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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 (12)   出版日期:2016-12-25
  本期栏目:大气光学 光谱探测与分析 生物光子学 光电导航与控制 结构与控制 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 微纳光学 先进光学材料 激光技术及应用 
红外技术及应用

化学机械抛光产生的碲镉汞材料亚表面损伤层的研究

乔辉, 陈心恬, 赵水平, 兰添翼, 王妮丽, 朱龙源, 李向阳
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1204001-1204001(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1204001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1098 KB)  ( 93 )
摘要 ( 10 ) 引用本文
针对化学机械抛光工艺对碲镉汞材料所产生的亚表面损伤层进行了研究。利用椭圆偏振光谱方法对经过腐蚀剥层的碲镉汞材料表面进行了光学表征,认为化学机械抛光工艺造成的亚表面损伤层的深度大概为抛光工艺中所使用研磨颗粒直径的15~20倍。通过少子寿命表征和光导器件性能的对比测试,认为将该亚表面损伤层完全去除后,材料的少子寿命和器件的光电性能会得到明显的提高。

基于导热反问题的复合材料内壁不规则缺陷Ansys二次开发红外诊断识别

吕事桂, 阳再清, 丛书全
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1204002-1204002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1204002
全文: HTML (1 KB)  PDF (935 KB)  ( 69 )
摘要 ( 12 ) 引用本文
针对人工编程数值建模进行缺陷识别反问题求解存在编程复杂、分析效率低的局限性,提出了采用通用有限元数值计算软件Ansys结合共轭梯度算法进行二次开发对复合材料内壁不规则缺陷进行红外诊断定量识别的方法,并引入了相对敏感系数的概念用于比较评估试件检测状态对缺陷边界形状定量识别的影响。通过相对敏感系数分析发现,不同检测状态下内壁不规则缺陷的可检测性并不相同,采用检测面达到最大温差时刻点的瞬态检测比稳态检测更具优越性。数值试验验证了Ansys二次开发红外诊断识别的可行性和相对敏感系数比较评估的有效性。

热像仪探测泄漏气体的信噪比建模与测试

罗秀丽, 唐璟, 王岭雪, 蔡毅, 薛唯, 张小水, 王书潜
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1204003-1204003(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1204003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1403 KB)  ( 81 )
摘要 ( 70 ) 引用本文
建立了能够定量预测热像仪探测泄漏气体能力的信噪比(SNR)与气体浓度(C)模型SNR-C,利用该模型对制冷热像仪GasFindIRTM在SNR=1时对应的甲烷气体浓度进行预测,预测数据与实际测试数据吻合。搭建了SNR-C室内测试装置,测试了非制冷热像仪Photon320在以298、303、308、313和318 K面源黑体为背景时探测乙烯气体的SNR-C曲线。数据分析发现,Photon 320在SNR≈5时,实测与预测乙烯浓度在各黑体背景温度下均比较接近。在SNR=5时,模型预测的乙烯气体浓度分别为3146、987、570、394和298 ppm,该变化规律与实际测量结果一致。建立的SNR-C模型能预测热像仪探测气体的能力,而搭建的测试装置能定量测量热像仪探测泄漏气体时信噪比与气体浓度之间的变化关系,可用于热像仪探测泄漏气体的室内性能测试。

焦距固定红外探测系统定标实验

邹前进, 刘连伟, 陈前荣, 许振领, 陈洁, 姚梅
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1204004-1204004(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1204004
全文: HTML (1 KB)  PDF (623 KB)  ( 92 )
摘要 ( 19 ) 引用本文
辐射定标数据在目标辐射特性数据测量和仿真试验应用中均有重要作用。首先对焦距固定红外探测系统外场定标方法进行了初步分析。采用近距离直接扩展源法、远距离扩展面源法和平行光管定标法对焦距固定红外探测系统进行了定标实验研究。实验发现:近距离直接扩展源法对旋转的红外探测系统不适用;远距离扩展面源法对路径辐射、路径透过率和环境辐射修正较为困难;平行光管定标法操作较为麻烦,但考虑目标特性数据的有效性和实用性,需考虑平行光管定标。文中对焦距固定红外探测系统辐射外场定标技术改造研究、红外目标特性测量系统研制具有较大的参考意义。

红外望远镜站址大气传输和环境背景特性的测量分析研究

戴聪明, 张志勇, 马力, 冯志伟, 魏合理
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1204005-1204005(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1204005
全文: HTML (1 KB)  PDF (1162 KB)  ( 71 )
摘要 ( 22 ) 引用本文
大口径的地基红外望远镜必须安装在具有良好大气条件的观测台站才能充分发挥其性能,天空背景辐射和大气传输特性是地基红外望远镜站址选择所需考虑的重要内容。采用消光-小角度散射法在西藏羊八井实测了太阳直接红外辐射和大气背景红外辐射,并根据备选站点的大气参数,采用CART软件计算了当地8~14 μm波段整层垂直大气的光谱透过率、太阳直接光谱辐射和地面大气垂直向下的背景光谱辐射,以及相关量的波段积分值,这些结果有助于地基红外太阳望远镜的站址选择。
激光器技术

质子注入型光子晶体垂直腔面发射激光器制备

蒋国庆, 徐晨, 解意洋, 荀孟, 曹亚鹏, 陈弘达
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1205001-1205001(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1205001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1222 KB)  ( 75 )
摘要 ( 25 ) 引用本文
在光子晶体垂直腔面发射激光器中采用质子注入工艺,使台面工艺变成纯平面工艺,降低了光子晶体结构制备难度,简化了器件制备,提高了器件的均匀性。质子注入型光子晶体垂直腔面发射激光器中的光子晶体结构,在电流限制孔小于光子晶体缺陷孔时,仍能控制器件光束及模式特性,该结果可用于优化器件阈值电流,制备高性能低阈值电流基横模器件。实验所设计制备的器件,在注入电流小于12.5 mA时,阈值电流2.1 mA,出光功率大于1 mW,远场发射角小于7°,有效验证了光子晶体结构在质子注入型面发射激光器中的光束改善及模式控制作用。

掺铥光纤激光器波长可调谐输出特性

陶蒙蒙, 陶波, 余婷, 王振宝, 冯国斌, 叶锡生
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1205002-1205002(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1205002
全文: HTML (1 KB)  PDF (914 KB)  ( 89 )
摘要 ( 29 ) 引用本文
利用1 550 nm光纤激光器搭建了一个同带泵浦环形腔掺铥光纤激光器,并对其光谱输出特性进行了研究。在1 550 nm激光泵浦下,1.6 m掺铥光纤自发辐射谱覆盖1 800~1 900 nm范围,3 dB带宽大于60 nm;通过在腔内插入隔离器,获得了线宽小于0.2 nm的激光输出,中心波长在1900 nm附近;进一步在腔内加入FP腔,获得了可调谐的窄线宽输出,光谱调谐范围达60 nm,覆盖从1 840~1 900 nm的光谱范围,激光线宽仅为0.07 nm。另外,在腔内使用通信波段用FP腔,同样获得了较宽调谐范围的窄线宽输出。输出光谱分为1 820~1 850 nm和1 865~1 915 nm两个区域,调谐范围共达80 nm。结合使用2 000 nm FP腔的可调谐光谱范围,该激光器在1 820~1 915 nm的范围都可以获得激光输出,与掺铥光线的自发辐射谱基本相符。

高功率声光调Q主振荡功率放大器

王彬, 孙洪涛, 于永吉, 张健, 金光勇
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1205003-1205003(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1205003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1744 KB)  ( 92 )
摘要 ( 16 ) 引用本文
为了实现在高重复频率调Q的同时,又有好的光束质量。实验设计了激光二极管抽运的高重复频率、高功率的主功率放大(MOPA)结构激光器,激光器采用声-光调Q,主振荡功率放大+二级放大的结构。优化了主功率放大(MOPA)激光器的结构和相关参数,完成了关于高功率高重频主功率放大(MOPA)结构激光器的实验研究,并且通过合理排列光学元件在谐振腔中的位置来实现光束质量的提高,利用聚焦镜和狭缝来实现激光模式的匹配。在重复频率为50 kHz时,实现了最高功率为51.3 W,输出脉宽为18.62 ns,光束质量为MX2=1.882、MY2=1.971的激光输出,光-光转换效率为23.75%。在增益导引的作用下,主振荡功率放大(MOPA)激光器的输出光光束质量得到了有效的提高。

用于SERF原子磁力仪的DFB激光器温度控制系统

陈晨, 秦佳男, 张雪, 林君, 王言章
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1205004-1205004(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1205004
全文: HTML (1 KB)  PDF (1588 KB)  ( 112 )
摘要 ( 55 ) 引用本文
由于分布反馈式(DFB)激光器的工作温度会影响其激射波长,降低无自旋交换弛豫(SERF)原子磁力仪的磁场测量灵敏度,以TMS320LF2812为核心控制器,采用数字比例-积分-微分(PID)控制技术,设计并研制了一种高精度、高稳定性DFB激光器温度控制系统。在硬件电路设计方面,由温度控制前向通路和温度采集后向通路组成,构成完整的闭环温度控制结构。软件设计中,采用Ziegler-Nichols工程整定方法,实现对P、ID三个参数的整定。以中心波长为852 nm的DFB激光器为被控对象,利用该温度控制系统对其进行了温度控制实验。实验结果表明:系统的有效控温范围为5~60℃,控温精度为±0.02℃,稳定时间为20 s。并且在长时间(220 min)测试中,DFB激光器工作温度稳定性优于7.9×10-4(RMS),为其在SERF原子磁力仪的实用化方面提供了性能保障。
激光技术及应用

电子束时间展宽皮秒分幅相机

蔡厚智, 龙井华, 刘进元, 谢维信, 白雁力, 雷云飞, 廖昱博
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1206001-1206001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1206001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1393 KB)  ( 60 )
摘要 ( 25 ) 引用本文
研制了基于电子束时间展宽技术和微通道板(microchannel plate,MCP)选通技术的时间展宽分幅相机。相机有三条厚度80 nm、宽度8 mm的微带阴极,阴极上加载斜率为2.1 V/ps的高压斜坡脉冲,使得先发射的电子较后面的电子速度快,经过50 cm的漂移区后,电子束产生时间展宽,从而提高相机时间分辨率。阴极和MCP均加载了脉冲电压,因此,需要精确同步光脉冲、阴极脉冲和MCP选通脉冲,分析了完整的同步过程。当阴极仅加直流电压,无电子束时间展宽时,获得相机的时间分辨率为78 ps。当阴极加载高压斜坡脉冲时,电子束时间展宽技术将系统的时间分辨率提高至12 ps。改变延时,将光脉冲分别同步在斜坡脉冲不同位置,获得了时间分辨率与同步位置的关系。

PMMA激光辐照融化形貌和组织特征分析

谭文胜, 周建忠, 黄舒, 盛杰, 徐家乐
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1206002-1206002(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1206002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1313 KB)  ( 71 )
摘要 ( 18 ) 引用本文
为了深入研究聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的CO2激光辐照融化特性,依据热传导和能量守恒原理,建立低功率CO2激光辐照融化理论分析模型,解析计算CO2激光辐照融化PMMA的激光参数阈值,分析激光参数与温度变化相互关系,采用数码显微系统、SEM扫描电镜和XRD分析仪,测试分析PMMA试样的融化形貌和组织特征变化。结果表明,激光功率密度31.8~47.7 W/cm2可以满足PMMA融化且不发生热分解,实验结果与激光融化阈值理论计算基本相符,可为PMMA的CO2激光融化机制及其成型工艺研究提供参考依据。

应用卡尔曼滤波技术的激光熔覆宽度检测

姜淑娟, 王可
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1206003-1206003(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1206003
全文: HTML (1 KB)  PDF (670 KB)  ( 62 )
摘要 ( 22 ) 引用本文
对金属零件激光成形过程闭环控制系统中,熔覆宽度的检测技术进行了研究,提出了一种基于卡尔曼滤波技术的熔覆宽度检测方法。利用视觉传感系统获取激光加工过程中的熔池图像,经过图像处理与图像标定求熔覆宽度作为参量建立系统状态方程和测量方程,应用卡尔曼滤波算法对图像上的熔宽和熔宽变化进行状态估计,得到最小均方差条件下的熔覆宽度最佳预测值,从而减小过程噪声和测量噪声引起的熔覆宽度测量偏差,测量平均误差由0.028 mm降为0.009 3 mm,实现加工过程熔覆宽度的精确检测。实验结果证明:将卡尔曼滤波技术应用到熔覆宽度检测过程中可以大大提高熔宽检测精度。

间隔掺杂低温Yb:YAG叠片放大器的热效应优化

肖凯博, 蒋新颖, 袁晓东, 郑建刚, 郑万国
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1206004-1206004(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1206004
全文: HTML (1 KB)  PDF (2183 KB)  ( 87 )
摘要 ( 18 ) 引用本文
针对高重复频率运行下低温氦气冷却的间隔掺杂Yb:YAG叠片激光放大器中热效应的问题,提出了一种多层Cr4+:YAG热管理技术,并优化设计了放大器Cr4+:YAG间隔层和包边结构以减少热效应的影响。利用三维有限元和琼斯矩阵方法,分析了不同Cr4+:YAG结构激光介质中温度和应力应变分布,并模拟计算了热致双折射退偏损耗和波前畸变。数值结果表明,通过设计两层和三层Cr4+:YAG结构,降低与增益介质相邻Cr4+:YAG中的热沉积,增益区内的横向温差可降低到1.5 K以内,光束经过整个放大器后平均退偏损耗和波前畸变可分别减少到0.5%、0.8λ;进一步合理地设计Cr4+:YAG的层数和吸收系数能有效消除热效应对光束质量的影响。

激光场作用下原子系统中光学烧孔和慢光效应

李东康, 刘玉娟
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1206005-1206005(4). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1206005
全文: HTML (1 KB)  PDF (602 KB)  ( 72 )
摘要 ( 23 ) 引用本文
在四能级N模型原子系统中,当一束饱和光和一束探测光同向传播并且两束耦合光反向传播时,由于饱和光与探测光不能处于相消多普勒状态,可以同时在吸收光谱中观测到五个下凹,均为相干光学烧孔。通过缀饰态理论,计算了烧孔的位置,发现中间深而窄的烧孔是由两个相干光学烧孔叠加而成。通过参考系数的合理调节以及改变饱和光的拉比频率,可以改变烧孔形成的深度;通过改变耦合光的拉比频率,可以改变烧孔形成的位置。最后通过数值模拟得出饱和光的拉比频率在相干光学烧孔中实现光速减慢起到重要作用。这些结论对未来的光量子存储、光量子信息都有着重要的应用价值。

32×32面阵InGaAs Gm-APD激光主动成像实验

孙剑峰, 姜鹏, 张秀川, 周鑫, 付宏明, 高新江, 王骐
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1206006-1206006(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1206006
全文: HTML (1 KB)  PDF (1440 KB)  ( 239 )
摘要 ( 37 ) 引用本文
近十年来,由于盖革模式APD焦平面探测器在探测灵敏度、空间分辨率和距离分辨率等方面的优势,使得面阵APD激光主动成像技术成为国际上的研究热点。考虑到大气传输特性,InGaAs材料或者HgCdTe材料的面阵APD探测器成为研制首选。在国内自研InGaAs材料的32×32像元Gm-APD基础上,搭建了一套1 570 nm激光主动成像实验平台,在成像帧频1 kHz、单脉冲能量2 mJ条件下,获得了外场3.9 km目标的轮廓像,在720 m处能获得目标的清晰表面结构距离像。通过该外场实验,证实了国内自研的面阵Gm-APD探测器性能良好,能够演示外场激光主动成像功能。实验结果表明,1 570 nm面阵APD激光成像雷达成像性能良好,能够实现远距离目标遥感探测,为未来实际应用奠定了良好的研究基础。

猫眼回波探测1.06 μm激光引发硅的损伤演化

雷鹏, 孙可, 张玉发, 聂劲松, 孙晓泉
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1206007-1206007(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1206007
全文: HTML (1 KB)  PDF (11123 KB)  ( 36 )
摘要 ( 15 ) 引用本文
利用猫眼回波的变化研究焦平面上硅在激光辐照下的损伤演化。随着激光辐照时间的增加,回波图像出现抖动,产生新的纹理,判定焦平面上硅受到损伤。损伤对应的回波图像面积不断扩大,损伤区内光斑结构逐渐变得复杂,且光斑面积不断减小,最终形成动态稳定的损伤回波图像。依据回波图像的变化分析硅的损伤形貌,依次出现表面氧化、小尺度形貌损伤、损伤面积扩大等现象。初步分析了回波图像纹理特征与焦平面上硅损伤形貌的对应关系,认为回波图像损伤区光斑的自相关性与角二阶矩随着损伤形貌粗糙度的增大而减小。

双通道接收的无扫描激光成像技术

刘波, 耿林, 刘琳, 曹昌东, 眭晓林, 颜子恒
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1206008-1206008(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1206008
全文: HTML (1 KB)  PDF (2466 KB)  ( 61 )
摘要 ( 16 ) 引用本文
比较了几种无扫描激光三维成像技术的优缺点,提出一种基于双通道接收的强度调制型无扫描激光三维成像技术,该技术具有成像速度快、精度高、可靠性好、距离远的特点。采用大功率脉冲激光器作为激光照射源,两路ICCD同时接收,双通道分光系统将接收回波分到两路ICCD,通过两路ICCD强度信息反演出目标各点距离信息。重点介绍了该项技术工作原理和实现方法,研制了原理样机,进行了成像实验,对成像结果进行了分析,实现了作用距离5.1 km、作用距离30 m时距离分辨率0.25 m的技术指标。

KrF激光和脉冲CO2激光损伤K9玻璃的实验对比与分析

王玺, 方晓东
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1206009-1206009(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1206009
全文: HTML (1 KB)  PDF (3480 KB)  ( 94 )
摘要 ( 16 ) 引用本文
对KrF准分子激光辐照K9玻璃进行了损伤实验,并与脉冲CO2激光损伤K9玻璃进行了对比分析,研究了紫外和远红外两种激光系统对同种光学材料的损伤特性。实验结果结果表明,KrF准分子激光和脉冲CO2激光对K9玻璃的损伤形貌基本相同,损伤主要是热力耦合损伤机制,但是两者在损伤阈值和损伤时间等方面仍有很大差别。与脉冲CO2激光相比,K9玻璃的KrF准分子激光损伤阈值更低,并且损伤持续时间更短。通过两类激光在波长和光子能量上的巨大差异可以很好地解释这一现象。该研究结果对准分子激光在空间工程应用上有着非常重要的参考价值。

利用晶体拼接实现大口径会聚光束三倍频

王军华, 程文雍, 杨菁, 杨厚文, 王晓倩
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1206010-1206010(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1206010
全文: HTML (1 KB)  PDF (779 KB)  ( 78 )
摘要 ( 33 ) 引用本文
惯性约束聚变激光驱动器中,熔石英透镜的紫外激光损伤问题一直是限制其负载能力提升的重要因素。对此提出了一种新的大口径光束三倍频构型方案,将三倍频晶体置于聚焦透镜之后,在基频光和倍频光的会聚过程中实现和频。大口径会聚光束的入射角度达36.35 mrad,为满足相位匹配条件,三倍频晶体采用相位匹配接受角度更大、损伤阈值更高的LBO晶体。理论分析表明,3块切割角度不同的LBO晶体拼接即可满足会聚光束相位匹配容忍角的要求。原理性实验也验证了该方案的可行性。该构型不仅能规避熔石英透镜的紫外激光辐照,提升激光驱动器的负载能力,而且能突破LBO晶体的口径受限问题。

基于光子晶体光纤的受激拉曼散射全光波长转换研究

巩稼民, 孟令贺, 杨萌, 郭涛, 郭翠
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1206011-1206011(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1206011
全文: HTML (1 KB)  PDF (600 KB)  ( 76 )
摘要 ( 23 ) 引用本文
基于光纤中前向瞬态受激拉曼散射效应分析理论,利用光子晶体的高非线性特性,对光子晶体光纤拉曼波长转换进行了数值分析,并建立了全光波长转换设计方案的理论模型,给出了设计原理框图及实现方法。用OptiSystem对四路探测光进行波长转换仿真,仿真结果表明:所设计的全光波长转换器同时对四路探测光实现波长转换,转换输出的信号光码型和输入泵浦信号光码型一致,并且所得到的眼图线迹清晰,“眼睛”张开度良好。论证了该设计方案可行。

激光目标模拟器逼真度量化评估方案

龚勇, 王茜蒨, 单斌, 李晓阳, 彭中
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1206012-1206012(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1206012
全文: HTML (1 KB)  PDF (679 KB)  ( 75 )
摘要 ( 7 ) 引用本文
激光目标模拟器逼真度主要用来评估目标模拟器出射激光对实际场景中激光照射器出射激光在传输及被目标发射时的近似程度。逼真度评估的有效程度取决于评估方案的适用性及实际可操作性。因此,提出了一种激光目标模拟器模拟逼真度的有效评估方案,并给出了具体指标的量化逼真度定义。首先给出了实战中的激光能量传输模型和半实物仿真系统中的光斑控制模型,接着以此为依据重点研究了激光目标模拟器激光脉冲和激光光斑特性的逼真度评估内容,最后通过计算各分项指标权重,得出了激光目标模拟器的整体逼真度。逼真度量化评估方案可应用于激光目标模拟器的设计及性能评估,从而达到在室内完成半实物仿真测试以减少总体测试费用和时间的目的,对于现代化武器系统设计具有十分重要的意义。

高反Al2O3/SiO2膜内超快激光预损伤动力学过程

袁伟, 邢昕, 韩冬佳, 李泽汉, 薛冰, 小林孝嘉, 杜鹃, 赵元安, 冷雨欣, 邵建达
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1206013-1206013(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1206013
全文: HTML (1 KB)  PDF (864 KB)  ( 84 )
摘要 ( 49 ) 引用本文
利用紫外飞秒激光光谱技术研究了Al2O3/SiO2高反射膜内的超快载流子动力学。通过实验,发现该反射膜Al2O3层的载流子动力学在紫外反射膜的激光诱导损伤中起着至关重要的作用。通过泵浦-探测实验,发现紫外飞秒激光与光学薄膜作用后,光学薄膜反射率有所下降,且探测光反射率变化的峰值在约2.3 ps的时间内从417 nm左右转移到402 nm左右。为了更好的解释激光诱导载流子动力学,一个具体的理论模型被提出来,该模型指出导带自由电子弛豫过程中与晶格相互作用,产生距导带一个光子能量的中间缺陷态,其初始电子密度影响了材料损伤阈值高低。通过该理论模型得出的激光损伤阈值数据和实验数据吻合得很好。

真空环境下脉冲激光烧蚀等离子体羽流特性分析

常浩, 金星, 林正国
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1206014-1206014(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1206014
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摘要 ( 23 ) 引用本文
激光清除空间碎片利用的是高能脉冲激光烧蚀固体靶材的冲量耦合效应,对于空间碎片来说,激光辐照下的反冲冲量取决于碎片等离子体羽流的喷射过程,并且会随着激光辐照方向的变化而变化。因此,有必要研究空间碎片激光辐照下的等离子体羽流特性。针对等离子体羽流的流场超高速、瞬态、强自发光背景、小尺度的技术难点,采用纳秒级曝光、多幅照片精确拼接技术,采用高速相机和激光器同步时序控制技术,实现纳秒级时间分辨率、亚微米级空间分辨率的流场演化信息定量测量,实验获得典型碎片材料等离子体羽流演化特性,以及不同激光入射角度下的等离子体羽流演化过程,实验结果可揭示反喷冲量形成规律。
太赫兹技术及应用

GaAs样品对太赫兹微带线频谱特性的影响

张米乐, 李依涵, 何敬锁, 崔海林, 张存林
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1225001-1225001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1225001
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摘要 ( 34 ) 引用本文
太赫兹片上系统是近年来太赫兹研究的热点,是太赫兹系统集成的关键技术。太赫兹微带线(MSL)是太赫兹片上系统的关键,微带线设计的合理性,直接影响着太赫兹片上系统的灵敏度和准确度,为了更好地制作片上系统,以理论模型为参照,利用HFSS(High Frequency Structure Simulator)软件对太赫兹传输线及带阻滤波结构进行了系统的仿真研究。首先研究了微带线结构、微带带阻滤波结构的传输特性,并从应用的角度首次将样品引入仿真模型,研究了以GaAs为例的介电样品对微带滤波结构的滤波特性的影响。设计了358 GHz的微带滤波器结构,并通过改变放置在其上的GaAs样品参数,发现样品对微带滤波结构的中心滤波频率有明显影响。为太赫兹微带线的设计制作提供了精确的理论数据。

金属开口谐振环结构的太赫兹波吸收特性

李依涵, 张米乐, 崔海林, 何敬锁, 张存林
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1225002-1225002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1225002
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摘要 ( 34 ) 引用本文
太赫兹调制器、滤波器、吸收器是太赫兹波应用领域的关键器件,而金属开口谐振环是这些器件的常用结构。通过仿真及实验的手段,系统地比较了不同亚波长金属开口谐振环结构的太赫兹波吸收特性。设计并制备两种不同形式的亚波长金属谐振环,利用时域有限差分(FDTD)的模拟方法与光泵浦太赫兹探测(OPTP)的实验方法,分析了电磁波入射谐振环时,TM与TE模式下的太赫兹透射特性。发现在TM模式下,吸收峰峰值均反比于谐振环的等效电容值与等效电感值。而在TE模式下,由于偶极子振荡长度相同导致了两种谐振环吸收峰峰值相近。此外,改变外部光激励条件时实验结果表明TM模式下,单开口环比双开口环对光激励更敏感:泵浦光功率为5 mW相比无泵浦光时,单开口环透射率增加了80%,而双开口环透射率仅增加了43%。

太赫兹波超材料吸波体的特性分析

王花, 孙晓红, 王真, 齐永乐, 王毅乐
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1225003-1225003(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1225003
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摘要 ( 18 ) 引用本文
超材料吸波体通常是由一些在介质基底表面上周期分布的亚波长开口环谐振器(SRRs)组成,它们的吸收率在很大程度上取决于顶层SRRs的结构细节及介质的材料性质。利用时域有限积分法(FITD)对太赫兹波的超材料吸波体进行传输特性研究,分析了PI介质厚度、单元尺寸、开口环谐振器宽度、顶层silicon的电导率和PI介质的介电常数对太赫兹波超材料吸波体吸收峰位置和吸收率大小的影响。此超材料吸波体的特性研究对太赫兹波调制器、滤波器、吸收器及偏振器等器件设计和制备具有一定的指导意义。

太赫兹平面肖特基二极管参数模型

赵向阳, 王俊龙, 邢东, 杨大宝, 张立森, 梁士雄, 冯志红
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1225004-1225004(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1225004
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摘要 ( 20 ) 引用本文
根据太赫兹平面肖特基二极管物理结构,在理想二极管SPICE参数模型的基础上建立了二极管小信号等效电路模型。依据该二极管等效电路模型设计了基于共面波导(CPW)去嵌方法的二极管S参数在片测试结构,并对其在0.1~50 GHz、75~110 GHz频率范围内进行了高频小信号测试,利用测试结果提取了高频下二极管电路模型中各部分电容、电阻以及电感参数。将相应的高频下电容与电阻参数分别与低频经验公式电容值和直流I-V测试提取的电阻值进行了对比,并利用仿真手段对高频参数模型进行了验证。完整的参数模型以及测试手段相较于理想二极管SPICE模型和传统的参数提取方法可以更为准确地表征器件在高频下的工作状态。该建模思路可用于太赫兹频段非线性电路的优化设计。

垂直双空芯宽带太赫兹偏振分离器

侯宇, 杨会静
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1225005-1225005(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1225005
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摘要 ( 28 ) 引用本文
针对太赫兹波的特点,利用折射率匹配耦合原理,设计了一种垂直双空芯结构的偏振分离器件。与传统的分离器件相比,它具有以下优点:(1)双芯折射率匹配度高,使得对应的偏振模式所需要的分离长度很短;(2)采用双空气纤芯结构,降低材料对太赫兹波的吸收损耗;(3)通过设计,令其发生耦合的两个纤芯相互垂直,从而使y偏振模的折射率曲线部分重合,大大扩展了工作带宽的范围,其工作带宽达到了0.17 THz。此外,由于器件结构简单对称,降低了光纤的设计和制备难度,使其在太赫兹网络中具有很高的应用价值。
大气光学

非Kolmogorov大气湍流随机相位屏模拟

李玉杰, 朱文越, 饶瑞中
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1211001-1211001(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1211001
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摘要 ( 38 ) 引用本文
介绍了功率谱法、Zernike多项式法、分形法模拟生成非Kolmogorov湍流相位屏的过程,并利用这三种方法对符合非Kolmogorov统计特征的大气湍流相位屏进行了模拟。将不同方法得到的相位屏的相位结构函数与理论结构函数进行对比,分析了三种相位屏模拟方法的准确性和模拟速度。结果表明:添加次谐波和增加Zernike多项式阶数分别可以弥补功率谱法和Zernike多项式法生成的相位屏低频和高频不足的缺点,但导致模拟效率下降;分形法生成的湍流相位屏高频和低频都较为充足,且模拟效率较高;随着非Kolmogorov湍流谱幂率的增加,功率谱法所需要的次谐波级数增加,Zernike多项式法所需要的Zernike多项式的阶数减少,分形法生成的相位屏的精度更高。

亚声速横向球/柱流场对激光传输影响的数值模拟

关奇, 杜太焦, 陈志华, 闫伟, 彭国良
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1211002-1211002(2). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1211002
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摘要 ( 11 ) 引用本文
采用大涡模拟的方法计算了来流速度为0.5~0.7 Ma情况下横向球/柱形结构附近的流场,给出了密度和光程差的统计结果,并采用相屏法研究了几种流场对激光传输的影响。结果表明:密度扰动均方根和光程差均方根随着来流速度和发射孔径的增加而增大;Ma从0.5增至0.7时,孔径为0.5 m情况下,密度扰动均方根增长了90%,孔径为0.25 m情况下,光程差均方根增长了90%;Ma=0.6情况下,孔径从0.25 m增加到0.75 m时,两个参数各增加了4倍。激光Strehl比随来流速度和发射孔径的增大而减小;发射孔径为0.25 m情况下,随着Ma从0.5增加至0.7,Strehl比从0.236下降至0.045;Ma=0.6情况下,发射孔径从0.25 m增加至0.75 m过程中,Strehl下降了90%。

用于测量流层水汽的拉曼激光雷达

尚震, 谢晨波, 钟志庆, 王邦新, 王珍珠, 赵明, 谭敏, 刘东, 王英俭
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1211003-1211003(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1211003
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摘要 ( 33 ) 引用本文
水汽在大气中含量很少,但变化很大,变化范围在0.1%~4%之间,水汽绝大部分集中在对流层。随着光电探测技术的不断发展,大气衰减对光电探测造成的影响也越来越显著,其中水汽是主要影响因子之一,也是最为不确定参数。光电探测中常用红外波段,但是水汽分子浓度较大,对辐射吸收造成很大的影响。拉曼激光雷达是测量大气水汽的主要技术手段之一。介绍了自行研制的水汽测量拉曼激光雷达的总体结构和主要技术参量。测量结果显示:该激光雷达可以对夜晚8 km高度范围内以及白天边界层内的水汽进行测量。实验数据与当地探空数据进行比对,取得了较好的一致性,充分验证了该拉曼激光雷达测量水汽的有效性和可靠性。

弱湍流条件下大气光通信的阈值优化方法

李菲, 路后兵
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1211004-1211004(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1211004
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摘要 ( 23 ) 引用本文
大气湍流引起的闪烁效应会严重影响大气光通信系统的性能。自适应判决阈值技术虽然可以有效改善大气光通信系统的误码率(BER),但是难以进行实时应用。提出了一种根据各种参数统计值,将阈值设置为常量的阈值优化方法。主要考虑乘性高斯噪声并假设闪烁满足对数正态分布,分析了湍流信道中大气光通信系统的最优常量阈值,并将数值分析结果与弱湍流条件下的实验数据进行对比。对比的结果显示,最优常量阈值方法是有效可行的,相对于自适应阈值的性能降低也是可以接受的。分析还显示,在忽略孔径平均效应条件下,最优常量阈值主要取决于对数光强起伏方差和平均接收光功率,而其他参数的影响基本可以忽略。基于分析结果,提出了可以在实际应用中估计最优常量阈值的非线性模型。

夏季格尔木中间层大气温度探测初步分析

鱼艇, 潘蔚琳, 朱克云, 乔帅, 杨海龙
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1211005-1211005(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1211005
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摘要 ( 29 ) 引用本文
中间层大气温度及时空演变特征对研究青藏高原中高层大气动力、热力学结构具有重要的科学意义。利用大气物理研究所设计建造的MARMOT激光雷达对青藏高原地区中层大气温度进行探测。介绍了MARMOT激光雷达的瑞利测温原理、系统构成及主要功能参数;并利用格尔木夏季大气温度的激光雷达探测资料分析该地区中间层大气温度,并与MSIS-00大气模式和SABER卫星数据进行对比分析,获得了夏季格尔木地区中间层大气温度的初步结果,并对激光雷达的温度数据进行验证。结果表明:MARMOT激光雷达探测温度与MSIS-00模式和SABER卫星结果整体上均具有较好的一致性;在上中间层和低中间层,激光雷达均比MSIS-00模式值、SABER卫星数据偏高;在中中间层,激光雷达与卫星数据均略低于模式值。
光电器件与微系统

LED照明的光学器件设计与仿真

曾丹, 彭冬生, 蒋月
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1220001-1220001(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1220001
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摘要 ( 14 ) 引用本文
大功率LED集成光源在实际照明工程应用很多,但是集成光源的照明效果不是很理想。为了解决大功率LED集成光源难以直接应用于照明的问题,根据非成像光学理论,设定合适的初始参数,利用能量守恒建立LED光源与目标照明面之间的映射,设计了筒灯反射器和透镜。并用Tracepro软件对这两类光学器件进行模拟仿真,均得到了良好的均匀圆形照明光斑。仿真结果表明,设计出的反射器和透镜,随着发光光源面积增大,照度均匀性都降低,当光源尺寸均设置为1 mm×1 mm时,照明面上照度均匀性都达到95%以上,当光源尺寸增大10 mm×10 mm时,照明面的照度均匀性下降到85%,符合对均匀性很高的室内照明设计标准。

功率和谐波同步检测的马赫曾德调制器偏压控制技术

周鹏威, 卢田, 张益溢, 李宁钏, 李廷安
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1220002-1220002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1220002
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摘要 ( 29 ) 引用本文
为了克服马赫曾德调制器工作点随温度、压力等外界因素的漂移,需要对它的直流偏压进行补偿。以往采用微扰信号谐波检测的方案偏置点定位精度高,但由于需要在回路中附加小幅抖动信号,会引入一定的噪声,影响信号的纯度;而功率检测的方案易受光源功率自身扰动的影响,稳定性不高,且偏置点定位性能差。提出了一种平均功率和谐波检测相结合的MZ调制器偏置点控制技术,通过谐波探测确定最佳工作点,并以电光调制器前后光功率比值作为基准值进行反馈控制,提高了偏压控制的定位精度和噪声性能,同时克服了激光功率自身扰动的影响。在此过程中还提出了一种通过操控误差信号实现偏置点任意调节的方案,实现了大范围灵活的偏置点控制。实验发现,所提出的方案具有定位精度高、稳定性好和偏置点调节范围广的优点,能够很好地满足马赫曾德调制器偏置点控制的要求。

光纤陀螺光源SLD启动时波长的变化机理

王夏霄, 张宇宁, 魏良勇, 高洋洋
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1220003-1220003(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1220003
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摘要 ( 17 ) 引用本文
基于现代化战争武器和惯导系统对光纤陀螺快启动的强烈需求,对光纤陀螺启动最慢的核心器件光源超辐射发光二极管(SLD)启动时波长的变化机理进行了研究。主要包括对SLD波长随驱动电流和管芯温度的变化规律进行了理论分析和实验验证,得出了SLD的平均波长随驱动电流的增大而减小,变化量约为0.15 nm/mA,随温度线性增加,变化量大约为0.5 nm/℃;根据理论分析驱动电流和管芯温度启动时的变化规律建立了SLD启动时波长的变化模型;通过实验测试得到的驱动电流和管芯温度启动测试结果推导出了SLD启动波长最大变化量达到18 000 ppm;最后根据分析结果提出实现陀螺快启动的波长补偿方案。
先进光学材料

金刚石衬底的氧化钒薄膜光电特性研究

张圣斌, 左敦稳, 卢文壮
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1221001-1221001(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1221001
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摘要 ( 8 ) 引用本文
利用射频磁控溅射方法,在光学级单晶金刚石上制备了氧化钒薄膜,然后对其结构与厚度、表面形貌、电学及光学性能进行了表征。实验结果表明,制备出的薄膜表面均匀性良好,为单一组分的V2O5薄膜,在(001)面有明显的择优取向,薄膜结晶度和表面形貌非常好;电学性能方面,获得了三组不同厚度V2O5薄膜温阻特性曲线,当薄膜为150 nm时,薄膜的电学突变特性最好,电阻值变化幅度将近3个数量级;对不同厚度薄膜的光学响应特性进行了测试分析,当受到高能激光照射时,薄膜均出现了相变和回复,薄膜的光学开关时间均随着膜厚的增加而增加,其中光学关闭时间的变化范围为1.6~2.5 ms,回复时间的变化范围为26~33 ms。

石英光纤与空芯光纤损伤特性(对比)研究

成波, 郭宁, 吴立志, 沈瑞琪, 姚艺龙
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1221002-1221002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1221002
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摘要 ( 31 ) 引用本文
高功率密度脉冲激光的光纤耦合性能一直制约着激光飞片起爆技术的工程化应用。针对106 W/cm2级功率密度脉冲激光在光纤中的耦合特性,设计了一套光纤对准夹具,用于开放光路下脉冲激光的光纤耦合。使用波长为1 064 nm,脉宽6 ns的调Q脉冲Nd:YAG激光,研究了其在大功率石英光纤和AgI/Ag空芯光纤中的能量传输效率和损伤阈值。结果显示:在焦点前后10 mm范围内,石英光纤的传输效率平均值为76.2%,AgI/Ag空芯光纤的传输效率平均值为61.8%;在焦点前2 mm处,测得石英光纤损伤阈值为22.3 mJ,AgI/Ag空芯光纤损伤阈值为29.4 mJ。通过对比结果可知,AgI/Ag空芯光纤拥有较高的损伤阈值,然而AgI/Ag空芯光纤的传输效率比石英光纤低约15%,其工程化应用潜力还有待进一步开发。

ZnTe/Si(211)与ZnTe/GaAs(211)异质结构的热应变研究

王元樟, 庄芹芹, 黄海波, 蔡丽娥
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1221003-1221003(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1221003
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摘要 ( 21 ) 引用本文
通过理论计算获得ZnTe/Si(211)与ZnTe/GaAs(211)异质结构样品室温下的热应变分布与曲率半径,并采用激光干涉仪测量两个样品室温下的曲率半径。研究发现,在(211)面上进行异质外延,两个互相垂直的晶向方向[1-1-1]和[01-1]的应变分布呈现各向异性,且沿两个方向上的表面曲率半径亦存在差异。ZnTe/GaAs(211)样品的激光干涉测量结果与理论计算较为吻合,均为同一数量级的表面曲率半径方向为负的张应变,ZnTe/Si(211)样品的测量结果则存在较大差异。由于Si衬底在高温脱氧的过程中产生了表面曲率半径方向为正的塑性形变,在一定程度上降低了外延ZnTe后异质结构的弯曲程度,减小了热失配应变。
微纳光学

超高温金属纳米结构增强吸收特性的仿真研究

杨舒涵, 康宇晨, 王艳红, 武京治, 李仰军
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1216001-1216001(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1216001
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摘要 ( 22 ) 引用本文
利用表面等离子体改变材料吸收光谱特性越来越受到关注。为了增强超高温金属纳米结构的吸收特性,设计了超高温金属-金属以及膜层-金属-金属表面等离子体周期纳米结构,仿真分析其在波长200~4 000 nm光谱范围内,不同参数对材料吸收谱特性的影响。仿真分析表明,不同参数的吸收光谱中均会出现吸收峰,且吸收率达93%以上。而介电材料、金属纳米结构的周期、尺寸和深度是影响吸收率的主要因素。同时,介电材料和周期还会对吸收峰出现的位置产生影响。该仿真结果为超高温表面等离子体材料的吸收特性应用的研究提供了理论基础。
生物光子学

低照度LED光下人眼瞳孔的非视觉生物效应

罗达, 张惠平, 周晓明
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1233001-1233001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1233001
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摘要 ( 17 ) 引用本文
基于瞳孔收缩分析研究低照度LED光对人的非视觉效应。选择10名受测者、6种彩光LED和5种低照度,进行瞳孔受光反射实验;实验全程用红外视频记录仪拍摄,由基于OpenCV开发的程序完成瞳孔大小的计算。结果显示:在同一照度水平下,蓝光波段光源非视觉效应最为显著,瞳孔稳定收缩率和恢复收缩率随着光源波长向短波方向偏移而增大;在同一光源下,瞳孔稳定收缩率与恢复收缩率随照度加强而增大,并且在10~70 lx间两瞳孔收缩率存在线性相关,相关系数均大于0.95;两瞳孔收缩率分别与生物节律因子存在线性相关,表明用瞳孔收缩率能较好表征非视觉生物效应的大小。
结构与控制

光学小卫星蜂窝主承力板的设计与测试

蒋权, 杨洪波, 李宗轩, 张雷
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1235001-1235001(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1235001
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摘要 ( 14 ) 引用本文
为了满足星载一体化光学小卫星对主承力板的刚度和重量要求,降低主承力板上各单机的动力学响应,对工程常用的蜂窝夹层板等效理论和动力学分析方法进行研究。首先,介绍了六边形蜂窝芯子的等效理论和考虑胶层的面板等效理论。建立了某星载一体化光学小卫星-Y向主承力板的有限元模型,以重量和动态刚度为目标,对蜂窝芯子参数进行优化分析。通过分析比较不同芯子蜂窝板的重量和刚度,最终选择壁厚为0.03 mm,边长为5 mm的蜂窝芯子。然后,在模态分析的基础上,对蜂窝主承力板进行正弦振动和随机振动分析。最后,进行相应的正弦振动和随机振动试验。分析与试验结果表明:一阶自然频率误差为1.9%;正弦加速度响应误差为4.5%;随机均方根加速度响应误差为3.7%。表明分析模型建立准确,参数等效合理,动力学响应分析准确,并且能满足卫星结构总体和各个星上单机对主承力板的动力学响应要求。
光电导航与控制

捷联激光制导弹药末段全弹道目标捕获仿真

张伟, 张合, 张祥金
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1231001-1231001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1231001
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摘要 ( 38 ) 引用本文
针对增程单兵火箭弹由于弹道低伸和末段弹道时间短的弹道特点对激光末段制导形成的局限,研究捷联激光制导导引头在末段全弹道上的目标捕获域和目标捕获率。建立低伸弹道上激光半主动导引头目标捕获域模型,在不同的火箭弹发射角条件下,对导引头在末段全弹道上的目标捕获域与最小锥形视场进行仿真,分析最小目标捕获域边界由双曲线变为椭圆时的弹道点和视场角,得到导引头的最佳半视场角为5.9°。考虑弹道扰动的影响,通过蒙特卡罗方法计算末段弹道上不同弹道点的导引头目标捕获率,得到在弹道上导引头的最佳起始探测弹道点。为增程单兵火箭弹的制导化提供参考。
光电测量

用于瞬态高速飞片速度测量的光子多普勒测速系统

吴立志, 陈少杰, 叶迎华, 沈瑞琪, 刘卫
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1217001-1217001(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1217001
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摘要 ( 19 ) 引用本文
针对目前VISAR等测速仪在测量瞬态高速小飞片速度时调试复杂、测试成功率低等问题,基于光子多普勒效应和自混频原理,采用1 550 nm单模激光,成功研制了一套光子多普勒测速系统。使用该系统测量了不同激光能量密度下的复合飞片瞬时速度,结果显示:该系统测试成功率高,响应速度快,获得的速度曲线完整而清晰。与传统的VISAR和F-P干涉测速仪相比,具有操作简单、测试成功率高、便于携带等非常明显的优势。该系统适用于速度在几百米/s~几千米/s的微小飞片或者微区爆轰的速度测量,也可应用于常规爆炸流场的测试。

碗形塞加工误差双目视觉在线检测方法

张志佳, 尹秀萍, 苑玮琦, 周自强, 钟玲
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1217002-1217002(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1217002
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摘要 ( 22 ) 引用本文
碗形塞主要用于堵塞发动机工艺孔,其加工精度高,直径尺寸公差要求在微米数量级。目前对碗形塞的加工误差检测主要还是人工检测方式,人工检测精度低且不能满足现代化生产的在线检测要求,因此提出利用双目视觉实现碗形塞加工误差在线检测的方法,将碗形塞放在一个旋转机构上匀速旋转,利用两台平行方向放置的摄像机采集碗形塞直径端面的多组图像,通过所提出的端面杂质去除方法校正检测结果,再通过数据处理获得碗形塞直径和锥度的加工误差。搭建了基于双目视觉的碗形塞加工误差在线检测系统并进行在线测试,测试结果表明该方法能够满足碗形塞的测量要求并实现在线检测。

约翰逊准则的视频监控目标检测性能评估方法

游瑞蓉, 王新伟, 任鹏道, 何军, 周燕
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1217003-1217003(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1217003
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摘要 ( 38 ) 引用本文
针对目前视频监控领域里目标发现、识别和辨认没有统一的国际标准和行业标准问题,对比分析了传统视频监控目标检测标准和红外热成像约翰逊准则,提出了基于约翰逊准则的视频监控目标检测性能评估方法,以等效条纹线对数代替传统模拟视频监控DRI标准中的目标-屏幕比,建立了CCTV Johnson-DRI标准。通过线对数绝对量化的评价标准更利于数字视频监控应用中目标发现、识别和辨认的性能评估。最后将提出的CCTV Johnson-DRI标准应用到激光夜视系统,进行了目标发现、识别和辨认实验,实验结果表明:所提出方法的有效性以及与传统视频监控DRI标准的等效性。该方法可用于白天彩色视频监控,LED/激光夜视等安防视频监控领域目标发现、识别和辨认相关性能的评估及系统指标设计。

基于机器学习的大视场星敏感器畸变在轨标定技术

刘源, 谢睿达, 赵琳, 郝勇
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1217004-1217004(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1217004
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摘要 ( 34 ) 引用本文
随着遥感卫星在轨任务复杂性的不断提升,对卫星λ精度的要求也不断提高。星敏感器是星上精度最高λ态敏感器,因而其在轨标定是提高λ精度的有效手段。由于大视场星敏感器的镜头畸变复杂,目前广泛采用的基于星对角距的最小二乘法存在一定局限性。因此提出一种基于机器学习的星敏感器在轨标定算法,该方法结合机器学习预测建模思想,通过构造特征建立镜头畸变模型,并结合主成分分析方法进行冗余特征的消除,最后从星角距和模型泛化能力两方面对标定效果进行评价。仿真结果表明:算法对镜头畸变程度较大的星敏感器有良好的校正效果,标定精度始终能保持在0.8″内,与目前几种主流算法相比,具有精度高,鲁棒性好等优点。

二维光栅制作与装配误差综合建模与实验研究

林存宝, 颜树华, 由福盛, 杜志广
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1217005-1217005(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1217005
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摘要 ( 11 ) 引用本文
针对二维位移测量系统中光栅制作与装配非理想所引起的几何误差,基于多普勒频移理论和坐标变换方法,建立了同时包含光栅非正交角与装配角在内的通用几何误差模型,定量研究了各误差角对系统性能的影响程度,仿真分析了X与Y方向余弦误差和耦合误差随误差参数的变化规律。结果表明,光栅制作和装配误差与系统所用衍射级次、衍射次数和光学细分倍数无关,只与各误差角和被测位移有关。与此同时,四个误差角都会导致余弦误差的产生,而耦合误差则主要受光栅非正交角和偏航角的影响。此外,相同误差角所引起的耦合误差要明显严重于余弦误差,是系统几何误差的主要构成成分。通过搭建基于二维交叉光栅的平面位移测量系统,利用10 mm方形运动轨迹实验验证了理论分析与数值仿真的正确性。

基于STUKF的激光平台导引头干扰力矩在线补偿方法研究

胡欧磊, 王江, 林德福, 韩丁丁
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1217006-1217006(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1217006
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摘要 ( 8 ) 引用本文
隔离度会降低导引头输出信息的精度,增加导弹的脱靶量。针对激光平台导引头的隔离度问题,首先建立了考虑隔离度寄生回路的制导系统模型,经分析确定干扰力矩为引发隔离度的主要原因,并提出采用滤波算法对其进行估计补偿的方案。之后依据平台导引头的基本结构与干扰力矩的产生机理建立了用于在线辨识隔离度的非线性滤波模型,采用强跟踪无迹卡尔曼滤波算法(STUKF)补偿建模误差,解决了干扰力矩难以精确建模的问题,以对其进行在线辨识与前馈补偿。最后对所提方法进行了数学仿真与半实物仿真实验论证,实验结果表明:所提方法可增强导引头光轴对弹目视线角速度的跟踪能力,改善导引头输出制导信息的品质,并有效地抑制隔离度,达到提升系统制导精度的目的。

像素位置偏差对质心定位精度的影响

曹阳, 李保权, 李海涛, 桑鹏
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1217007-1217007(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1217007
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摘要 ( 30 ) 引用本文
为提高微型星敏感器的质心定位精度,提出了一种利用外差式激光干涉装置标定图像传感器像素位置偏差的方法,并就像素位置偏差对星点像质心定位精度的影响进行了仿真研究。在噪声忽略不计的情况下,当像素位置偏差服从(-0.02,0.02)上的均匀分布时,补偿系统误差能够使星点定位精度从0.008 pixel提高到0.002 pixel。而如果加入服从N(0,5.52)的高斯白噪声,当像素位置偏差服从(-0.02,0.02)上的均匀分布时,补偿像素位置偏差能使定位精度从0.020 pixel提高到0.018 pixel;当像素位置偏差服从(-0.04,0.04)上的均匀分布时,补偿像素位置偏差能使定位精度从0.026 pixel提高到0.018 pixel,提高了31%。这说明标定像素位置偏差对提升质心定位精度有显著作用,为发展高精度微型星敏感器提供了一种新的技术手段。

大口径高通量验证实验平台的激光参数精密诊断系统

夏彦文, 郑奎兴, 达争尚, 李红光, 赵军普, 孙志红, 彭志涛, 王拯洲, 刘华, 梁樾, 李森, 郑小霞, 魏晓峰
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1217008-1217008(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1217008
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摘要 ( 36 ) 引用本文
研制了多功能、高精度的激光参数精密诊断系统,整个诊断系统由基频光诊断模块、三倍频光诊断模块、在线损伤检测模块、开放式频率转换组件以及相应的辅助单元组成,在系统控制软件调度下自动完成频率转换组件前后的光束近场、远场、能量、波前和脉冲波形等激光参数的精密测量以及数据采集、储存和处理,为激光装置负载能力提升和相关关键单元技术的研究提供准确可靠的数据。

Mars-LiDAR系统误差分析及安置角误差飞行检校

胡国军, 朱精果, 刘汝卿
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1217009-1217009(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1217009
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摘要 ( 12 ) 引用本文
机载激光雷达系统是集激光扫描仪、全球定位系统和惯性导航系统等于一体的多传感器集成系统。机载激光雷达的检校和标定是保证激光点云定位精度的关键环节,其中扫描系统安置角误差是影响定位精度的主要因素之一。首先介绍了国产中远程机载激光雷达Mars-LiDAR系统,然后基于误差传播定律对系统误差进行了分析。研究了系统安置角误差的飞行检校方法,采用外场定标的方法将安置角进行动态分离,并通过飞行试验完成了系统安置角误差的动态检校,对Mars-LiDAR系统在3000 m、4000 m飞行高度获取的点云进行了定位精度分析和校正,验证了Mars-LiDAR系统安置角误差检校方法的实用性。

全吸收旋转式高能激光能量计吸收腔设计

王振宝, 冯国斌, 陈绍武, 杨鹏翎, 吴勇
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1217010-1217010(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1217010
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摘要 ( 14 ) 引用本文
为了解决高能激光总能量测量中所面临的抗激光损伤能力问题,设计了一种新型旋转式全吸收激光能量计,具有测量不确定度低、系统结构简单、环境适应性强等诸多优点,尤其在长时间出光的强激光能量测量中具有独特优势。光线追迹软件数值模拟结果表明激光辐照过程中能量逃逸率小于0.3%。利用有限元软件,模拟计算了连续激光辐照下能量吸收体的温度场分布和最高温升情况,给出了热吸收体最高温升与旋转速度的关系,分析了测温探测器安装深度对温度传感器测温曲线的影响。该旋转式能量计完全可以满足数十兆焦耳激光能量测量要求,也为更高能量的激光参数测试提供了一种全新的技术手段。
光学设计及仿真

PSSn在大口径望远镜误差评估中的应用

安其昌, 张景旭, 杨飞, 赵宏超
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1218001-1218001(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1218001
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摘要 ( 15 ) 引用本文
为了更好地对大口径望远镜进行误差分析以及分配,引入了由美国30 m望远镜(TMT)团队所提出的标准化点源敏感性(PSSn),来进行大口径望远镜的各项误差及其之间的协调与分配。为了更好地利用PSSn进行误差分配,首先根据其定义对PSSn的基本性质进行了研究,论述了PSSn作为全频域评价指标的优越性,然后与传统的评价指标(波前均方根)进行了比较,重点分析了PSSn的合成特性以及合成误差的特点,之后利用Zernike多项式分析系统静态误差与PSSn的关系,得到了不同的Zernike系数与PSSn之间的关系。对于系统的动态载荷,利用功率谱结合光学传递函数的方法来研究系统的光学特性并对实际的大口径波前做出了仿真研究,得到系统的PSSn从0.996下降到0.991。所做的研究可以更好地理解大口径望远镜的误差特性,同时也可以帮助系统工程师对大口径望远镜的误差进行更好的分配。

多层共轭自适应光学系统性能

张至诚, 张晓芳, 高雪, 宋杰, 王潇
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1218002-1218002(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1218002
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摘要 ( 22 ) 引用本文
多层共轭自适应光学系统被广泛应用于地基大型天文望远镜,其可以改善大气非等晕的影响,并有效扩大校正视场。基于MAOS软件,在仅考虑大气非等晕影响的情况下,研究了在可见光波段(0.6 μm)和红外光波段(2 μm)下两种自适应光学系统的对比,多层共轭自适应光学系统相比传统自适应光学系统在可见光波段性能提升显著;以及双层共轭系统中,当第一个变形镜共轭于入瞳处时,第二个变形镜共轭高度变化对系统性能的影响,在可见光波段确定最佳共轭高度对提升性能十分重要,并初步探讨了在单层自适应光学系统中,变形镜致动器个数对系统性能的影响。

基于DMD的长波红外变焦投影系统设计

李卓, 牟达, 吕世龙, 周强
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1218003-1218003(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1218003
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摘要 ( 25 ) 引用本文
基于数字微镜器件(DMD)的红外景象模拟器在室内环境下通过模拟真实景物及其环境的红外辐射来测试红外成像系统的性能。为实现基于DMD的红外景象模拟器能够满足不同待测系统的视场角匹配,同时为避免投影系统与照明系统发生空间上的重叠,设计了一套配有分光棱镜的红外变焦投影系统。该系统工作波段为8~12 μm,F数为2.7,采用光学补偿变焦方式,可实现50/100/150/200 mm四档变焦。根据四组元系统负组补偿原理及其高斯光学公式对系统光学参数进行计算,选用与参数相近的初始结构进行处理及优化。设计结果表明,各焦距位置在20 lp/mm处的调制传递函数值均接近衍射极限,符合使用要求。

GEO激光通信系统主镜组件优化设计

刘伟达, 孟立新, 张树仁, 张立中
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1218004-1218004(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1218004
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摘要 ( 18 ) 引用本文
为保证GEO激光通信系统主镜的面形误差、主镜组件的结构刚度满足设计要求,需要进行主镜组件结构参数优化设计。由于组件的结构参数较多,为避免参数之间重复优化,提高优化设计效率,采用正交优化方法,用9种结构参数组合完成全部81种参数组合的主镜优化设计,保证了1 g重力、2℃径向温差分别作用时的面形误差RMS值满足RMS≤λ/50(λ=632.8 nm)的面形精度要求,并且改善了5℃均匀温升作用下的面形误差RMS值;在此基础上,进行了柔性支撑优化设计。仿真分析表明,主镜组件一阶频率为213 Hz,高于要求的200 Hz固有频率,主镜在1 g重力、2℃镜体径向温差和5℃均匀温升共同作用下的最大面形误差为10.78 nm,满足面形精度要求。经实验测试:5℃均匀温升的面形误差RMS值为7.27 nm,优于设计要求。优化设计为主镜组件的设计、加工、装校提供了技术支撑。
光谱探测与分析

基于偏振光谱的叶片尺度下玉米与杂草识别研究

林芬芳, 张东彦, 王秀, 吴太夏, 陈新福
红外与激光工程. 2016, 45 (12): 1223001-1223001(10). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.1223001
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摘要 ( 27 ) 引用本文
自然界中不同种物质拥有不同的偏振特性,这些特征信号能用于检测不同的目标地物。为了探索偏振光谱技术用于精确识别作物和杂草的可行性,此研究利用配置偏振片的成像光谱仪FISS-P在室内采集玉米与5种杂草的偏振光谱影像。通过比较和分析0°、60°、120°和无偏4种状态下玉米与各种杂草的光谱响应规律、光谱特征和决策识别模型精度,结果显示4种偏振状态下玉米和杂草的光谱变化趋势较一致,无偏状态下玉米和杂草的光谱强度最大;不同偏振状态下玉米和杂草的敏感波段既存在共性又表现出一定的差异性;4种偏振状态下玉米杂草识别模型的总体精度和Kappa系数均达到90%以上,其中,0°偏振状态下玉米和杂草识别模型的整体精度最高,接近100%。综上,偏振光谱能够在叶片尺度较好地识别玉米和杂草,这为田间尺度进一步应用提供了扎实的数据积累。
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