEO与LEO之间的多普勒频移影响。对于相干通信,终端必须进行频移补偿;提前量角的范围大于激光束散角,因此终端需要进行提前量补偿,激光通信系统可根据提前量角对视轴进行提前修正,以减少相对速度对激光通信的影响;太阳干扰和地球遮挡的时间较长,应该进行卫星组网以改善可通率,在通信过程中应根据通信终端时间,优化两个通信终端的工作流程;GEO和LEO终端的视轴变化情况不同,因此应该为卫星设计不同结构。

大气湍流对激光通信系统性能的影响研究

陈牧, 柯熙政
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 822009-0822009(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0822009
全文: HTML (1 KB)  PDF (1551 KB)  ( 252 )
摘要 ( 56 ) 引用本文
大气湍流引起的光强起伏是影响激光通信系统接收信噪比和误码率的主要因素。文中旨在研究大气湍流状态对无线通信系统性能的影响。首先利用对数正态分布和Gamma-Gamma分布分别对信道进行建模,分析表明前者不适用于中强湍流下的光强起伏行为,而后者具有更广的应用范围。在此基础上,研究相位噪声对系统接收信噪比和误码率的影响。文中最后在不同信道条件下进行仿真实验,观察光强起伏方差引起的星座图变化和误码率恶化情况。实验结果表明,当光强起伏方差逐渐增大时,星座图相位角度和误码率均随之变大。文中的分析与讨论对提高激光通信质量具有一定的参考价值。
前沿光学成像技术

距离选通超分辨率三维成像及其应用

王新伟, 刘晓泉, 游瑞蓉, 范松涛, 何军, 周燕
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 824001-0824001(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0824001
全文: HTML (1 KB)  PDF (2156 KB)  ( 211 )
摘要 ( 40 ) 引用本文
距离选通超分辨率三维成像是一种新型非扫描三维成像技术,在水下成像、远距离侦察、自动导航等应用中具有重要意义。综述了距离选通超分辨率三维成像技术国内外研究进展,对于梯形距离选通超分辨率三维成像和三角形距离选通超分辨率三维成像从距离能量包络能量态、三维成像步长、信噪比、环境噪声敏感性、距离分辨率以及测距精度等角度进行了对比分析,介绍了距离选通超分辨率三维成像技术的最新研究进展,包括编码超分辨率三维成像、实时距离选通超分辨率三维成像、多脉冲延时积分超分辨率三维成像,并分析了在低对比度目标探测、识别、水下三维成像方面的应用情况,以及笔者实验室在距离选通超分辨率三维成像技术方面开展的研究工作。距离选通三维成像技术的发展趋势为获取更高的三维成像景深分辨率比,实现快速高分辨率三维成像。

三维小视场成像系统

陈超, 於燕琴, 黄淑君, 刘晓利, 徐静, 张宗华
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 824002-0824002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0824002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1435 KB)  ( 188 )
摘要 ( 25 ) 引用本文
研究了一套投影正弦光栅条纹,测量表面有大梯度或非连续结构等复杂形貌微小物体的三维测量系统。针对所测量物体大小,通过将体视显微镜、相机和投影仪组合,研制了具有较小视场的条纹投影系统。软件产生具有最佳条纹个数的三组正弦条纹图,每组包含四个彼此间有90°相位移动的条纹。根据所测量物体表面颜色和纹理特性,选择投影系统的合适颜色通道投射软件所产生的正弦条纹序列到被测物表面。相机从另一角度获取经被测表面调制的变形条纹图。通过四步相移和最佳条纹选择方法分别计算得到折叠相位图和展开相位图。利用水平精密移动台定位一水平白板到几个已知位置,建立绝对相位和深度之间的关系,获得系统深度方向的数据。微小物体的三维形貌测量实验证明了所研制成像系统的可行性和准确性。

焦距对计算关联成像质量影响的实验研究

彭宏韬, 杨照华, 李大鹏, 吴令安
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 824003-0824003(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0824003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1618 KB)  ( 153 )
摘要 ( 36 ) 引用本文
传统光学成像要求像面在成像透镜组的焦平面上,以此获得最大的光通量,因此焦距对成像质量影响较大。研究了焦距对计算关联成像成像质量的影响,搭建计算关联成像系统,利用桶探测器信号的强度涨落分析不同焦距下的关联成像结果,分析了背景光强对强度涨落的影响。结果表明:焦距和背景光强的变化对计算关联成像成像质量影响不大,解决了热光关联成像中两光臂不等形成的散焦造成成像质量下降的问题,并且该成像只用一个无空间分辨能力的探测器就能完成高分辨率成像,降低了对探测器分辨能力的要求,避免了光通量在维度上的分配,提高了信噪比,且无需成像透镜,该成像方式非常适合用于极弱背景下的成像探测。

利用单通道预滤光片提高彩色相机显色能力的方法

崔珊珊, 裘桢炜, 洪津, 孟炳寰, 杨伟锋
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 824004-0824004(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0824004
全文: HTML (1 KB)  PDF (1597 KB)  ( 99 )
摘要 ( 20 ) 引用本文
彩色相机广泛应用于印刷工业、形象艺术、医疗、环境等多个应用领域。在节约成本的前提下,为了保证相机显色效果维持特定范围,提出了利用单通道预滤光片同时对彩色相机总光谱响应曲线进行校正的方法。预滤光片模拟准确度取决于卢瑟条件的匹配程度,由于滤光片材质、膜层设计、制造工艺水平等的限制,完全符合卢瑟条件是不可能的,单通道预滤光片光谱匹配则会有更大的技术难度。从影响预滤光片模拟准确度的因素出发,采用连续可调谐均匀单色照明光源系统对彩色CCD进行高精度相对光谱响应测试,通过选取合适的评价函数模型,对预滤光片光谱透过率进行仿真拟合,得到最优光谱透过率曲线。以国际照明委员会(CIE)推荐的14种标准测试颜色为参考,采用CIE2000色差公式,对校正前后彩色相机进行理论色差计算。结果表明:增加预滤光片后,平均色差降低73%,相机显色效果得到显著提升。

基于映射图像匹配的子孔径拼接技术

卢丙辉, 陈凤东, 刘炳国, 刘国栋, 戚子文
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 824005-0824005(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0824005
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摘要 ( 34 ) 引用本文
为实现微球形貌检测中子孔径数据的快速、准确拼接,给出基于点衍射干涉原理的微球形貌检测模型,分析了干涉场横向分辨率的分布规律,提出基于映射图像匹配的子孔径拼接方法。通过形貌数据的等尺度变换,实现横向分辨率均匀化,并将三维点云数据进行降维处理,映射生成二维图像,从而将形貌数据的旋转关系转化为图像坐标的平移关系,再通过图像匹配算法对特征点进行匹配,得出子孔径坐标系间的对应关系,从而实现拼接。最后通过仿真实验验证了该方法的可行性和有效性。
光电器件与微系统

液晶的介电各向异性分布对液晶微带线特性的影响

杜静, 汪相如, 黄子强, 胡国媛, 吴亮
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 820001-0820001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0820001
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摘要 ( 40 ) 引用本文
基于向列液晶的微带传输线模型,研究了其模场解和1~100 GHz频段内传输特性,采用有限元法较为精确和全面地分析了各向异性非均匀分布的液晶介质对微带传输线模场解和S参量的影响,并且分析了微带电极上施加偏置电压对该传输线S参数的影响。仿真结果表明:该微波传输线模型的回波损耗在考虑液晶的介电各向异性非均匀分布时比传统仿真方法所得结果更低,随着偏置电压在一定范围内连续增大其S参数连续变化,同时谐振频率连续移动,并且这种精确的分析方法计算得到的谐振频率点的偏移量相比传统分析方法修正误差2.4 GHz,这为液晶微波可调器件的进一步研究奠定了理论基础。

全新布里渊散射可切换微波光子滤波器

李涛, 王宇焯, 王旭东, 冯新焕, 关柏鸥
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 820002-0820002(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0820002
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摘要 ( 32 ) 引用本文
提出了一个新的基于布里渊散射效应的微波光子滤波器。该滤波器可通过调谐系统中光滤波器的中心波长,实现高解析度带通滤波器与陷波滤波器之间的灵活切换,并且通过调谐产生受激布里渊散射的泵浦光的波长可实现滤波器通带或阻带的中心频率在很大频率范围内连续调谐。该滤波器为全光结构,因此具有非常大的调谐范围(调谐上限仅受限于试验中使用的矢量网络分析仪的显示频率上限)。系统中采用相位调制器,因此没有偏置电压漂移问题。实验结果展示了一个带通与陷波滤可灵活切换的高解析度微波光子滤波器,并且通带和阻带的中心频率在9~26.5 GHz范围内连续可调谐,其中带通滤波器的通带具有极窄3 dB带宽,约28 MHz(由光纤本身布里渊增益区线宽所决定)。

薄膜光探测器绑定点的几何设计与仿真分析

刘小龙, 肖靖, 何敏, 肖剑波
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 820003-0820003(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0820003
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摘要 ( 26 ) 引用本文
目前,光器件在硅基衬底上的集成是光电领域的研究热点。将基于表面张力的流体自组装技术应用于薄膜金属-半导体-金属(MSM)光探测器的集成上,其集成效果的优劣与器件绑定点的几何形状有关。为了有效预测薄膜MSM光探测器绑定点的间距和形状对集成效果的影响,利用MATLAB对其集成过程中表面自由能的分布状况进行了仿真分析。首先,在介绍薄膜MSM光探测器的基础上,对其集成过程建立了平移和旋转仿真模型。然后,根据表面自由能与匹配度的线性关系,分别仿真出了不同间距和形状的绑定点在集成过程中匹配度的分布状况图。通过分析匹配度的斜率以及正确装配状态和误装配状态之间的关系,预测两端绑定点间距较长、绑定点形状为梯形时集成效果较好。最后,考虑到薄膜光电器件有可能需要区分正负极的情况,将其两端绑定点设计成不对称形状并进行仿真分析,尽量避免集成过程中出现正负极反接的状态。

微通道光电倍增管用复合波导阳极特性分析与验证

母一宁, 杜月, 李野, 李平, 高旭
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 820004-0820004(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0820004
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摘要 ( 27 ) 引用本文
从微通道板光电倍增模型着手,深入研究复合波导阳极的透射与位敏阳极对真空倍增系统造成的约束条件,并采用Mott插值方法研究了该新型光电器件电子光学特性。首先介绍了复合波导阳极结构与工作原理,给出了透射阳极与位敏阳极之间的对应关系,在此基础上分析了高速信号检测功能和入射光轴精确定位功能的约束关系,给出了相应的器件设计与实验方法,最后在真空炉中进行了该新型器件的验证性试验。试验结果表明了这种新型器件在理论和实践层面的可行性,但探索极间隧穿电压自适应调整机制将成为拓展其应用场合的必然趋势。
先进光学材料

GaAs光电阴极Cs,O吸附研究

任彬, 石峰, 郭晖, 焦岗成, 程宏昌, 王龙, 牛森, 袁渊
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 821001-0821001(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0821001
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摘要 ( 39 ) 引用本文
提出了基于第一性原理的密度泛函理论框架下的广义梯度近似投影缀加波赝势法,在结构优化的基础上采用平板模型计算了GaAs(110)表面单一吸附0.5 ML Cs元素、单一吸附0.5 ML O元素及0.5 ML Cs、0.5 ML O共吸附系统的特定吸附位、吸附系统总能及吸附系统的电子结构。吸附系统总能的计算结果对比及电子结构图表明:当Cs、O元素吸附量在GaAs(110)表面达到=1 ML时,它们并非各自在表面形成局域畴形态的竞争性共化学吸附,而是将在表面形成混合均匀相的协同共化学吸附。采用偶极子校正进一步计算三种吸附系统的功函数分别是4.423 eV、5.749 eV、4.377 eV,从而得出GaAs光电阴极制备过程中提高并保持光电阴极发射性能的方法及机理。
光电测量

基于多体系统理论的光电望远镜误差建模分析

王文攀, 赵勇志, 曹玉岩, 王志臣, 王富国
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 817001-0817001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0817001
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摘要 ( 26 ) 引用本文
大型光电望远镜在空间目标探测和天文观测中发挥的作用越来越大,它的探测能力、指向精度是影响其发展的主要因素。首先分析了影响望远镜指向精度的各个误差,然后根据多体系统理论,构造望远镜拓扑结构,在此基础上建立其空间误差指向模型。根据得到的指向误差模型,分析研究了三轴误差对方位测角误差和俯仰测角误差的影响。区别于传统球谐方法,该误差指向模型更全面的综合了各项误差,对进一步的误差分配和误差补偿具有一定的指导意义。

固体激光远场瞬时光斑时空分布测量技术

李艳娜, 唐力铁, 谢翔云, 尹飞, 于志闯, 沈丽娟
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 817002-0817002(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0817002
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摘要 ( 42 ) 引用本文
基于漫透射CCD成像法原理,建立了固体激光瞬时光斑时空分布测量系统。开展了该测量方法的可行性验证实验,能够精确地获得激光远场光斑图像,并运用Matlab软件对测量数据进行处理,得到激光远场光斑半径、光束质量、质心位置、光轴抖动、光强分布以及平均功率密度等参数。实验结果表明:利用漫透射CCD成像法测量固体激光远场瞬时光斑时空分布是可行的,测试系统采集频率可达120 Hz。该方法具有高分辨率、高帧频、低成本、使用方便的突出优点,能同时实现激光强度分布和功率的测量,测量功率误差小于2%。

基于激光雷达的航天器相对位姿测量技术

刘玉, 陈凤, 王盈, 黄建明, 魏祥泉
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 817003-0817003(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0817003
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摘要 ( 36 ) 引用本文
基于激光雷达的航天器相对位姿测量技术已成为故障航天器在轨捕获与维修、空间垃圾清除等空间操控活动开展必不可少的关键技术之一。针对这一技术,阐述了国内外研究现状;然后,描述了相对位姿测量技术原理,并重点介绍了点云配准方法;最后,进行了航天器模拟器的相对位姿测量精度仿真验证。结果表明:基于激光雷达的航天器相对位姿测量技术方法合理可行,测量精度高,可满足近距离操控中相对导航任务需求,对国内后续开展工程应具有较大参考价值。
光学设计及仿真

高空高速环境热光学分析及光学窗口设计

范达, 明星, 刘昕悦, 王国名, 郭文记, 黄旻, 董登峰
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 818001-0818001(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0818001
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摘要 ( 49 ) 引用本文
为提高高空高速环境下机载光谱相机光学系统的成像性能,分析了飞行高度对光学窗口面型变形的影响,合理设计光学窗口厚度。基于有限元流固耦合、流热耦合模型,仿真高空高速环境下气动压力、气动热载荷对光学窗口的作用,分析了飞行高度对不同厚度光学窗口面型变形的影响;初步选择光学窗口厚度,利用Zernike多项式对该光窗面型变形进行拟合并输入光学软件,以MTF及波相差为评价指标,分析了光学窗口变形对光学系统成像性能的影响,最终确定合理的光学窗口厚度。结果表明:飞行器在5~30 km高空以3 Ma速度、5毅攻角飞行时,口径200 mm的光学窗口合理设计厚度为15 mm。为不同飞行高度范围光学窗口厚度的选择及优化提供了一定依据。

瑞利导星发射系统设计

刘超, 曹召良, 穆全全, 胡立发, 宣丽
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 818002-0818002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0818002
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摘要 ( 34 ) 引用本文
在天文观测中,瑞利激光导星自适应光学系统可以补偿大气湍流对成像的影响,并且提高天空覆盖率。能够发射一颗合格的瑞利导星成为该技术的前提。为了实现瑞利激光导星在天文观测中的应用,设计了一套瑞利导星发射系统。首先,根据瑞利激光导星自适应系统的基本要求,介绍了激光器的脉冲能量与重复频率的影响;接着,根据湍流理论分析了发射系统的最佳发射口径与大气湍流对导星的光斑大小的影响;然后,根据发射要求利用Zemax软件设计出一套瑞利导星发射系统。该系统最佳的发射口径为260 mm,采样层为10~11km,导星最佳聚焦高度为9.8 km,理想的导星光斑半径为0.45",存在大气湍流情况下导星光斑半径小于1";最后利用Zemax软件对该系统进行公差分析,分析结果表明该系统相对较容易地实现加工与装调。该发射系统满足激光导星自适应系统的要求,实用性高,设计方法普适。

横向压电效应变形镜优化设计

吴伟彬, 戴一帆, 关朝亮, 范占斌, 钟曜宇
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 818003-0818003(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0818003
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摘要 ( 51 ) 引用本文
变形镜作为自适应光学系统中的关键部件,起到校正波前误差的作用。其中横向压电效应变形镜应用较为广泛,其设计参数对系统的性能有重要影响,因此需要进行优化设计。仿真表明,减小Si镜和PZT的厚度可以提高系统最大变形量,但会降低一阶固有频率。通过正交匹配两者的厚度参数可满足系统的工作要求。夹具的材料和结构参数会影响系统的热变形特性。使用与镜片材料相同的夹具,系统的热变形最小,对高度和壁厚进行优化可以减小甚至消除系统的热变形。最后,通过电压特性仿真得到了优化后变形镜各分立电极的影响函数。

超大视场变焦仿生眼光学系统设计

程洪涛, 吴勇翀, 吕杰, 张培茗, 郭世俊, 李恒宇
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 818004-0818004(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0818004
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摘要 ( 52 ) 引用本文
提出了一种新的基于仿生鱼眼镜头模型的超大视场变焦仿生眼光学系统。该仿生眼应用可调光焦度器件能使光学系统更紧凑和不需要移动。鉴于鱼眼系统可以简化成反远物镜的原理,利用矩阵理论和变焦准则,研究了基于可调光焦度器件鱼眼镜头设计的一阶几何光学理论,得到了鱼眼系统前组和后组的光焦度控制方程;进一步讨论了其光焦度的边界方程;最后提供的仿生变焦鱼眼的视场角最大为164°,焦距从5~15 mm变化,成像质量达到系统要求。设计实例为其在智能监控、航天军工、机器人系统等领域的应用提供了有益的探索。

空间外差光谱仪成像光学系统设计

罗海燕, 李双, 施海亮, 熊伟, 洪津
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 818005-0818005(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0818005
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摘要 ( 42 ) 引用本文
为满足高光谱傅里叶变换光谱仪对高光谱分辨率、小畸变、像面光谱辐照度均匀、高信噪比以及仪器轻量化小型化的要求,设计了空间外差光谱仪成像光学系统。基于傅里叶变换的空间外差光谱仪空间干涉的特点和对成像系统缩放比、畸变等要求,依据干涉图调制度分析了最恶劣面形改变条件下对干涉仪元件面形误差的要求,并采用前后镜组匹配实现了双远心成像系统的设计。设计结果表明:该光学结构可避免调焦产生的成像系统缩放比改变,有效视场内畸变量约0.1%,传递函数在38.5 lp/mm处物面所有点全视场范围逸0.60。依据仪器视场角对滤光片安装位置和精度提出要求,并对成像系统进行杂散光和照度均匀性分析提出有效抑制杂散光的措施和方法。系统设计满足了空间外差光谱仪对成像的要求,实现了照度均匀、低畸变、离焦情况下缩放比保持不变等。
太赫兹技术及应用

太赫兹技术在陶瓷基复合材料缺陷无损检测中的应用

周小丹, 李丽娟, 赵铎, 任姣姣
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 825001-0825001(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0825001
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摘要 ( 39 ) 引用本文
太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)是一种通过宽频带太赫兹脉冲携带介质信息,从而完成对样品内部信息提取的无损检测技术。目前,这种技术大多应用于安全监测,外形成像等定性分析领域。将该应用广泛的陶瓷基复合材料做为检测样品,通过建立单点厚度检测模型和光学参数的提取,将该技术用于密度分布检测和孔洞缺陷尺寸检测,进行定量测量。设计并进行了验证实验,对标准材料及缺陷进行了探索性的测量及评价。实验获取了较为理想的时频光谱分析结果及成像结果,显示出了THz-TDS在材料的定量无损检测和探究材料特征方面具有揭示作用。
微纳光学

硅氢键对波导表面光滑化影响的理论仿真

段倩倩, 唐海泉, 任馨宇, 菅傲群, 魏重光, 桑胜波, 张文栋
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 816001-0816001(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0816001
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摘要 ( 49 ) 引用本文
低损耗高Q值硅基纳米光波导谐振腔,是高灵敏探测器、生物传感器、光通讯器件等发展的关键。而波导表面粗糙度会造成较大的光传输损耗,是制约硅基纳米光波导谐振腔Q值提高的一个重要因素。降低硅基纳米光波导表面粗糙度已成为光波导器件发展的一个关键问题,氢退火工艺是当前改善波导表面粗糙度的一种关键技术。基于表面硅氢键流密度理论,利用Materials Studio软件模拟氢退火光滑化处理过程中硅与氢之间的反应,搜索反应过渡态,探究硅氢键、温度等因素对反应的影响。结果表明:在高温氢退火氛围下,波导表面硅原子与氢原子之间能够形成硅氢键,且温度越高,在硅氢键作用下表面硅原子迁移速率越快,表面由高能态向低能态过渡,表面光滑化效果越明显。
光学精密制造技术

三角机加工大口径离轴抛物面技术

张鑫, 罗霄, 闫力松, 张峰, 张学军
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 819001-0819001(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0819001
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摘要 ( 35 ) 引用本文
为了实现大口径非球面镜的加工,设计制作了三角机加工中心,该加工中心具有三工位设计。基于该加工中心提出了一套非球面镜加工模型,每个工位只需利用两个转动轴即可实现大口径非球面镜的遍历加工,同时加工工位与检测工位可以互换,节约成本的同时提升加工效率。为了验证加工模型的可行性,结合工程实例,利用该加工中心对一口径为1 450 mm的离轴抛物面SiC反射镜进行了加工,实验结果表明,经过一轮迭代加工后,反射镜面形结果由PV 4.653μm、RMS0.4097μm收敛到PV 3.585μm、RMS 0.2581μm,RMS收敛达37%。验证了模型的精度及可行性。
激光雷达技术

多发多收合成孔径激光雷达高分辨率宽测绘带成像

唐禹, 秦宝, 晏芸, 汪路锋, 邢孟道
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 830001-0830001(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0830001
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摘要 ( 32 ) 引用本文
合成孔径激光雷达(SAL)是作为未来远距离高分辨率对地区域观测的理想方式。针对传统的单发单收合成孔径激光雷达系统中高分辨率和宽测绘带的矛盾导致测绘带宽窄的问题,提出一种多发多收合成孔径激光雷达工作体制,该体制工作在低PRF模式,保证了距离向测绘带的不模糊,在方位向采用了多通道技术,利用虚拟孔径和真实孔径结合实现了方位向的多普勒不模糊。通过自适应波束形成将多通道数据合成大带宽无模糊数据,实现高分辨率宽测绘带成像。首先简述了方位向多通道技术提高方位向分辨率的原理;随后提出了多发多收合成孔径激光雷达的工作体制,并且给出了该工作体制下的信号模型,针对低脉冲重复频率条件下的多普勒模糊问题,提出了基于自适应波束形成解模糊信号处理方法。最后,通过三发三收体制验证多发多收合成孔径激光雷达工作体制的可行性。

机载平台6-D运动误差对LiDAR点云质量的影响比较

王建军, 许同乐, 李东兴, 霍文骁, 李云龙
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 830002-0830002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0830002
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摘要 ( 27 ) 引用本文
直升机载荷平台6-D(Six-Dimensional)运动误差(即飞行轨迹和姿态角运动误差)对机载LiDAR点云质量影响显著,进而影响三维重建模型精度。分析各运动误差对点云质量的影响特点,对于有针对性地消除各运动误差影响、有效提高机载LiDAR三维成像产品精度具有重要意义。建立了机载激光扫描脚点三维空间位置偏差与机载平台六方位运动误差之间的传递关系;采用数值仿真,定量比较了六方位运动误差对激光点云密度分布和的影响,获得了六方位运动误差的影响特点及规律。仿真结果表明,直升机载荷平台的三个姿态角运动误差对点云密度的影响更显著,且随飞行高度的增大而增大,而三个飞行轨迹运动误差的影响相对较小。

液晶中波红外光学相控阵关键技术研究进展

贺晓娴, 汪相如, 李曼, 胡明刚, 柳建龙, 邱琪
红外与激光工程. 2016, 45 (8): 830003-0830003(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0830003
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摘要 ( 26 ) 引用本文
综述了液晶中波红外相控阵(Mid-LCOPA)关键技术的研究进展。介绍了光学相控阵技术的基本原理,着重介绍近年来中波红外液晶材料的研究进展,包括:三联苯类液晶、炔类液晶;同时还介绍了中波红外透明导电膜的最新工艺技术和发展情况,包括:石墨烯、金属网、石墨烯金属网复合膜。
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