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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—2018, 47 (1)   出版日期:2018-01-25
  本期栏目:光谱探测与分析 信息获取与辨识 激光器技术 红外技术及应用 光电测量 光通信与光传感 先进光学材料 激光技术及应用 特约专栏-“光纤激光光束合成” 
特约专栏-“光纤激光光束合成”

超短脉冲光纤激光相干合成(特邀)

粟荣涛, 周朴, 张鹏飞, 王小林, 马阎星, 马鹏飞
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 103001-0103001(19). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0103001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1946 KB)  ( 181 )
摘要 ( 19 ) 引用本文
相干合成技术能够突破单路激光的功率和脉宽极限,实现超高功率、超短脉宽的脉冲激光输出。介绍了超短脉冲光纤激光空域、时域和频域相干合成的基本原理和关键技术。综述了空域、时域和频域相干合成系统及其关键技术的研究现状,梳理了超短脉冲光纤激光相干合成的发展趋势,为相关技术的发展提供参考。

基于双光栅的光纤激光光谱合成关键技术研究进展(特邀)

马毅, 颜宏, 孙殷宏, 彭万敬, 李建民, 王树峰, 李腾龙, 王岩山, 唐淳, 张凯
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 103002-0103002(14). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0103002
全文: HTML (1 KB)  PDF (3018 KB)  ( 105 )
摘要 ( 26 ) 引用本文
基于双多层电介质膜(MLD)光栅色散补偿构型设计的光谱合成激光器(SBC)既实现了多路光纤激光高光束质量共孔径合束输出,又降低了单路光纤激光的线宽要求,逐渐成为多纤光谱合成的重要技术途径之一。介绍了基于双MLD光栅光谱合成的基本原理,简要分析了其涉及的关键技术。回顾了高功率可合成窄线宽光纤激光器、高功率高效率短波长光纤激光器、大色散高衍射效率MLD光栅和高集成度密集组束等主要关键技术的研究进展。介绍了中国工程物理研究院应用电子学研究所在基于双MLD光栅光谱合成关键技术研究方面的最新研究进展。对双MLD光栅光谱合成光源的发展潜力进行了展望。

基于光纤自适应操控的激光相控阵技术研究进展(特邀)

耿超, 李枫, 黄冠, 杨燕, 刘家盈, 李新阳
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 103003-0103003(10). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0103003
全文: HTML (1 KB)  PDF (3708 KB)  ( 108 )
摘要 ( 18 ) 引用本文
当前,基于多光束相干合成的激光相控阵技术面临着实际湍流环境下远距离传输的应用需求和挑战,需同时校正系统内部光源噪声和外部动态湍流像差,并解决远距离传输光延迟和系统规模增大导致的有效带宽急剧下降的问题。现有的技术手段如目标在回路技术和延迟SPGD算法无法应对湍流带来的动态倾斜像差,而这一点对在远场目标处获得高质量相干合成光束至关重要。文中介绍了中国科学院光电技术研究所在多孔径激光传输控制技术上的最新研究进展,新技术实现了对光纤阵列激光出射光束倾斜像差的并行和高效校正,并提出了基于主动波前测量的光纤激光阵列外部像差预补偿校正的方法,为光纤激光相控阵技术的实际大气传输应用打下基础。

超短脉冲偏振分割放大技术研究进展(特邀)

杨康文, 郝强, 曾和平
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 103004-0103004(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0103004
全文: HTML (1 KB)  PDF (1208 KB)  ( 86 )
摘要 ( 26 ) 引用本文
介绍了超短脉冲偏振分割器的基本类型和放大器的光路布局,总结了国内外采用偏振分割放大技术抑制光纤非线性效应、提高超短脉冲输出能量和突破增益介质抗损伤阈值方面的新进展。重点报道了偏振分割放大技术在高重复频率高功率掺铒飞秒激光器研制方面的最新进展,基于双程放大结构和多级偏振分割,同时实现超短脉冲的非线性放大与脉冲压缩,结合光学倍频,获得百毫瓦百飞秒,中心波长780 nm的激光脉冲,为实现结构紧凑、使用方便、环境稳定、光束质量好的飞秒激光光源提供了一个有效的技术途径,有望部分替代钛宝石激光器,在太赫兹产生、生物医学成像、光学非线性效应研究等方面拓展应用。

高功率光纤激光器功率合束器的研究进展(特邀)

陈子伦, 周旋风, 王泽锋, 许晓军
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 103005-0103005(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0103005
全文: HTML (1 KB)  PDF (1524 KB)  ( 161 )
摘要 ( 20 ) 引用本文
光纤功率合束器是实现高功率光纤激光的核心元器件,可将多个中等功率的光纤激光器进行功率合成,以获得更高功率的光纤激光输出,解决单根光纤激光器功率进一步提升所遇到的瓶颈问题。文中综述了光纤激光功率合束器的基本结构和国内外研究现状,阐述了光纤功率合束器的工艺制作流程以及工艺难点,针对现存问题及今后的研究方向提出了建议。

液晶光学相控阵在高功率激光应用中的研究进展(特邀)

汪相如, 周庄奇
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 103006-0103006(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0103006
全文: HTML (1 KB)  PDF (3914 KB)  ( 71 )
摘要 ( 21 ) 引用本文
综述了液晶光学相控阵器件在高功率激光应用方面的研究进展。从器件的实现原理出发,阐述制约器件在高功率应用的原因,并基于器件的多层结构,着重介绍了各个功能膜层对高功率激光的耐受情况,并详细介绍透明导电层、配向层、液晶层的最新研究进展;同时,针对器件工作模式和散热结构对高功率的约束关系进行详细分析,并综述相关的研究进展。

基于光学零差偏振探测和锁相的合束激光偏振控制

沈辉, 全昭, 杨依枫, 赵翔, 柏刚, 何兵, 周军
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 103007-0103007(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0103007
全文: HTML (1 KB)  PDF (976 KB)  ( 89 )
摘要 ( 18 ) 引用本文
激光偏振合束是提升窄线宽光纤激光亮度的重要技术,能实现多路激光的共孔径合束输出,同时维持较高的光束质量和线偏振态。文中探索和研究了基于线性锁相技术的合束激光偏振控制系统,详细分析和建立了光零差偏振检测物理模型和线性锁相控制环路的数学模型。利用高精度的光零差技术对合束激光的偏振相位进行检测,并通过快速实时反馈进行激光锁相,获得了输出功率为279 mW的线偏振态激光。锁相控制后,合束激光的偏振消光比达到19.3 dB,控制带宽高达39.6 kHz,剩余相位噪声为7×10-4 rad/√Hz(1 Hz)和3×10-4 rad/√Hz。当提高激光输出总功率达1 W时,偏振消光比维持在~15 dB,其限制因素在于光功率波动引入的相位噪声和光斑空间模式不匹配。

外腔振荡式光纤激光光谱合成系统

张璟璞, 杨依枫, 赵翔, 柏刚, 何兵, 周军
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 103008-0103008(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0103008
全文: HTML (1 KB)  PDF (1092 KB)  ( 73 )
摘要 ( 26 ) 引用本文
光谱合成技术是一种有效的突破单根光纤激光器输出极限,得到更高亮度的激光输出的方法。介绍了一种外腔振荡式单路光源的光纤激光光谱合成方案,相比于现行的主振荡功率放大(Master Oscillator Power-Amplifier,MOPA)式单路光源的单光栅合成方案,具有结构紧凑、阵列规模扩展能力强的优点。对该方案进行建模,分析了合成系统中不同波长的单路激光光源的位置关系,并对系统中的光纤排布、转换透镜像差等因素对合成效果的影响进行了仿真计算。搭建实验系统进行了初步的实验验证,与理论结果能够吻合。对下一代光谱合成系统的构建以及光学元件的选择具有重要的指导意义。

空间光耦合自动对准方法与实现

柯熙政, 罗静, 雷思琛
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 103009-0103009(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0103009
全文: HTML (1 KB)  PDF (1209 KB)  ( 57 )
摘要 ( 22 ) 引用本文
空间光-单模光纤耦合的关键技术是精确定位耦合光斑在光纤端面上的位置。基于光纤偏移与空间光-单模光纤耦合效率之间的关系,研制了由二维压电陶瓷、驱动器、控制器、光电探测器及耦合透镜组成闭环控制系统,结合模拟退火算法实现空间光-光纤的自动对准耦合。理论分析了空间激光与光纤的耦合效率并阐述了模拟退火算法原理。实验结果表明:通过模拟退火算法可以在较短时间内实现耦合到最佳位置的自动对准定位,耦合效率达到了51.4%,相对于没有自动对准之前提高了6.5%。该方案切实可行,对空间光-单模光纤的自动耦合方案的研究具有重要的意义。

光谱合成激光阵列指向偏差的光束特性分析

柏刚, 沈辉, 杨依枫, 赵翔, 张璟璞, 何兵, 周军
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 103010-0103010(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0103010
全文: HTML (1 KB)  PDF (1348 KB)  ( 67 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
保持良好光束质量的输出对实际光谱合成系统的构建至关重要。从理论上研究光纤激光阵列指向偏差对合成系统光束特性的影响,修正了带有指向偏转角激光队列的入射光场,结合光谱合成的光传输模型和统计学分析,讨论了合成激光光束质量随均匀分布随机扰动的变化规律。仿真结果表明,指向偏差对合成系统的输出特性影响显著,当激光队列的最大偏转角仅为0.05°时,合成系统的光束质量就会退化到(6.49±1.73)。为实现合成光束亮度的定标放大,逐步扩展激光队列的阵列规模,合成系统光束质量的变化会逐渐趋于稳定,以变化稳定时的阵列规模(30路子光束)作为参考,拟合M2因子随最大指向偏转角的变化趋势。

高能光纤激光器光束合成技术

程雪, 王建立, 刘昌华
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 103011-0103011(11). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0103011
全文: HTML (1 KB)  PDF (2809 KB)  ( 150 )
摘要 ( 23 ) 引用本文
高能光纤激光器光束合成技术是近年来高能激光器尤其是定向能源应用中的研究热点,可突破单根单模光纤激光的输出功率限制,为高功率高光束质量的激光武器应用奠定了理论基础。介绍了光纤激光非相干合成和相干合成的国内外研究现状,给出了非相干合成技术中光束重叠和光谱合成的基本合成原理,重点介绍了国内外多家研究机构光谱合成近年来所达到的技术水平;介绍了国内外相干合成技术的最新研究进展,对相干合成等效大口径激光阵列输出中几种不同的透射式相干合成阵列输出和反射式相干合成阵列输出的关键合成装置,以及相干合成单一孔径输出中的核心光学元件进行详细分析。最后简要对比了高能光纤激光器光束相干合成技术和非相干合成技术的优缺点和应用范围。
红外技术及应用

非均匀性校正的长波光导探测器读出电路设计

钟燕平, 袁红辉, 鞠国豪
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 104001-0104001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0104001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1093 KB)  ( 84 )
摘要 ( 17 ) 引用本文
在航天遥感领域,波长在10μm以上的长波探测器仍以HgCdTe光导型探测器为主,在红外探测成像方面发挥着重要作用。非均匀性是目前长波光导探测器突出的问题之一,设计了一种数模混合的非均匀性校正的长波光导探测器读出电路。该电路不仅可以有效地解决线列长波光导探测器电阻非均匀性问题,还可以增大ROIC输出信号的动态范围,几乎不增加读出电路功耗。经过仿真测试表明:非均匀性问题有了明显的改善,能够使其非均匀性降为0.5%以内,在常温和低温下都能正常工作。该校正电路不仅能解决当前工程中的关键问题,还对今后高性能大面阵长波光导探测器读出电路的设计具有重要的指导意义。

基于表面测温等方差拟合的管内流量及温度识别

张林, 杨立, 寇蔚, 范春利
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 104002-0104002(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0104002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1145 KB)  ( 36 )
摘要 ( 19 ) 引用本文
基于表面测温的管内流量及温度识别问题在红外无损检测领域还处于起步阶段,是目前红外无损检测技术从定性向定量发展的关键理论基础。针对目前流量识别结果较温度识别结果差和基于最小二乘拟合的识别方法精度有限的问题,使用Gnielinski关联式建立管道充分发展段的一维传热模型,并采用Levenberg-Marquardt (L-M)算法根据表面检测温度进行管内流体流量及温度的识别。通过理论推导和具体算例得,待识别参数的相对识别误差值与参数灵敏度最大值和参数真实值乘积的绝对值成反比关系,含测温误差的温度分布与基于最小二乘拟合得到的温度分布之间的方差不等于测温误差标准偏差的平方与测温点个数的乘积,同时提出了基于表面测温等方差拟合的管内流量及温度的识别方法。数值实验证明该方法在存在测温误差时仍可以精确识别出管内流量及温度。

同轴全反红外光学系统自身热辐射测量方法

余菲, 任栖锋, 李华, 孙威, 黄智强
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 104003-0104003(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0104003
全文: HTML (1 KB)  PDF (908 KB)  ( 44 )
摘要 ( 21 ) 引用本文
对红外光学系统自身热辐射进行了评估方式、计算方法和实验测量研究。首先,介绍并比较了两种自身热辐射的评估方式,即有效发射率和等效黑体辐射温度;其次,详细介绍了基于实验结果的自身热辐射的等效黑体辐射温度的计算方法;最后,利用自身热辐射测试平台,对同轴全反型红外光学系统的自身热辐射进行测量实验,并进行了误差分析计算。结果表明:自身热辐射的辐射出射度与光学系统有效F数的平方成正比关系,与透过率成反比关系,和自身热辐射的灰度输出与积分时间之间的线性系数成正比关系,计算出该同轴全反型红外光学系统的自身热辐射的等效黑体辐射温度为217.3 K,经测量和计算出背景模拟板的辐射亮度误差为8.5%,自身热辐射的灰度输出与积分时间的线性拟合系数的相对不确定度为0.2%,并说明探测器在5×10-4 Pa中具有良好的稳定性。

红外光纤传像系统像质优化方法研究

闫兴涛, 李福, 马小龙, 贺应红, 吕娟, 薛彬, 赵意意
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 104004-0104004(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0104004
全文: HTML (1 KB)  PDF (2405 KB)  ( 67 )
摘要 ( 12 ) 引用本文
红外光纤传像系统在红外探测领域具有重要的学术价值和广阔的应用前景。文中采用理论分析与实验验证相结合的方法,对其像质优化问题进行研究。基于系统工作原理和特点,建立了其调制传递函数的理论模型,分析了影响其像质的主要因素。结果表明:为保证系统成像质量,前置物镜及后继耦接镜在系统Nyquist频率处的MTF值应大于0.8,且耦接镜所成光纤像与探测器像元的对准偏差应小于0.5像元。为进一步分析光纤传像束自身缺陷对像质影响,特搭建了成像实验装置,对两种不同规格光纤传像束推扫成像结果对比发现:通过使用合适后继耦接镜、多层光纤TDI模式成像、传像束前后端镀增透膜、准确的均匀性校正处理等方法,可有效改善系统的成像质量。以上研究为该类系统的研制提供了必要的技术储备。
激光技术及应用

纳秒激光辐照下HgCdTe光伏探测器的瞬态响应特性退化

徐作冬, 张检民, 林新伟, 邵碧波
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 106001-0106001(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0106001
全文: HTML (1 KB)  PDF (945 KB)  ( 42 )
摘要 ( 17 ) 引用本文
为研究光伏探测器瞬态响应特性在短脉冲激光作用下的变化规律,以一种室温下零偏压工作的HgCdTe光电二极管为实验对象,测量了该器件对脉冲宽度约16 ns的不同强度响应波段内激光的响应信号波形。在探测器的对数线性响应区内,随着入射激光能量密度从约7.2 nJ/cm2增大到75 μJ/cm2,响应波形的宽度逐渐增大,半高宽约由55 ns增大到235 ns,底宽约由170 ns增大到380 ns。脉冲响应波形的展宽意味着器件的瞬态响应特性发生了退化。通过分析强注入条件下光电二极管准中性区光生载流子扩散过程,以及结电场与结电容变化对过剩载流子输运过程的影响,对上述光伏探测器瞬态响应特性退化的特征进行了机理解释。

基于等效电路参数提取的硅光电二极管激光损伤机理分析

师宇斌, 张检民, 张震, 林新伟, 程德艳, 窦鹏程
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 106002-0106002(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0106002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1357 KB)  ( 25 )
摘要 ( 17 ) 引用本文
通过硅光电二极管激光辐照效应实验获取了辐照前后器件的I-V特性曲线,利用粒子群优化算法对二极管的等效电路参数进行提取,考察受损前后等效参数的变化规律。认为光电二极管在激光辐照受损后,其反向饱和电流会减小,等效串联电阻会增大,等效并联电阻会减小。随后,基于半导体物理理论,对这些参数变化的内在因素进行了定性分析。认为反向饱和电流减小是由掺杂离子浓度减小造成的,串联电阻增大是因掺杂离子浓度以及载流子寿命减小共同引起的,并联电阻减小则是由半导体表面及内部的缺陷引起的。

飞秒激光诱导硅表面高频周期结构

李志明, 王玺, 聂劲松, 胡瑜泽
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 106003-0106003(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0106003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1468 KB)  ( 62 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
通过引入双温方程电子数密度模型,德鲁德模型和波纹间隔理论Λ=λ/2ñ,得到高频波纹周期具有波长依赖性的特点,分析了在辐射光通量接近损伤阈值时,高频周期波纹在一定范围内接近λ/6~λ/4,且随入射激光通量近似成正比。同时基于时域有限差分法(FDTD)的方法对飞秒激光辐照硅表面电场分布进行数值仿真,在初始脉冲形成近波长波纹的情况下,硅表面的电场再分布使得激光能量大多沉积在凹槽边缘,产生高频周期性结构。在此基础上对初始凹槽深度和激发态下硅表面的光学性质(介电常数)进行分析,得到了形成高频周期波纹的条件。该研究对于理解飞秒激光造成硅表面形成周期结构及其在加工硅材料领域具有重要的参考意义。

热处理对激光选区熔化成型CoCrMo合金性能影响研究

张国庆, 李晋, 李俊鑫, 张成光, 王安民
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 106004-0106004(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0106004
全文: HTML (1 KB)  PDF (6444 KB)  ( 53 )
摘要 ( 17 ) 引用本文
为了获得性能优良的医学植入体,需对热处理后的激光选区熔化(SLM)成型零件的性能进行研究。应用拉伸试验机和冲击试验机分别对成型件进行拉伸和冲击实验;显微硬度计测试CoCrMo合金在不同条件下的硬度差别;通过金相显微镜和扫描电子显微镜(SEM)对其表面形貌进行观察,研究其断裂机理。结果表明:未处理的SLM成型件具有较高的抗拉强度,1 200℃退火炉冷条件下具有较高的延伸率;硬度随热处理温度的升高逐渐降低;冲击功与热处理温度之间呈U型关系;随热处理温度的升高,成型件晶粒逐渐变大,内应力逐渐变低;1 200℃退火条件下的断裂机理为韧性断裂,这为激光选区熔化成型CoCrMo合金在医学植入体方面的应用提供了依据。

钠信标测光理论与实验研究

晋凯, 魏凯, 李敏, 程锋, 薄勇, 左军卫, 姚吉, 卞奇, 冯麓, 薛向辉, 程学武, 钱仙妹, Angel Otarola, 张雨东
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 106005-0106005(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0106005
全文: HTML (1 KB)  PDF (1090 KB)  ( 64 )
摘要 ( 33 ) 引用本文
钠信标激光器与钠原子间的耦合效率是其性能评价的核心指标之一,为对钠信标激光器的激发效率实现精确测量,在云南丽江1.8 m望远镜上搭建了一套完整的激光钠信标测光系统,该系统由钠信标激光器、激光中继光路和激光发射望远镜、钠信标接收望远镜、钠原子激光雷达、大气视宁度测量仪等组成。自2011年以来利用该系统对中国科学院理化技术研究所20 W级百微秒脉冲激光器所产生的钠信标进行了相应的测量标定,成功得到了半高全宽最小为3'(对应到90 km高度处为1.3 m)的钠信标图像,并测量了在不同的出光功率、偏振状态和中心波长下钠信标的回光结果。实验中分析了滤光片、CCD量子效率曲线等在对钠信标测光时的影响,对所产生的钠信标回波光子数进行了精确标定,并提出了一种钠信标V星等的计算方法;在19 W出光功率,圆偏光状态下获得了最亮的钠信标,其在大气层上空的光子数流量为9.55×106 photons·s-1·m-2,对应7.4 V星等。

封闭空腔回转薄壁件的激光熔覆成形

王聪, 石世宏, 方琴琴, 石拓, 夏志新
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 106006-0106006(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0106006
全文: HTML (1 KB)  PDF (1911 KB)  ( 28 )
摘要 ( 21 ) 引用本文
封闭空腔结构具有大倾角的特征,如采用传统的水平分层法堆积,大倾角部分的熔池易产生塌陷,使成形无法进行;采用变角度法向分层堆积大倾角封闭区域时,存在激光与已成形部分的干涉问题。文中基于中空激光光内送粉技术进行了空间堆积封闭半球壳体的研究。将封闭半球壳体划分为变角度法向成形区域和斜定向成形区域,前者采用变角度法向分层方法进行堆积,以消除阶梯效应;后者采用斜定向错位分层方法进行堆积,避免了封闭区堆积时激光与已成形部分的干涉。建立了斜定向分层堆积偏移模型,并通过斜墙试验验证了可行性,最终完成了封闭半球的熔覆成形。检测结果表明,成形件表面平整,尺寸误差在5%以内,壁厚稳定在2.7 mm左右,两种成形区域的显微组织整体均匀致密,硬度和强度总体保持稳定。
激光器技术

采用复合滤波器的温度可调谐多波长光纤激光器

陈娇, 童峥嵘, 张卫华, 薛力芳
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 105001-0105001(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0105001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1264 KB)  ( 22 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
提出了一种基于复合光纤滤波器的在室温下稳定输出多波长掺铒光纤激光器,该激光器由两个级联球状结构的马赫-增德尔干涉仪(MZI)和一个双折射光纤滤波器-Lyot滤波器组成。球状结构MZI是由光纤熔接机在一段单模光纤(SMF)放电设计而成的。Lyot双折射光纤滤波器是利用一段保偏光纤(PMF)和两个偏振控制器(PC)连接而成,该结构可以诱导非线性偏振旋转效应和双折射光纤效应来抑制模式竞争产生多波长。Lyot滤波器和球状结构的MZI作为模式限制器件,并且Lyot滤波器对级联球状结构MZI的透射谱进行调制,其透射谱周期决定了复合滤波器结构的透射谱周期。在室温下,该系统实现了边模抑制比约为40 dB的九个波长的同时激射,且波长间隔约为0.68 nm,与Lyot滤波器透射谱周期一致。为了验证输出波长的稳定性,在2 h内,每隔10 min观察输出的波长,实验证明,室温下中心波长输出功率的浮动小于0.67 dB。此外,将两个球状结构MZI放置在高温炉上,使其外界温度从30℃升至110℃时,输出波长光谱的调谐范围可达到6.69 nm。

半导体激光器双波长光纤耦合模块的ZEMAX设计

刘翠翠, 王翠鸾, 王鑫, 倪羽茜, 吴霞, 刘素平, 马骁宇
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 105002-0105002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0105002
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摘要 ( 25 ) 引用本文
为了发挥单管半导体激光器的优势,获得光纤耦合模块多波长、高功率、高亮度的光束输出,利用ZEMAX软件仿真模拟,设计了一种单管光纤耦合模块。此模块将32支输出波长分别为915 nm、975 nm,输出功率为15 W的单管半导体激光器,经过微透镜组快慢轴光束整形、空间合束、偏振合束、波长合束以及光束聚焦等一系列工艺后,耦合进芯径200 μm、数值孔径0.22的光纤。模拟结果显示,光纤输出功率467.46 W,光纤前后耦合效率大于98.47%,总耦合效率高于97.39%,光功率密度高于12.86 MW/(cm2·sr),达到了泵浦激光器和功率型器件的性能要求。使用Solidworks软件设计了相应的底板结构,并结合ANSYS软件进行散热模拟分析,结果显示该模块散热性能良好,可行性较高。

脉冲LD泵浦千赫兹1.57 μm全固态激光器

岱钦, 崔建丰, 李业秋, 张善春, 李漫, 乌日娜, 姚俊
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 105003-0105003(4). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0105003
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摘要 ( 15 ) 引用本文
采用非稳腔光参量振荡(OPO)研制了千赫兹重复频率人眼安全波段全固态激光器。激光器采用电光调Q方式、脉冲激光二极管(LD)侧面泵浦Nd:YAG激光晶体实现了高光束质量的1.064μm基频激光。光参量振荡部分采用Ⅱ类非临界相位匹配KTP晶体,为了获得较好的光束质量,OPO谐振腔采用平凸非稳定谐振腔结构,实现了千赫兹重频、窄脉冲1.57μm波段激光输出。在脉冲激光二极管泵浦电流为125 A、电光调Q重复频率为1 kHz时,1.57μm激光输出最大平均功率达到了4.67 W,激光脉冲宽度为4.3 ns,功率不稳定度为3%,激光泵浦阈值约为45 A。
光电测量

基于偏振信息反演土壤湿度的方法

张颖, 余焱强, 赵慧洁, 宣佳彬
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 117001-0117001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0117001
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摘要 ( 23 ) 引用本文
为了实现基于偏振信息反演土壤湿度的目的,建立了土壤表面的偏振反射模型,并在可见光波段内开展了土壤湿度与反射光偏振信息的实验研究。首先,根据几何光学理论和测量数据建立了土壤表面的偏振反射模型。其次,制备了不同湿度的土壤样品,搭建了实验平台,并在多种入射观测条件下,使用高精度偏振成像探测系统获取了样品的偏振信息。然后,对实验数据进行分析来验证模型。最后,建立了模型中微面元坡度均方差、漫反射等效系数和折射率三个参数与土壤湿度的定量关系,利用定量关系来反演土壤湿度,并在476 nm波段上,对湿度为26.0%的土壤样品进行室内偏振探测实验。结果表明:根据文中反演方法得出土壤湿度为24.73%,误差为4.88%,证实了文中所提出的土壤湿度反演方法的正确性和可行性。

实现惯测坐标系正交同步的系统级标定技术

吉云飞, 姬占礼, 何小飞
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 117002-0117002(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0117002
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摘要 ( 20 ) 引用本文
文中研究目的有两个方面,一是在外场条件下实现低精度测试设备标定高精度捷联惯性导航装置;二是标定过程中实现惯性测量坐标系正交同步,进而提高捷联惯导动态导航精度。据此,文章在深入分析惯性测量坐标系空间相对关系的基础上,对惯性测量坐标系进行正交化,并通过建立正交化后惯性测量坐标系之间的失准角模型,从而完成基于惯性测量坐标系非正交角及失准角的系统级标定滤波器的构建以及系统级标定方案的设计,同时,针对外场测试设备限制文中制定了系统级标定抗扰动措施,并进行了试验验证。试验结果表明:该标定方法可以实现捷联惯导全参数系统级标定,提高系统动态环境下定位精度三倍以上。

衍射光学元件斜入射衍射效率的测量

杨亮亮
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 117003-0117003(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0117003
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摘要 ( 23 ) 引用本文
针对衍射光学元件衍射效率测量的双光路实验装置,当次级衍射光通过孔径光阑由探测器接收时,为保证测量精度提出了测量衍射效率的修正公式。针对所研制的含有衍射光学元件的折衍射混合成像光学系统,选取可见光波段中的3个激光波长,当衍射面上入射角度为12°时对该衍射光学元件进行了衍射效率的测量,并对测量结果进行了模拟和分析。由于存在一定的加工误差和斜入射时遮挡效应的影响,实际测得的衍射光学元件的衍射效率比理论计算结果低。根据测量结果拟合曲线,在473~632.8 nm波段范围内的带宽积分平均衍射效率对比理论值存在12.84%的偏差。

圆光栅测角传感器在线自校准系统研制与实验

张文颖, 劳达宝, 周维虎, 朱浩然
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 117004-0117004(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0117004
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摘要 ( 20 ) 引用本文
为了解决测角系统在实际应用中的在线校准问题,设计了一种圆光栅测角传感器在线自校准系统。基于圆封闭原则和傅里叶级数的性质,建立了测量值与单读数头误差之间的关系,实现单读数头自校准。该自校准系统由读数头、玻璃圆光栅、单轴转台和多通道采集控制系统组成。实验结果表明,测角传感器自校准系统的单读数头测量精度为±5.90",接近于借助外部参考标准的谐波补偿方法后的精度,系统测量重复性小于0.76"。自校准测量系统可实现圆光栅测角传感器在线校准的同时,满足了精密测量领域对精度和可靠性的要求。

部分补偿数字莫尔移相干涉的回程误差消除

张丽琼, 王劭溥, 胡摇, 郝群
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 117005-0117005(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0117005
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摘要 ( 18 ) 引用本文
为了实现非球面面形误差的高精度测量,研究了基于部分补偿原理的数字莫尔移相干涉技术中回程误差的消除方法。通过建立实际干涉仪和建模理想干涉仪,并运用数字莫尔移相干涉技术,获得实际干涉仪像面与被测非球面面形误差相关的波前;分析了该测量系统的误差,提出采用逆向优化法消除大面形误差时的回程误差实现被测非球面的面形误差检测。实验结果表明:与轮廓仪结果比对,面形误差较小时二分之一法重构面形误差,峰谷值和均方根值分别优于λ/20,面形误差较大时运用逆向优化法消除回程误差,重构的非球面面形误差峰谷值和均方根值偏差均优于λ/5。基于逆向优化法的部分补偿数字莫尔移相干涉非球面检测,有效消除了大面形误差时的回程误差,可实现高精度的面形误差重构检测。

“钢-铅”粘接结构非接触激光超声检测方法

夏嘉斌, 孙广开, 宋潮, 周正干
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 117006-0117006(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0117006
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摘要 ( 24 ) 引用本文
为了解决核工业领域防辐射用钢铅粘接结构的非接触、高精度无损检测问题,研究激光超声检测方法。建立了粘接结构模型,分析了激光超声的传播及脱粘导致的声波反射和衰减;实验测量了良好粘接与脱粘处的窄带激光超声信号,观测到脱粘导致的界面反射信号幅度变化;分析得出表征脱粘的激光超声反射系数与声波频率和测量位置的关系;通过激光超声C扫描方法实现模拟脱粘试样的检测与成像。研究表明:激光超声方法可以实现两层钢铅粘接结构脱粘的成像检测,在核工业防辐射结构检测中具有应用前景。
光通信与光传感

到达角起伏对上行星地激光通信系统性能的影响

王怡, 王运敏, 马晶
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 122001-0122001(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0122001
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摘要 ( 18 ) 引用本文
在Kolmogorov湍流模型下,建立了到达角起伏对星地激光通信误码性能影响的理论模型。基于该模型,推导了星地激光通信系统误码率的闭合表达式。综合考虑光强闪烁、光束漂移和到达角起伏,推导出三者共同作用下,星地系统上行链路的接收光强概率密度解析式以及误码率的闭合表达式。文中采用的调试方式是适合星地激光通信的相干探测圆偏振调制。针对上行链路,仿真分析了弱、中、强湍流下,三者共同作用时,星地激光通信系统的误码率,并与不考虑到达角起伏条件下进行了比较。还分析了到达角起伏与误码率的变化关系,以及在考虑发射功率受限的条件下,三者共同作用对系统性能的影响。研究结果表明,除了光强闪烁和光束漂移以外,到达角起伏也是通信性能中不可或缺的因素。

法布里-珀罗薄膜干涉的光纤温度传感器

高晓丹, 彭建坤, 吕大娟
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 122002-0122002(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0122002
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摘要 ( 21 ) 引用本文
为了研制结构简单、成本低、可批量生产的微型光纤温度传感器,分析了薄膜干涉型光纤温度传感器的原理,选用ZrO2和Al2O3两种介质薄膜材料,采用TFCalc膜系设计软件设计了薄膜干涉型光纤温度敏感探头的膜系,由南光ZZS1100-8/G箱式真空镀膜系统采用电子束蒸发技术在普通多模光纤端面蒸镀介质薄膜,形成法布里-珀罗(Fabry-Perot)薄膜干涉,并搭建光纤温度传感测试系统,测试结果表明:在200~600℃范围内,所设计的干涉型光纤温度传感器的测试光谱随温度变化产生一定的波长漂移,且波长漂移的温度特性为线性,线性相关系数为99.7%,灵敏度为8.37×10-6/℃。基于法布里-珀罗干涉的薄膜型光纤温度传感器体积小,成本低,结构紧凑,可批量生产,适合安装位置狭小或对传感器集成化要求较高的场合。
先进光学材料

光开关玻璃的飞秒光学开关特性

孙志红, 张波, 夏彦文
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 121001-0121001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0121001
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摘要 ( 25 ) 引用本文
通过在碲玻璃中添加重金属离子,尝试制作了具有较大的非线性折射率、时间响应快、吸收小的光开关玻璃。采用超快飞秒光克尔门技术对光开关玻璃的光克尔信号进行测试,测试结果显示,光开关玻璃的光克尔信号对称性好,信号半高宽度达到~225 fs,三阶非线性极化率达到~0.8×10-20 m2/V2,透过率达到70%~80%;研制的光开关玻璃为皮秒和飞秒光开光材料的选取提供了依据。

THz超材料的明暗模式耦合效应

袁宇阳, 张慧芳, 张学迁, 谷建强, 胡放荣, 熊显名, 张文涛, 韩家广
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 121002-0121002(11). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0121002
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摘要 ( 13 ) 引用本文
随着人工超材料对电磁诱导透明(EIT)现象的成功模拟,超材料明暗模间的耦合机制引起了广泛关注。回顾了近年来在太赫兹(THz)波段基于人工超材料的明暗模耦合效应的相关研究进展,包括平面结构EIT效应,立体结构EIT效应,明暗模垂直耦合电磁诱导吸收(EIA)效应,以及表面波非对称激发。组成超材料的单元结构内部的模式耦合机制对超材料的远场近场响应具有决定性的作用,其不同的耦合机制在光开关、慢光器件、光传感器、片上系统等的设计方面有重大的潜在应用价值。
光谱探测与分析

FTIR光谱仪中傅里叶插值采样方法的研究

李妍, 李胜, 高闽光, 徐亮, 李相贤
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 123001-0123001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0123001
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摘要 ( 20 ) 引用本文
为解决传统"Brault"采样方法中参考信号过零点计算复杂、耗时较多的问题,提出了基于傅里叶插值技术寻找过零点的方法。通过与其他插值方法进行比较研究,结果表明,这种方法确保了过零点信息准确性的同时简化了数据处理的复杂度,得到的过零点信息线性拟合系数大于0.999。在2 100~2 200 cm-1波段范围内,当参考激光信号误差较小时,傅里叶插值方法得到的仪器SNR是三次样条插值法所得到的1.03倍,而线性插值方法与傅里叶插值方法得到的结果一致;当参考激光信号误差较大时,傅里叶插值方法得到的仪器SNR是线性插值方法得到的仪器SNR的1.05倍。

偏振光谱仪偏振探测精度分析

李金金, 孙晓兵, 康晴, 李树, 殷玉龙
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 123002-0123002(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0123002
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摘要 ( 27 ) 引用本文
用于野外地物偏振光谱测量的偏振光谱仪,其偏振探测精度直接影响到地物偏振光谱信息获取的准确性,进而影响到目标偏振特性的解译水平。设计了适用于光栅光谱仪的偏振测量组件,将两种型号的光栅光谱仪改装成偏振光谱仪。基于可调偏振度光源验证偏振光谱仪的偏振光谱测量精度,首先分析了偏振光谱仪的偏振敏感性,然后给出了偏振光谱仪对可调偏振度光源输出不同偏振度谱的实验测量结果。实验结果表明:在460~920 nm波长范围之间,偏振光谱仪具有一定的偏振敏感性,加装退偏器之后,偏振光谱仪对输出光的测量偏振度与可调偏振度光源输入的标准偏振度具有很好的一致性,实测值与理论值的绝对误差均在2%以内,从而验证了两种型号的偏振光谱仪偏振测量组件设计的可行性,能够满足实验测量的要求。
信息获取与辨识

动态金字塔模型的红外图像SR重建

谢冰, 段哲民, 马鹏阁, 陈宇
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 126001-0126001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0126001
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摘要 ( 24 ) 引用本文
无人机在复杂飞行过程中,因大气气流及光学设备成像等影响造成采集到的红外图像分辨率过低;另外,因各帧图像分辨率不同,基于固定层数分解的金字塔模型在同一区域下的显著图提取结果存在差异,无法借助视觉技术实现无人机目标定位及自主导航。提出一种改进Itti模型下的红外图像感兴趣区域提取及SR重建算法。算法首先引入多特征对红外图像序列进行金字塔动态分层模型构建;然后,针对不同分辨率下的多帧红外图像进行感兴趣区域的动态提取来克服传统Itti算法的不足;最后,提出基于共轭梯度法的目标函数最小化红外图像超分辨率重建算法,对感兴趣区域进行空间SR重建,提高感兴趣区域目标的空间分辨率。实验验证了提出算法的有效性及准确性。

红外激光车载云台去抖动设计

熊晶莹, 戴明, 赵春蕾
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 126002-0126002(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0126002
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摘要 ( 17 ) 引用本文
车辆行驶产生的颠簸、晃动,会严重影响红外激光车载云台采集视频的质量,不利于信息的观察和判读。为了改善视频质量,提出一种实时有效的车载电子稳像方法。首先,用非线性扩散滤波建立尺度空间,使视频帧在无损精度的前提下突出边缘信息;然后,采取图像亮度信息与梯度信息相结合的特征提取策略,利用图像亮度信息快速搜索潜在特征点并记录其位置,并通过分析其梯度信息与预判条件的对比结果来选取优质特征点,在特征描绘阶段,通过增强二值特征描绘器之间的显著性和差异性,提升特征量的辨别力;最后,通过位置验证辨别相似特征,提高全局运动矢量估计精度。时间比对实验表明提出的算法能够满足实时处理的要求,在分辨率为720 P时也能达到每秒处理帧频大于60帧;有效能力对比实验中,新方法的重复度均高于65%,明显提高了特征探测能力,并且在加入去抖动设计后6组实验的帧间转换精度分别提升了46.8%、30.8%、28.44%、28.1%、33.9%和53.4%,表明该方法极大地改善了抖动视频的稳定性和视频信息提取的准确度。

基于深度学习的多视窗SSD目标检测方法

唐聪, 凌永顺, 郑科栋, 杨星, 郑超, 杨华, 金伟
红外与激光工程. 2018, 47 (1): 126003-0126003(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0126003
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摘要 ( 40 ) 引用本文
提出了一种基于深度学习的多视窗SSD (Single Shot multibox Detector)目标检测方法。首先阐述了经典SSD方法的模型与工作原理,并根据卷积感受野的概念和模型特征层与原始图像的映射关系,分析了各层级卷积感受野大小和特征层上默认框在原始图像上的映射区域尺寸,揭示了经典SSD方法在小目标检测上不足的原因。基于此,提出了一种多视窗SSD模型,阐述了其模型结构与工作原理,并通过106张小目标图像数据集测试,评估和对比了多视窗SSD方法与经典SSD方法在小目标检测上的物体检索能力与物体检测精度。结果表明:在置信度阈值为0.4的条件下,多视窗SSD方法的AF (Average F-measure)为0.729,mAP (mean Average Precision)为0.644,相比于经典SSD方法分别提高了0.169和0.131,验证了所提出算法的有效性。
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