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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—2019, 48 (1)   出版日期:2019-01-25
  本期栏目:光学设计与仿真 信息获取与辨识 邀请报告 激光器技术 光电测量 激光技术及应用 光电器件及应用 特约专栏-“超快光纤激光技术(二)” THz技术及应用 简讯 
邀请报告

室温微测辐射热计太赫兹探测阵列技术研究进展(特邀)

王军, 蒋亚东
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 102001-0102001(10). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0102001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1215 KB)  ( 63 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
在室温太赫兹探测技术领域中,热敏微桥结构的太赫兹探测器具有探测波段宽、阵列规模大、集成度高、实时成像等显著特点。文中对室温太赫兹探测技术、基于热敏材料的太赫兹探测技术国内外发展现状进行了综述,分析了基于氧化钒薄膜微桥结构的非制冷长波红外焦平面探测技术,存在着太赫兹波低吸收探测性能弱的不足,针对太赫兹波探测进行优化设计,同时介绍了电子科技大学在太赫兹探测阵列吸收结构方面的部分研究工作。
特约专栏-“超快光纤激光技术(二)”

高功率高重复频率飞秒掺镱光纤激光频率梳的研究(特邀)

孙敬华, 孙克雄, 林志芳, 孙继芬, 晋路, 徐永钊
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 103001-0103001(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0103001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1174 KB)  ( 55 )
摘要 ( 1 ) 引用本文
飞秒光学频率梳在精密计量学和光谱学中扮演着革命性的推动角色,成为近二十年超短脉冲激光技术及应用研究领域最活跃的前沿方向之一。文中基于250 MHz重复频率(frep)的掺镱(Yb)光纤激光器,研究了不同腔内色散以及锁模机制对飞秒脉冲序列载波包络相位偏移频率(fCEO)噪声的影响。通过对飞秒光梳细节的优化,得到了49 dB信噪比的fCEO拍频信号并获得了秒稳3.2×10-10的锁定结果,同时frep的锁定结果也达到了到了秒稳3.4×10-13的精度。此外文中还研究了不同啁啾状态的种子光飞秒脉冲对基于大模场面积双包层Yb光子晶体光纤放大器输出光脉冲宽度的影响。以携带-3.8×104 fs2预啁啾量的光脉冲作为种子光,在60 W 976 nm半导体激光泵浦下,获得了250 MHz重复频率、23 W平均功率和66 fs压缩后脉冲宽度的激光输出。

基于二维材料非线性效应的多波长超快激光器研究进展(特邀)

郭波
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 103002-0103002(22). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0103002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1989 KB)  ( 109 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
多波长超快激光器在光通信、医学诊断和光学传感等各种应用中有着十分重要的应用前景。2009年以来,石墨烯、拓扑绝缘体、过渡金属硫化物和黑磷等二维材料在超快光子学领域的发展非常快速。它们独特的非线性光学特性,使之能够被用作快速响应、宽带运转的可饱和吸收体且能够容易地集成到激光器中。研究发现,基于二维材料的非线性光学器件是研究激光器内非线性脉冲动力学演化的理想平台。在文中,回顾了二维材料在多波长超快激光器中应用的最新进展。进而,阐述了多波长的耗散孤子、矩形脉冲和亮暗孤子对等脉冲类型。最后,提出了这类多波长超快激光器面临的挑战和应用前景。

MoS2/WSe2-PVA薄膜热光全光调制器(特邀)

王奕方, 吴侃, 陈建平
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 103003-0103003(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0103003
全文: HTML (1 KB)  PDF (990 KB)  ( 29 )
摘要 ( 1 ) 引用本文
全光调制器在全光信号处理和通信等全光应用中起着重要的作用。主要研究了基于MoS2-PVA薄膜实现的全光调制器。此外,也验证了WSe2-PVA薄膜也可实现全光调制。该器件利用热光效应,结合偏振干涉实现了全光调制,得到了长时间稳定输出的调制信号。将980 nm的脉冲信号作为控制光,MoS2或WSe2吸收光产生热量,使薄膜的折射率发生改变,从而改变1 550 nm信号光的偏振态,实现980 nm控制光对1 550 nm光的调制。得到的MoS2-PVA薄膜全光调制器的上升沿时间为526 μs。

高非线性光子晶体光纤中飞秒脉冲压缩(特邀)

侯尚林, 雷景丽, 吴七灵, 王道斌, 李晓晓, 王慧琴, 曹明华
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 103004-0103004(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0103004
全文: HTML (1 KB)  PDF (1033 KB)  ( 27 )
摘要 ( 1 ) 引用本文
采用全矢量有限元法和分步傅里叶法模拟计算了高非线性光子晶体光纤在近红外光谱区(特别是在850 nm)的飞秒脉冲孤子效应压缩,提出了一种新的反常群速度色散(β2=-50.698 ps2/km)、小高阶色散和高非线性(γ=268.419 1 W-1/km)二氧化硅芯光子晶体光纤结构,建立了包含高阶色散和拉曼散射的非线性薛定谔方程,研究了高斯脉冲在此光纤中传输时,光纤长度和孤子阶数对脉冲压缩的影响,分析了光纤中2~5阶色散,研究表明:孤子阶数为8时,品质因子和压缩因子均达到最大,初始脉冲的峰值功率P0=3 357.8 W,压缩效果最好;优化光纤几何和光学参数,可以得到了高品质因数、小底座的超短光脉冲。

光谱调制对飞秒脉冲自相似放大系统的影响

李源, 宋寰宇, 张韵, 牛佳, 刘博文, 胡明列
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 103005-0103005(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0103005
全文: HTML (1 KB)  PDF (1137 KB)  ( 26 )
摘要 ( 3 ) 引用本文
采用数值模拟的方法,研究了周期性光谱调制对飞秒脉冲自相似放大的影响。构建了叠加光谱调制的飞秒脉冲自相似放大的理论模型,分析任意相移量、调制深度和调制周期等参量变化对自相似放大系统的影响。结果表明,任意相移量虽然会改变被调制后光谱具体形状,但不会影响自相似放大的时域结果;调制周期较大时,子脉冲和主脉冲重叠,对自相似放大过程和结果造成一定程度的破坏;调制周期较小时,主脉冲独立放大,基本不会被子脉冲影响,这一结论在调制深度改变时依然成立。
激光器技术

914 nm LD泵浦RTP电光调Q的高效率Nd:YVO4激光器

胡星, 程德江, 郭芷妍, 姜梦华, 惠勇凌, 雷訇, 李强
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 105001-0105001(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0105001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1024 KB)  ( 48 )
摘要 ( 3 ) 引用本文
报道了一种激光二极管(LD)端面连续抽运的高重频、高光光效率电光调Q Nd:YVO4激光器。采用RbTiOPO4(RTP)晶体对作为调Q元件,通过减小热效应和模式匹配技术,实现了高效率的高重频窄脉宽1 064 nm脉冲激光输出。一方面采用低吸收系数的914 nm波长抽运Nd:YVO4晶体,使晶体内热分布均匀,从而获得高量子效率的同时减小了热效应影响。另一方面通过优化泵浦光斑半径,实现泵浦光和振荡光好的模式匹配。在重频200 kHz时,获得了最高输出功率16 W,脉宽9 ns,单脉冲能量80 μJ,光束质量M2<1.2的稳定脉冲激光,泵浦吸收功率31 W,对应的光光转化效率为51.6%。据笔者所知,这是RTP电光调Q实现的最高效率的脉冲激光器。

915 nm半导体激光器新型腔面钝化工艺

王鑫, 朱凌妮, 赵懿昊, 孔金霞, 王翠鸾, 熊聪, 马骁宇, 刘素平
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 105002-0105002(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0105002
全文: HTML (1 KB)  PDF (940 KB)  ( 54 )
摘要 ( 11 ) 引用本文
针对半导体激光器腔面光学灾变损伤的发生机制,设计了一种单管芯半导体激光器腔面真空解理钝化工艺方法。在真空中解理并且直接对半导体激光器腔面蒸镀钝化膜,提出用ZnSe材料作为单管芯半导体激光器真空解理工艺的钝化膜材料,发现利用真空解理钝化工艺方法和ZnSe材料作为钝化膜可以使器件输出功率提高23%。通过电致发光(EL)对半导体激光器腔面损伤机理进行分析。进一步说明对915 nm半导体激光器制备工艺中引入真空解理钝化工艺技术并且选择ZnSe作为钝化膜可以有效保护半导体激光器腔面,提高器件可靠性。

LD泵浦Nd:YAG 1.06 μm脉冲串激光及放大研究

段加林, 李旭东, 武文涛, 林森, 樊荣伟, 董志伟, 周志刚, 陈德应
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 105003-0105003(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0105003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1010 KB)  ( 22 )
摘要 ( 5 ) 引用本文
近年来随着光电技术应用需求的增长,诸如平面激光诱导荧光技术、激光探测和激光加工等越来越多的领域展现出对高重频大能量的脉冲激光的需求。然而受激光器平均功率的限制,传统的连续脉冲模式的脉冲激光器难以实现高重频和大能量的兼顾输出。文中研究了一种LD泵浦Nd:YAG 1.06 μm脉冲串激光器及其放大系统。采用长脉冲泵浦、腔内调制和MOPA放大技术,实现了一段时间内激光器的高重频和大能量的兼顾输出。在调Q重频分别为10、50、100 kHz时,脉冲串能量分别达到170.4、211.8、220.3 mJ,每串内分别包含2个、12个、25个脉冲,单脉冲能量分别为85.2、17.7、8.8 mJ。

激光V型腔参量对输出性能的影响

魏勇, 范一鸣, 李宏民, 陶家友, 钱坤, 周岳平
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 105004-0105004(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0105004
全文: HTML (1 KB)  PDF (1070 KB)  ( 27 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
在激光腔型设计时,为了使激光具有良好的输出性能,需要找出谐振腔参量对激光输出性能的影响规律。结合V型折叠腔的图解分析法和多元件光学谐振腔的等价腔分析法,将折叠腔近似等价后,对等价的共轴球面空腔的稳定性和输出光束质量进行理论求解分析,找到了V型折叠腔参量和激光输出性能的内在联系。通过计算给定的条件可知,当折叠角θ=0.15π时,总腔长L的理想取值范围为(70,80)mm,最佳取值为75 mm,端面镜曲率半径R1R2的允许变化范围为(60,75)mm,折叠镜曲率半径R3的最小取值为45 mm,随着左(右)侧子腔g-参数积增大,右(左)侧端面镜上的基模光斑半径和远场发散角增大。上述等价腔分析法和结论对激光腔型优化设计提供了重要的理论依据。
激光技术及应用

少光子灵敏度精密激光测距方法及验证

刘鸿彬, 李铭, 舒嵘, 胡以华, 黄庚华
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 106001-0106001(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0106001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1056 KB)  ( 32 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
针对传统线性探测激光能量需求高、光子计数难以区分信号和噪声的特点,提出了一种基于少光子的高精度激光测距方法。利用硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)作为回波探测器,并对脉冲测距系统的回波响应模型、噪声特性以及测距精度进行分析。搭建了实验验证系统,实现了在激光波长为532 nm、能量为10 nJ的条件下,对107.86 m处的面目标进行测距。实验结果表示,系统的噪声为随机分布,且噪声幅度不超过3个像元同时响应量级,鉴别阈值略大于该值时,即可清晰地分辨出信号和噪声;对于包含32个光子的回波信号,探测器中发生雪崩像元的个数约为4个,此时系统测距精度达到3σ=3 cm。

光子计数激光测深系统

张河辉, 丁宇星, 黄庚华
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 106002-0106002(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0106002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1024 KB)  ( 38 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
设计了一套基于光子计数探测体制的激光雷达水深探测系统,该系统工作波长为532 nm,单脉冲激光能量为0.5 μJ,脉冲宽度为400 ps,激光重频为10 kHz,单光子探测器死时间为22 ns,时间间隔分辨率为50 ps。首先介绍了光子计数探测体制激光雷达用于水深探测的基本原理及其相对于传统机载激光测深雷达的优越性;然后分析了水底回波信号产生的平均光电子数与系统单脉冲激光能量的关系,从而理论求取出该系统的极限测深能力为3.7 m左右。最后进行了外场实地试验,对所获激光雷达点云数据进行滤波和解算,成功测得了透明盘深度为1.2 m的浑浊水体深度为2 m以内的水下信息。

全固态皮秒径向偏振激光器及其加工特性

彭红攀, 杨策, 卢尚, 陈檬
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 106003-0106003(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0106003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1052 KB)  ( 29 )
摘要 ( 1 ) 引用本文
在自主研制的全固态皮秒激光器基础上,腔外加入偏振转换元件输出皮秒径向偏振激光,并对其进行侧泵Nd:YAG晶体放大,最终得到中心波长1 064 nm、平均功率1.95 W、重复频率1 kHz、峰值功率1.77×108 W、光束质量2.95以及纯度92%的皮秒径向偏振激光器。用该激光器对0.5 mm厚不锈钢材料进行钻孔和刻槽实验,并与同等加工工艺参数条件下皮秒线偏振激光器钻孔圆度和刻槽深度进行对比,分析两种激光器对加工效果的影响。实验结果表明,相比皮秒线偏振激光,利用皮秒径向偏振激光进行加工,钻孔圆度更好、刻槽深度更深且槽侧壁更为平坦。该结果为皮秒径向偏振激光器在材料加工领域的应用提供参考。

钠信标光斑大小及回光数研究

黄建, 魏凯, 晋凯, 王功长, 李敏, 张雨东
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 106004-0106004(10). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0106004
全文: HTML (1 KB)  PDF (1095 KB)  ( 16 )
摘要 ( 1 ) 引用本文
钠信标已经成为地基大口径望远镜自适应光学系统的必要组成部分。钠信标光斑大小和回光数是影响自适应光学系统性能的关键因素,从发射角度考虑,主要由激光到达钠层时功率密度分布和耦合效率共同决定。为了准确估计钠信标光斑大小和回光数,首先建立了激光在大气中传输的模型,通过分析激光发射望远镜口径和上行路径大气湍流对激光到达钠层功率密度分布的影响,得出优化激光发射望远镜口径的普适方法;然后根据激光通过发射望远镜后到达钠层的功率密度与耦合效率的关系,计算钠信标光斑大小和回光数;最后利用探测误差和时域误差作为评价指标,计算了系统的最优采样频率。研究结果表明,针对丽江高美古天文台大气条件(大气相干长度(r0@550 nm)中值为7~9 cm),激光发射望远镜口径最佳值为300 mm,此时产生的光斑最优;当r0为9 cm,激光器采用中国科学院理化技术研究所20 W级百微秒脉冲激光器并利用D2a+D2b双峰泵浦激发钠原子时,产生的钠信标回光数为1.3×107 photons·s-1·m-2,光斑大小为0.6″,最优的采样频率为900 Hz。

轻小型全天时远程光子计数激光雷达系统技术

王海伟, 丁宇星, 黄庚华, 侯佳, 舒嵘
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 106005-0106005(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0106005
全文: HTML (1 KB)  PDF (1114 KB)  ( 25 )
摘要 ( 1 ) 引用本文
对提升激光雷达作用距离的方法进行了分析,针对2 km以上的远程探测应用,提出了一种轻小型能够全天时工作的光子计数激光三维成像雷达解决方案,可用于轻小型飞行器制导,无人机、直升机、船舶导航与避障,铁路轨道障碍物探查等有远程探测需求的应用场合。该系统采取光子计数高探测灵敏度方案,光学应用收发共光路设计,收发望远镜巧妙采用了共轭光学设计,二维扫描机构放置于望远镜的后方,不但扩大了望远镜口径,提升了作用距离,同时也缩减了扫描镜尺寸,有利于扫描速度的提高,激光收发采取窄发散角和瞬时视场共视场扫描设计,再结合超窄带滤波器的应用,使得系统能够实现强烈背景噪声条件下的工作。最后讨论了高重频微脉冲激光器、发射杂散光干扰、偏振激光雷达适应性以及光子计数背景滤波去噪处理技术等技术难点。

蓝绿光星载海洋激光雷达全球探测深度估算

刘秉义, 李瑞琦, 杨倩, 孔晓娟
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 106006-0106006(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0106006
全文: HTML (1 KB)  PDF (1115 KB)  ( 28 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
为了评估和分析激光雷达探测全球海洋光学参数的性能,根据激光雷达方程和给定的激光雷达参数,使用MODIS Level 3全球年平均的海水吸收系数a(λ)和后向散射系数bb(λ)数据作为海水光学参数的参考值,对蓝绿光星载海洋激光雷达在全球海洋的探测深度进行了估算和分析。研究结果表明:星载海洋激光雷达探测深度的分布主要依赖于探测波长和水体光学性质,清洁大洋水的最优探测波长在460 nm左右,白天和夜间的最大探测深度分别为~110 m和~120 m;沿岸浑浊水的最优探测波长多在500 nm以上,最大探测深度只能达到20 m或更浅。探测波长为470~480 nm时,星载海洋激光雷达在全球范围内的平均探测能力最佳。

地面激光扫描仪的灰度优先距离检校模型

杨书娟, 张珂殊, 邵永社
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 106007-0106007(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0106007
全文: HTML (1 KB)  PDF (1022 KB)  ( 19 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
针对加乘常数改正和灰度改正的优先顺序,提出了灰度优先的距离检校模型。首先分析了脉冲式测距的主要误差源;然后验证了加乘常数和距离改正表的存在性,以及灰度对加乘常数的影响,接着验证了不同距离处距离改正表的一致性;最后提出了灰度优先的距离检校模型。为了得到不同灰阶的数据,利用地面激光扫描仪对不同灰阶靶标板进行二维扫描,并用不同距离的数据,比较了不同距离检校模型的精度,实验结果表明,灰度优先检校模型的精度高于常数优先检校模型的精度,距离精度提高到5 mm。同时,灰度优先检校模型的结果不受灰度影响,具有普适性。

超短脉冲激光微孔加工(上)——理论研究

赵万芹, 梅雪松, 王文君
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 106008-0106008(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0106008
全文: HTML (1 KB)  PDF (1249 KB)  ( 33 )
摘要 ( 1 ) 引用本文
自20世纪60年代激光器被发明以来,其脉冲宽度被不断压缩至亚皮秒及飞秒量级,使得激光加工技术进入到了超短脉冲阶段。为了进一步优化超短脉冲激光的微加工,理论研究必不可少。主要论述了超短脉冲激光与不同类型材料之间的相互作用机制。简述了超短脉冲激光微孔加工中的典型物理特性,如等离子体效应、自聚焦和光丝效应及锥形辐射等。分析了超短脉冲激光微孔加工的理论研究现状,并得出了目前理论研究中存在的问题。
THz技术及应用

基于石墨烯的光控太赫兹调制器

戴子杰, 杨晶, 龚诚, 张楠, 孙陆, 刘伟伟
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 125001-0125001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0125001
全文: HTML (1 KB)  PDF (984 KB)  ( 37 )
摘要 ( 1 ) 引用本文
研究了锗基单层石墨烯结构宽带光控太赫兹调制器。利用实验室搭建的太赫兹时域光谱系统,实验证明了在1 550 nm飞秒光泵浦下,该太赫兹调制器工作带宽为0.2~1.5 THz。当泵浦光功率从0增加到250 mW时,该太赫兹波调制器的平均透过率从40%下降到22%,平均吸收系数从19 cm-1增加到44 cm-1,在0.2~0.7 THz,调制深度均高于50%,最大调制深度为62%(0.38 THz)。实验结果表明,相比于纯锗基太赫兹调制器,单层石墨烯的引入能增强对太赫兹波的调制效果。

宽带太赫兹偶极子光电导接收天线研究

潘奕, 郑渚, 丁庆, 姚勇
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 125002-0125002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0125002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1038 KB)  ( 52 )
摘要 ( 1 ) 引用本文
太赫兹光电导天线广泛应用于宽带脉冲太赫兹波的检测,是太赫兹光谱和成像系统中的重要器件。偶极子光电导天线由于其结构简单、制作容易成为使用最广泛的一类太赫兹光电导接收天线。衡量太赫兹光电导探测天线的一个重要指标是其响应带宽。针对偶极子天线的探测带宽,分别对天线臂长为10、50、150 μm的偶极子天线及一种作为对比的178 μm的蝶形天线(Bowtie antenna)进行了实验及理论研究。结果显示其探测带宽随天线臂长增加而减小,与微波天线理论一致。进一步的,采用商用电磁场数值仿真软件进行建模仿真,仿真结果与理论及实验结果具有很好的一致性,证实数值仿真已在很大程度上模拟出实际天线的特性,从而为优化结构参数制作大宽带和高灵敏度的太赫兹天线提供支持。同时,对超半球硅衬底透镜对天线接收频谱的影响也进行了探讨。

利用太赫兹波检测建筑物内钢筋的方法

毕凌志, 袁明辉, 朱亦鸣
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 125003-0125003(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0125003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1119 KB)  ( 19 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
钢筋参数(位置、直径等)对于已建建筑的安全性具有非常重要的作用。提出了一种利用太赫兹波检测建筑物内钢筋位置和直径的方法,选取太赫兹波作为检测信号,利用太赫兹波对非金属的建筑实体(如水泥、砖、石灰等)有着较强的穿透性以及对金属(钢筋)几乎全反射的特性,实现太赫兹波穿透建筑实体检测钢筋的功能。同时相对于微波而言太赫兹波易于实现极窄的天线波束,从而达到很高的检测精度,相对于磁感应仪而言其不受外界磁场环境的影响。经理论分析与工程实验表明,该方法完全能够满足实际工程应用中的检测要求。

圆周阵列太赫兹干涉成像中目标场景仿真

吴俊政, 倪维平, 严卫东, 张晗
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 125004-0125004(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0125004
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摘要 ( 1 ) 引用本文
太赫兹干涉成像是一种基于频谱域的成像方法,通过对目标场景的频谱域信息采样重构目标图像,避免了逐像素扫描,所需的探测阵元数目少,在图像获取速率和成像分辨率上具有发展潜力。研究了太赫兹干涉成像原理及其实现方法,分析了成像分辨率和有效视场问题。通过仿真实验分析了目标场景中存在噪声对成像质量的影响,表明干涉成像对目标噪声较为敏感。对安检应用场景的反射成像模式进行了分析,证明了原理系统的适用性。仿真结果所得结论可为太赫兹干涉成像系统设计和实际应用提供理论依据和技术支持。

基于相关视角多视校正的太赫兹阵列雷达散斑抑制方法

经文, 崔振茂, 成彬彬, 江舸, 张健
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 125005-0125005(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0125005
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摘要 ( 1 ) 引用本文
在针对人体安检的站开式太赫兹阵列雷达三维成像中,散斑效应严重影响了对体表隐藏违禁品的检测和识别性能,为此,对全息散斑进行有效抑制有着迫切的需要。利用目标旋转带来的角度自由度,结合目标散射对角度的敏感性,提出了一种基于相关视角多视校正的太赫兹全息雷达散斑抑制方法。在理论上推导了全息雷达散斑强度在相关角度照射下的归一化协方差表达式,给出了相关视角多视处理后的散斑对比度。在实验上利用340 GHz站开式MIMO阵列成像系统的快速成像的优势,对低速旋转目标在相关视角下的单视成像结果进行成像空间旋转校正、目标配准和多视处理。处理后散斑对比度降低至单视散斑的44%,散斑得到了有效抑制,目标轮廓明显,细节更加丰富。该方法能够在不增加系统复杂度的条件下有效抑制散斑噪声,实现图像增强。

基于太赫兹技术的叔丁醇溶液水合数的检测

吴雪扬, 杨净怡, 王莹莹, 章振荣, 宋瑞昕
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 125006-0125006(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0125006
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摘要 ( 0 ) 引用本文
文中利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)检测不同浓度的叔丁醇溶液,获得在0.3~1.0 THz频谱范围内不同浓度叔丁醇溶液吸收系数的变化曲线,并通过密堆积模型分析实验结果与理论计算的差异,对比分析得出:在参数选择恰当的情况下,利用THz-TDS技术进行检测并结合数据分析,可计算出叔丁醇溶液中叔丁醇分子周围的水合数。这些结果对后期分析醇类分子的溶液体系具有重要参考价值。
光学设计与仿真

单镜头大视场拼接系统成像分析与控制设计

张祥, 高云国
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 118001-0118001(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0118001
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摘要 ( 0 ) 引用本文
为了满足远距离目标捕获的需求,提出了一种单镜头大视场拼接成像方法,设计了实验样机对其进行验证,对样机的成像特性进行了分析。介绍了样机的结构设计和相机曝光控制流程,然后根据该成像方法通过控制相机连续圆锥旋转实现大视场成像的特点,分析了样机成像的像移特性及样机结构运动精度对子图像正确拼接的影响,最后设计了在样机运转过程中使相机准确对子视场曝光的控制参数。实验中将样机参数代入分析结果进行了计算,得出了成像的像移大小,并对由相机运动误差导致的子图像拼接偏差进行了校核。计算得出了相机的曝光控制参数,最终获得了拼接正确的大视场图像。通过对实验样机的成像特点进行分析,为该单镜头大视场拼接方法在激光对抗系统中的工程应用奠定了基础。

长焦距同轴四反射镜光学系统设计

陈丽, 刘莉, 赵知诚, 李瀛搏, 傅丹鹰, 沈为民
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 118002-0118002(10). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0118002
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摘要 ( 1 ) 引用本文
低成本、高性能对地遥感微纳卫星是当前研究和开发的热点,为适应微纳卫星平台,要求空间相机具备小型、轻量化的特点。在其体积和质量的限制下,设计结构尽可能紧凑的长焦距大视场望远物镜是成功研制高分辨率对地遥感光学相机的关键,研究利用同轴四反射镜系统解决这一问题的可能性。首先,介绍无二次遮拦同轴四反射镜望远物镜的组成与工作原理;基于近轴光学和初级像差理论,导出几何约束条件和初级像差公式,给出结构紧凑的长焦距同轴四反镜系统的设计思想与方法;最后给出举例及设计结果。优化设计了全视场角1°×1°、有效焦距2 100 mm、F数为7的同轴四反射光学系统,总长228 mm,约为有效焦距的1/9,结构简单紧凑,像质接近衍射极限。

搭载光谱遥感载荷的多旋翼无人机控制系统设计与试验

裴信彪, 吴和龙, 马萍, 严永峰, 郝鹏, 白越
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 118003-0118003(10). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0118003
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摘要 ( 0 ) 引用本文
旋翼无人机作为低成本的新型遥感平台逐渐受到研究者与应用者的重视,旋翼无人机搭载商用遥感,具有地面分辨率高、响应迅速、使用维护方便等优点,很好地弥补了传统遥感的缺陷,在实际使用中抗干扰能力成为旋翼机遥感系统的重要性能指标。为了弥补常规多旋翼无人机航向控制力矩不足,首先设计了六轴十二旋翼无人机结构并建立了其动力学模型,然后针对农业遥感平台抗扰动能力的要求,设计了专用的带有微分跟踪器、扩张状态观测器和非线性状态误差反馈控制律的自抗扰控制算法。其次通过仿真验证了控制器的稳定性与有效性,通过实际风扰试验测试了该控制算法在11.2 m/s的短时风扰影响下仍保持良好的轨迹跟踪特性。最后在六轴十二旋翼无人机搭载自主研发的商品化微型高光谱仪MNS2001和两轴稳定云台,在特定区域水稻上空定点进行光谱遥感测量,在300~900 nm光谱范围内,悬停区域上空多次测量的相对误差不超过5%,试验表明该旋翼机遥感平台具有良好的稳定性和可靠性,可以进一步应用于农业遥感领域并辅助生产管理。

仿生蛾眼抗反射结构成像系统研制

董亭亭, 张国伟, 郭劼, 吴锦双, 张为国, 付跃刚
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 118004-0118004(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0118004
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摘要 ( 1 ) 引用本文
仿生蛾眼是一种具有抗反增透效果的微纳米结构,该结构采用化学沉银方法制作了随机分布的双面仿生蛾眼抗反射纳米结构透镜,平均透射率在97%以上。分析了相同参数组合条件下周期蛾眼结构和随机蛾眼结构的透射率情况,得出在设计波段内,随机蛾眼结构透射率优于周期结构的结论。采用蛾眼透镜进行相关参数的计算,利用CODE V平台设计了一款全蛾眼成像镜头。该蛾眼系统焦距为25.5 mm,F数为5,视场角13°,光谱范围400~700 nm。经过成像对比试验显示,蛾眼镜头相比常规镀膜镜头而言,对鬼像、边缘眩光等杂散光具有很好的抑制作用。

Isight环境下基于视轴抖动误差的镜头结构优化

杨丰福, 田海英, 颜昌翔, 吴从均, 母德强
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 118005-0118005(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0118005
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摘要 ( 1 ) 引用本文
为了在机载振动环境下获得满足光学性能指标要求的偏振成像光谱仪镜头的最佳结构性能,建立了基于视轴抖动误差的优化模型,并在Isight集成优化环境下对该模型进行了求解。首先,阐述了视轴抖动误差影响光学系统性能的原理并根据光学系统模型和指标需求设计了镜头的初始结构;其次,推导了视轴抖动误差的计算方法并建立了基于视轴抖动误差的优化模型;最后,在Isight环境下,使用多岛遗传算法对优化模型进行了求解。结果表明:在满足镜头视轴抖动误差的要求下,镜筒质量降低了17.4%,镜头光学系统传函为0.4(77 lp/mm),满足设计指标要求。提出的优化方法引入镜头视轴抖动误差作为优化约束,拓展了光机结构优化的内涵,为同类结构的优化提供了新的思路。

拼接镜成像性能分析

李毅超, 康福增, 王昊
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 118006-0118006(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0118006
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摘要 ( 2 ) 引用本文
拼接误差对拼接镜的成像性能有着重要的影响。基于标量衍射理论推导了单块子镜反射波的复振幅分布,并使用坐标变换法处理不同子镜间的拼接误差,建立了拼接误差对拼接镜成像性能影响的分析模型。数值仿真给出不同拼接误差下的点扩散函数以及对应的斯特列尔比曲线。结果表明,子镜沿z轴的平移误差对应的斯特列尔比曲线存在周期性变化。子镜倾斜误差和沿x,y轴平移误差对应的斯特列尔比曲线有着相同的结构。得到的结论为拼接镜成像质量分析提供了依据。
光电器件及应用

新型多抽头复系数微波光子滤波器

严艺, 廖同庆, 吕晓光, 蒋铁珍, 蔡培君
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 120001-0120001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0120001
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摘要 ( 1 ) 引用本文
基于受激布里渊散射(SBS)和可调谐多波长光纤激光器,设计了一款基于新型多抽头的复系数微波光子滤波器。该滤波器由SBS效应引入一个相移量实现复系数,通过调节SBS的泵浦光功率控制相移量的大小,进而实现滤波器的中心频率连续可调谐。实验研究了基于高掺杂铒纤的可调谐多波长光纤激光器,得到了波长间隔为0.338 nm的多达16个激光信号的稳定输出。以实验数据为抽头光源,仿真研究了SBS增益介质长度、抽头光源的数目和波长间隔对该款微波光子滤波器性能的影响。

光学元件表面洁净度对其表面散射特性的影响

黄聪, 游兴海, 张彬
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 120002-0120002(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0120002
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摘要 ( 1 ) 引用本文
针对光学系统在实际工作中元件表面污染粒子对光的散射问题,以空气中Al2O3污染粒子为例,基于米氏散射理论,模拟和分析了元件表面双向反射分布函数(BRDF)随散射角的变化规律,进而定量计算了元件表面全积分散射值(TIS)。在此基础上,进一步分析了影响表面洁净度的三个主要因素(空气洁净度、工作面朝向和曝露时间)对元件表面BRDF及其TIS值的影响。结果表明,空气洁净度等级、工作面放置方向和曝露时间等对元件表面散射量的影响均较为明显。其中,工作面的放置方向对元件表面的散射影响尤为突出,水平向上放置(TIS=1.93×10-4)较之垂直放置时(TIS=8.07×10-5)散射量增大一个量级,而较之工作面水平向下放置时(TIS=3.12×10-6)增大两个量级。最后,以卡塞格伦望远镜为例,针对其主镜的污染容限问题,分析了不同空气洁净度条件下主镜表面洁净度达到污染容限所用的曝露时间,可为实际工作中污染控制和保证系统对微弱目标信号的有效探测提供参考。

“米”字型PIR构建正方形模型的目标轨迹预推技术

刘希宾, 杨卫, 陈晓乐, 刘宁, 曾亮
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 120003-0120003(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0120003
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摘要 ( 0 ) 引用本文
针对单感知平台动静热释电红外传感器(PIR)阵列在目标轨迹测量方面的局限性,提出了利用4感知平台的“米”字型PIR阵列构成正方形感知模型实现对目标运动轨迹的测量。在该研究中,单感知平台由8个PIR传感器组成“米”字型阵列,每个传感器间隔45°均匀分布;将4感知平台的“米”字型阵列规则排布建立封闭的正方形感知模型,通过多传感器自适应加权融合算法将4感知平台的32路传感器角度信息进行融合,再结合自身坐标信息及检测目标时间信息通过轨迹预推算法推导出准确的运动轨迹,同时得到目标的运动速度。实验结果表明,该方法有效弥补了单感知平台PIR阵列功能上只能实现单一定位且精度低的不足,实现了目标运动轨迹的准确测量以及时序上目标位置的预判,具有较大的理论意义与实际应用价值。

纳米金刚石和氧化锌纳米线的协同效应提高紫外光电响应

蒋海涛, 刘诗斌, 元倩倩
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 120004-0120004(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0120004
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摘要 ( 0 ) 引用本文
氧化锌基紫外光电探测器较小的开关比和长的响应时间,制约其在紫外检测中的实际应用。一种简易制备纳米金刚石修饰氧化锌纳米线紫外光电探测器的方法,纳米金刚石和氧化锌纳米线混合物光电探测器的光电性能比氧化锌光电探测器有明显的提升:快的响应时间和好的开关比;优异的光电性能得益于纳米金刚石和纳米线之间的协同效应。这种策略为设计和制备新型光电系统提供了一种可能。
光电测量

小角前向散射偏振比法颗粒粒度分布反演

单良, 徐良, 洪波, 曹丽霞, 王道档, 郭天太, 孔明
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 117001-0117001(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0117001
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摘要 ( 0 ) 引用本文
在光散射法的颗粒粒径测量方法中,传统测量模型的测量结果易受光路中颗粒杂质的影响。在Mie散射理论的基础上,将小角前向散射法与偏振比法相结合,推导了新的散射光能与粒径分布关系式,构造了传统小角前向散射法和小角前向散射偏振比法两种目标函数,并引入一种非独立模式算法——人工鱼群算法对两种方法的目标函数进行反演。仿真采用服从Johnson-SB单峰分布均匀球形颗粒,分别对两种目标函数散射光能加入5%,10%,15%的随机噪声。仿真结果显示,利用人工鱼群算法对小角前向散射偏振比法目标函数反演得到的反演精度、抗噪声能力和鲁棒性都明显优于传统小角前向散射法目标函数的反演结果。

基于空间外差的钾盐光谱探测与提取研究

王新强, 王欢, 叶松, 汪杰君, 张文涛, 王方原
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 117002-0117002(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0117002
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摘要 ( 1 ) 引用本文
含钾消焰剂的使用,大大降低了火箭尾焰的二次燃烧及辐射量,提高了对其探测与追踪的难度。基于空间外差光谱技术微弱光谱信号精细探测的优势特性,采用自行设计的近红外波段仪器,以室外天空为背景,用酒精喷灯火焰模拟火箭尾焰,实验研究了其中钾盐信号的探测,并以现代谱估计方法中的自回归AR算法和MUSIC算法对测量信号进行提取研究。结果表明,两种算法均能实现对钾特征信号的提取及对噪声的抑制,使特征信号的峰宽变得更窄,其中AR算法对钾766.49 nm特征峰的半峰宽减小率为21%,噪声减小率为42%;MUSIC算法对钾特征峰的半峰宽减小率为50%,噪声减小率为47%,两相比较可见MUSIC算法的效果更好,说明将空间外差技术应用于火箭等喷射式飞行器的识别具有可行性。

LAMOST高分辨率光谱仪杂散光分析

张天一, 侯永辉, 徐腾, 姜海娇, 新其其格, 朱永田
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 117003-0117003(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0117003
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摘要 ( 1 ) 引用本文
为了提高LAMOST-HRS(Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopy Telescope-High Resolution Spectrograph)光谱分辨率以及光谱仪效率,并建立一套可在仪器概念设计阶段分析杂散光的方法,开展了在不进行BSDF测量的前提下,对系统杂散光建模、分析的研究。首先根据粗糙度测量数据计算关键参数,构建Harvey散射模型。接着通过显微镜观察光学面,由MATLAB进行图像处理获取最大颗粒直径,构建颗粒污染散射模型。然后导入光谱仪镀膜、光学元件、机械结构。对机械结构进行简化以提高分析效率。最后预估杂散光背景,分析杂散光路径与组成。结果表明,LAMOST-HRS杂散光主要由光学面散射引起,杂散辐射率为2.55%,信噪比为16.01 dB,达到设计指标要求。

基于波前相位单纯形样条函数建模的空间目标波前解卷积方法

郭世平, 杨宁, 张子腾, 胡苏海, 张荣之
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 117004-0117004(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0117004
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摘要 ( 1 ) 引用本文
针对空间目标地基自适应光学望远镜成像过程中同时记录目标图像及波前传感器数据的情形,提出了一种利用波前测量数据的空间目标自适应光学图像复原方法。该方法将大气降质波前表示为望远镜孔径内的二元单纯形样条函数,而非传统的Zernike模式的线性组合,基于该区域表示,为哈特曼-夏克波前传感器建立了平均斜率测量模型,进而非适定的波前重构问题转化为良态等式约束最小二乘问题,最终的目标图像即可通过非盲解卷积方法获得。仿真实验验证了提出的方法在不同的湍流强度下均能表现出良好的复原效果,对测量噪声亦不敏感。
信息获取与辨识

二维非重构压缩感知自适应目标检测算法

曹文焕, 黄树彩, 赵炜, 黄达
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 126001-0126001(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0126001
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摘要 ( 0 ) 引用本文
针对重构算法影响压缩成像目标检测效率和结果的问题,提出一种二维非重构自适应阈值的红外弱小目标检测算法。基于Hadamard矩阵构建的二维观测模型,利用Hadamard矩阵的特性对压缩差分图像进行解压缩,直接解码目标的空域特征,并利用改进的自适应阈值法对解码后的图像进行目标检测,避免了重构带来的存储空间和运算时间的浪费。仿真实验表明:在单目标和多目标的情况下,该算法都可以有效检测目标,并在检测率、虚警率和运算时间等指标上具有优越性能,为压缩感知红外弱小目标检测的工程应用提供新的思路和有效算法。

遥感面阵凝视图像并行超分辨重建方法

杨蕊, 刘朝晖, 折文集
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 126002-0126002(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0126002
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摘要 ( 0 ) 引用本文
遥感面阵凝视成像系统可以得到同一场景的多幅图像,研究者常利用这一特点进行多幅图像超分辨重建,以提高遥感图像空间分辨率。但是这类研究往往将超分辨过程独立出来,很少结合成像系统的几何参数优化超分辨重建模型。因此,对成像姿态影响图像不同方向上分辨率的问题进行了分析,提出了基于姿态角的各向异性模糊估计,使退化模型更加准确。同时,为了进一步精确面阵凝视成像系统超分辨重建中的匹配参数估计,提高由系统引起的全局初始匹配误差的包容性,基于最大后验法提出并行优化超分辨率图像和匹配参数的方法。算法充分利用成像过程信息并实时优化匹配参数,实验结果证明与现有方法相比,不仅可以得到细节信息更丰富,更易于人眼观察的遥感图像,并且均方误差降低0.3倍左右,信息熵平均提高1.2。

海面红外图像的动态范围压缩及细节增强

王园园, 赵耀宏, 罗海波, 李方舟
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 126003-0126003(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0126003
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摘要 ( 0 ) 引用本文
动态范围压缩和细节增强是红外图像处理的两个重要课题。为了将高动态海面背景红外图像清晰显示,提出一种高动态范围压缩及细节增强算法。首先,通过基于梯度边缘信息的多方向拉普拉斯增强方法,将梯度图像平滑处理,并与多方向拉普拉斯滤波相乘,实现高动态范围图像的细节增强;然后统计增强后图像的动态广义直方图信息;最后采用灰度级分组的方法构造映射函数,将高动态范围压缩到8 bits,输出可清晰显示的红外图像。对大量海面背景红外图像进行实验分析,结果表明,该算法提高了图像的对比度,有效增强了舰船目标细节,同时抑制了海面背景噪声的放大和光晕现象的产生,最终获得较好的输出图像。

天基非合作卫星高精度跟踪算法研究

张子玄, 贾建军, 强佳, 张亮, 李建华
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 126004-0126004(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0126004
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摘要 ( 1 ) 引用本文
空间非合作目标跟踪技术可以在多方面发挥重要作用,目前效果较好的图像跟踪算法多是基于视频流处理,但是由于面对的工况与航天应用面对工况不同,在跟踪精度、运算速度、预警率和虚警率等要求上不满足空间目标跟踪需求与任务要求,并且运算复杂难以在航天器中实现,不适合天基卫星跟踪。为解决这一问题,一种面向空间应用的卫星目标高精度跟踪算法被提出,该算法以图像相关、曲线拟合、卡尔曼滤波、SURF算法为基础,并将预测、跟踪和矫正过程相融合,最终获得在天基平台中具有可行性的高速稳定跟踪算法。相关实验表明,这种算法可以对平面内自由旋转、0.4~2.1倍尺度内缩放、有光照变化的图像进行连续跟踪,仿真试验平均跟踪误差小于0.9像素且大多数工况下计算速度高于200帧/s,并且算法对图像模糊、高斯噪声以及椒盐噪声都有较好兼容能力,对于实际模型目标跟踪仍有稳定跟踪能力。

基于卷积稀疏自编码的图像超分辨率重建

张秀, 周巍, 段哲民, 魏恒璐
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 126005-0126005(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201948.0126005
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摘要 ( 0 ) 引用本文
针对卷积稀疏编码算法中特征映射的准确性的问题,为了进一步提高图像超分辨率重建的的质量,文中提出一种基于卷积稀疏自编码的图像超分辨率重建算法。该算法首先在预训练阶段利用稀疏自编码器对输入高低分辨率图像分别进行训练,得到对应的图像稀疏特征表示;然后再由卷积神经网络根据得到的稀疏系数共同训练相应的滤波器及特征映射函数并更新到最优解;最后由高分辨率滤波器和对应的稀疏表示系数卷积求和,得到高分辨率重建图像估计。实验结果显示,改进算法的峰值信噪比(PSNR)结果较卷积稀疏编码算法提高了近0.1 dB,有效提高了重建图像的质量。
简讯

60路大阵元光纤激光高效相干合成

粟荣涛, 马阎星, 奚加超, 常洪祥, 马鹏飞, 吴坚, 姜曼, 王小林, 周朴, 司磊, 许晓军, 陈金宝
红外与激光工程. 2019, 48 (1): 0-0(1).
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摘要 ( 0 ) 引用本文
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