编辑部公告  
· 《红外与激光工程》"超快光纤激光技术"专题征稿
· 《红外与激光工程》"微纳光学与红外应用"专题征稿
· 《红外与激光工程》青年编委交流会顺利召开
· 《红外与激光工程》"光纤激光光束合成"专题征稿
· 第五届新型光电探测技术及其应用研讨会
· 关于开展第三届全国光学工程学科优秀博士学位论文评选工作的通知
· 先进高功率高能激光技术与应用研讨会
· 《红外与激光工程》期刊加入CNKI网络首发
更多>>     
在线办公系统  
下载中心
保密审查证明
版权转让协议
创新性声明
论文模板
导师审查意见表
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
友情链接
22 中国光学工程学会
22 中国光学期刊网
22 中国知网
网站统计  
红外与激光工程  
  红外与激光工程—2018, 47 (11)   出版日期:2018-11-25
  本期栏目:大气光学 空间光学 光电导航与控制 信息获取与辨识 邀请报告 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 光学制造与工艺 
邀请报告

红外偏振感知与智能处理

赵永强, 李宁, 张鹏, 姚嘉昕, 潘泉
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1102001-1102001(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1102001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1304 KB)  ( 142 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
红外偏振成像在抗干扰目标检测、复杂环境下人造物识别中具有潜在优势,同时能够获取目标表面理化特性。分时、分振幅、分孔径红外偏振成像方式由于体积、重量、功耗等的不足限制了其应用,而小型化、集成化、实时成像设备是红外偏振成像广泛应用的前提,而对于所获取数据的智能分析是其应用的基础。介绍了所研制的红外偏振智能感知系统,通过分焦平面式成像技术实时采集目标场景的红外偏振数据,通过深度学习与分焦平面偏振成像紧密融合,实现高质量偏振图像恢复与典型场景下运动目标的智能感知。

用于激光微烧蚀冲量测量噪声误差的蒙特卡洛分析方法

金星, 洪延姬, 常浩, 李南雷
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1102002-1102002(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1102002
全文: HTML (1 KB)  PDF (2126 KB)  ( 43 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
水平扭摆冲量测量装置是研究激光与工质烧蚀冲量耦合的有效手段。针对测量过程易受干扰的特点,基于冲量瞬间作用模型,通过系统参数标定误差和冲量误差与噪信比关系,采用蒙特卡洛数值仿真方法,提出了测量噪声影响系统参数标定和冲量测量误差的分析方法。所提出的方法可应用于分析测量噪声对系统参数标定误差、冲量测量误差的影响规律研究,为微小冲量测量误差和结构设计提供依据。
激光技术及应用

基于激光雷达脉冲特性的湍流风速估计方法

庄子波, 刘晓宇, 陈星
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1106001-1106001(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1106001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1165 KB)  ( 52 )
摘要 ( 4 ) 引用本文
提出了一种基于激光脉冲距离权重函数的湍流风场速度估计的方法,可以解决多普勒信息探测晴空湍流风场中精细化的风速测量问题。算法以划分的距离门为单位对速度值进行空间平均,将各距离单元速度与激光脉冲距离权重函数进行卷积运算得到风速的局部估计值。并考虑高斯激光脉冲在湍流风场中的有效空间展宽传输特性,根据直接选取距离门中心位置的速度估计方法和快速的线性平均近似方法的处理过程,引入激光脉冲的传输特性来表达湍流径向风速的统计平均值,以实现湍流风速的测量以及激光雷达在探测湍流上的应用。实验结果表明,在有明显湍流条件的风场环境中,脉冲距离权重方法比线性平均方法在保留真实风场属性的前提下具有相对更小的速度标准差,显示出较好的风速修正效果,提高了激光雷达对湍流风场的测速性能。

激光制导武器半实物仿真系统弹目视线建模与验证

甘霖, 李慧, 刘艳芳, 赵宏鹏
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1106002-1106002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1106002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1564 KB)  ( 28 )
摘要 ( 3 ) 引用本文
激光制导武器半实物仿真系统的弹目视线复现精度是评估半实物仿真精度的一项关键参数。在分析弹目视线运动的静态和动态误差来源的基础上,采用多体系统理论建立了具有明确物理意义的弹目视线运动模型。对正弦、指数和典型战情三种运动过程中的弹目视线角分别进行了仿真计算和实验测试,利用实测数据对仿真结果进行了对比验证。结果表明:弹目视线角仿真结果与实测结果误差小于2.68',误差均值小于0.30',两者具有较好的一致性,模型能够准确反映弹目视线角的变化规律。

激光沉积TA15钛合金显微组织及高周疲劳性能研究

杨光, 刘佳蓬, 钦兰云, 任宇航, 王维
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1106003-1106003(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1106003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1373 KB)  ( 18 )
摘要 ( 4 ) 引用本文
对激光沉积TA15钛合金显微组织进行研究,并分析了室温下高周疲劳裂纹的萌生和扩展特性。采用光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)分析了试样疲劳断口以及纵截面显微组织形貌。研究表明,激光沉积宏观组织呈现定向生长的柱状晶形貌,晶粒内部为细小的网篮组织,经过双重退火后,网篮组织有粗化趋势。疲劳源区存在与α集束尺寸相当的解理断裂平面,稳定扩展区疲劳裂纹扩展路径曲折,这与片层组织中α集束位向不同有关,一定区域内疲劳裂纹平行α片层或近似垂直α片层扩展,扩展区的二次裂纹有助于扩展能量的消耗,提高疲劳寿命。

532 nm激光在雨中传输衰减模型的改进及实验

魏朕, 沈娜, 张祥金
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1106004-1106004(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1106004
全文: HTML (1 KB)  PDF (1544 KB)  ( 56 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
目前国内外研究激光在雨中传输的衰减问题时主要有两种模型:散射模型和遮挡模型。但是遮挡模型在处理位于激光器视场近端的大尺寸雨滴时存在理论缺陷,而散射模型对于视场远端的雨滴多次散射问题的计算量过于庞大。提出了一种基于接收端雨滴投影圆面积判据的雨滴衰减模型改进算法,对接收透镜视角内出现单个雨滴全遮挡的情况进行了修正。并且采用MATLAB对模型进行了仿真分析,得到改进的衰减模型与散射模型和遮挡模型的衰减曲线对比图。最后,通过自然雨场实验验证改进理论算法的精确度,结果表明:传输距离在100 m且降雨量为1.2 mm/h时,改进的理论模型相比较原遮挡模型精度提高了54.6%,说明上述改进算法能够提高雨滴衰减模型的精确性。该项目的研究为蓝绿激光大气通信探测技术的发展提供了一定的理论支撑。

圆柱铁氧体微裂纹的激光扫描热成像检测

王晓娜, 姚行洲, 侯德鑫, 叶树亮
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1106005-1106005(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1106005
全文: HTML (1 KB)  PDF (2551 KB)  ( 20 )
摘要 ( 3 ) 引用本文
针对用激光局部加热试样引起的横向热流检测裂纹,对低热导率材料表面的微小裂纹成像信噪比较低的问题,提出基于相邻热信号比较的圆柱铁氧体表面微裂纹检测算法。基于几何模型重构运动的圆周表面各点热信号,以激光扫描方向相邻点热信号的欧氏距离作为特征进行成像。仿真分析确定热信号裁剪区间、参考信号位置等算法参数。对6个具有5~35 μm宽度自然裂纹的样品进行实验,结果表明,在线激光2.66 mm/s的扫描速度下,裂纹成像信噪比相比常规方法提高1~2倍,可清晰成像出裂纹的形状。

梯度下降VAD方法的单多普勒激光雷达风场探测技术

冯长中, 吴松华, 黄海广, 王贵宁
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1106006-1106006(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1106006
全文: HTML (1 KB)  PDF (1236 KB)  ( 15 )
摘要 ( 1 ) 引用本文
速度方位显示(Velocity-Azimuth Display,VAD)方法作为一种基于单部激光雷达和同一高度风场均匀的假设前提来反演风场的通用方法已经在业界得到广泛应用,但其对激光雷达扫描方位角的范围和径向个数的严格要求在一定程度上影响了激光雷达的测量效率。基于此,提出了一种基于梯度下降算法的VAD风场反演方法。使用梯度下降算法代替目前VAD中的傅里叶级数展开求解的方法。在分析了算法收敛性影响因素的基础上,确定了算法迭代步长和迭代次数,从而改善了算法的收敛性,提高了运算速度。与标准风杯风速计(IEC 61400-12-1)的同步对比实验结果显示:该方法在激光雷达扫描范围降低到60°和扫描径向个数降低到7个的情况下,10 min平均的风速、风向相关系数达到0.99,风速标准偏差、偏差分别为0.52 m/s和0.02 m/s,风向的标准偏差和偏差分别为5.1°和3.6°。结果证明了该方法在提高激光雷达测量效率的同时仍能保证其准确性,具有更强的适用性,可有效提升系统对于动态大气风场监测能力。

激光角度欺骗干扰效果评估实验研究

王伟柱, 刘志国, 王仕成, 刘硕
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1106007-1106007(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1106007
全文: HTML (1 KB)  PDF (1249 KB)  ( 22 )
摘要 ( 3 ) 引用本文
为实现对激光角度欺骗干扰效果的有效评估,构建了激光角度欺骗干扰效果评估系统,详细介绍了目标运动模拟分系统、激光制导导弹模拟分系统和干扰效果评估分系统的结构组成和功能,并结合干扰效果评估方法,设计了相关实验,通过对实验测试数据的详细分析,对干扰效果进行了评估。实验中,当激光脉冲周期为50 000 μs时,设置干扰激光超前制导激光2、3、4、-3 μs,解算出落点偏差分别为154.14、167.03、174.93、0.52 m;当激光脉冲周期为51 200 μs时,设置干扰激光超前制导激光2、-2、3 μs,解算出落点偏差分别为396.86、0.53、396.86 m。结果表明:当干扰脉冲超前制导脉冲进入导引头波门模拟器时,可成功实现对导引头模拟器的干扰,受干扰后的导引头模拟器只跟踪干扰激光光斑,而不是干扰激光和指示激光的能量中心。以落点偏差为评估指标,对干扰效果进行了评估分析,研究结果可为激光制导对抗评估提供技术支持。

导光镜镜面温度场的模拟分析

孟令武, 邵帅, 乔健
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1106008-1106008(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1106008
全文: HTML (1 KB)  PDF (1777 KB)  ( 17 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
为降低导光镜镜面热变形,采用有限体积法求解三维湍流传热方程,获得了镜面激光辐照区的温度场。文中主要讨论了激光功率、辐照时间、冷却液流速、镜体材料、流道与镜面距离等因素对镜面温度场的影响,并以辐照区平均温度和标准温度偏差作为主要指标进行冷却效果评价。结果表明,激光功率越大,各个方向上的温度越大;激光辐照发生的初始阶段温升增加较快,后期趋于平缓;流速越大,平均温度越低,标准温度偏差越小;镜体材料的性质对温度场也有不同影响;流道与镜面距离对铜镜的温度场影响不大。

激光沉积成形熔池尺寸分析与预测

钦兰云, 徐丽丽, 杨光, 刘奇, 王维
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1106009-1106009(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1106009
全文: HTML (1 KB)  PDF (1214 KB)  ( 14 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
激光沉积制造过程中,单道沉积宽度主要受激光熔池宽度的制约,稳定的熔池是保证成形精度的前提。为了建立工艺参数激光功率、扫描速度以及送粉速率与熔池尺寸之间的经验模型,采用非匀速段关光控制及卡尔曼滤波技术对采集的熔池测量数据进行去噪处理,以实现成形过程熔池宽度的精确检测,为熔池宽度预测精度提供了保证。基于正交试验建立了多元回归模型,其拟合优度可达94%,最大误差不超过4.5%。经单一变量试验方法验证,结果表明熔池宽度与激光功率呈正相关,与扫描速度呈负相关,实验结果与回归分析结果具有较好的一致性。

微爆材料的飞秒激光三维光存储

蔡建文, 胡衍雷, 黄文浩
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1106010-1106010(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1106010
全文: HTML (1 KB)  PDF (1516 KB)  ( 12 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
飞秒激光三维光存储是实现高密度和超高密度光存储的重要方法之一。对一种新的微爆材料(以PMMA为基质掺杂Sm0.5Ce0.5(DBM)3Phen染料)的吸收光谱进行了测量和分析,以波长为514.5 nm的激光作为激光光源获得了激发前后的荧光光谱,以800 nm飞秒激光作为激发光源得到激发前后的电子旋转共振光谱特性,并分析了不同激光脉冲能量下存储数据点尺寸和存储点读出灰度值的变化情况,并实现了该材料的飞秒激光四层光信息存储,点间距为4 μm,层间距为16 μm,实验结果表明:这种材料可以很好地应用于三维光信息存储。

组合激光辐照单晶硅的热作用数值分析

张明鑫, 聂劲松, 孙可, 韩敏
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1106011-1106011(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1106011
全文: HTML (1 KB)  PDF (1308 KB)  ( 19 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
利用有限元法对组合激光辐照单晶硅的温度及应力场进行了数值分析,在组合激光与连续激光平均功率密度相同的前提条件下比较了组合激光和连续激光分别作用于单晶硅的损伤效果。计算结果表明,组合激光与连续激光相比更有利于实现对单晶硅的热损伤;组合激光作用下单晶硅内部的Von Mises应力、轴向应力和环向应力比在连续激光作用下要大,组合激光对单晶硅的损伤比连续激光更强。
激光器技术

180 W单频全光纤激光器

张利明, 鄢楚平, 冯进军, 张昆, 张浩彬, 朱辰, 张大勇, 赵鸿, 陈念江, 李尧, 郝金坪, 王雄飞, 何晓彤, 周寿桓
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1105001-1105001(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1105001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1395 KB)  ( 29 )
摘要 ( 5 ) 引用本文
高功率单频光纤激器在相干探测、功率光谱合成等方面具有广泛的应用前景。分析了高功率单频光纤激光器中受激布里渊散射效应的抑制方法,研究了放大级特性对受激布里渊散射效应的影响。采用线宽为70 kHz的单频光纤激光器作为种子源,经两级光纤放大,实现了中心波长1 064.1 nm、线宽70 kHz、最高功率为180 W的单频全光纤激光输出,光-光转换效率71.1%,光束质量Mx2=1.2,My2=1.21。分析了改变放大级特性前后输出功率提升的原因,认为改变放大级的温度分布减小了受激布里渊散射效应的增益系数,提高了输出激光的受激布里渊散射阈值,促使改变放大级温度分布后的输出功率大幅提高。该激光器的输出功率仅受限于泵浦功率,进一步提高泵浦功率,有望实现更高功率的单频光纤激光输出。

高功率半导体激光器互连界面可靠性研究

彭勃, 张普, 陈天奇, 赵崟岑, 吴的海, 刘晖
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1105002-1105002(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1105002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1908 KB)  ( 21 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
随着高功率半导体激光器(HPLD)在极端环境中的应用越来越广泛,互连界面的可靠性已成为制约其性能和寿命的关键瓶颈之一。文中利用有限元方法(FEM)对传导冷却(CS)高功率半导体激光器巴条互连界面在-55~125℃热冲击条件下的失效行为和寿命进行了模拟与分析。基于粘塑性Anand本构模型和Darveaux能量积累理论,对比了热冲击后界面层边缘及中心位置铟互连界面的可靠性,发现互连界面边缘的应力最大,达到0.042 5 GPa;相应的边缘位置的寿命最短,只有3 006个周期,即边缘位置为互连界面的"最危险单元"。预测了采用铟、金锡合金和纳米银焊膏封装的半导体激光器巴条的寿命,计算出铟、金锡合金和纳米银焊膏三种不同键合材料在边缘位置的寿命分别为3 006、4 808和4 911次循环,表明纳米银焊膏和金锡合金在热冲击条件下具有更长的寿命,更适合于用于极端环境的高功率半导体激光器封装。

VRM腔高光束质量高功率双波长激光器

靳全伟, 庞毓, 蒋建锋, 谭亮, 崔玲玲, 魏彬, 万敏, 高清松, 唐淳
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1105003-1105003(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1105003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1565 KB)  ( 13 )
摘要 ( 4 ) 引用本文
研制的双波长短脉冲激光器采用"大模体积腔+渐变反射率输出镜"技术,对二极管泵浦棒状激光介质产生的热透镜及热退偏进行补偿,在500 Hz下实现了谐振腔短脉冲能量140 mJ,脉宽约17.76 ns的1 064 nm激光输出,20 min能量不稳定性RMS值小于0.3%,激光光束质量M2≈1.6。该实验结果与采用MOPA技术路线——谐振腔+预放的方式技术指标相当,但采用谐振腔的技术路线结构简单紧凑。采用水热法生长抗灰迹效应的GTR-KTP晶体作为倍频晶体,相位匹配方式选择Ⅱ类相位匹配,倍频后532 nm激光单脉冲最高能量96 mJ,最高倍频效率68.6%,激光光束质量M2≈2.1。通过能量调节设计,实现了线偏振态1 064 nm和532 nm激光功率连续可调共光轴输出。

InGaAsP多量子阱双稳态激光器的实验及理论研究

徐玉兰, 林中晞, 陈景源, 林琦, 王凌华, 苏辉
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1105004-1105004(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1105004
全文: HTML (1 KB)  PDF (1529 KB)  ( 16 )
摘要 ( 4 ) 引用本文
从实验和理论上研究了InGaAsP多量子阱(Multi-Quantum-Well,MQW)双区共腔(Common Cavity Tandem Section,CCTS)结构半导体激光器的吸收区偏置状态对双稳态特性的影响。实验结果表明:随着可饱和吸收区上的负偏置电压的增大,激光器P-I曲线中双稳态特性更加明显,V-I曲线有负微分电阻,当偏压加至-3 V时,回滞曲线环宽度增加至13.5 mA,开关比达到21:1。理论分析表明,利用吸收区的高负偏置态和短载流子逃逸时间能获得更好的双稳态特性。最大107:1的开关比也说明双区共腔激光器能在两稳态之间实现非常明确的转换。

Nd:YAG调Q激光器失稳现象的理论及实验研究

曹明真, 刘学胜, 何欢, 刘友强, 王智勇
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1105005-1105005(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1105005
全文: HTML (1 KB)  PDF (1712 KB)  ( 16 )
摘要 ( 4 ) 引用本文
报道了一种Nd:YAG调Q短脉冲激光器失稳现象的理论分析及实验研究。短脉冲调Q激光器运行过程中,会有多种因素导致其不能稳定输出符合目标值的脉冲激光,即出现失稳现象。实验过程中发现,输出镜处的干扰光会导致短脉冲激光器出现失稳现象。在理论基础上,对外界干扰光对短脉冲调Q激光器输出光特性的影响进行了模拟计算,并进行了实验验证,分别从能量和脉宽两个特性进行讨论。结果表明:干扰能量越大,造成失稳现象越严重,干扰脉冲能量为60 mJ时,短脉冲调Q激光器输出能量损失达15%以上,脉宽展宽至1.15倍以上;干扰脉冲注入时间节点越靠后,失稳现象越严重,在短脉冲调Q激光器的泵浦末端,即调Q开关打开前注入能量为60 mJ、脉宽为10 ns的干扰脉冲时,短脉冲调Q激光器可输出能量损失达到80%。

冷气流引射式小型DF激光器紧凑度分析

郭建增, 邱雄飞, 王杰, 刘盛田, 颜飞雪, 王植杰
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1105006-1105006(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1105006
全文: HTML (1 KB)  PDF (1503 KB)  ( 11 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
对影响冷气流引射式小型DF激光器紧凑度的主要因素进行了分析,以功率-气源体积比作为评价紧凑度的指标,在多种参数条件下对功率-气源体积比进行了计算,结果表明,随着激光器喷管列阵质量流面密度的增加,功率-气源体积比先增大后减小,并在喷管列阵质量流面密度约为3.3 g·s-1·cm-2时取得最大值;在激光尾气参数相同的情况下,提高引射喷管总压可获得更大的功率-气源体积比,但随着引射喷管总压的提高,引射喷管总压对功率-气源体积比的影响逐渐减弱;与氦气做引射工质相比,采用氮气和空气做引射工质可获得更大的功率-气源体积比。

晶体拉曼放大器的理论解析

王聪, 吕冬翔
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1105007-1105007(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1105007
全文: HTML (1 KB)  PDF (1228 KB)  ( 10 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
晶体拉曼放大器是获得高光束质量、高光谱纯度、高功率拉曼激光的重要途径。通过引入四个归一化综合参量,推导出了外腔拉曼放大器的归一化输运方程组。通过数值求解该输运方程组得到了描述拉曼放大器运转的一组普适理论曲线;分析了复合归一化变量对拉曼放大器性能的影响;研究了晶体拉曼放大器放大率、放大后拉曼脉冲形状、光-光转换效率等参量在泵浦脉冲功率密度、泵浦脉冲与被放大脉冲相对宽度、泵浦脉冲与被放大脉冲时间重叠性等条件的变化规律。用实验数据对归一化理论进行了验证,结果表明,理论结果与实验数据相吻合,证明了文中理论计算的正确性和可行性。

紧凑型MgO:PPLN宽波段可调谐连续光参量振荡器

张永昶, 朱海永, 张静, 郭俊宏, 张栋, 段延敏
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1105008-1105008(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1105008
全文: HTML (1 KB)  PDF (1109 KB)  ( 15 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
报道了基于掺MgO周期极化铌酸锂(MgO:PPLN)晶体的可调谐连续光参量振荡器。该光参量振荡激光器采用了多周期可调谐的MgO:PPLN作为非线性光学晶体,Nd:YVO4为激光晶体的紧凑型半导体激光端面抽运直线腔系统。实验中采用的MgO:PPLN晶体包含28.5~31.5 μm之间的7个极化周期,相邻极化周期的间隔为0.5 μm。通过调节7个极化周期实现信号光波长1.43~1.67 μm和闲频光波长2.93~4.16 μm的激光调谐输出。对同一温度下不同极化周期对应的输出波长进行理论计算,与实验结果符合较好。对比分析了输出功率随着不同极化周期和抽运功率的变化关系。当半导体激光入射抽运功率为15.4 W,在31 μm极化周期和35℃的控制温度下,最高获得了2.94 W的1 595 nm信号光和1.45 W的3 190 nm闲频光,对应的光光转换效率达28.5%。

定向红外对抗系统中的激光器技术

孟冬冬, 张鸿博, 李明山, 林蔚然, 沈兆国, 张杰, 樊仲维
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1105009-1105009(10). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1105009
全文: HTML (1 KB)  PDF (1363 KB)  ( 26 )
摘要 ( 3 ) 引用本文
便携式防空系统(MANPADs)、各类红外制导导弹等红外热寻的武器是民用、军用飞机重要的威胁。随着红外成像探测器被广泛用于热寻的制导武器,传统的红外干扰机、曳光弹难以形成有效对抗,以红外波段激光作为光源的红外定向对抗(DIRCM)系统是目前对抗热寻的武器的有效手段。文中回顾了目前有代表性的红外定向对抗系统,分析阐述用于红外定向对抗系统中的激光器关键技术,给出红外成像探器致眩区域计算方法,并讨论展望红外对抗激光器技术的发展趋势。
红外技术及应用

高速滑翔目标点源红外辐射特征模拟及可探测性分析

牛青林, 杨霄, 陈彪, 贺志宏, 刘连伟, 董士奎
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1104001-1104001(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1104001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1208 KB)  ( 38 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
文中对天基和地基两种观测平台下高超声速滑翔飞行器的点源红外可探测性进行了分析;通过双温度模型的N-S方程和气固耦合模型获得流场参数和壁面温度,并基于逐线法获得气体的物性参数;基于视在光线法求解辐射传输方程来获得HTV-2飞行器的点源本征辐射特性,并考虑大气透过率、背景以及路径辐射参数下计算不同平台的可探测性。结果表明:目标的中长波辐射强度强烈依赖于本体辐射,气体辐射可以忽略;3~5 μm谱带内的本征辐射较8~12 μm高近一个量级;在固定探测器灵敏度(10-12 W/cm2)下,最大探测距离强烈依赖于波段和探测角度。3~5 μm谱带内地基和天基观测的理想最大探测距离分别为450 km和1 450 km,8~12 μm谱带分别为300 km和550 km。

远红外辐射黑瓷板研制及其性能研究

修大鹏, 许建华, 周吉学, 张素卿, 赵国辰
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1104002-1104002(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1104002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1493 KB)  ( 14 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
以提钒尾渣为主要原料制造的黑瓷远红外辐射板,具有宽泛的烧结温度、突出的着色作用和优良的成瓷性能,第四周期过渡金属氧化物的含量大于80%,辐射率高达0.95,经过2 000 h、650℃加速老化试验,辐射率无变化,黑瓷板表面层不会脱落。通过扫描电镜对素坯板和黑瓷板的断口形貌和显微组织进行观察发现,素坯板主要由钛铁矿、板钛铁矿和拉长石等矿物组成,颗粒间呈机械混合状态,黑瓷板由晶粒、玻璃体和气孔组成,原料中大部分金属氧化物转移到晶粒中富集,形成堇青石、锂辉石、锆英石等矿物,被玻璃体紧密包围,热冲击性优良,化学稳定性好,无毒无害无放射性,是一种成本低、寿命长、效率高的远红外辐射体。

超长线列双波段红外焦平面探测器杜瓦封装技术研究

李俊, 王小坤, 孙闻, 林加木, 曾智江, 沈一璋, 范广宇, 丁瑞军, 龚海梅
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1104003-1104003(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1104003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1266 KB)  ( 24 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
针对拼接型短/中波的超长线列焦平面探测器与直线脉管集成耦合的要求,分析了超长线列焦平面杜瓦封装的难点。通过对超长冷平台的温度均匀性、超长冷平台支撑结构、大体积组件杜瓦低热负载、超长线列杜瓦真空寿命等封装技术进行研究,提出了多点"S"型冷链结合导热层的三维热输出方法,设计了"桥式"两基板的超长冷平台支撑结构,解决了超长冷平台高温度均匀性、集成探测器后低应力及焦深控制、超长线列探测器杜瓦组件的环境适应性、低热负载和长真空寿命等关键技术,成功研制超长线列双波段焦平面探测器制冷组件,并通过一系列空间环境适应性试验验证,试验前后组件性能未发生明显变化,满足工程化应用的要求。

基于遥感数据的地球背景中红外场景仿真

李霞, 刘建国, 董雁冰, 刘兴润
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1104004-1104004(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1104004
全文: HTML (1 KB)  PDF (1145 KB)  ( 31 )
摘要 ( 3 ) 引用本文
卫星遥感是研究地球大气背景红外辐射特性的重要手段,受大气影响及传感器观测条件的限制,无法获取多气象、多探测条件的辐射数据。针对该问题,基于JHU地物光谱数据库,分析了植被、水体、岩石等光谱辐射特性,结合传感器光谱响应,建立了3~5 μm基于光谱相关性的地表辐射波段转换模型,并利用逐步回归法计算误差,模型误差小于10%。利用MODIS、AIRS等多源遥感数据产品,根据地表-大气-传感器辐射传输模型,模拟不同时空分辨率、探测条件等的地球背景辐射中红外图像。结果表明,利用多源遥感数据进行中红外图像仿真,可以实现大尺度、具有细致纹理结构的图像模拟,应用于遥感研究。

数字细节增强技术在脉冲热成像无损检测中的应用

徐超, 陈一鹤
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1104005-1104005(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1104005
全文: HTML (1 KB)  PDF (1125 KB)  ( 30 )
摘要 ( 4 ) 引用本文
针对脉冲热成像法红外检测图像对比度低、缺陷目标边缘模糊、受不均匀照明影响大的问题,提出一种基于目标轮廓的结合数字细节增强技术与多阈值最大熵的缺陷大小定量估算方法。首先,脉冲红外检测图像经自动对比度增强算法优化的数字细节增强方法处理后,缺陷与背景间对比度显著提升,从而不均匀照明对缺陷识别效果的影响明显减弱;其次,再通过遗传算法优化的最大熵多阈值分割方法提取缺陷目标,对其进行八邻域法轮廓跟踪,以提取各缺陷区域的轮廓像素点并排序;最后,对具有一定方向的缺陷轮廓分别采用欧氏距离法和格林公式对缺陷的周长和面积进行定量估算。实验结果表明:该方法对缺陷大小进行定量估算的可行性,且数字细节增强技术可在一定程度上提高脉冲热成像检测系统的缺陷探测水平。
光电测量

微装配中变焦变倍视觉系统标定及自动聚焦

任同群, 黄海亭, 王晓东, 刘钰
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1117001-1117001(10). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1117001
全文: HTML (1 KB)  PDF (2135 KB)  ( 21 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
在微装配中,采用变焦变倍视觉系统可以有效解决测量范围与精度的矛盾,但同时也引入了动态标定和实时自动聚焦的新问题。为此,对变焦变倍显微视觉系统的标定和自动聚焦技术展开研究。在标定方面,首先通过变倍率法完成图像主点的标定。基于平面靶标定法,采用单视图单应矩阵分解对固定倍率下相机内外参数进行线性标定,再引入畸变模型,并由量子行为粒子群优化算法对标定结果进行非线性优化,优化之后的最大反投影误差约为0.13 pixel,平均反投影误差约为0.1 pixel。此外,通过高斯曲线拟合完成对任意工作状态下视觉系统放大倍数的校准。在自动聚焦方面,针对传统灰度梯度函数只考虑固定梯度方向且易受噪声影响的问题,采用八邻域最大梯度阈值的自动调焦算法,通过梯度阈值提高算法的抗噪性。与其他几种灰度梯度调焦函数相比,该算法的单峰性好,抗噪性强。

基于LabVIEW的空芯光子晶体光纤CO2气体检测系统

吕淑媛, 杜绍勇
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1117002-1117002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1117002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1266 KB)  ( 18 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
为了实现全光纤型高灵敏度气体在线检测系统,以空芯光子晶体光纤为传感气室,利用CO2气体分子在1 572.48 nm附近吸收谱以及虚拟仪器LabVIEW平台搭建了双光路差分CO2气体近红外检测实验系统。实验中所用空芯光子晶体光纤长度为1.8 m,通过对其两端同时充气,提高了系统响应速度,0.1 MPa下充气过程仅需100 s左右。以标准浓度CO2气体对该系统进行了标定,并对浓度2%、5%、10%和100%的CO2气体进行了测量,结果表明100 min内浓度检测相对误差不超过2%,标准差最大3.32%。气体吸收光程为1.8 m,系统检测灵敏度达到5.981 8×10-5 μW/ppm。

航天大视场遥感相机畸变测试方法

李重阳, 董欣, 岳丽清, 马丽娜, 张继友
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1117003-1117003(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1117003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1490 KB)  ( 20 )
摘要 ( 1 ) 引用本文
航天遥感相机的畸变作为相机的重要参数,其测试精度直接关系到相机获取图像后的图像处理精度。对于航天非测绘遥感相机,在设计之初往往对其光学系统的畸变设计要求没有测绘相机高,其光学系统的畸变一般会比较大,需要对此类遥感相机,特别是视场较大的遥感相机的畸变进行精确测试,为其在轨飞行检校提供比较精确的初始条件。文中在经典的精密测角方法的基础上,建立了针对大畸变航天遥感相机的数学模型,针对视场较大、弧形畸变较大的测试难点提出了合理可行的测试思路,完成了被测相机的高精度畸变测试,取得了理想的效果。实际测试结果表明:畸变测试精度优于1.8 μm (1σ),可以满足被测相机的高精度畸变测试需求,对航天非测绘大视场遥感相机畸变测试有参考借鉴意义。

深孔内表面结构光三维重构

丁超, 唐力伟, 曹立军, 邵新杰, 邓士杰
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1117004-1117004(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1117004
全文: HTML (1 KB)  PDF (2011 KB)  ( 49 )
摘要 ( 4 ) 引用本文
为实现针对深孔内表面几何形状的高精度三维重构,搭建了一套基于结构光的三维检测系统。首先,介绍了该检测系统的构成及相关测量原理,并验证了在某一确定范围内图像距离与实际距离近似呈线性关系,该论断为后续检测奠定了坚实的理论基础;然后,针对深孔模型实物以及对应的内表面展开成平面模型分别进行结构光检测,从而验证了检测方案的可行性以及检测系统的实际效果。结果表明:该检测方案在理论上可行,在实际应用中系统的检测精度能够达到亚像素水平,绝对偏差控制在0.034 7 mm的范围内;最后,在实际应用于深孔类零部件内表面检测的过程中,实现了针对该零部件内表面几何形状的高精度三维重构。

高精度测量高功率光纤激光器低反光纤光栅反射率的方法

葛诗雨, 沈华, 朱日宏, 汤亚洲, 矫岢蓉, 舒剑
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1117005-1117005(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1117005
全文: HTML (1 KB)  PDF (1179 KB)  ( 12 )
摘要 ( 6 ) 引用本文
作为高功率光纤激光器谐振腔的输出端,低反光纤光栅(Output Coupler,OC)的反射率值较小,采用基于透射谱的方法测量OC反射率时,光源功率不稳定或光谱仪测量的误差,会使得OC反射率的测量结果产生较大误差。因此提出一种基于菲涅耳反射原理,获得反射谱测量OC反射率的方法。通过实验对该方法进行了验证,结果表明该方法的测量精度和稳定性有了显著提高。同时分析了该方法带来的带宽测量不准确的问题,提出了使用折射率匹配液的方法解决了该问题。

迈克尔逊干涉法精确测量太赫兹频谱及目标速度

刘楚, 钟凯, 史杰, 靳硕, 葛萌, 李吉宁, 徐德刚, 姚建铨
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1117006-1117006(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1117006
全文: HTML (1 KB)  PDF (1116 KB)  ( 15 )
摘要 ( 3 ) 引用本文
搭建了一套迈克尔逊干涉仪,对CO2激光的9P36和9R10谱线泵浦CH3OH气体所产生的频率分别为2.52 THz和3.11 THz的太赫兹激光器输出频谱进行了精细测量。测量系统频率分辨率约为1 GHz,测量结果显示CO2激光泵浦的太赫兹源为单色源并具有极窄的线宽,波长与激光器标称值进行对比具有很好的一致性。基于这套系统实现了对干涉仪动臂目标的运动速度准确测量,提出了两种分别适用于匀速运动和变速运动情况下的速度反演方法,反演结果与设定值均相符。结论表明,迈克尔逊干涉仪不但可以精确测量太赫兹波源的频谱,同时配合单色太赫兹源可以准确测量目标速度,为太赫兹波段光谱、成像等领域的应用奠定基础。

利用波形匹配实现卫星激光测高脚点精确定位的方法

张文豪, 李松, 张智宇, 刘芮, 马跃
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1117007-1117007(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1117007
全文: HTML (1 KB)  PDF (1830 KB)  ( 17 )
摘要 ( 4 ) 引用本文
激光测高仪分米量级的绝对高程精度可以满足地面高程控制点的需求,但其十几米甚至几十米的平面偏移使得其激光脚点仅能在平坦地表区域作为高程控制点使用。通过推导激光回波模型建立回波模型仿真器,综合考虑激光能量时空分布、地表轮廓、地表反射率等器件和目标参数的影响,对没有考虑地表反射率影响的现有波形匹配方法进行改进;进而,使用机载LiDAR点云数据和GLAS波形、能量数据,以仿真波形和真实波形相关系数最大原则进行波形匹配,寻找GLAS激光脚点中心坐标的精确位置。结果表明:在GLAS系统接收能量正常的工作周期内,波形匹配的平均相关系数大于0.9,通过波形匹配提高GLAS激光脚点的平面精度,能够实现约2 m的平面定位精度。研究方法能解决复杂地表条件下的激光高程控制点获取问题。

基于数字零中频纳米位移遥测技术研究

樊红星, 周燕, 范松涛, 李丽艳
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1117008-1117008(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1117008
全文: HTML (1 KB)  PDF (2126 KB)  ( 12 )
摘要 ( 3 ) 引用本文
针对航空航天领域对超静平台纳米量级位移遥测的需求,研制了一套体积小、质量轻、便携式的激光多普勒纳米位移遥测系统;系统在电学部分采用基于数字零中频的解调方案,模拟器件的减少有助于提高系统的探测准确度和精度;理论分析了基于数字零中频的纳米位移振动解调算法,并进行了算法实现和试验验证,研究结果表明,该算法最小探测相位达到1°,对应振动位移2.15 nm。在此基础上,利用PI-E501标准振动源,在作用距离为10 m处,对研制的激光多普勒纳米位移遥测系统进行了性能测试,实现了振动频率10 Hz和1 000 Hz下和幅度1 000、200、10 nm的遥测,测试结果表明:该遥测系统满足工作频段在几十到几百赫兹,振动位移为微米甚至更低的航空航天领域对超静平台测量的要求。

直圆抛物线复合铰链柔度研究

张伟, 杨立保, 李清雅, 王严, 王晶
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1117009-1117009(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1117009
全文: HTML (1 KB)  PDF (1247 KB)  ( 23 )
摘要 ( 3 ) 引用本文
提出了一种新型柔性铰链:双边直圆抛物线复合铰链,建立了其理论结构模型,利用卡氏第二定理及微积分理论对铰链的主要性能指标柔度和转动精度进行计算,并取实际参数对柔度及转动精度进行了理论计算及有限元分析,同时对影响铰链性能的结构参数进行研究,结果表明:铰链柔度及转动精度的理论值与有限元分析值相比较,一致性大于92%,且铰链柔度随最小切割厚度t的变化最大。作为一种新型铰链与其他柔性铰链进行了对比,直圆抛物线铰链融合了直圆铰链与抛物线铰链的优点,当c<L/2时,铰链具有较强的转动性能及较弱的载荷敏感性,且热适应能力更强。所设计的直圆抛物线铰链为包括空间环境使用的支撑结构柔节的设计提供了指导。

近似稀疏约束的多层非负矩阵分解高光谱解混

徐晨光, 邓承志, 朱华生
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1117010-1117010(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1117010
全文: HTML (1 KB)  PDF (1432 KB)  ( 17 )
摘要 ( 9 ) 引用本文
稀疏正则化函数的选取直接影响到稀疏非负矩阵分解高光谱解混的效果。目前,主要采用L0或L1范数作为稀疏度量。L0稀疏性好,但求解困难;L1求解方便,但稀疏性差。提出一种近似稀疏模型,并将其引入到多层非负矩阵分解(AL0-MLNMF)的高光谱解混中,将观测矩阵进行多层次稀疏分解,提高非负矩阵分解高光谱解混的精度,提升算法的收敛性。仿真数据和真实数据实验表明:该算法能够避免陷入局部极值,提高非负矩阵分解高光谱解混性能,算法精度上比其他几种算法都有较大的提升效果,RMSE降低0.001~1.676 7,SAD降低0.002~0.244 3。
大气光学

近地面水平方向大气偏振辐射传输仿真与验证

提汝芳, 孙晓兵, 李树, 陈震霆
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1111001-1111001(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1111001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1278 KB)  ( 13 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
近地面水平方向偏振成像是地基目标观测的有效手段之一。目标偏振信息在大气传输中受到大气气溶胶及分子等散射和吸收作用的影响,叠加了非目标偏振信息,干扰了目标本身偏振特性参数的提取。因此,对大气的偏振影响研究具有重要意义。针对近地面水平方向偏振观测,基于单次散射假设,仿真计算了不同气溶胶光学厚度条件下的大气偏振辐射传输特性,并开展了外场偏振特性传输实验验证。仿真结果表明,地表贡献可以忽略;随着气溶胶光学厚度的增大,大气对总偏振反射的贡献越大;针对外场实验,仿真计算了不同时序同等观测条件下的线偏振度值,与实测结果相对误差在±0.1范围内,一致性很好。研究结果为近地面偏振特性传输研究提供了理论支持,并为近地面偏振观测中的大气校正奠定了基础。

利用Tatarski方案估算不同环境下的光学湍流廓线

蔡俊, 李学彬, 武鹏飞, 吴晓庆
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1111002-1111002(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1111002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1305 KB)  ( 13 )
摘要 ( 3 ) 引用本文
大气光学湍流的存在会严重制约光学系统的性能。为了能够降低大气湍流的影响,满足光电工程的应用,准确地估算出不同场景下的大气光学湍流廓线具有十分重要的指导意义。基于Tatarski光学湍流参数化方案和广泛应用的外尺度模式,利用探空仪测量的气象探空数据,对内陆(合肥)、海陆交界处(茂名)和远海海洋这三个不同环境下的大气光学湍流廓线进行估算。将合肥和茂名两地的估算值与实际观测的廓线进行对比验证,发现在变化趋势和量级上相近,为该模式估算远海海洋的大气光学湍流廓线提供了依据。结果表明模式能够较好地估算出不同环境下的光学湍流廓线。此外,还发现高空光学湍流的发生与风切变和温度梯度有重要关系。

基于阵列激光导星的自适应光学波前探测数值仿真

罗瑞耀, 王红岩, 宁禹, 丁枫, 万国新, 许晓军
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1111003-1111003(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1111003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1197 KB)  ( 19 )
摘要 ( 4 ) 引用本文
为克服当前波前探测技术存在的固有问题,提出了一种基于阵列激光导星(Laser Guide Star,LGS)的自适应光学系统。该系统可以有效消除聚焦非等晕效应的影响从而提高系统的波前探测精度,由此大幅度增大激光导星自适应光学系统的大气湍流探测范围,从而降低自适应光学系统对导星亮度的要求。阐释了该系统的闭环工作过程,并依据其工作过程建立仿真模型,数值仿真了该系统基于阵列激光导星的波前探测过程。最后对重构波前精度进行评估,分析了仿真存在的误差。数值仿真结果显示:该系统的波前重构精度较好,校正残差为11%,初步验证了利用阵列激光导星进行波前探测的可行性。

0-1故障模型在自适应光学系统中的应用

宋定安, 李新阳, 彭真明
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1111004-1111004(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1111004
全文: HTML (1 KB)  PDF (1474 KB)  ( 10 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
自适应光学系统有效通光口径的变化会引起部分哈特曼传感器子孔径缺光以及部分变形镜驱动器失效,造成系统子孔径排布和驱动器排布的匹配布局发生改变,从而引起变形镜控制电压输入与哈特曼传感器反馈输出之间的对应关系发生变化。针对自适应光学系统有效布局变化的情况,首先从理论上分析了系统不能稳定工作的原因,并且提出采用0-1故障模型的新方法对自适应光学系统部分单元失效的情况进行建模,然后针对经典比例-积分控制算法进行修正。最后通过实验证明,采用0-1故障模型建模,可以保证系统的稳定运行,但自适应光学系统的部分单元失效,会引起系统对波前像差的校正能力的下降。

自适应光学成像事后处理LoG域匹配图像质量评价

牛威, 郭世平, 史江林, 邹建华, 张荣之
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1111005-1111005(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1111005
全文: HTML (1 KB)  PDF (1961 KB)  ( 19 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
图像质量评价是地基光电探测任务中的基础性的研究工作之一,与其他事后处理任务密切相关。重点研究了无参、客观自适应光学图像的质量表示与指标提取方法,总结了目前对图像质量评价研究的基本框架及研究现状。提出了一种基于非线性能量归一化的自适应光学图像质量感知模型,并结合自适应光学系统与人眼视觉感知的特性,提取了两个无参、客观像质评价指标,该指标可用于帧选、复原等关键任务中,实现对图像质量的自动评价或图像内容变化的自动检测,评估结果与人眼主观评价呈现出良好的一致性。

高信噪比云与气溶胶探测仪成像系统设计

李帅, 徐抒岩, 刘栋斌, 张航
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1111006-1111006(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1111006
全文: HTML (1 KB)  PDF (1675 KB)  ( 12 )
摘要 ( 3 ) 引用本文
为获取高信噪比的气溶胶遥感数据,针对光谱仪成像系统链路分析了影响云与气溶胶探测仪信噪比的关键因素。结合光谱仪成像电路系统的响应模型,确定了电子学系统信噪比的表达式,针对可见探测器和红外探测器。提出了模块化的高信噪比成像光谱仪电路系统的设计方法,并描述了云与气溶胶探测仪成像电路系统从总体设计到模块设计的完整研制方案。对云与气溶胶探测仪进行辐射定标试验,试验结果表明:可见单机各通道在典型辐亮度条件下最小信噪比为50.9 dB,红外单机各通道在典型辐亮度条件下最小信噪比为62.3 dB,满足指标要求。针对可见探测器和红外探测器的成像电路系统设计方法对其他光谱仪电路系统设计具有借鉴意义。
空间光学

天基大口径反射镜支撑技术的发展

张博文, 王小勇, 赵野, 杨佳文
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1113001-1113001(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1113001
全文: HTML (1 KB)  PDF (2171 KB)  ( 35 )
摘要 ( 4 ) 引用本文
为了满足人类对地观测和宇宙探索的更高性能要求,空间望远镜反射镜口径已经从米级向十米量级迈进,呈现不断增大的趋势。大口径反射镜支撑与反射镜面形精度和稳定性直接相关,是决定空间望远镜实际观测能力乃至任务成败的关键技术之一。首先对大口径反射镜的三种主要支撑形式进行了介绍并做出适用性比较。在此基础上,从影响反射镜支撑设计的各个因素出发,讨论了反射镜支撑的设计原则。然后结合设计原则的讨论和国内外研究进展对支撑点数量和位置优化、无热化设计、无应力装配设计等大口径反射镜支撑关键技术及发展方向进行了探讨,期望对我国大型空间望远镜的研制提供借鉴,在新一轮空间探索热潮中实现跨越发展。

空间微型光学载荷主结构优化设计与试验

邢艳秋
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1113002-1113002(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1113002
全文: HTML (1 KB)  PDF (2529 KB)  ( 17 )
摘要 ( 4 ) 引用本文
针对某微型光学载荷主结构质量过重,地面重力变形过大以及基频太低的问题,提出以质量最小、随机加速度响应RMS值为目标,基频、变形为约束条件,建立优化数学模型,并对光学载荷主结构进行拓扑优化设计。对优化后的主结构进行工程分析,结果表明,优化后主结构质量为12.5 kg,降低了68.71%;基频由优化前的11.18 Hz提高到268.7 Hz;最大变形为0.3 μm;光学载荷安装位置随机加速度响应值放大倍率1.2,小于总体指标1.5;最后对主结构和其上端安装的光学载荷进行了力学试验、热循环试验,并对试验后的设备进行了性能检测,结果满足总体指标,证明了所设计的主结构具有良好的性能,同时该主结构优化方法有效可行。
光学制造与工艺

冷却间隙对小口径双非球面硫系玻璃镜片模压成型质量的影响

唐昆, 孔明慧, 李典雨, 朱勇建, 王宇
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1142001-1142001(11). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1142001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1716 KB)  ( 13 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
为实现小口径双非球面硫系玻璃镜片的高精度批量制造,通过仿真与实验,对镜片模压成型冷却阶段的冷却间隙进行了研究,揭示了其对镜片成型质量的影响规律。首先,对硫系玻璃模压成型的高温粘弹性力学模型、结构松弛模型以及界面热传递模型进行了分析,并将其应用于仿真研究;其次,对目标镜片进行了模压成型仿真,探讨了冷却间隙条件对镜片内部温度、应力分布以及轮廓偏移量的影响;最后,进行了与仿真研究相对应的模压成型实验,分析了冷却间隙条件对成型镜片表面形状精度PV、表面粗糙度Ra及轮廓偏移量的影响,并将仿真与实验结果进行了对比研究,以验证仿真模型和结果的有效性。仿真分析结果表明:冷却间隙为0.1 mm时,镜片冷却后应力最小,为3.897 MPa;成型镜片非球面ASP1和ASP2的轮廓偏移量最大值分别为1.054 μm和0.858 μm。实验结果表明:冷却间隙为0.1 mm时,模压得到的成型镜片表面质量最好,ASP1和ASP2的PV值分别为170.8 nm和223.6 nm,Ra值分别为22.7 nm和24.9 nm,轮廓偏移量最大值分别为0.896 μm和0.738 μm。因此,可确定最小冷却间隙为0.1 mm。仿真与实验结果具有较好的一致性,冷却间隙对小口径双非球面硫系玻璃镜片的成型质量有一定的影响,确定最小冷却间隙可有效提高成型镜片的表面质量。

基于小口径反射镜的大口径拼接光栅压缩器设计

张森, 张军伟, 周忆, 王逍, 母杰, 粟敬钦, 胡东霞
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1142002-1142002(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1142002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1261 KB)  ( 15 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
为实现大口径拼接光栅拼接误差的高频高精度补偿的工程应用,提出了一种基于小口径反射镜补偿大口径拼接光栅压缩器拼接误差的方法。基于双程Z型压缩器,分析了小口径反射镜补偿量与拼接误差的关系,采用光线追迹法和夫琅禾费远场衍射原理定量计算了各拼接误差补偿后对远场能量分布的影响,证明了该方法原理的正确性,并得到了直接驱动光栅与反射镜补偿时的各误差容限,结果表明该方法能极大降低拼接光栅的精度要求。
先进光学材料

CVD-ZnS胞状生长现象抑制方法

杨德雨, 杨海, 李红卫, 霍承松, 魏乃光, 黎建明, 李冬旭, 史晶晶
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1121001-1121001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1121001
全文: HTML (1 KB)  PDF (2470 KB)  ( 13 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
实验采用化学气相沉积方法制备硫化锌体材料(CVD-ZnS),并对材料中普遍出现的胞状生长现象进行了系统研究。通过微观结构表征及宏观形貌分析,发现胞状生长起始于大尺寸的晶体生长中心,其内部晶粒的生长方向发生了横向偏移,且生长速率大于正常晶粒,最终导致了产物表面的球状凸起,产物侧剖面表现出"倒圆锥"状生长形貌。同时,依据实验中所出现的不同胞状生长现象,探究了胞状物异常生长中心形成的主要原因。在此基础之上,设计了不同条件的沉积实验,探究了各类胞状生长现象的抑制方法,并在实际生产过程中得到了验证,从而实现了对该异常现象的有效抑制。

无催化剂气相沉积法直接制备用于紫外光检测的氧化锌纳米线网

蒋海涛, 刘诗斌, 元倩倩
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1121002-1121002(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1121002
全文: HTML (1 KB)  PDF (2347 KB)  ( 8 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
对于环境检测和高速光通信而言,高性能紫外光电探测器是关键。利用气相沉积法在无催化剂条件下制备氧化锌纳米线网,在纳米线网上直接制备光电器件的性能得到了提高。结果显示,纳米线网光电探测器的光电流为60 μA,大约是单根纳米线光电器件光电流的15倍。详细讨论纳米线网光电探测器的响应机制发现,在纳米线网内,纳米线与纳米线之间的结势垒高度决定了纳米线内部载流子的传输。当紫外光照射纳米线网光电探测器时,纳米线与纳米线之间结势磊高度的快速变低,从而提高光电器件的性能。

双激光制备双层结构类金刚石膜的实验研究

陆益敏, 黄国俊, 郭延龙, 程勇, 韦尚方
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1121003-1121003(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1121003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1284 KB)  ( 10 )
摘要 ( 4 ) 引用本文
利用飞秒激光和纳秒激光分别在氧气氛环境和高真空环境中烧蚀石墨靶材,在硅基底上获得了两种不同的类金刚石膜,通过红外透过曲线的拟合,获得了各自的光学参数;进而设计和制备了不同厚度组合的双层结构类金刚石膜硅基底样品:飞秒激光在氧气氛环境中制备的类金刚石膜具有低折射率、高透过性的特点,所以将其作为双层膜的内层,发挥其红外增透效能;纳秒激光在高真空环境中制备的类金刚石膜具有高硬度、耐蚀性的特点,所以将其作为双层膜的外表层,发挥其抗划、耐蚀的功能。实验测试表明:随着外表保护层厚度的增加,样品的中红外平均透过率逐渐下降0.5%~3%,表面硬度提高7.2~24.7 GPa。碱溶液浸泡试验表明,外表保护层能够承受碱溶液腐蚀,但过薄的保护层不能阻止溶液向膜层内部的渗透,从而使得不具有耐蚀性的红外增透层被腐蚀。研究结果为不同应用目的的双层膜或多层膜结构的设计与制备提供了实验基础。

超细镁铝尖晶石凝胶注模用浆料的制备

张亚倩, 张荣实
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1121004-1121004(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1121004
全文: HTML (1 KB)  PDF (1758 KB)  ( 15 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
研究了在凝胶注模用超细镁铝尖晶石浆料的制备工艺中,粉体粒度、pH值、分散剂等对浆料流变性、Zeta电位、粘度和稳定性的影响及作用机理。实验结果表明:相同剪切速率下,随着粉体粒径的减小,浆料粘度变大,稳定性提高。当浆料中不添加分散剂时,超细镁铝尖晶石浆料在酸性条件中的Zeta电位绝对值比在碱性条件下高。添加分散剂后,等电位点对应pH值向酸性方向移动,且随固相含量的提高,制备低粘度浆料所需分散剂百分含量越低。pH值和分散剂含量均存在最佳范围,过高和过低,浆料的流变性和稳定性均会变差。Zeta电位绝对值的大小仅仅是影响浆料稳定性的一个方面,如果分散剂过量,即使浆料颗粒Zeta电位绝对值很大,浆料也会产生团聚和絮凝。

不同尺寸、形状和组成的金纳米颗粒的光热特性:在癌症治疗中的应用

谷伟, 张锦岚, 彭亮, 曹为午, 邓海华, 陶文铨
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1121005-1121005(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1121005
全文: HTML (1 KB)  PDF (1872 KB)  ( 22 )
摘要 ( 10 ) 引用本文
光热疗法由于其安全和高效的优点,作为一种非破坏性方法在癌症治疗中有广泛的应用前景。光热疗法中,所采用的纳米颗粒在近红外波段的光热转换效率取决于纳米颗粒的光谱吸收特性。采用时域有限差分法对球型、壳型、杆型、片型、笼型、星型和花型等七种不同金纳米颗粒的光谱吸收特性进行了仿真计算,结果表明纳米颗粒的几何参数和结构对其光谱吸收效率和共振波长产生了显著的影响。通过对比七种金纳米颗粒的体积吸收系数,发现金纳米片在近红外波段的光热转换效率优于其他六种金纳米颗粒。从电流密度矢量分布得出,金纳米颗粒内部产生共振电流是导致金纳米颗粒在近红外波段具有明显的单色吸收特性的原因。
光通信与光传感

受激布里渊散射波前畸变校正仿真实验

张颖, 柯熙政, 陈明莎
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1122001-1122001(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1122001
全文: HTML (1 KB)  PDF (2038 KB)  ( 28 )
摘要 ( 1 ) 引用本文
采用受激布里渊散射(SBS)现象的自泵浦相位共轭镜(PCM)特性在改善激光相位分布进而提高光斑能量集中度方面具有重大应用价值。基于后向SBS散射光的相位共轭特性,数值模拟了不同畸变程度和不同取样孔径对SBS-PCM校正效果的影响,并搭建SBS-PCM波前畸变补偿实验系统,对不同影响因素的补偿效果进行验证。仿真及实验研究结果表明:在弱畸变情况下光斑经系统补偿后相对强畸变情况分布更均匀规整,光斑能量集中度更高;在强畸变情况下大取样孔径显示出优势,校正效果更佳。仿真和实验结果均表明,SBS-PCM有较强波前畸变校正能力。

大气湍流下轨道角动量复用态串扰分析

柯熙政, 宁川, 王姣
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1122002-1122002(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1122002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1186 KB)  ( 18 )
摘要 ( 1 ) 引用本文
以加载QPSK调制信号的轨道角动量(OAM)光束为传输载波,以多个相位屏模拟大气湍流,研究不同大气湍流强度下OAM复用态的串扰情况。通过对复用光束光强和相位研究,得出在OAM复用态光强受到湍流影响时会发生明显的闪烁现象,光功率分散,相位发生旋转弯曲,且湍流强度越大,受到的影响越大。选用螺旋谱分析不同湍流强度下各OAM复用态之间的弥散程度,当大气湍流强度增加时,OAM态之间的弥散程度增加,且较强湍流会导致OAM复用态失真。同时,考虑OAM复用态之间的模式串扰以及每路携带信息的OAM态因大气信道引起的混合噪声而造成的码间干扰,对比研究了不同大气湍流强度下系统误码率随传输距离的变化,结果表明:系统误码率随传输距离的增长而增大,强湍流之下光束误码率会随着传输距离增长到一定程度后趋于平稳,弱湍流之下光束误码率会随着传输距离的增长而增大。

自由空间光通信中的CRC-LT编码性能研究

曹阳, 任发韬, 彭小峰, 张勋, 陈果
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1122003-1122003(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1122003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1288 KB)  ( 20 )
摘要 ( 3 ) 引用本文
LT码是一种无码率的线性分组码,具有很强的信道适应性和低复杂度。文中提出一种CRC码与LT码级联的编码方案(CRC-LT码),CRC-LT码通过调整译码开销来保证FSO系统的可通率和使LT码在FSO系统中获得的编码增益。通过建立分析模型,推导出在给定信道条件下的数据恢复率。最后,利用Gamma-Gamma信道模型进行CRC-LT码的编译码过程仿真,并给出数据恢复率与信道条件、信噪比和译码开销的关系,以及FSO系统的误码率。仿真结果表明,CRC-LT码在牺牲一定译码开销后能够获得更高的编码增益,有效保证FSO系统的可通率。

量子簇分片传输方案

王新良, 黄青改, 张中卫
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1122004-1122004(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1122004
全文: HTML (1 KB)  PDF (1257 KB)  ( 12 )
摘要 ( 4 ) 引用本文
在量子通信网络中,量子路由器因自身性能的限制,使其能够存储转发的量子簇长度是有限的。由于量子城域网和广域网数据量庞大,会导致大量量子簇因长度限制问题无法转发而只能以量子分组的形式进行数据传输。为了解决上述问题,提出了一种量子簇分片传输方案,其将不能够直接被量子路由器存储转发的量子簇,通过分片将其分解为若干个长度较短的、能够直接被路由器存储转发的分片量子簇完成数据传输。仿真结果表明:在数据量庞大的城域网和广域网中,需要分片的量子簇数量多,对于提出的量子簇分片传输方案,与已有的量子簇数据传输方案相比,其能够以较少的纠缠资源和较短的传输时间完成量子分组的数据传输,具有较好的实际应用价值。
光电导航与控制

半捷联导引头混合自抗扰控制系统设计

陈开伟, 温求遒, 夏群利
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1131001-1131001(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1131001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1288 KB)  ( 20 )
摘要 ( 3 ) 引用本文
为了使半捷联导引头在干扰力矩和刻度尺误差引起的耦合干扰及其他不确定干扰下仍具有很强的鲁棒性,提出了伺服系统混合自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)方案。首先,建立了导引头半捷联稳定平台数学模型;其次,设计了半捷联导引头稳定平台混合自抗扰控制系统,通过对自抗扰稳定回路频带特性进行研究,分析了控制器参数对控制性能的影响,给出了控制参数设计原则;最后,对混合自抗扰控制方案进行了数字仿真验证。仿真结果表明:相比于传统控制器,混合自抗扰控制器能获得更好的控制精度,能有效克服干扰力矩和刻度尺误差对导引头的影响,在典型弹体频率2 Hz处隔离度幅值比传统控制器最多能降低约67.9%。研究成结果可为半捷联导引头稳定控制系统的设计提供指导。
信息获取与辨识

特征聚类的局部敏感稀疏图像修复

薛俊韬, 倪晨阳, 杨斯雪
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1126001-1126001(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1126001
全文: HTML (1 KB)  PDF (4273 KB)  ( 18 )
摘要 ( 3 ) 引用本文
针对图像修复过程中单一的字典迭代时间长、适应性差、修复效果不理想的缺点,提出了一种结合图像特征聚类与字典学习的改进的图像修复方式。首先破损的图像被分割成小块,并产生索引矩阵。然后使用控制核回归权值算法,对其进行图像聚类。通过对图像内在结构与未破损区域信息的挖掘,分割的图像块根据SKRW的相似性进行了分类。之后针对不同类型结构的图像,通过自适应局部明感字典学习的方式,获取每类字典的过完备字典。然后,通过构建自适应局部配适器,提高字典更新的收敛速度与稀疏字典的适应性。因为是通过多个字典匹配不同结构的图像,因此图像的稀疏表示更为准确。各个字典在达到收敛之前不断进行更新,而图像的稀疏因子也会随着改变。在对破损区域进行补丁更换之后,实现了对破损图像的修复。实验结果表明,该算法相较于目前的修复算法,视觉效果和客观评价上更好,且所需的修复时间更短。

改进IHS-Curvelet变换融合可见光与红外图像抗晕光方法

郭全民, 王言, 李翰山
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1126002-1126002(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1126002
全文: HTML (1 KB)  PDF (2505 KB)  ( 14 )
摘要 ( 5 ) 引用本文
为了解决夜间会车滥用远光灯造成驾驶员晕光的问题,提出一种在IHS色彩空间下改进Curvelet变换融合可见光与红外图像的抗晕光方法。该方法通过改进Curvelet变换实现图像二维细节信息的有效表达,提高图像清晰度,其中提出的低频系数权值自动调节融合策略能够将晕光信息剔除,避免其参与融合过程;与IHS变换相结合能够保留原图中的色彩信息,避免色彩失真。对实验结果的主客观分析表明,该方法消除晕光比较彻底,与IHS-小波融合相比,融合图像的标准差、平均梯度、边缘强度、信息熵分别提高了47.15%、53.10%、52.46%、4.45%,对比度和清晰度显著提升,细节信息也更加丰富,人眼视觉效果更好,有利于驾驶员观察前方路况,提前做出预判,消除安全隐患,提高夜间行车的安全性。

结合边缘检测的快速SIFT图像拼接方法

蔡怀宇, 武晓宇, 卓励然, 黄战华, 王星宇
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1126003-1126003(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1126003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1178 KB)  ( 44 )
摘要 ( 5 ) 引用本文
为了对身管内壁序列图像进行精确配准与融合拼接,得到大视场高分辨率待检测图像,根据图像特点提出了一种结合边缘检测的快速SIFT图像拼接方法。该方法充分考虑待处理图像的特点,首先对感兴趣区域的图像进行边缘检测,分割出细节信息最丰富的子区域,再对分割出的子区域提取SIFT特征点并进行配准。然后,使用基于Sigmoid型函数权重的图像融合方法,实现图像之间的无缝融合,最大程度地保证了融合图像的清晰度和细节信息的完整性。实验结果表明:改进的方法和传统SIFT算法相比,在特征点提取阶段的平均效率提高了80%左右,且整体配准阶段的效率也有较大提高。图像融合结果在主观评价和各种客观评价值上都能满足工程实际需求。

水下运动目标的水面波纹数值模拟及分析

李丹梦, 金伟其, 李力, 鲁啸天, 裘溯
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1126004-1126004(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1126004
全文: HTML (1 KB)  PDF (2866 KB)  ( 23 )
摘要 ( 4 ) 引用本文
水下运动目标与水体的相互作用会在水面产生开尔文尾迹和伯努利水丘等特定波纹,为机载、星载的雷达光电探测水下运动目标的位置及速度等提供了可能,成为当前国内外研究的重要方向之一。为了研究水下运动目标水面波纹的特点,论文采用三维不可压缩RANS方程,辅以RNG k-ε湍流模型以及VOF自由面处理方法建立了水下运动目标水面波纹模拟的数学模型,并对水下航行体在不同速度及深度等参数情况下的水面波纹进行模拟,分析了速度及深度等参数与尾迹特征的关系。论文结果对实尺度水下潜艇的海面波纹模拟以及水下潜艇探测技术的研究具有意义。

连接向量特征匹配的暗场图像配准方法

黄卓, 陈凤东, 刘国栋, 魏富鹏, 彭志涛, 唐军, 刘楠
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1126005-1126005(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1126005
全文: HTML (1 KB)  PDF (1203 KB)  ( 33 )
摘要 ( 4 ) 引用本文
利用损伤点之间的位置关系,根据光学元件损伤暗场图像的特点设计了一种基于连接向量特征匹配的配准方法。该方法首先对基准图像及待配准图像分别进行图像预处理,提取损伤点轮廓的中心坐标作为损伤点的位置值。然后构建损伤点连接向量,求出主方向并计算主方向下的连接向量特征,使用连接向量匹配获得匹配点对,最后利用RANSAC算法对匹配点对进行仿射变换参数计算。该方法具有旋转不变性,尺度不变性以及较高的配准准确度。实验对比分析了该方法与SIFT算法的计算效率及配准精度,结果表明在暗场图像条件下文中方法更有效且为背景单一,灰度信息较少同时要求较高的配准速度的场景下的图像配准问题提供了解决方案。

基于LK和FAST的时间序列图像快速配准算法

荆滢, 齐乃新, 杨小冈, 卢瑞涛
红外与激光工程. 2018, 47 (11): 1126006-1126006(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.1126006
全文: HTML (1 KB)  PDF (1359 KB)  ( 32 )
摘要 ( 1 ) 引用本文
LK光流算法是一种精确高效的特征跟踪算法,能够较大幅度提高图像配准的精度和速度。针对时间序列图像的配准问题,基于LK光流算法,通过基于图像金字塔的方式跟踪改进后的FAST特征角点,采用一种鲁棒的单应矩阵估计算法解算配准参数,提出了一种基于LK光流和改进FAST特征的实时鲁棒配准算法。通过一组时间序列图像从配准精度和配准速度两个方面对所提出算法的性能进行了验证分析,平均重投影误差为0.16,平均处理速度为30 Hz。实验结果表明,该算法能够提取稳定的FAST角点,快速准确地跟踪匹配序列图像之间的特征,较好地解决时间序列图像的实时配准问题。
首 页 | 期刊简介 | 投稿指南 | 编委会 | 期刊订阅 | 广告合作 | 联系我们
版权所有 © 2012 《红外与激光工程》编辑部 地址:天津市空港经济区中环西路58号 邮政编码:300308
津ICP备06007537号