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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:张 锋
执行主编:卢 进
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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期刊简介 More»   
  《红外与激光工程》系中国光学工程学会会刊,由中国航天科工集团公司主管,天津津航技术物理研究所主办,创刊于1972年,月刊,是国家科委和国家新闻出版署批准的国内外公开发行的国家级学术刊物,国内刊号CN 12-1261/TN,国际刊号ISSN 1007-2276。
  本刊为中国科技论文统计源期刊,中文核心期刊,被美国“工程索引(EI)compendex”,英国 “科学文摘(SA)”,美国“剑桥科学文摘(CSA)”,俄罗斯“文摘杂志(AJ)”,日本“日本科学技术社数据库(JST)”,荷兰“斯高帕斯(Scopus)数据库”收录。
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  红外与激光工程—2017, 46 (5)   出版日期:2017-05-25
  本期栏目:红外技术及应用 专家报告 光学工程优秀博士论文 激光技术及应用 光电测量 光学设计及仿真 光电器件与微系统 先进光学材料 光通信与光传感 太赫兹技术及应用 高光谱成像遥感 景象信息处理 
专家报告
硝基苯超快非线性折射效应及机理研究
宋瑛林, 李中国
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 502001-0502001(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0502001
全文: HTML (1 KB)  PDF (859 KB)  ( 50 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
利用Z扫描测量技术研究了飞秒和皮秒激光脉冲激发下液体硝基苯的三阶非线性折射率n2Z扫描实验的结果表明:液体硝基苯在20 ps、532 nm波长激发下的非线性折射率n2是300 fs,800 nm波长激发下的n2值的11倍。利用带相位物体的飞秒泵浦探测方法研究了液体硝基苯的非线性折射动力学机理。基于泵浦探测实验结果确定了液体硝基苯在超快激光激发后的非线性折射响应函数。测量结果可为基于硝基苯液体的集成光子学器件设计和溶液非线性测量提供有益参考
基于深度学习的目标跟踪方法研究现状与展望
罗海波, 许凌云, 惠斌, 常铮
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 502002-0502002(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0502002
全文: HTML (1 KB)  PDF (980 KB)  ( 55 )
摘要 ( 5 ) 引用本文
目标跟踪是计算机视觉领域的重要研究方向之一,在精确制导、智能视频监控、人机交互、机器人导航、公共安全等领域有着重要的作用。目标跟踪的基本问题是在一个视频或图像序列中选择感兴趣的目标,在接下来的连续帧中,找到该目标的准确位置并形成其运动轨迹。目标跟踪是一个颇具挑战性的问题,目标的非刚性变化往往改变了目标的表观模型,同时复杂的光照变化、目标与场景间的遮挡、背景中相似物体的干扰和摄像机的抖动等使目标跟踪任务变得更加困难。近年来,随着深度学习在目标检测和识别等领域中取得巨大的突破,许多学者开始将深度学习模型引入到目标跟踪中,并在一系列数据评测集上取得了优于传统方法的性能,逐渐开启了目标跟踪领域的新篇章。文中将首先阐述目标跟踪问题的难点和基本解决思路;然后根据利用深度学习算法解决目标跟踪问题的不同思路,对当前出现的此类主流算法进行分析,介绍这些算法各自的优缺点及未来的工作方向。
光学工程优秀博士论文
二维金纳米阵列制备及其光学响应
白正元, 张龙, 王康鹏
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 534001-0534001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0534001
全文: HTML (1 KB)  PDF (2037 KB)  ( 24 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
有序贵金属纳米结构由于其本身所特有的光学响应及灵活调控能力,在微纳光电子材料与器件研究领域得到了广泛应用。在众多相关研究中,如何实现金(Au)纳米周期结构的大面积快速制备是人们关心的重要问题之一。采用纳米球自组装刻蚀方法,在大孔周期结构模板内部成功制备了新型二维Au纳米阵列,并有效避免了杂散Au纳米颗粒的产生。通过进一步的工艺优化和参量控制,实现了Au纳米颗粒尺寸的灵活调控,并探讨了其结构形成的物理机理。光学测试研究结果揭示了二维Au纳米阵列的表面等离子体吸收与散射响应,并证明其在近红外飞秒脉冲激励下具有显著的双光子吸收(饱和)效应。该研究结果在太阳能电池,光开关及材料微纳制备等领域具有潜在应用。
激光技术及应用
Tm:YLF激光器温度场分布计算与实验
李岩, 张艺轩, 纳全鑫, 高明伟, 高春清
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 506001-0506001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0506001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1157 KB)  ( 8 )
摘要 ( 5 ) 引用本文
设计并研究了双晶四端泵浦的Tm:YLF激光器。利用Ansys软件中的稳态热分析模块计算了散热底板水通道在热交换系数分别为1000W/(m2·℃)、4 000W/(m2·℃)、8000W/(m2·℃)和15000W/(m2·℃)以及采用TEC制冷时对应的晶体夹具及散热底板的温度分布。根据计算结果,在采用水温16℃中等强制对流及以上时与TEC制冷控温18~20℃时对Tm:YLF晶体冷却效果近似,可近似等效于TEC制冷。根据模拟计算的结果,设计了可用光纤耦合半导体激光器泵浦的U型腔结构Tm:YLF激光器。在采用16℃冷却水直接冷却晶体夹具时,单晶双端泵浦和双晶四端泵浦的Tm:YLF输出功率分别达到了25。9W和46W的激光输出,对应的斜效率分别为40。7%和37。1%。在实验过程中,晶体夹具未出现温度过高。实验结果说明设计的直接传导冷却系统可有效地冷却泵浦功率在140W时的双晶四端泵浦结构Tm:YLF晶体。
中层顶准单色重力波特性的钠荧光多普勒激光雷达观测分析
王博, 胡雄, 闫召爱, 肖存英, 郭商勇, 程永强, 郭文杰
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 506002-0506002(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0506002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1217 KB)  ( 11 )
摘要 ( 1 ) 引用本文
利用2011~2013年期间60 h的钠荧光多普勒激光雷达温度和风场数据,采用矢端曲线法提取廊坊上空85~95 km中层顶区域准单色惯性重力波的所有参量,并统计准单色大气重力波的活动特性。获得的85次准单色重力波事件中,上传(下传)重力波64次(21次),占总数的75。29%(24。71%)。垂直波长(水平波长)和观测周期平均值分别为6。6 km(727。8 km)和7。4 h,分别集中在6~9 km(200~800 km)和2~7 h,固有周期平均值为7。76 h,主要集中在3~9 h,水平传播方向分布比较均匀,没有占主导的传播方向。对于上传重力波,水平背景风在大气重力波水平传播方向上的分量取正值和取负值的概率大致相等,但对于下传重力波,该风场分量取正值的概率大约是取负值的2倍,说明观测到的下传大气重力波在中层顶区域多为顺风传播。
相位调制激光雷达成像设计及仿真
黄宇翔, 张鸿翼, 李飞, 徐卫明, 胡以华
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 506003-0506003(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0506003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1000 KB)  ( 26 )
摘要 ( 3 ) 引用本文
逆合成孔径激光雷达(ISAL)相比逆合成孔径雷达(ISAR),其信号源具有更小的发散角,同分辨下具有更小的合成孔径累积角度的优点,从而获得关注。但是因为ISAL采用激光器为雷达信号源,而且激光雷达与微波雷达调制原理不同,导致在ISAR中主流的扩频方案如线性调频并不适用于真实的ISAL。为了获得高重复性的并且在极短时间内宽频的探测信号,采用了光通信中广泛使用的最长序列相位调制。在说明了其远场回波信号模型和对应的成像算法之后,指出了其与传统算法之间的区别。最后,使用由多个散射中心点组成的成像目标,进行了成像算法仿真和结果分析。仿真参数与成像结果表明:该方法为一种可采用的实时ISAL调制方法。
激光沉积修复ZL114A铝合金的显微组织及显微硬度研究
钦兰云, 庞爽, 杨光, 王超, 王维
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 506004-0506004(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0506004
全文: HTML (1 KB)  PDF (3577 KB)  ( 12 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
为了研究激光沉积技术修复ZL114A铝合金构件的工艺及性能,采用多参数组合激光沉积工艺实验制备了单道单层试样,在分析了其表面形貌、气孔等缺陷产生的原因的基础上,得到了一组相对优化的工艺参数,制备了无缺陷的块状修复试样,并对试样进行了组织分析及硬度检测。结果表明:铝合金修复试样修复区与基材形成良好的冶金结合,沉积层底部为以熔池边缘为起点外延生长的柱状树枝晶,且一次枝晶间距18。38 μm,二次枝晶间距9。55 μm,在沉积层顶层顶部出现α-Al柱状枝晶转变为等轴枝晶现象。层带区域Si相脱溶析出并趋于粒状化。由于晶粒细化和固溶强化作用,沉积区显微硬度较基材提高25。8%。
激光熔覆再制造复杂轴类零件的轨迹规划
黄勇, 孙文磊, 陈影
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 506005-0506005(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0506005
全文: HTML (1 KB)  PDF (2951 KB)  ( 13 )
摘要 ( 1 ) 引用本文
对于复杂轴类零件的激光熔覆再制造,实现轨迹规划及自动编程较为困难。针对这种情况,结合逆向工程与轴类零件再制造的特点,完成了基于非均匀有理B样条(NURBS)曲线的复杂轴类零件表面逆向。提出了面向激光熔覆再制造的NURBS曲线等弧长插补方法并设计了一种基于Romberg求积公式的牛顿迭代数值算法。开发了6自由度关节机器人的轨迹规划及辅助编程程序。对实验零件熔覆层金相组织、厚度、显微硬度进行了测试和分析。结果表明,熔覆层与基体形成冶金结合;熔覆层厚度均匀,在光束最大倾斜至水平夹角42°时,熔覆层厚度比最厚处减少0。034 mm;显微硬度明显高于基材。证明了这是一种可靠的激光熔覆再制造方法。
准连续调制激光吸收谱测量CO气体系统研究
邵欣, 王峰, 张兴会, 陈文亮, 杨彬
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 506006-0506006(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0506006
全文: HTML (1 KB)  PDF (985 KB)  ( 6 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
准连续信号是一种重要的调制信号形式,在多个领域有广泛应用。准连续调制激光吸收谱是准连续信号典型应用之一,具有响应迅速、检测精度高、检测限低的特点。在地震、塌方、火灾等灾害环境下,由于堆积形成复杂封闭环境或燃烧不充分有可能产生极易燃爆的CO有毒有害气体。因此,灾害现场破拆机器人进行救援时,需要对现场的气体环境进行监测和分析,避免造成二次爆炸伤害。本系统对CO气体展开研究,采用准连续调制激光吸收谱技术,搭建测量实验系统,实施了改变浓度、压力和温度条件的CO测量实验,得出了准连续调制激光吸收谱2f信号幅值与CO浓度、实际测量时的压力、温度的关系模型。这些关系模型可使破拆机器人在灾害现场根据测量系统实际测得的压力和温度值对CO气体的浓度进行相应的压力以及温度补偿。
红外技术及应用
32×32甚长波红外HgCdTe焦平面器件
郝立超, 黄爱波, 解晓辉, 李辉, 赖灿雄, 陈洪雷, 魏彦锋, 丁瑞军
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 504001-0504001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0504001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1195 KB)  ( 19 )
摘要 ( 1 ) 引用本文
甚长波红外波段富含大气湿度、CO2含量及云层结构和温度轮廓等大量信息,是大气遥感的重要组成部分。设计了一种32×32甚长波红外焦平面阵列,采用在ZnCdTe衬底上液相外延生长的As掺杂p型材料上进行B+离子注入形成光敏元,通过铟柱倒焊技术和带有改进型背景抑制结构的读出电路互联,制成截止波长达到14 μm的焦平面器件。该红外焦平面器件像元面积为60 μm×60 μm,工作温度在50 K温度下。测试结果显示:读出电路性能良好,焦平面黑体响应率达到1。35×107V/W,峰值探测率为2。57×1010 cmHz1/2/W,响应率非均匀性约为45%,盲元率小于12%。
MOS电阻阵下红外诱饵模拟仿真
宋敏敏, 唐善军, 王碧云, 吕弢, 付晓海
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 504002-0504002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0504002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1107 KB)  ( 9 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
为了能达到验证红外制导导弹对抗红外诱饵性能的目的,需要在半实物仿真过程中逼真地模拟红外诱饵在实际红外对抗场景中的能量变化和运动形式,即红外诱饵被投放后辐射变化以及其与目标的分离形式,为此利用MOS电阻阵进行红外诱饵模拟仿真研究。现有国产MOS电阻阵不小于200 Hz的刷新频率,不小于300℃的等效黑体温度能很好地复现红外诱饵燃烧时剧烈的能量变化,同时通过红外诱饵建模理论建立基础仿真运动模型,并且基于外场采集数据对所建立的红外诱饵运动模型进行修正,主要是对红外诱饵运动轨迹进行修正。最后,采用MOS电阻阵动态红外场景渲染和驱动软件完成红外诱饵的模拟。
红外搜索跟踪系统测试
吴学铭, 王海晏, 寇添, 寇人可, 王芳
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 504003-0504003(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0504003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1155 KB)  ( 19 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
针对当前红外搜索跟踪系统的测试设备存在测试项目单一的问题,结合作用距离测试原理及动态靶标的研制思路,设计了一种兼顾测试作用距离及跟踪精度的测试设备。为获得良好的远距离点目标动态模拟效果,采用控温黑体与渐变式衰减片组合的方式模拟远距离目标,使用双反射镜旋臂系统模拟目标运动过程,并对测试设备控制系统进行了规划。在对测试系统各部分测试精度进行分析的基础上,对由旋臂转动造成的误差使用有限元分析软件进行重点分析,在旋臂转速为6 rad/s时,跟踪测试精度误差为0。004 mrad,可以满足测试精度要求。该设计为红外搜索跟踪系统测试设备的研制及改进提供了可行的方法及理论基础。
一种适用于红外制导弹药的变增益比例导引律
臧路尧, 侯淼, 王辉, 王广帅, 林德福
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 504004-0504004(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0504004
全文: HTML (1 KB)  PDF (1237 KB)  ( 2 )
摘要 ( 1 ) 引用本文
针对红外制导弹药在采用具有角度约束制导律时需要剩余飞行时间的问题,提出了一种不需要剩余飞行时间且可实现大落角攻击的变增益比例导引律。利用期望落角固定时中末段导航比与过载及目标视角约束的解析关系,建立导航比计算模型,解算出中、末段导航比及切换点位置;随后,对比研究了变增益比例导引律与弹道成型制导律的性能,并对其工程应用进行了分析研究。结果表明:变增益比例导引律在实现落角及位置约束的同时能满足视场角及过载约束,且相比于弹道成型制导律,其硬件资源需求更少。
采用长波红外高光谱偏振技术的目标探测实验
徐文斌, 陈伟力, 李军伟, 王广平, 武敬力
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 504005-0504005(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0504005
全文: HTML (1 KB)  PDF (1400 KB)  ( 22 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
偏振探测有利于改善对目标的探测和识别能力,是当前国内外研究的重要内容之一。介绍了长波红外高光谱偏振测量的原理,并通过搭建长波红外高光谱偏振测量系统,开展了对涂漆目标和镀铝目标在不同温度、不同观测角度下的高光谱偏振成像实验,获取了有效的实验数据并进行处理分析。结果表明:温度和观测角度对目标的光谱偏振特性有较大影响,目标表面的红外光谱偏振特性随辐射温度差值及探测角度差值的增大而增大,并具有波段选择性。利用目标温度和观测角度的差异对目标光谱偏振特性的影响,可以进行有效的探测与识别,并为探测器的波段选择提供参考依据。
用于长波红外目标模拟器的DMD衍射特性分析
韩庆, 王健, 熊峥, 张建忠, 马俊林, 刘英, 孙强
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 504006-0504006(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0504006
全文: HTML (1 KB)  PDF (2195 KB)  ( 12 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
基于DMD的目标模拟器应用于长波红外波段(8~12 μm)时,DMD的衍射效应对系统的成像对比度造成较大影响。为使系统获得高对比度的红外图像,需要对DMD的衍射特性进行分析。首先根据DMD的结构和工作原理,将DMD等效为一特殊的二维闪耀光栅,并利用光栅衍射理论和傅里叶变换,推导出DMD二维光栅衍射模型;然后利用MATLAB对DMD在8~12 μm波段的衍射模型进行仿真计算;最后对仿真结果进行了实验验证。通过仿真计算和实验分析得出结论:基于DMD的目标模拟器应用于长波红外波段时,照明光束需要选取合适的入射角;当入射空间方位角为0°,入射天顶角为44~48°时,目标模拟器生成的红外图像对比度达到最佳,系统成像质量最好。
光电测量
多特征点拓扑确定位姿测量算法研究
王鹏, 周权通, 孙长库
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 517001-0517001(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0517001
全文: HTML (1 KB)  PDF (2223 KB)  ( 12 )
摘要 ( 1 ) 引用本文
为解决单目视觉位姿测量时,由目标特征点较多导致图像点与目标点拓扑关系未知的问题,提出了一种多特征点拓扑确定位姿测量算法。较多特征点可在目标进行大角度运动时保证足够的特征点进行位姿解算,与较少特征点相比提高测量精度。该算法将拓扑确定的过程和位姿求解的迭代过程进行嵌套,同时进行拓扑确定和位姿计算。位姿计算的迭代过程基于平行透视投影模型,不需要目标重心投影点坐标作为迭代初始值。拓扑确定的过程转化为分配问题的求解过程。每次位姿迭代的过程中进行一次拓扑确定,拓扑确定的结果可以计算更优的位姿估计。通过多位姿测量实验和精度对比实验结果证明:该算法适合大范围、高精度的位姿测量,在-120°~120°范围内,位姿测量均方根误差为0。272°。
浦江一号卫星星敏感器在轨测量精度分析
毛晓楠, 周琦, 马英超, 闫晓军, 唯乐思, 余路伟, 尹海宁, 张晴
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 517002-0517002(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0517002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1769 KB)  ( 17 )
摘要 ( 5 ) 引用本文
针对星敏感器在轨运行时的精度评估问题,提出了采用历元差法、滑动窗口法和光轴夹角法综合分析的方法,分别用于评估星敏感器测量噪声,测量总误差,并基于浦江一号卫星提供的星敏感器不同类型的在轨数据进行分析计算。在轨测试结果表明:星敏感器光轴指向精度达到15"(3σ),满足卫星控制系统要求,其三轴稳定度达到0。01°。该方法可用于星敏感器在轨测量精度评估,也可用于星敏感器地面观星精度评估。
利用恒星对天文观测系统光轴平行性检校
王阳, 黄煜, 李占峰, 王淑荣
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 517003-0517003(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0517003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1109 KB)  ( 6 )
摘要 ( 3 ) 引用本文
基于地基天文观测系统光轴平行性的校验需求,建立了一套高精度多光轴平行性检测系统。针对具有成像光谱仪的天文观测系统,将恒星作为点光源,利用天文跟踪系统完成对恒星星象及相应光谱数据的同步采集。在光谱维视场中,成像光谱仪不易准确地确定恒星的位置,该检测方案利用赤道仪控制系统和成像光谱仪狭缝视场的特点,对恒星目标进行一维扫描,将成像光谱仪接收到的恒星能量随着扫描位置进行拟合来确定光谱维视场中心,通过高斯拟合法来计算光学仪器之间光轴的平行性偏差。试验结果表明:测量结果不确定度为1.52",该检测系统结构简单,满足成像光谱仪和其它成像仪器野外高精度快速检测光轴一致性的要求。
阻尼比连续可调的捷联惯性姿态测量系统内阻尼技术
顾鹏飞, 王省书, 郑佳兴, 赵英伟
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 517004-0517004(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0517004
全文: HTML (1 KB)  PDF (1562 KB)  ( 14 )
摘要 ( 1 ) 引用本文
在自主导航状态下,捷联姿态测量系统存在的舒拉调谐等周期性误差可以通过内阻尼技术进行有效抑制。但是阻尼的加入破坏了系统的舒拉调谐条件,系统会受载体加速度的影响,产生新的姿态角误差。针对传统阻尼网络阻尼比固定的缺点,设计了一种阻尼比可连续调节的阻尼网络,推导了载体加速度、阻尼比和姿态角误差三者之间的关系。为抑制系统在载体机动状态下产生的姿态角误差,提出了一种根据载体加速度大小实时调整系统阻尼比的自适应阻尼方案。仿真与实验结果均表明:设计的阻尼网络可有效抑制系统姿态角误差;自适应阻尼方案可有效降低载体在机动状态下阻尼对系统的不利影响,提高系统精度。
小波变换实现的光电编码器精确实时测速
杜颖财, 宋路, 万秋华, 杨守旺
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 517005-0517005(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0517005
全文: HTML (1 KB)  PDF (1441 KB)  ( 10 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
光电编码器作为速度反馈器件,在工业、航空航天、军事等领域应用广泛。其速度检测的准确度和响应时间直接影响了整个控制系统的性能。为此,研究了一种编码器测速信号小波变换算法,该算法能够减弱噪声和干扰的对测速精度影响。将该算法应用于某航天编码器中,改善了其控制系统的动态响应和稳态精度。具有算法简单、占用资源少、耗时短、算法通用等特点,并且可以推广到其他编码器研制中。同时,还设计了一中光电编码器速度检测系统,能够实现对光电编码器测速精度的检测。实验表明:该算法应用到编码器中,将测速误差从6.956(")/ms降低到0.370 7(")/ms。
分振幅光偏振探测系统多点定标方法
汪方斌, 刘涛, 洪津, 朱达荣, 许露
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 517006-0517006(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0517006
全文: HTML (1 KB)  PDF (2056 KB)  ( 19 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
探测性能决定了偏振遥感系统的解析精度,但分振幅系统因多种因素引入的仪器偏振使解析精度的提高受到限制。在分析测量原理的基础上,研究了分振幅光偏振探测系统测量矩阵的多点定标方法,推导了偏振方位角等间隔取样偏振定标的条件;通过平台搭建与比较实验,利用多点定标方法测量了航空多角度偏振辐射计(AMPR)的穆勒矩阵,分析了测量结果的不确定性。结果表明,定标后的AMPR测量误差<0.5%、不确定度<0.5%,满足遥感系统的探测要求,证明了多点定标方法的可行性。
光学设计及仿真
采用衍射主镜的大口径激光雷达接收光学系统
朱进一, 谢永军
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 518001-0518001(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0518001
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摘要 ( 0 ) 引用本文
衍射光学系统在大口径激光雷达接收器应用方面很有潜力。分析了衍射主镜引入的负色散对激光雷达成像质量的影响。讨论了插入高色散玻璃和基于Schupmann原理的两种消色差方案的优劣。基于Schupmann原理的消色差系统质量轻、像质好,系统光透过率在60%以上。设计了1 m口径、f/8、最大视场角1 mrad的激光雷达接收光学系统。成像质量接近衍射极限。
基于带状弹簧的空间望远镜自展开机构设计
左玉弟, 金光, 谢晓光, 李宗轩, 解鹏
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 518002-0518002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0518002
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摘要 ( 1 ) 引用本文
为了充分减小空间望远镜发射的质量和体积,适应微小卫星的运载需求,针对某光学系统设计了一种基于带状弹簧的新型空间望远镜自展开机构。首先,根据理论分析确定了所用带状弹簧的几何尺寸,并针对某空间光学系统设计了一种基于带状弹簧的新型展开机构;其次,建立了该展开机构的有限元模型并分析了其展开后的特性;最后,搭建了原理样机并对其进行了实验研究。实验结果表明:该展开机构展开后的高度为500 mm,展开后的重复精度误差小于0.1 mm,偏心小于0.1 mm,且展开后的一阶自然频率为35.5 Hz,与有限元分析出的结果相符,其误差为5.3%,能够满足空间望远镜展开机构的结构简单、质量轻、稳定可靠、精度高等要求。
折/衍射双波段共光路齐焦光学系统设计
高明, 许黄蓉, 刘钧, 吕宏, 陈阳
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 518003-0518003(10). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0518003
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摘要 ( 1 ) 引用本文
为了提高双波段光学系统成像性能,结合可见光和中波红外的特点,设计了无光路补偿的折/衍射双波段共光路齐焦光学系统。对系统的4片透镜波段间消色差以及焦距补偿表达式进行了推导,采用4片透镜并引入二元衍射面,通过合理匹配光学系统光焦度,实现了系统共用一组光路,在可见光和中波红外两个波段的焦距一致,提高了双波段观测目标信息的一致性。设计的双波段共口径/共光路成像光学系统的工作波长为0.38~0.76 μm,3~5 μm,系统的焦距为90 mm,视场角为0.5°,F数为3,在-40~+60℃的温度范围内采用光学被动式进行消热差设计。设计结果表明:系统结构简单,体积小,成像质量接近衍射极限。
光电器件与微系统
星敏感器支撑结构多目标拓扑优化设计与试验
程龙, 王栋, 谷松, 高飞, 杨林, 李林
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 520001-0520001(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0520001
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摘要 ( 1 ) 引用本文
针对微小卫星对星敏感器的特殊要求,结合星敏感器特殊的工作性能和环境,采用拓扑方法对星敏感器支撑结构进行多目标优化设计并进行有限元分析和试验。首先,对模态分析和随机振动响应的基本理论进行介绍,推导出多目标拓扑优化的表达公式;其次,以支撑结构的体积最小和星敏感器在支撑结构上的四个安装点RMS值最小为目标,以最低自振频率为约束,建立支撑结构的拓扑优化模型,利用OptiStruct软件对其进行拓扑优化设计;然后利用MSC.Patran&Nastran有限元分析软件对优化后的支撑结构进行模态分析和随机振动响应分析,得到基频为327 Hz ,安装点RMS值的放大率最大为1.55;最后,对支撑结构进行振动试验,试验结果和有限元分析结果的相对误差最大为6.68%,二者吻合较好,该星敏感器支撑结构满足微小卫星对其性能指标的要求。
双磁透镜与单磁透镜分幅变像管空间分辨特性的比较
廖昱博, 龙井华, 蔡厚智, 雷云飞, 刘进元
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 520002-0520002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0520002
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摘要 ( 5 ) 引用本文
基于时间展宽技术,设计研制了大面积阴极分幅变像管。借助Matlab编程分别对单磁透镜和双磁透镜像管在离轴空间分辨率和像场畸变等方面特征作了数值模拟,并采用阴极微带光刻分辨率板进行测试验证。实验测试显示,在缩小一倍成像下,双透镜像管在离轴9 mm以内的空间分辨率优于5 lp/mm。相比单透镜像管,双透镜像管具有更高的空间分辨率,更大的有效成像范围以及更小的成像畸变。因而,采用双透镜成像能够有效地提高像管的空间分辨能力,可为分幅相机性能的进一步提升提供新的思路。
先进光学材料
不同工艺制备的人工节瘤的损伤生长特性
马宏平, 程鑫彬, 张锦龙, 王占山, 唐永建
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 521001-0521001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0521001
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摘要 ( 1 ) 引用本文
在高能激光系统中,反射膜的损伤生长特性和初始损伤一样重要。对薄膜损伤生长特性的研究将有助于探究反射膜损伤机制,从而进一步有效地提高其抗激光损伤能力。使用电子束蒸发(EB)和离子束辅助(IAD)两种工艺制备了1064nm波长下的HfO2/SiO2反射膜,利用四种尺寸的单分散的SiO2小球形成人工节瘤,来研究薄膜镀制工艺和节瘤尺寸对节瘤损伤生长特性的影响。激光损伤测试结果表明:节瘤损伤生长阈值基本随节瘤尺寸的增加而减小。EB工艺制备的反射膜中,四种尺寸节瘤的损伤生长阈值都高于其初始损伤阈值,而IAD工艺制备的反射膜中结果则相反。另外,IAD工艺要比EB工艺制备的反射膜中的节瘤在发生初始损伤后更易于损伤生长,说明薄膜镀制工艺对节瘤的损伤生长速度有一定的影响。
光通信与光传感
金属修饰的微结构光纤偏振分束器
严世博, 娄淑琴, 赵彤彤, 张俊楠
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 522001-0522001(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0522001
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摘要 ( 0 ) 引用本文
提出了一种金属修饰的微结构光纤偏振分束器,并且利用全矢量有限元法仿真分析了该偏振分束器的长度与其结构参数的关系,进而得出了该偏振分束器长度随孔间距、占空比变化的一般规律。研究结果表明:当其他结构参数一定时,该偏振分束器长度会随着孔间距的减小而减短;占空比减小,偏振分束器长度也会随之减短。最终综合考虑其性能与金属材料带来的损耗的影响,设计出一种结构简单的微结构光纤偏振分束器。该偏振分束器长度为3.523 mm,在其工作波长1。55 μm处消光比高达74.9 dB,消光比高于20 dB的波长范围为1.53~1.57 μm之间的40 nm范围,覆盖了整个光通信的C波段范围。并且该偏振分束器有着较好的冗余特性,在偏振分束器长度存在±5%的误差时,仍能保持较好的性能。
太赫兹技术及应用
碳类烟幕材料对太赫兹波的衰减特性
王启超, 汪家春, 赵大鹏, 陈宗胜, 董海龙, 时家明
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 525001-0525001(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0525001
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摘要 ( 0 ) 引用本文
为获得太赫兹波对碳类烟幕的穿透特性,采用压片法分别将不同比例混合的石墨粉和KBr、碳黑粉和KBr进行压片,利用太赫兹时域光谱仪在0.2~1.1 THz频率范围内测试压片样品的太赫兹透射光谱,进而获得样品在该频率范围内的吸收系数。研究发现:随着频率的增大,样品的吸收系数均逐渐增大,且在同一频率处,其均随碳类粉末掺杂比例的增加而增大;与石墨相比,相同掺杂比例的碳黑样品具有更大的吸收系数。结果表明,太赫兹波具有较强的穿透石墨烟幕的能力,但其对碳黑烟幕的穿透能力较弱,利用碳黑有望进行太赫兹波段烟幕的研制。
太赫兹高斯光束整形环形光束
马学, 李琦, 鲁建业
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 525002-0525002(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0525002
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摘要 ( 2 ) 引用本文
由于很多实际应用中需要光斑环形分布,因此太赫兹高斯光束整形环形光束的研究具有重要的理论和应用价值。文中利用GS算法设计相位板,将太赫兹波段的高斯光束整形为环形光束。讨论了刻蚀台阶数量对该波段相位板整形结果的影响。对不同传输距离进行了仿真计算,并在实验中将热释电相机PyrocamⅢ作为实验中的探测器对不同传输距离进行了实验。实验结果表明,实验结果与仿真计算结果接近。
太赫兹时域光谱技术用于准确快速地提取薄片的光学参数
韩晓惠, 崔洪亮, 张瑾, 杨晔, 马宇婷, 代广斌, 李明亮, 常天英
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 525003-0525003(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0525003
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摘要 ( 0 ) 引用本文
由于太赫兹辐射能量低并且脉冲宽度窄(皮秒量级),太赫兹时域光谱技术作为一种提取材料光学参数的新兴光谱分析手段具有无损伤和高时间分辨率的特点。法布里-珀罗震荡是透射模式太赫兹时域光谱提取薄片的光学参数的主要障碍。为了即时地滤除法布里-珀罗震荡以获得薄片准确的光学参数提出了一种可靠的方法。该方法为每一片测量样品实时地设计其独有的带阻滤波器以滤除叠加在折射率和吸收系数的初始值中的法布里-珀罗震荡。同时不同掺杂的硅片和氨基酸薄片的实验结果证实了该方法的可行性。
高光谱成像遥感
非线性变换和信息相邻相关的高光谱自适应波段选择
张爱武, 杜楠, 康孝岩, 郭超凡
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 538001-0538001(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0538001
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摘要 ( 0 ) 引用本文
通过非线性函数变换改进后的谱间Pearson相关分析可同时获取高光谱影像光谱间的综合相关系数(rcl)、相关类型和统计显著性水平;研究发现,非线性是高光谱影像的谱间相关性的主要类型。基于相关系数的波段相邻相关系数(rac)在自适应波段选择算法(ABS)中是为了表达波段的独立性,然而发现ABS算法中rac并不能有效表达波段独立性。鉴于此,提出了一种信息相邻相关系数(riac)和基于此指数改进的自适应波段选择算法(MABS)。使用公共数据和实验室采集数据,对ABS、基于线性相关系数(rl)的MABS(rl)和基于rcl的MABS(rcl)等三种算法进行实验。结果表明:在波谱范围和算法有效性及精度方面,MABS均优于ABS;MABS较好地兼顾了大信息量和强独立性原则,其波段选择结果的光谱范围明显大于ABS;MABS(rcl)的光谱范围略大于MABS(rl);三种算法的总体分类精度(OA)和Kappa系数的大小顺序均为:MABS(rcl) > MABS(rl) > ABS。
机载紫外DOAS成像光谱仪CCD成像电路的设计及实施
邱晓晗, 王煜, 常振, 田禹泽, 司福祺
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 538002-0538002(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0538002
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摘要 ( 4 ) 引用本文
机载紫外DOAS成像光谱仪通过获取大气与地表的折射或散射的紫外光辐射,监测大气痕量气体的分布与变化,其电子学部件的重要组成部分为CCD成像电路。采用帧转移型面阵CCD-47-20为图像传感器,以现场可编辑门阵列(FPGA)为核心控制器的成像电路模块,设计并实现了一套完整的机载紫外光谱仪成像系统。CCD成像电路完成包括CCD驱动时序电路、CCD数据采集电路,接收CCD模拟图像信号产生数字图像信号,将数字图像信号通过差分芯片驱动以低压差分信号(LVDS)传输给机载通讯系统等功能。讨论了机载紫外成像光谱仪的设计过程,并重点讨论了CCD成像电路的设计过程。设计的机载紫外DOAS成像光谱仪系统成像分辨率为0.286°。实验证明满足大气污染气体的观测需求。
景象信息处理
基于DBSCAN聚类算法的异常轨迹检测
周培培, 丁庆海, 罗海波, 侯幸林
红外与激光工程. 2017, 46 (5): 528001-0528001(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201746.0528001
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摘要 ( 3 ) 引用本文
现有的异常轨迹检测算法往往侧重于检测轨迹的空域异常,忽略了对轨迹时域异常的检测,并且检测精确度不高,针对此类问题,提出了基于增强聚类的异常轨迹检测算法。首先,采用基于速度的最小描述长度(VMDL)准则把轨迹简化成有序线段;然后,使用改进的线段间的距离定义,基于DBSCAN算法把线段分为不同的类,以建模局部正常运动模式;最后,采用先检测空间异常性再检测时间异常性的二级检测算法,检测时空异常轨迹点。在多个测试集上的实验结果表明:该算法可以检测位置、角度、速度等三种时空异常轨迹点,相对于其他算法,明显提高了异常轨迹检测的精确度。
红外与激光工程
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