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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 (11)   出版日期:2016-11-25
  本期栏目:空间碎片探测 前沿光学成像技术 空间光学 高能激光技术 信息获取与识别 特约专栏 激光雷达技术 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 光电测量 光通信与光传感 激光技术及应用 
特约专栏

远距离物质拉曼光谱探测系统

姚齐峰, 王帅, 夏嘉斌, 张雯, 祝连庆
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1103001-1103001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1103001
全文: HTML (1 KB)  PDF (812 KB)  ( 305 )
摘要 ( 35 ) 引用本文
为了实现远距离物质的识别检测,设计和建立了脉冲门控非接触式的拉曼光谱探测系统,利用强脉冲激光的高能量密度(~106 W)增强被探测物质的拉曼散射信号,通过大口径透镜系统提高拉曼光收集效率,同时采用同步延时系统控制ICCD的开启和积分时间,有效地去除背景光和荧光的干扰,提高信噪比,从而显著增加拉曼光谱探测距离。初步研究了不同通光口径对探测能力的影响,以及在950 mm的探测距离上获得了清晰的硫元素和纯净水的拉曼光谱信号。
激光器技术

1.35 GHz线性调频Nd:YVO4激光器

徐新瑞, 樊荣伟, 陈兆东, 陈德应
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1105001-1105001(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1105001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1098 KB)  ( 137 )
摘要 ( 30 ) 引用本文
报道了808 nm连续半导体泵浦全固态Nd:YVO4线性调频激光器实验研究。利用优化谐振腔长度、腔内插入倾斜标准具,采用温度控制、机械减震和隔绝外部环境等稳频操作,实现了稳定的1 064 nm单频激光输出,最大输出功率140 mW。利用法柏干涉仪观察单频输出,并利用刀口法测量得到的基模高斯光束质量M2为1.05。在谐振腔内插入RTP电光晶体并连接外部高压电源,通过线性电光效应改变谐振腔长度以及改变标准具倾斜角度避免腔长调节过程中的模式跳频,实现了1.35 GHz的稳定线性调频激光输出。编程控制高压电源给RTP晶体施加幅值为2 200 V的锯齿波形电压,实现了频率20 Hz,平均输出功率为85 mW周期性的调频信号输出。

基于波长锁定泵浦单振荡级千瓦光纤激光器

马建立, 姜诗琦, 于淼, 刘海娜, 王军龙, 王学锋
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1105002-1105002(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1105002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1282 KB)  ( 145 )
摘要 ( 16 ) 引用本文
采用976 nm锁波长激光二极管(LD)双向泵浦掺Yb全光纤激光器,单谐振腔输出1.2 kW近单模激光,总光光转换效率为70.8%,光束质量Mx2≈1.03,My2≈1.55,实验验证在千瓦功率量级内,正、反泵浦相互影响不明显。光纤激光器从阈值电流到最大电流范围内,输出功率随泵浦功率曲线基本线性,在1 kW功率下做8小时稳定性测试,稳定度在2%以下。激光器可在宽温度范围内工作,温度循环试验表明,输出功率随温度变化具有较好的一致性。

30 W输出的Yb3+:KGd(WO4)2激光系统的理论设计

高明, 王浟, 蒋志刚, 王宏元, 安国斐, 韩聚洪, 张伟, 蔡和, 薛亮平, 王顺艳, 周杰
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1105003-1105003(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1105003
全文: HTML (1 KB)  PDF (809 KB)  ( 130 )
摘要 ( 27 ) 引用本文
Yb3+:KGd(WO42晶体具有增益带宽大、掺杂浓度高等突出特点,是近年来引起广泛关注的可用于构建锁模飞秒和辐射平衡激光系统的激光介质。这里建立了基于准三能级系统的微观动力学理论模型,并将其应用于端面泵浦Yb3+:KGd(WO42种子源和激光放大系统的理论分析中。首先从速率方程出发,讨论了准三能级激光系统的种子源部分的物理特性,指出种子源部分存在着最佳的晶体长度和输出耦合镜反射率。由于Yb3+:KGd(WO42晶体材料的热传导率很低,研究中拟采用主控振荡功率放大结构以实现30 W量级的激光输出,并在此基础上探讨了主控振荡功率放大器部分的输出物理特性。研究结果对将来构建实用化的Yb3+:KGd(WO42激光系统有着重要的理论指导意义。

基于REC技术的激光器阵列光源模块设计

倪屹, 刘森, 陆骏, 曾盼
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1105004-1105004(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1105004
全文: HTML (1 KB)  PDF (1249 KB)  ( 110 )
摘要 ( 29 ) 引用本文
近年来,单片集成的多波长激光器阵列作为波分复用(WDM)系统的理想光源而成为研究热点。通过重构-等效啁啾(REC)技术实现了一种低成本的分布反馈式(DFB)激光器阵列光源模块,采用掺铒光纤放大器(EDFA)对该激光器阵列的输出进行了光学放大,并通过PID控制程序对光源输出进行稳定化调节。光源模块中各通道激光器的中心波长间隔均匀,平均间隔为1.64 nm,波长间隔的误差小于0.2 nm。光源所输出的总光功率大于50 mW,输出光功率变化小于0.02 dBm。

激光复合损伤机理与效应研究

程勇, 朱孟真, 马云峰, 魏靖松, 刘旭, 丁方正, 谭朝勇, 陈霞, 郭延龙, 初华
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1105005-1105005(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1105005
全文: HTML (1 KB)  PDF (2758 KB)  ( 289 )
摘要 ( 21 ) 引用本文
达到或者超过100 kW的激光输出是激光武器用于反导反卫等战略防御的终极发展目标。基于激光武器发展目标与最新动向,提出了多模式激光复合损伤新思路,即采用不同波长、连续与脉冲、频率变化的激光,同时或交替作用在同一靶材上,获得更好的损伤效果。构建了脉冲/连续激光复合损伤物理模型,并用有限元法进行了仿真模拟,使用2 kW连续激光器与10 J长脉冲激光器开展了损伤对比实验。模拟和实验结果表明,脉冲激光烧蚀金属靶材效果优于连续激光;在两种激光复合或交替作用下出现“非线性雪崩烧蚀”效应,复合烧蚀效果明显优于脉冲激光,烧蚀质量是脉冲激光的13倍。这一效应,为战术激光武器向“合束多模式同轴输出”新体制发展提供了基础。

红外波长的随机激光器设计及FDTD软件特性验证

张伟杰, 宋开山
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1105006-1105006(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1105006
全文: HTML (1 KB)  PDF (580 KB)  ( 108 )
摘要 ( 29 ) 引用本文
深入研究了随机激光等效腔的局域化特性,引入了外部光反馈下激光器的理论分析速率方程,设计了磁旋光晶体的光隔离器件实现随机激光器的改进。采用的Nd:YAG激光器的实验结果验证了改进激光器可以降低散射损耗,实现紫外激光的方向性输出。FDTD仿真结果进一步表明波导的TE模的光增益近似是平面波导的两倍;信号和泵浦强度的耦合在改进波导结构有了明显改进;输出功率结果证实了结构降低随机激光器的散射损耗。研究结果对于随机激光的应用具有明显的参考价值。

采用数模混合双闭环方法的DFB激光器驱动电源

曲世敏, 王明, 李楠
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1105007-1105007(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1105007
全文: HTML (1 KB)  PDF (822 KB)  ( 96 )
摘要 ( 28 ) 引用本文
由于驱动电流波动会影响分布式反馈式(DFB)激光器激射波长及发光功率,采用数模混合双闭环技术,以TMS320LF28335为核心控制器,设计并研制了一种高稳定性DFB激光器驱动电源。在硬件电路设计方面,该激光器驱动电源采用运算放大器深度负反馈原理,提高了系统的稳定性(优于4×10-5)。软件设计中,引入Ziegler-Nichols PID算法,消除了实际驱动电流值与理论值之间的微小差异(小于0.5%)。同时,该驱动电源具备防上电/断电冲击保护电路、延时软启动电路和过流保护电路等保护电路。利用该驱动电源,对中心波长为1742 nm的DFB激光器做了驱动测试。实验表明,在长时间(>220 h)稳定性测试中,驱动电流稳定度优于4×10-5(RMS),满足DFB激光器对驱动电流的要求,具有很强的实用价值。

基于内腔的调Q锁模光参量振荡器的研究

王静, 梁健, 宋朋, 张海鹍, 周城
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1105008-1105008(4). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1105008
全文: HTML (1 KB)  PDF (563 KB)  ( 116 )
摘要 ( 22 ) 引用本文
为了实现内腔型光参量振荡器(OPO)的调Q锁模脉冲输出,通过设计并匹配OPO谐振腔和基频激光腔的腔长,满足了同步泵浦条件,最终在实验上得到了信号光的调Q锁模输出;在实验中,采用氙灯泵浦Nd:YAG作为基频激光,以KTP晶体为非线性转换介质,采用电光开关作为调Q手段,测量了OPO的近红外信号光的输出波形、输出能量、光谱构成等输出特性。在泵浦能量12.8 J、调制频率20 kHz时,得到了锁模深度为100%的信号光输出,并发现信号光锁模脉冲重复率依赖于基频激光;得到了调Q锁模信号光输出能量随泵浦能量、电光调制频率的变化关系。
高能激光技术

激光等离子体点火在航空航天动力系统的应用

李晓晖, 于欣
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1136001-1136001(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1136001
全文: HTML (1 KB)  PDF (4491 KB)  ( 187 )
摘要 ( 38 ) 引用本文
激光等离子体点火以其点火位置和时序方便可控、工况适应性好、电磁干扰小、启动快、可实现重复点火等优点,成为航空航天动力系统极具潜力的一种点火技术。介绍了激光等离子体点火的技术特点及其基本物理过程;其次,回顾了激光等离子体点火在航空航天动力系统应用的研究现状,尤其是哈尔滨工业大学近年来取得的研究成果;最后,分析了激光等离子体点火面临的问题,并对其发展前景进行了展望。分析表明,激光等离子体点火在无毒非自燃推进剂的火箭发动机和碳氢燃料的超燃冲压发动机的可靠重复点火上具有广泛的应用前景,但要实现工程应用,仍需要解决激光点火器与航空航天动力系统的一体化设计、激光点火器的小型化和工程化等问题。

变形镜在激光辐照下热畸变有限元模拟

张耀平, 樊峻棋, 龙国云
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1136002-1136002(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1136002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1082 KB)  ( 111 )
摘要 ( 35 ) 引用本文
利用有限元分析软件数值模拟了固体激光器系统中由单晶硅(Silicon)、石英(Silica)与超低膨胀玻璃(ULE)等不同材料制作的变形反射镜受激光辐照下的热畸变特性。计算结果表明:当入射激光功率密度为0.225 kW/cm2,激光照射时间为10 s,镜面反射率为99.9%时,三种材料的变形镜的最大温升分别为0.804、6.751与7.122℃,最大热变形分别为0.049 3、0.034 8与0.005 μm,相比之下,单晶硅温升较小,超低膨胀玻璃(ULE)的变形与应力最小,ULE是未来比较理想的镜面材料。最后,对变形镜在长脉冲激光辐照下也进行了计算与分析。

用于激光诱导等离子体点火技术的激光源研究进展

马欲飞, 何应, 于欣, 陈德应, 孙锐
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1136003-1136003(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1136003
全文: HTML (1 KB)  PDF (2186 KB)  ( 263 )
摘要 ( 55 ) 引用本文
激光诱导等离子体点火是一种新颖的发动机点火方式,这种技术点火位置精确可控,点火延迟时间短,无烧蚀作用,还可实现同时多点点火,能够提高发动机的燃烧效率,具有良好的发展前景。主要针对用于激光诱导等离子体点火技术中的核心元件——激光光源的发展状况及最新成果作了全面的综述,并对该种类型激光器的发展前景进行了展望。

被动锁模掺Er3+氟化物光纤激光器理论研究

王少奇, 邓颖, 李超, 王方, 张永亮, 康民强, 薛海涛, 罗韵, 粟敬钦, 胡东霞, 郑奎兴, 朱启华
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1136004-1136004(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1136004
全文: HTML (1 KB)  PDF (1323 KB)  ( 124 )
摘要 ( 50 ) 引用本文
根据非线性薛定谔方程建立了基于可饱和吸收体被动锁模掺Er3+氟化物光纤激光器的理论模型,研究了中红外超短脉冲在掺Er3+氟化物光纤激光器中形成的物理机制,数值模拟了被动锁模掺Er3+氟化物光纤激光器中中红外超短脉冲的演化过程,重点分析了掺Er3+增益光纤长度,可饱和吸收体不饱和损耗对被动锁模掺Er3+氟化物光纤激光器产生中红外超短脉冲的影响,并给出了参数设置范围。研究发现:当小信号增益系数、可饱和吸收体不饱和损耗、腔内净色散量为一定值,掺Er3+氟化物光纤长度在一定范围时,才会出现稳定的锁模脉冲,且随着掺Er3+氟化物光纤长度增加脉冲宽度变窄、光谱变宽、峰值功率增高;当掺Er3+氟化物光纤长度、腔内净色散量、小信号增益系数为一定值时,可饱和吸收体不饱和损耗在一定的范围时可以得到稳定的锁模脉冲,且随着可饱和吸收体不饱和损耗的增加脉冲宽度变窄,光谱先变宽后变窄变化范围不大,峰值功率增加。
激光技术及应用

激光间接驱动柱形腔壁辐照特性

侯鹏程, 钟哲强, 文萍, 张彬
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1106001-1106001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1106001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1752 KB)  ( 85 )
摘要 ( 16 ) 引用本文
在惯性约束聚变间接驱动装置中,针对柱形腔两端注入结构及其光路排布方案,建立了基于束匀滑技术的激光束传输模型。在此基础上,分析了激光集束在真空柱形腔腔壁上的辐照特性,并根据柱形腔整体腔壁光斑排布特性,对激光集束光路排布进行了初步优化。结果表明,随着入射角度的增加,激光集束在腔壁的光斑尺寸逐渐变小,而其在腔壁上的热斑比例无明显变化,偏振特性也基本保持一致。通过进一步分析所有激光集束在腔壁上的强度分布和热斑比例可知,内、外环激光集束在腔壁上的交叠区域将增大局部峰值强度,提高热斑比例。可以通过适当调节内环激光集束的焦面位置和入射角度来改善所有激光集束在腔壁上的辐照特性。

纳秒整形激光脉冲波形的高对比度诊断

夏彦文, 郑奎兴, 刘华, 赵军普, 彭志涛, 孙志红, 董军, 李森
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1106002-1106002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1106002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1313 KB)  ( 96 )
摘要 ( 22 ) 引用本文
激光脉冲波形的精密诊断是大型激光装置运行控制和精密物理实验的前提,而动态范围的大小是衡量诊断系统的关键指标之一。为了满足高功率激光装置对纳秒级整形激光脉冲对比度控制及精密诊断的需求,采用双探测器与数字示波器四通道分组并行取样的诊断方法,通过将整形激光脉冲分解为不同的幅值区域并送入示波器的不同输入通道,每个通道采用不同的垂直灵敏度档位进行探测,最后利用共同的时基完成波形的对接重构。研究结果表明,采用的方法可以实现2 500:1的动态范围,在偏差为2%的测量精度内,可以实现对比度高达100:1的多台阶整形脉冲的全波形测量。

具有三级放大结构的铷蒸气激光系统的优化设计

蒋志刚, 王浟, 蔡和, 高明, 韩聚洪, 安国斐, 张伟, 薛亮平, 王顺艳, 王宏元, 周杰
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1106003-1106003(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1106003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1069 KB)  ( 112 )
摘要 ( 22 ) 引用本文
由于半导体激光泵浦碱金属蒸气激光器(DPAL)的饱和增益较大,因此采用主振荡功率放大器(MOPA)结构对其进行定标放大是实现其高功率化的理想选择。基于端面泵浦DPAL-MOPA系统的微观动力学理论模型设计了铷蒸气DPAL的三级放大系统。另外,分别对长度为3、5、7 cm的三种密闭蒸气池在不同温度条件下的增益特性做了详细的计算与分析,最终确定预放大级的密闭蒸气池长度为3 cm,一级主放大级的为5 cm,二级主放大级的为7 cm。基于这种三级MOPA结构可把功率为50 mW的铷蒸气DPAL种子光放大至1 000 W量级。同时,也评估了采用此设计方案时,整个MOPA系统所产生的自发辐射功率和热功率。该研究对将来实现高功率DPAL提供了设计思路和理论依据。

激光陀螺捷联惯导系统多位置系统级标定方法

石文峰, 王省书, 郑佳兴, 战德军, 王以忠
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1106004-1106004(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1106004
全文: HTML (1 KB)  PDF (756 KB)  ( 101 )
摘要 ( 49 ) 引用本文
捷联惯导系统的精度受到自身各种误差因素的影响,需在使用之前进行精确地标定和补偿。为了更加有效地标定误差,设计了一种10位置系统级标定的方法。利用简化的误差模型和速度误差变化率方程,建立了所有误差参数与导航误差之间的线性关系。通过设计的10位置连续旋转方案对由各项误差参数引起的速度误差进行充分激励,利用所得数据进行卡尔曼滤波,计算出包括陀螺仪和加速度计的零偏、标度因数误差、安装误差以及加速度计二次项误差等24个误差参数。仿真得到陀螺零偏误差优于0.000 75(°)/h,加速度计零偏误差优于μg,陀螺和加速度计的安装角误差优于1.5",标度因数误差优于2 ppm(1 ppm=10-6)系统,加速度计二次项误差优于0.15×10-6 s2/m。另通过3组实验验证了重复性,证明了该方法确实有效。

车载三维激光扫描系统安置参数一站式标定

王力, 李广云, 杨新永, 王永乐, 周阳林, 崔谦
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1106005-1106005(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1106005
全文: HTML (1 KB)  PDF (1276 KB)  ( 162 )
摘要 ( 10 ) 引用本文
移动测量技术提供了一种高效的数据获取手段,可用于智慧城市建设等诸多领域。三维激光扫描仪具有测量速度快,精度高等优点,将其作为车载系统中的主要测量传感器具有较大的优势。以车载系统集成中三维激光扫描仪安置参数的标定为研究对象,从简化数学模型以降低计算复杂度和削弱舍入误差、采用回光反射材料制作的人工标志作为标定媒介提高标定精度、一站式提高标定效率三个方面对现有标定方法进行改进。通过实测数据计算,该方法得到的参数标定精度为6 mm级,系统的整体设计精度为5 cm级,因此该方案能够满足多种测量任务系对车载统精度的需求。

激光辅助的大型回转类零件直径实时测量方法

樊超楠, 刘巍, 刘阳, 王灵丽, 贾振元
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1106006-1106006(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1106006
全文: HTML (1 KB)  PDF (1291 KB)  ( 134 )
摘要 ( 20 ) 引用本文
针对工业现场中需要对大型回转类零件直径实现实时、非接触测量的需求,提出了一种基于相交激光光条的双目视觉测量方法。结合双目立体视觉测量技术与直径测量的几何约束,采用强度高、方向性强的线型激光构造直径重建的特征信息;通过向待测零件表面投射相交的激光光条构造用于测量的特征点,提出了一种大型回转体表面激光光条交点的精确提取方法;利用摄像机标定结果重建激光光条交点的空间坐标,进而建立符合直径测量的椭圆模型并计算直径。在实验室环境下进行圆柱件直径测量实验,实验结果表明,待测物体的直径测量误差为0.5%,直径重建时间为1.026 s,所提出的测量方法为大型回转体直径的实时非接触测量提供可靠的技术手段。

激光干扰CCD规则亮点分布原理研究

陈前荣, 亓凤杰, 王彦斌, 张文攀, 李华
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1106007-1106007(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1106007
全文: HTML (1 KB)  PDF (813 KB)  ( 79 )
摘要 ( 17 ) 引用本文
激光干扰CCD时光的传输过程的研究,对激光干扰CCD干扰图像的仿真、干扰效果的分析等具有重要意义。理论分析了考虑探测器表面反射时的激光干扰CCD时光的传输过程。由于透镜的作用,首先激光会聚焦到探测器表面。聚焦光会被探测器表面反射。由于CCD探测面是网格状分布,反射光的分布会被这一结构调制。反射后的光经过透镜,会成像在某些平面上。根据透镜中光的传输计算发现,因为透镜的傅里叶变换作用,光阑平面上会出现周期性的亮点分布。由于光阑平面上不透光的部分的反射,亮点会再次成像在探测器表面上。仿真了亮点被光阑平面上不透光部分的反射后,经过光阑后面的透镜又成像在探测器上的过程,得到了规则的周期性的亮点分布。实验结果验证了这一理论。

激光驱动纳米须靶产生X射线转换效率研究

王洪建, 阳庆国, 叶雁, 彭其先, 粟敬钦, 李泽仁
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1106008-1106008(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1106008
全文: HTML (1 KB)  PDF (628 KB)  ( 69 )
摘要 ( 22 ) 引用本文
在研究超强激光与物质相互作用中,研究的焦点通常需要高质量的光源来诊断动态物质的结构。为了获得高亮度、准单能和高对比度X射线光源,改变物质及其结构来增强吸收激光能量和提高激光X射线的转换效率。利用多孔结构原理,设计了直径为200 nm、密度为铜70%的纳米铜靶。在中国工程物理研究院激光聚变研究中心星光-Ⅲ激光装置上进行实验,作用于靶表面的飞秒激光强度大于2×1018 Wcm-2,利用单光子计数型X射线CCD测量了Ka特征X射线,获得的Ka光子峰值产额达到了3.6×108 photons·sr-1·s-1,X射线最大转换效率达到0.008 68%,是平面铜靶转换效率的1.2倍。实验表明纳米须结构能够有效增强飞秒激光的能量吸收,增强了超强激光转换成电子和X射线的转换效率。

金属零件自动超轻结构化设计及激光增材制造

吴伟辉, 肖冬明, 毛星
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1106009-1106009(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1106009
全文: HTML (1 KB)  PDF (6042 KB)  ( 192 )
摘要 ( 42 ) 引用本文
为解决金属超轻结构零件设计技术复杂、设计周期长、难添加蒙皮进行增材制造等难题,提出一种基于激光选区熔化增材制造工艺的金属零件自动超轻结构化设计方法:根据激光选区熔化工艺特点,编制程序将原始零件CAD模型自动转化为设定孔隙率的带蒙皮类蜂窝状超轻结构零件模型,且其数据可直接驱动设备实现零件增材制造。研究了带蒙皮超轻结构的构造形式及设计方法;探讨了合适的成型棱长及合理蒙皮结构形式;成功实现复杂零件自动带蒙皮超轻结构化设计及增材制造,所得零件孔隙率误差2.79%,表明能较准确按预期减重。该方法能根据原始零件CAD模型自动、快速地构建带蒙皮金属超轻结构零件模型,大大减轻该类零件设计负担及提高其实用性。
红外技术及应用

基于方向性模型的红外焦平面阵列混叠效应研究

郑博, 王健, 许文斌, 王晓东, 孙强
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1104001-1104001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1104001
全文: HTML (1 KB)  PDF (587 KB)  ( 101 )
摘要 ( 33 ) 引用本文
提出一种定量评价红外焦平面阵列混叠效应的方法,这种方法基于采样传递函数和混叠效应的方向性,建立了焦平面阵列设计参数与混叠效应间的定量关系。利用此方法定量分析了矩形阵列和六边形阵列的混叠情况,结果表明:六边形阵列的混叠值较矩形高4%。完成了混叠效应对焦平面阵列任意方向上等效带宽的修正,进而分析混叠对其成像质量的影响,结果表明:当考虑混叠时,矩形阵列的成像质量较六边形高11%。

基于最大值投影和快速配准的空间小目标检测

刘峰, 奚晓梁, 沈同圣
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1104002-1104002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1104002
全文: HTML (1 KB)  PDF (2289 KB)  ( 123 )
摘要 ( 22 ) 引用本文
天基观测平台下弱小目标的检测是分析空间安全的重要研究内容。由于空间中存在大量外观与目标相似的恒星导致可利用空间分布信息缺乏;观测平台的不规则性运动导致帧间成像差异,都使得开发自动快速处理算法的难度增加。在分析星空图像模型的基础上,提出了一种基于三角形匹配和最大值投影的小目标检测方法。首先通过特征三角形对序列图像进行配准,并采用星点坐标矩阵的方法减小计算量。然后针对序列帧所有图像,采用最大值投影变换的方法,检测运动的小目标。最后通过200帧观测图像对算法进行验证,实验表明该方法能实时、准确地对目标进行检测,同时可以精确地定位目标质心。

分光轴式多源图像融合系统近距离配准方法研究

王贵圆, 常本康, 富容国, 冯澍, 孙斌, 李英杰
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1104003-1104003(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1104003
全文: HTML (1 KB)  PDF (2453 KB)  ( 121 )
摘要 ( 25 ) 引用本文
为了解决分光轴式多源图像融合系统近距离图像配准问题,建立了一种双目成像配准模型,分析了分光轴系统的镜头中心距对配准精度的影响。该模型以物点对不同镜头的入射角差为切入点,以入射角差作为配准精度的判别依据,分析了配准精度随镜头中心距和物距的变化关系。结合探测器角分辨率和光轴调校精度,给出了分光轴系统像素级配准的距离范围计算公式,并且引入光轴初始夹角和图像像素平移量,实现近距离变视距图像配准。计算结果表明:分光轴系统光轴平行时可对某一最近距离至无穷远范围内配准,当调节系统对更近距离配准时,可在一段有限范围内配准,缩小镜头中心距和提高光轴调校精度可以扩大系统的配准范围。利用提出的配准距离范围计算方法,结合目标测距,实现了分光轴式红外与可见光图像融合系统近距离变视距图像配准。
光电测量

采用精确三维控制场的wMPS全局组网定向方法

赵子越, 邾继贵, 杨凌辉
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1117001-1117001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1117001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1515 KB)  ( 81 )
摘要 ( 20 ) 引用本文
工作空间测量定位系统是一种基于激光扫描的三维坐标大尺寸分布式测量系统,目前已广泛应用于大尺寸测量领域。该系统可以通过增加发射站数目来扩展量程同时精度并不损失,其前提是有一套精确的全局定向参数。在系统多平面约束的数学模型基础上,阐述了一种基于三维控制场的wMPS全局组网定向方法。在标定空间内设置点位坐标已知的控制点组成控制场,给出了组网定向的模型及优化方法,并给出迭代初值生成方法。实验表明:通过基于控制场全局组网定向方法后,系统与激光跟踪仪对比后点位误差优于0.15 mm,在提高效率的同时大大提高了系统的精度。

基于正交柱面成像相机的大尺寸三维坐标测量

刘海庆, 杨凌辉, 任永杰, 邾继贵
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1117002-1117002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1117002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1453 KB)  ( 87 )
摘要 ( 21 ) 引用本文
提出了一种基于正交柱面成像相机的大尺寸三维坐标测量方法。正交柱面成像相机由一个正交柱面成像光学系统和两个正交放置的线阵CCD组成,它们分别被用来检测被测点的水平角和垂直角。一个相机决定了两个角度,两个相机交汇,即可实现被测点的三维坐标测量。所提出的方法在精密坐标测量特别是动态位置跟踪方面具有突出的优势。一个灵活的内参标定方法被用来标定正交柱面成像相机,内参标定后相机在水平方向和垂直方向角度测量误差的均值分别为1.85″和2.16″。另外,双相机的外参标定也被介绍,外参标定后系统的坐标测量精度优于0.52 mm。实验结果表明:所提出的三维坐标测量方法有效,具有良好的测量精度。

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 (11): 1117003-1117003(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1117003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1284 KB)  ( 76 )
摘要 ( 22 ) 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,1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。

利用游标效应提高微波光子学扫描式频率测量效率

于梦, 张勇, 靳辰飞, 刘丽萍, 赵远
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1117004-1117004(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1117004
全文: HTML (1 KB)  PDF (551 KB)  ( 100 )
摘要 ( 35 ) 引用本文
受激布里渊散射效应被广泛用于微波光子学频率测量中,然而该效应的测频系统存在扫描时间长、响应速度慢的问题,为了提高该系统的扫描效率,提出了基于频率梳泵浦和游标效应的改进方案。阐述了此方案的测频原理和改进机制,并进行了理论分析和仿真验证。改进后的系统在频率测量精度100 MHz、系统带宽50 GHz时,扫描次数降低为原来的7%,在相同精度和扫描次数下,带宽更大,表明新方案的系统性能得到了大幅提升。

基于主动式全景视觉的管道形貌缺陷检测系统

汤一平, 鲁少辉, 吴挺, 韩国栋
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1117005-1117005(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1117005
全文: HTML (1 KB)  PDF (3390 KB)  ( 116 )
摘要 ( 13 ) 引用本文
针对现有的管道缺陷检测技术不能同时对管道的形、貌缺陷进行检测与评估这一工程难题,在前期研究工作的基础上,设计了一种基于主动式全景视觉的管道内部缺陷检测系统,能够快速获取管壁密集点云的三维坐标,同时对内壁表面缺陷进行检测与评估。首先利用主动式全景视觉传感器(AODVS)实时获取内壁全景图像和激光横断面扫描全景图像,然后对管道内壁全景图像进行柱状展开、预处理和缺陷检测及分类等处理;然后对激光横断面扫描全景图像处理,计算管道内壁点云的三维坐标,进一步对管道缺陷部分进行定量分析,最后利用三维建模技术重构带有真实纹理信息的管道模型。实验结果表明:文中设计的检测系统能够对管道凹凸形变、孔洞、管壁裂缝、腐蚀等缺陷进行检测与分析,具有较高的检测精度,为管道内表面三维测量和重构提供了一种新的手段。

TM65 m天线基础和轨道沉降及对天线指向的影响

付丽, 凌权宝, 赵融冰, 钱志瀚, 钱宏亮, 苟伟, 郭文, 范庆元, 刘庆会
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1117006-1117006(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1117006
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摘要 ( 28 ) 引用本文
天马望远镜(简称TM65 m)所建地区属于软土层,为保证望远镜高指向精度,需要坚实的基础支撑高精度的方位轨道平面。2012年7月~2015年7月,基于精密水准测量系统,采用闭合法对基础沉降及轨道面精度共进行了11次测量。测量数据表明基础沉降逐渐趋于均匀沉降,轨道面均方根误差为0.47 mm。测量结果显示天线的基础沉降和轨道面高程随方位角的变化具有相关性,说明基础沉降直接影响了轨道面的精度。采用实验、仿真和理论相结合的方法分析轨道面不平度引起的天线方位轴在东西和南北方向的误差。首先,线性插值测量的轨道不平度数据,提取某方位角对应的天线方位滚轮6支点的高程,然后将高程差作为约束边界条件施加到有限元模型上,最终仿真分析获得不同方位角下方位轴的倾斜量。同时,利用安装在天线座架上的电子倾斜仪对轨道面不平度进行测量,建立了倾斜仪xy向输出数据与方位轴倾斜及对应方位角的关系模型,经拟合计算得到方位轴的倾斜量随方位角的变化关系曲线。仿真和理论分析结果具有很好的一致性,轨道面不平度对指向精度的影响在±4″内,分析结果为天线指向模型修正提供了依据。

光谱可调谐式高分辨率光学载荷校准技术

史朝龙, 孙红胜, 王加朋, 孙广尉, 吴柯萱
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1117007-1117007(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1117007
全文: HTML (1 KB)  PDF (849 KB)  ( 138 )
摘要 ( 32 ) 引用本文
基于对高分辨率光学载荷测试设备开展现场计量和校准的迫切需求,建立一套光谱可调谐式高分辨率光学载荷校准装置,该装置中光谱可调谐光源可以发出300~800 nm范围内任意光谱分布的光能,再通过空间调制系统形成无穷远处的具有特定光谱分布的清晰目标,实现高分辨率光学载荷光谱参数校准、辐射参数校准和成像性能参数校准。校准装置的光谱辐亮度校准范围为6.54×10-4~3.14×10-1 W·sr·m-2·nm-1,空间分辨率校准精度为0.059 mrad,视场角校准范围为1°3'30″,光谱辐亮度响应非均匀性校准精度为0.39%。主要介绍了校准装置的基本原理、结构组成等,并给出了详细的测试结果。由此可见,该光学载荷校准装置具有光谱任意调制、可拓展性强、高分辨率的优点。

空间调制线偏振光谱测量的波片延迟误差校正

张荞, 李双, 刘强, 龚平
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1117008-1117008(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1117008
全文: HTML (1 KB)  PDF (848 KB)  ( 86 )
摘要 ( 21 ) 引用本文
基于四分之一波片-复合双折射光楔-偏振片的空间偏振调制结构,提出了四光束校正方法,对四分之一波片延迟量误差进行校正,从而达到提高线偏振测量精度的目的;利用计算机仿真手段,研究了待测目标圆偏振参量变化时,线偏振参量测量结果的变化情况以及相应的测量精度水平。仿真结果表明:当待测目标的线偏振度、圆偏振度分别在0.1~0.2、0~0.2随机波动时,延迟校正后的斯托克斯参量QiUi以及线偏振度的测量精度优于10-3Ui以及线偏振度的测量精度比延迟校正前提高了约14倍。

采用小波变换的空间外差光谱仪基线校正

叶松, 甘永莹, 熊伟, 张文涛, 汪杰君, 王新强
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1117009-1117009(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1117009
全文: HTML (1 KB)  PDF (936 KB)  ( 112 )
摘要 ( 42 ) 引用本文
空间外差光谱技术是应用于天文测量以及大气遥感等方面的一种超光谱分析技术。为消除应用过程中的基线漂移,提出了改进的小波变换进行基线校正的方法。通过对不同小波函数以及分解层数对基线校正结果影响的分析,对原始光谱信号进行小波分解得到细节系数和逼近系数,将逼近系数置零以实现光谱信号的重构,从而实现干涉图的基线校正。最后将小波校正结果与阈值拟合校正结果进行对比。结果显示:两种方法校正光谱的相关系数为0.999 9,结果一致,但小波变换的程序运算耗时缩短10余倍。说明利用小波变换进行空间外差干涉图基线校正是一种行之有效、省时、简便的方法。
光学设计及仿真

基于主动约束阻尼层的次镜支撑结构设计

田士涛, 徐振邦, 秦超, 夏明一, 吴清文
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1118001-1118001(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1118001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1485 KB)  ( 87 )
摘要 ( 25 ) 引用本文
为了提高空间望远镜次镜支撑结构的动力学性能,利用主动约束阻尼层对次镜支撑结构进行了设计,主动约束阻尼层在柔性结构表面覆盖阻尼材料和压电陶瓷材料,是对柔性结构进行振动抑制的有效手段。首先建立了主动约束阻尼层的有限元模型,采用比例微分控制算法对压电陶瓷进行闭环控制,分析了阻尼材料厚度和控制增益对支撑结构阻尼特性的影响,结果表明增大阻尼层厚度或增大控制增益能够提高结构阻尼特性,但增大阻尼层厚度同时也会降低压电陶瓷的驱动性能。对空间望远镜整体结构的分析结果显示,覆盖主动约束阻尼层后支撑结构的固有频率会略微降低,但是次镜位置的频率响应明显下降,次镜的面型精度也有提高。

对称棱镜式环形谐振腔结构优化

姚呈康, 李俊, 李龙
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1118002-1118002(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1118002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1453 KB)  ( 100 )
摘要 ( 39 ) 引用本文
由直角梯形棱镜构成的环形谐振腔的输出信号在机械振动环境下会受到影响,使输出波形幅值产生调制。为了改善谐振腔输出信号质量,从工程探索的角度出发,首次将对称型全反射棱镜纳入谐振腔的结构设计方案中。通过理论计算和有限元分析的方法,对比了两种谐振腔的光线传输特性和应力分布。结果表明,对于传输波长为632.8 nm的激光谐振腔而言,对称型结构可以保证构成谐振腔的光学元件具有对称的应力分布,降低棱镜上的应力双折射效应,提高输出信号的稳定性。对称性棱镜环形谐振腔的激光传输轨迹更稳定,装配要求更宽松,应力极值仅为非对称结构的15%。通过对比,在一个激励周期内,对称型谐振腔的激光输出能量波动相比原始结构降低了52.63%,平稳性获得了显著的改善。使用对称型环形谐振腔,对于提高我国现阶段环形激光传感器件的输出稳定性提供了一种新的技术途径。

立方腔平均反射光程的研究

刘高佑, 安宁, 韩兴伟, 董雪, 马磊, 范存波, 刘承志
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1118003-1118003(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1118003
全文: HTML (1 KB)  PDF (609 KB)  ( 97 )
摘要 ( 47 ) 引用本文
利用有限元光腔表面分割法对立方腔的平均反射光程(Average Reflex Optical Path Length,Lave)进行了数值模拟,给出了Lave与腔长的线性关系式,并通过TDLAS实验得到了具有不同腔长的立方腔Lave的实验值。研究结果表明,立方腔的Lave随着腔长的增加而线性增大。与之前报道的理论结果相比,采用有限元光腔表面分割法得到的Lave模拟值与实验值更为接近,误差率仅在2.5%以内。立方腔平均反射光程模拟值与腔长的关系可以作为确定腔长的依据,提高了基于立方腔的TDLAS气体测量系统的反演精度。

大尺寸空间角测量系统光轴指向不确定度评定

肖文健, 马东玺, 陈志斌, 张勇, 肖程, 秦梦泽
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1118004-1118004(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1118004
全文: HTML (1 KB)  PDF (993 KB)  ( 92 )
摘要 ( 20 ) 引用本文
由于被测对象相距较远,高精度的公共测量基准难以建立,因此大尺寸空间角测量的难度较大。为了解决大尺寸条件下空间角的现场测量问题,提出一种基于惯性基准的大尺寸空间角测量方法。首先,阐述了大尺寸空间角的测量原理并且设计了测量系统。然后,对测量系统中基于二维振镜的光轴指向不确定度进行了研究,重点分析了各类误差对光轴指向不确定度的影响。最后,利用蒙特卡洛仿真对各项误差所引起的光轴指向不确定度进行评定,为光轴跟踪装置的误差分配及其指向精度的现场评估等工作奠定了基础。

光全散射法在城市扬尘在线监测系统中的应用

路广, 李杏华, 肖云龙
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1118005-1118005(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1118005
全文: HTML (1 KB)  PDF (1353 KB)  ( 105 )
摘要 ( 12 ) 引用本文
研究了光全散射法在大范围空间颗粒物浓度监测中的应用及实现。借助于结构设计和调制解调技术去除环境中背景光对光电转换的影响,为避免光源光强的波动对系统稳定性的干扰,采取光强反馈措施进行补偿。应用多波长消光法,结合Lamber-Beer定律和Mie散射理论,实现开放空间颗粒物浓度值的测量。将系统的计算结果和标准仪器进行实时对比,二者的Pearson相关系数为0.988 9,数据有较好的一致性,系统量程可达0~400 mg/m3,响应时间为1 min。为大范围空间颗粒物质量浓度的监测提供了一种快速、实时的手段。

离轴三反系统计算机辅助装调

王彬, 伍凡, 叶玉堂
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1118006-1118006(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1118006
全文: HTML (1 KB)  PDF (1937 KB)  ( 146 )
摘要 ( 11 ) 引用本文
为实现对离轴三反系统快速、有效的装调,提出了一种离轴三反系统计算机辅助装调(CAA)方法。该方法在理论分析失调后离轴三反系统像差特性的基础上,结合CAA技术及光学装调的实际情况,选择出最少且最合理的调整量;根据检测数据及CAA数学模型直接计算出调整量的大小及方向。采用该方法对一离轴三反系统进行实际装调,将调整量从11个减少到7个,利用波前传感器被动式检测方法对离轴三反系统0及±1视场像质进行检测,通过一次计算调整快速使该系统全视场波像差从RMS≤0.32λ减少至RMS≤0.067λ(λ=632.8 nm),结果表明该装调方法简单、有效。

基于在线最小二乘支持向量机的变形镜建模与控制

张东阁, 傅雨田
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1118007-1118007(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1118007
全文: HTML (1 KB)  PDF (1199 KB)  ( 103 )
摘要 ( 25 ) 引用本文
为消除变形镜的建模误差,提出了基于在线最小二乘支持向量机的变形镜建模方法。首先,分析了温度和驱动器非线性等因素对变形镜响应矩阵的影响;然后,介绍了最小二乘支持向量机及在线更新的原理,并将其引入97单元变形镜的集成仿真模型。根据变形镜不断更新的运行数据,最小二乘支持向量机进行在线训练和模型更新,构建当前状态变形镜的等效模型,并输出下一时刻的电压预报值。仿真结果表明:基于在线最小二乘支持向量机的变形镜建模方法摆脱了固定模型的约束,具有自适应更新的特点,稳健性好,控制电压预测精度高,有利于提高自适应光学系统的控制精度。
激光雷达技术

差分像移大气湍流廓线激光雷达的研制

周颖捷, 周安然, 孙东松, 强希文, 封双连
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1130001-1130001(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1130001
全文: HTML (1 KB)  PDF (891 KB)  ( 139 )
摘要 ( 51 ) 引用本文
大气折射率结构常数在自适应光学系统、天文观测以及大气湍流模型等研究领域都有着重要的意义。基于差分像移的大气湍流廓线的测量原理,研制了一套距离分辨的大气湍流廓线激光雷达。差分像移湍流廓线激光雷达相比传统湍流测量技术对仪器误差,比如震动和离焦不敏感,可以对目标进行实时的主动探测,并能够得到测路径上随距离分布的大气湍流廓线。介绍了差分像移湍流廓线激光雷达的基本原理与系统结构,利用该湍流廓线激光雷达进行了外场探测实验,探测距离信号发射点200~8 000 m的目标大气,距离分辨率为200~1 000 m,共13个采样点。采用50 Hz帧率的ICCD相机获取信号,每个采样点测量20 s,获得1 000张图像,计算出对应的差分像移,并进一步反演出对应的折射率结构常数,得到了大气湍流的距离分布廓线,最后对实验的结果与过程进行分析,验证了该激光雷达系统的功能性。

天基合成孔径激光雷达系统分析

李道京, 杜剑波, 马萌, 胡烜, 乔明
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1130002-1130002(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1130002
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摘要 ( 38 ) 引用本文
介绍了国内外合成孔径激光雷达的研究现状,讨论了其技术体制、工作模式和光学系统特点。给出了一个用于空间目标观测的天基合成孔径激光雷达系统方案,并对其主要的性能指标和关键技术进行了分析。研究表明:天基合成孔径激光雷达可以在大前斜视角条件下,以高数据率对目标实现远距离高分辨率成像。
太赫兹技术及应用

THz技术在大气探测领域的应用研究进展

李书磊, 刘磊, 高太长, 黄威
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1125001-1125001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1125001
全文: HTML (1 KB)  PDF (681 KB)  ( 129 )
摘要 ( 27 ) 引用本文
THz波的频段范围(0.1~10 THz)及其特性使THz波具有较高的空间分辨率及大气参数灵敏性,同时THz辐射在地球辐射平衡中的重要作用决定了其在大气探测领域有重大的研究价值和广阔的应用前景。介绍了THz技术在大气探测领域的应用现状,重点分析介绍了THz波遥感探测大气水汽廓线、温度廓线、卷云的微物理参数及大气微量气体成分的原理、特性及存在的问题,最后对THz波大气探测技术的研究提出几点建议和展望,并指出了当前THz波大气探测技术的研究前沿和研究热点。

理想介质中太赫兹波传输过程仿真

吴建军, 尹玉富, 刘茂君, 甄彤
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1125002-1125002(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1125002
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摘要 ( 27 ) 引用本文
THz波与介质之间的相互作用及其在介质中的传输特性是THz技术研究领域内的基础问题,是THz辐射探测、成像及无损探测等系统设计的重要依据。针对介质中THz波传输问题,从电磁传输理论出发,同时结合国内外相关文献中的实验结果报道,利用系统分析的思想,分别构建了THz波在均匀介质和理想缺陷介质中的传输模型,并给出了相应的系统传输函数,最后结合仿真实验,对上述传输模型的有效性与合理性进行了验证和分析。仿真结果符合基本的物理规律,且与实际观测现象具有较好的一致性,因此所做工作及结论,对于深化THz波与介质相互作用及传输机理的认识均具有一定的借鉴意义。

太赫兹时域光谱系统静区测试及数据处理

张旭涛, 孙金海, 蔡禾, 张少华
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1125003-1125003(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1125003
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摘要 ( 24 ) 引用本文
为测量太赫兹时域光谱散射测量系统的静区场强分布,以确定后续测量目标的尺寸,将金属球在静区三维方向上移动测量回波,分别采用不同软件处理实验数据并得到不同类型的数据拟合曲线,由拟合曲线得到了静区的三维空间范围。通过不同类型的曲线拟合发现,相对于入射波方向在静区横截面的两维方向上,电场强度分布近似为高斯分布,而在入射波方向上的场强分布在某一范围内存在波动现象。还对系统的线性度进行了测量,结果显示了系统具有良好的线性度。
光通信与光传感

保偏光纤侧视光强相关峰锐度的定轴方法

翁晓泉, 冯迪, 黄怀波, 赵正琪
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1122001-1122001(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1122001
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摘要 ( 17 ) 引用本文
在保偏光纤偏振轴的定位和对准技术中,侧视成像法为目前的主要方法。现有的侧视成像法对光强形貌特征具有较高要求,为了提高它们的通用性,提出了基于侧视光强相关峰锐度的定轴方法。该方法首先通过侧视光强曲线间的相关运算得到相关系数曲线,进而利用相关系数曲线的峰值尖锐程度作为特征值。相比于传统侧视成像法,该方法不受光强形貌特征的限制,因此具有更强的通用性。为了提高该方法的精度,对不同观测平面的定轴精度进行了比较,从而确定了具有理想定轴精度的观测平面范围。在此基础之上,对该方法的实际精度进行了实验验证,结果表明:利用该方法可以获得优于0.9°的定轴精度。

光纤环形谐振腔输入功率波动对谐振式光纤陀螺的影响

郑华, 郑永秋, 安盼龙, 张婷, 卢晓云, 薛晨阳
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1122002-1122002(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1122002
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摘要 ( 34 ) 引用本文
谐振式光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的高精度惯性传感器。作为一种互异性噪声,光纤谐振腔输入功率的波动会造成陀螺的检测误差。首先,分析了光纤谐振腔输入功率波动产生噪声的机理。通过对不同输入功率下的谐振腔传输特性和陀螺解调输出的理论及实验分析得到了谐振腔输入功率波动引起的检测误差的表达式。当输入角速度为500(°)/s、输入功率为0.69 mW时,0.007 5 mW的功率波动会引起5.26(°)/s的检测误差。其次,研究了谐振腔输入功率波动对陀螺标度因数的影响。通过计算发现随着输入功率波动的增大,解调曲线的线性区将会发生扭曲,同时陀螺的标度因数非线性度会恶化,为谐振式光纤陀螺中输入功率波动噪声的估测提供了参考。

采用NPRO光源的零差相干光通信实验

王云祥, 李庭权, 邱琪, 史双瑾, 苏君
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1122003-1122003(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1122003
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摘要 ( 29 ) 引用本文
在空间相干光通信应用中,针对传统激光器线宽较宽、相位噪声大、易导致锁相环路失锁的问题,研制了单频Nd:YAG非平面环形(NPRO)激光器,其线宽小于1 kHz,相对强度噪声(RIN)低于-150 dB/Hz,具有窄线宽、低噪声的特点。搭建了光锁相环路,在信号光功率-67 dBm的情况下实现了两台NPRO激光器的相位锁定。在此基础上开展了信号频率为10 MHz和1.25 GHz的模拟通信实验,在信号光功率分别为-60 dBm和-53 dBm时可观测到较理想的眼图。在2.5 Gbps数字通信实验中,接收灵敏度达到-50 dBm,此时误码率为3.2×10-6。系统灵敏度可接近量子极限,明显优于传统的IM/DD方式,是一种适合长距离、大容量传输的空间通信方式。
空间光学

空间遥感器反射镜组件结构设计方法

王克军, 宣明, 董吉洪, 李威, 张缓缓
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1113001-1113001(11). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1113001
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摘要 ( 18 ) 引用本文
针对空间遥感器反射镜组件的结构复杂性和高性能需求,对空间遥感器反射镜组件的设计方法进行了研究。提出了一种经验设计、拓扑优化与尺寸参数优化相结合的设计方法,该方法可使设计结果快速收敛,获得最优化的设计结构。采用该方法完成了某空间遥感器反射镜组件的结构设计,通过有限元分析的手段得到了表征反射镜成像质量的RMS值,同时对整个反射镜组件进行了动力学分析计算,最后利用环境试验对有限元分析结果的正确性和设计的合理性进行了验证。结果表明:在重力载荷、温度载荷、镜面加工残差和装配误差的综合影响下,反射镜组件面形误差RMS值满足使用要求;整个结构有一个好的动态刚度和合理的模态分布,反射镜组件动态性能优良,满足使用要求。针对反射镜组件的设计,该设计方法是一种有效的、可靠的设计方法。

空间调制偏振光谱测量定标方法

李双, 袁齐, 龚平
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1113002-1113002(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1113002
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摘要 ( 49 ) 引用本文
研究了基于四分之一波片-复合双折射光楔-偏振片空间调制结构的定标方法,并给出了相应的光谱、辐射定标方程。基于结构的偏振调制原理,提出了线性最小二乘偏振定标方法。仿真分析表明,该定标方法对于调制结构偏振调制系数的定标精度要比传统的四点法更高,最小二乘定标法得到的调制系数与真实调制系数间的偏差波动在整个调制周期内约为2×10-4,且呈随机分布。

星敏感器安装误差的三位置法地面标定方法

王宏力, 何贻洋, 陆敬辉, 杨阳, 陈俊宇
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1113003-1113003(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1113003
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摘要 ( 35 ) 引用本文
针对目前星敏感器安装误差标定过程中存在的标定模型复杂标定测试流程繁琐等问题,提出了一种星敏感器安装误差的三位置法地面标定方法。该方法根据坐标系的欧拉变换,构建了星敏感器安装误差的数学模型;根据误差模型,提出了基于三轴精密转台的安装误差三位置法地面标定策略。采用最小二乘法和三位置法进行仿真对比实验,结果表明,安装误差的三位置法标定结果比最小二乘法标定结果的稳定性提高了近10倍。三位置法还具有标定测试流程简单等优点,对提高星敏感器的使用精度具有重要参考价值。
空间碎片探测

低轨空间碎片弹道系数及应用

陈俊宇, 李彬, 章品, 杜建丽, 陈立娟, 桑吉章
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1129001-1129001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1129001
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摘要 ( 32 ) 引用本文
稀疏数据条件下,弹道系数是影响低轨空间碎片精确轨道确定与预报的关键因子。使用长期累积的TLE(二行根数)跟踪数据,通过半长轴的大气阻力摄动方程,将2 000多个轨道近地点高度低于850 km的空间碎片的弹道系数进行估算,得到这些空间碎片的弹道系数值,并给出弹道系数的两个应用实例。第一个应用实例关于利用弹道系数进行TLE的数据质量检测。使用质量检测方法剔除质量可疑的TLE后,对14个面质比较大的空间碎片进行弹道系数的重新估算,估算误差均显著减小,其中11个新计算得到的弹道系数与参考值的相对误差小于20%。第二个实例验证弹道系数在所谓的TLE-OD/OP方法中的应用。以GRACE-B卫星为例,精密轨道预报为参考,结果表明利用多组TLE的TLE-OD/OP的轨道预报精度显著优于TLE/SGP4的精度。
前沿光学成像技术

关联成像的点扩散函数分析法

施展, 樊祥, 程正东, 朱斌, 陈熠
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1124001-1124001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1124001
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摘要 ( 40 ) 引用本文
点扩散函数(PSF)是传统成像光学中一种典型的分析方法。针对关联成像这一全新的成像理论,借鉴点扩散函数分析方法,采用半经典理论对其成像过程进行了重新推导,给出了鬼像和物体透射函数之间的点扩散函数。以此为基础,推导了成像光路中存在湍流时,与之对应的PSF以及鬼像的表达式。最后对成像过程进行了数值仿真分析。结果表明,PSF可以有效地描述关联成像的过程,并且可以定量分析成像距离、光源大小和湍流强度对鬼像的影响程度。
信息获取与识别

基于可分离模糊核的复合运动模糊星图建模与仿真

袁洪琳, 李帆, 于涛, 张存读, 赵建辉
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1126001-1126001(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1126001
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摘要 ( 35 ) 引用本文
在采用天文光学自主导航方式进行深空探测时,导航星的视星等高,为获取清晰的星图,星敏感器焦距长、曝光时间长,同时受探测器多种运动复合的影响,星图易产生模糊拖尾现象,很难用基于硬件的常规方法有效复原。研究复合运动模糊星图的建模方法,可揭示星敏感器与导航星的真实相对运动对星图像质的影响规律,从而用软件算法复原高像质星图,提高星敏感器的动态性能。由于缺乏确定的参数模型,复合运动模糊星图建模难度较大。提出了一种基于可分离模糊核的复合运动模糊星图建模的新方法,研究星敏感器角运动和角振动对成像的影响,并与常用的分步模糊方法比较。仿真表明:基于可分离模糊核方法的仿真星图更符合星敏感器实际运动对星图退化的影响;星敏感器的复合运动特别是旋转运动对质心提取效果具有显著影响,严重时会导致星敏感器无法定姿。

基于人工靶标的多光谱遥感图像真彩色合成

黄红莲, 易维宁, 杜丽丽, 崔文煜, 曾献芳
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1126002-1126002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1126002
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摘要 ( 21 ) 引用本文
多光谱真彩色合成图像在遥感图像解译判读、目标识别和信息处理等领域具有广阔的应用前景。真彩色合成技术取决于获得准确的X、Y、Z三刺激值,以建立相机RGB三基色体系与人眼视觉颜色体系之间的关系。为此,提出了基于彩色目标光谱信息的多光谱图像真彩色合成方法,通过在卫星过顶时铺设人工靶标,利用实测的靶标反射率光谱,计算相机三基色体系RGB与人眼视觉颜色体系CIE-XYZ之间的转换矩阵,构建适用于一定大气条件下的真彩色校正模型。利用高分一号卫星多光谱图像进行真彩色校正实验的结果表明,该方法对色彩丰富度不同的图像均具有较好的颜色校正效果。

资源限制型可重构并行信息处理方法

陆智俊, 贲德, 毛博年
红外与激光工程. 2016, 45 (11): 1126003-1126003(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1126003
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摘要 ( 26 ) 引用本文
针对立方体钠卫星GNC信息处理系统高计算性能与低功率消耗相矛盾的问题,提出了一种资源限制型可重构并行信息处理方法。该方法采用紧耦合可重构并行信息处理架构,将GNC信息处理中需要多次迭代计算且不适合CPU处理的复杂软件算法,以动态部分重构硬件电路单元(DPR)的方式实现,采用基于互斥量的多核并行可重构资源调度算法,通过多核CPU并行管理与调度共享的DPR单元,完成软件算法的硬件加速与优化。实验结果表明,该方法实现了立方星GNC信息处理系统的高效实时快速处理,与传统信息处理方法相比,可节约50%左右的功耗,可应用于计算资源极为有限的星上信息处理领域,具有很好的工程应用前景。
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