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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: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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  《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—2018, 47 (9)   出版日期:2018-09-25
  本期栏目:激光雷达技术 信息获取与辨识 光学设计及仿真 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 光电器件及应用 特约专栏-“海洋光学” 
特约专栏-“海洋光学”
水下超视距三角形距离能量相关三维成像(特邀)
王新伟, 孙亮, 雷平顺, 范松涛, 董晗, 杨于清, 钟鑫, 陈嘉男, 何军, 周燕
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 903001-0903001(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0903001
全文: HTML (1 KB)  PDF (2821 KB)  ( 22 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
水下超视距三角形距离能量相关三维成像是一种新型的快速非扫描三维成像技术,可填补水下摄像机(空间分辨率高但作用距离近、无三维信息)与水下声呐(作用距离远但空间分辨率低)间的技术空白。介绍了水下距离能量相关三维成像国内外研究进展,并重点介绍中国科学院半导体研究所在水下成像方面开展的三角形距离能量相关三维成像的研究工作,提出了一种融合多脉冲延时积分的三角形距离能量相关三维成像,梳理了多脉冲延时积分景深调节技术下的典型时域工作参数,研制的水下激光选通三维成像系统“绿瞳”、“凤眼”和“龙睛”可实现探测距离大于4.8 AL的超视距百万像素三维成像,已用于渔网等微小目标探测、海洋生物原位探测、水下光学详查等应用中。
封装对超细型DFB光纤激光水听器性能的影响(特邀)
张海岩, 李振, 赵晨, 王学锋
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 903002-0903002(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0903002
全文: HTML (1 KB)  PDF (2356 KB)  ( 16 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
对超细型DFB光纤激光水听器探头封装进行了研究。通过有限元方法建立了封装结构理论模型,探讨了影响超细型光纤激光水听器频率响应与灵敏度起伏之间的因素,在灵敏度、频响一致性等指标间找到了平衡点。最后,制作了光纤激光水听器,直径6 mm,长度55 mm,灵敏度-130 dB,100 Hz~2 kHz灵敏度响应起伏4 dB,通过测试验证了理论分析和仿真的符合性。
海洋激光遥感技术研究进展(特邀)
华灯鑫, 王骏
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 903003-0903003(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0903003
全文: HTML (1 KB)  PDF (2604 KB)  ( 23 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
国内正处于实施21世纪海洋“丝绸之路”战略部署的关键时期,发展海洋光学技术是支撑国家中长期发展战略的重要方向。海洋激光遥感技术是海洋光学的重要研究领域之一。激光雷达作为近年来快速发展的新型主动遥感技术,由于其具有高精度及高时空分辨率的优点,已在海洋激光遥感领域得到广泛的应用。文中基于布里渊散射激光雷达和海洋成像激光雷达介绍了海洋激光遥感技术的研究进展,以及我国在水体参数测量、水下目标探测和海洋地形地貌的激光遥感中的应用。
激光诱导荧光装置用于海水可溶性有机物测量
陈鹏, 毛志华, 陶邦一, 王天愚
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 903004-0903004(10). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0903004
全文: HTML (1 KB)  PDF (2404 KB)  ( 13 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
水体可溶性有机物(也叫黄色物质,CDOM),直接影响水体光学特性和遥感光谱特征,在水体生态系统、光学遥感、海洋碳循环中都发挥重要的作用。针对现有水体黄色物质(CDOM)常规测量需要对水样进行过滤等耗时耗力预处理过程,研制了一种水体黄色物质快速测量的可用于实验室及野外分析的激光诱导荧光仪,该仪器集成了405 nm激光激发、高光谱接收和特征荧光光谱解析技术,使得激光雷达能够从各种成分的叠加信号中分离和确认出特定组分。此外,在实验室测量和分析了温度对于CDOM荧光光谱的影响,并提出了一种荧光数据的温度校正算法。该仪器在中国东海2013年4月的测量结果与常规仪器测量结果具有显著的相关性(R2=0.83),揭示了激光诱导荧光技术在CDOM实时监测上的应用潜力。
分集阵列式水下激光通信光学接收天线设计
贺锋涛, 石文娟, 朱云周, 张建磊
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 903005-0903005(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0903005
全文: HTML (1 KB)  PDF (1993 KB)  ( 17 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
针对水下无线激光通信系统中对准困难的问题,提出了一种分集阵列式光学接收天线,在光学设计软件Zemax中分别设计出了复合光学接收天线和分集阵列式光学接收天线的光学结构,分析了复合光学接收天线和分集阵列式光学接收天线的视场角、聚光效率以及光源移动范围,并且通过实验和Matlab仿真给出两种光学接收天线的聚光效率随光源径向移动范围和光源入射角的关系,结果表明:当光源尺寸10 mm时,复合光学接收天线的聚光效率是0.06%,接收视场角是±6°,光源径向移动范围是±6 mm;分集阵列式光学接收天线的聚光效率是0.06%,接收视场角是±16°,光源径向移动范围是±22 mm。因此分集阵列式光学接收天线更适用于水下激光通信系统。
光学被动成像干涉技术探测深海热液CH4
刘青松, 胡炳樑, 唐远河, 于涛, 王雪霁, 刘永征, 杨鹏, 王浩轩
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 903006-0903006(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0903006
全文: HTML (1 KB)  PDF (1603 KB)  ( 9 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
为了实现对热液甲烷浓度、温度和压强信息的实时、长期探测,提出一种新颖的光学被动成像干涉系统(Optical Passive Imaging Interference System,OPⅡS),并建立了该系统的正演模型和反演模型。首先利用IDL语言建立了包括深海气体辐射模型、海水传输模型和仪器响应模型的OPⅡS正演模型,并模拟其正演干涉图。正演干涉图信噪比总体处于50~70,浓度探测灵敏度为0.1 mmol/L,温度灵敏度为2 K,压强灵敏度为0.1 MPa。其次采用成像干涉技术结合偏最小二乘法的方法进行OPⅡS数据的精确、快速反演。利用25个建模样本建立了甲烷多因变量PLS回归模型,并利用25个预测样本对回归模型进行交叉检验。该最优回归模型的浓度预测最大误差为1.9%,温度预测最大误差为0.38%,压强预测最大误差为1.0%。
红外技术及应用
多波段冷光学红外成像终端研制
黄智国, 王建立, 殷丽梅, 李宏壮, 刘俊池, 刘祥意
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 904001-0904001(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0904001
全文: HTML (1 KB)  PDF (2666 KB)  ( 16 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
针对目前地基空间探测红外成像系统对高灵敏度、高探测能力及信噪比的要求,对地基冷光学红外成像技术进行了研究,包括红外杜瓦冷却系统内部辐射抑制、系统终端快速制冷、低温红外探测器的研制、低温冷光学系统设计装调等关键技术。在各项系统技术突破的基础上,研制出一套相对孔径1:10、分辨率320×256、兼容中波3~5 μm和长波8~10 μm波段的冷光学红外成像终端。系统终端实现制冷温度最低至42 K,真空度10-5 Pa量级。将终端与1.23 m口径地基望远镜对接,对月亮和红外标准星观测具有良好的成像效果。该系统的研究为地基大口径冷光学红外探测技术提供参考。
基于复Morlet小波相位的红外调制热像检测方法
赵诗琪, 郭兴旺, 刘颖韬
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 904002-0904002(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0904002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1931 KB)  ( 10 )
摘要 ( 2 ) 引用本文
为了提高红外调制热像法对复合材料缺陷的检测能力,研究了利用基于复Morlet小波相位分析的红外热像序列处理方法。依据热激励调制频率和红外图像采样频率,自适应地选择小波变换尺度总数,然后利用复Morlet小波系数相位从原始热像序列重建相位图序列。对含有分层缺陷的玻璃纤维增强复合材料参考试件进行了调制热像检测实验,以信噪比为评价指标对该方法的实际处理效果进行了定量评定,并与傅里叶变换法进行了对比。结果表明:复Morlet小波相位法可以分离调制热像信号的低频和高频噪声,能稳定地提取试件不同深度的分层缺陷,对热激励调制频率的变化有良好宽容性,因此是调制热像法的有效数据处理方法。
固体火箭发动机喷焰复燃及其对红外辐射的影响
李霞, 刘建国, 王俊, 刘兴润
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 904003-0904003(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0904003
全文: HTML (1 KB)  PDF (2468 KB)  ( 5 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
火箭发动机喷焰涉及复杂的流动、复燃和辐射效应,并对喷焰辐射的光学探测跟踪有着重要的影响。以固体火箭发动机为研究对象,建立喷焰化学反应复燃数值模拟方法和视线光辐射传输数值计算方法,对不同飞行条件下的喷焰流动、辐射特性进行计算分析,重点考察复燃效应对不同高度喷焰辐射特性的影响。研究结果表明:复燃效应引起喷焰温升可达到1 000 K,并使得喷焰谱带辐射强度有10倍以上的增强;对于不同谱带辐射强度会随高度先升后降,最大的高度在20~30 km,短波2.7 μm波段有约17倍的辐射增强,中波4.3 μm波段约有16倍增强,可见复燃引起辐射增强作用H2O分子的贡献大于CO2分子的贡献。研究结果可为进一步的理论研究和工程应用提供参考。
载体平台振动下红外系统成像模糊效应动态仿真
李珂, 王晓蕊, 郭冰涛, 刘虎, 袁航
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 904004-0904004(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0904004
全文: HTML (1 KB)  PDF (1886 KB)  ( 10 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
研究了载体平台振动条件下红外系统成像模糊效应模型,实现了系统成像模糊效应动态仿真。依据红外系统成像原理及平台振动规律,建立载体平台振动下红外系统成像模糊效应模型;通过研究模糊效应纹理预生成及实时采样方法,实现载体平台振动下系统成像模糊效应实时计算;基于仿真结果定量分析了载体平台不同振动条件下,红外系统成像质量退化程度。结果表明:载体平台振动时,振动振幅或振动频率增大都会导致红外系统成像质量严重退化;而且观测距离越远,载体平台振动对系统成像质量影响越明显。
激光雷达技术
机载双频激光雷达系统设计和研制
胡善江, 贺岩, 陈卫标, 朱小磊, 臧华国, 吕德亮, 田茂义, 俞家勇, 陶邦一, 黄田程, 王成, 习晓环, 张晓丽, 瞿帅
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 930001-0930001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0930001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1961 KB)  ( 12 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
针对林业、建筑、近海、岛礁和滩涂的测绘要求,中国科学院上海光学精密机械研究所开发了具有自主知识产权的机载双频激光雷达产品样机,可以同时完成对陆地地形和海底地形进行测绘。该样机在三亚蜈支洲岛进行了飞行试验,最大探测深度达到30 m,等效一类水质条件下可达50 m,最小探测深度达到0.22 m,测深数据和单波束声呐数据对比中误差为0.108 m,实地测量数据和陆地点云量测数据比对中误差为0.18 m,试验结果基本符合设计预期,为进一步产品定型打下了良好的基础。
基于瑞利多普勒激光雷达数据的重力波测量与分析
陈冲, 孙东松, 陈廷娣, 韩於利, 赵若灿, 周安然, 王国成, 唐磊
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 930002-0930002(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0930002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1616 KB)  ( 5 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
对于平流层的高空间分辨率的重力波连续测量和研究非常稀少。近几年中国科学技术大学的瑞利多普勒激光雷达观测了大量的重力波事件,这得益于激光雷达系统在重力波研究中的优越特性。文中对激光雷达系统作出了一个简单的介绍,并且展示了位于中国酒泉(39.741°N,98.495°E),垂直高度范围在15~60 km,自2015年10月7日起持续了两个月的重力波夜间观测结果。在对一些重力波事件分析过程中,对中尺度的水平风速进行了二维波谱分析之后,发现重力波波动非常明显,这些波动的波长范围主要集中在3~6 km,而周期大约为10 h。这些观测结果都肯定了瑞利多普勒激光雷达在重力波观测应用方面的优势。
基于伪随机码调制的测距通信一体化激光雷达
张宇飞, 贺岩, 刘梦庚, 陈卫标
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 930003-0930003(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0930003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1405 KB)  ( 7 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
由于自主导航等领域对激光雷达的需求,构建了基于伪随机码调制的测距、通信一体化激光雷达。该系统具有功耗低、体积小、多功能的优点。该系统采用伪随机编码的方式,实现了测距与通信的功能复合,采用硅光电倍增管进行光子计数,实现了系统的小型化。详细介绍了测距、通信一体化的设计原理、系统组成、仿真分析和实验结果。实验结果表明,在日光条件下,对反射率为0.1的目标实现了1 km的测距,测距精度小于1 m,实现了码率为10 kbps,误码率小于10-5,距离3.7 km的通信。
激光技术及应用
光行差对高轨卫星激光测距的影响分析
温冠宇, 王爽, 安宁, 董雪, 韩兴伟
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 906001-0906001(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0906001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1506 KB)  ( 8 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
随着卫星激光测距技术的发展,高轨卫星激光测距的数据量明显提高。由于高轨卫星距离远回波弱,这就要求望远镜系统能精确地对准卫星目标才能接收到有效回波。首先分析了影响望远镜对准的光行差因素,即卫星运行的速度光行差和发射激光运行引入的光行差。文中以Glonass系列高轨卫星为例,重点研究了发射激光束运行引入的光行差偏移量,并且计算出测站测量Glonass系列卫星的光行差角偏移量为26μrad。在实际高轨卫星激光测距中对Glonass系列卫星进行了数十次的测距实验验证,证明了文中对光行差影响的分析是正确的。通过文中的研究可以提高高轨卫星激光测距的捕获机率,大大提高高轨卫星观测效率。
多望远镜信号接收的激光测距系统探测能力
张海峰, 龙明亮, 邓华荣, 程志恩, 张忠萍
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 906002-0906002(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0906002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1288 KB)  ( 7 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
地面激光测距站向空间目标发射激光信号后,其反射的回波信号达到地面站时将覆盖一定范围,通过设置多台望远镜接收信号,有利于提升对激光信号探测能力。根据激光雷达测距方程及信号探测概率,分析了多望远镜信号接收系统的探测概率、提升效果以及等效接收能力。利用中国科学院上海天文台相距约60 m、口径分别为1.56 m和60 cm双望远镜系统,通过双望远镜同时接收卫星的回波信号,研究了双望远镜信号接收系统探测能力。相比原60 cm口径望远镜系统,单位时间内激光回波数增加了四五倍。考虑到1.56 m口径望远镜激光测量性能,双望远镜可等效于一台口径约1.61 m望远镜系统接收能力,验证了多望远镜信号接收可行性和技术优势。分析了多望远镜系统对轨道高度1 000 km、直径10 cm非合作目标测量能力及所需望远镜台数,使该测量技术在微弱信号探测与大口径望远镜激光测量中将会发挥重要作用。
典型旋翼形状参数微多普勒激光探测计算方法
王云鹏, 胡以华, 雷武虎, 郭力仁
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 906003-0906003(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0906003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1932 KB)  ( 3 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
为实现旋翼的遥感探测分类与识别,对基于微多普勒效应的扩展旋翼面目标激光回波特征开展研究。采用物理光学面元法构建了运动扩展旋翼的相干激光探测微多普勒回波模型,分析计算了旋翼激光角度散射特性,证明远场条件下旋翼各处回波反射率一致。对三种典型形状旋翼的激光探测回波进行了仿真,通过平滑伪魏格纳维利(SPWV)变换得到了扩展旋翼的时频特征。电磁散射机理证实各频率带的产生与旋翼结构形状相关,且桨叶数量以及整体平动速度并不影响旋翼形状在时频图中的特征表达。据此提出了旋翼形状参数的激光探测求解方法,通过仿真验证了展弦比、根梢比以及桨尖后掠角三种参数算法的正确性,为后续的旋翼探测识别奠定了基础。
铝合金T型接头双侧激光焊接气孔缺陷影响规律研究
杨志斌, 李浩哲, 王斌, 陈禹昕
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 906004-0906004(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0906004
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摘要 ( 0 ) 引用本文
气孔缺陷是铝合金T型接头双侧激光焊接面临的主要问题,基于其工艺特点,文中系统研究了表面处理状态、光束入射角度、焊接速度、热输入和光束间距对气孔缺陷的影响规律。研究结果表明:铝合金表面保留一定厚度的纯铝包覆层才能最大程度地降低气孔缺陷;采用较大的光束入射角度和较高的焊接速度可以有效降低气孔缺陷,主要原因是小孔上方金属流动趋势由对流变为流向小孔内部更有利于气泡的逃逸;降低焊接热输入和增加光束间距均不利于降低气孔缺陷,造成小孔形状和贯通性改变并引起熔池流动行为的改变是其本质原因,保证双侧小孔对称和贯通才能利于气泡逸出并降低气孔缺陷。
Er:YAG激光对牙本质超微结构作用的电镜观察
李秋实, 柳淑杰, 张一迪, 包瑞, 孙悦, 周延民
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 906005-0906005(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0906005
全文: HTML (1 KB)  PDF (1845 KB)  ( 8 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
激光照射牙本质被认为是一种改善粘接效果的新方法。此研究的目的是采用电镜观察Er:YAG激光照射后牙本质的超微结构,评价激光处理牙本质以改善牙体组织和修复体之间粘接性能的可行性。共8颗新鲜拔除的人上颌第三磨牙按照牙合贴面的要求进行牙体预备,拔除牙齿进行牙体预备后接受激光照射,采用电镜观察牙本质的超微结构。分为两组,4颗牙齿为对照组,4颗牙齿为实验组。牙体预备后,对实验组牙齿的牙本质进行Er:YAG激光照射。采用电镜观察牙本质小管,熔融和裂隙等情况。对于实验组,观察结果未见玷污层,牙本质小管清晰。同时,对照组可以见到牙本质小管内有明显的玷污层,因此牙本质小管不清晰。该研究提示Er:YAG激光照射牙本质可以清除牙本质小管内的玷污层,这可能会提高牙体组织和修复体之间的粘接性能。
线阵光纤激光相干合成角度扫描控制方法研究
夏润秋, 陈青山, 刘洋, 肖立亮
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 906006-0906006(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0906006
全文: HTML (1 KB)  PDF (2564 KB)  ( 5 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
基于光的干涉理论,对多芯线阵光纤激光通过相干合成进行角度扫描的原理进行了研究。利用相干合成模型,用MATLAB分别对信号无噪声与含有随机相位噪声时的合成效果进行了数值仿真计算,分析了通过主动相位控制对合成光进行角度扫描的可行性;基于MOPA结构光纤激光线列搭建了相干合成角度扫描控制系统。通过实验验证了在多路光纤激光完成锁相后,若依次等比改变各芯激光的相位可以实现主极大条纹连续的角度扫描,扫描范围与模型中计算所得结果基本一致,实验结果与理论计算相符。该方法的探索研究对线列光纤激光的相干合成应用拓展有一定的指导意义。
一种应用于激光微烧蚀的光学聚焦系统简化设计方法
常浩, 叶继飞, 李南雷, 周伟静
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 906007-0906007(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0906007
全文: HTML (1 KB)  PDF (1389 KB)  ( 7 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
针对激光微推力器对光学聚焦系统结构紧凑、聚焦光斑尺寸小以及避免羽流污染的特殊要求,采用传统的光线追迹法研究单透镜直接聚焦、双透镜准直聚焦两种典型方案光学设计方法。针对低功耗半导体激光器光纤耦合输出的芯径和数值孔径条件,在50μm级聚焦光斑约束下,研究单透镜聚焦系统设计方案,得到了透镜厚度、焦距、工作距等设计参数的关系;研究准直聚焦光学系统的双透镜系统设计方案,得到了透镜厚度、透镜中心距、工作距等设计参数特征关系。针对两种典型光学设计方案,给出了工程应用设计参数。文中提出的设计方法避免了复杂的光学设计过程,可为激光微推力器激光光束微尺度聚焦提供一种简单实效的方法。
激光三角法高精度测量模型
孙兴伟, 于欣玉, 董祉序, 杨赫然
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 906008-0906008(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0906008
全文: HTML (1 KB)  PDF (1180 KB)  ( 8 )
摘要 ( 0 ) 引用本文
为提高检测准确性,提出激光三角法高精度测量模型,由变阈值亚像素灰度重心提取算法和CCD倾角误差补偿模型两部分组成;光斑中心定位算法对激光检测准确度起关键作用,针对已有激光中心定位算法的缺陷,提出了变阈值亚像素灰度重心提取算法,通过梯度函数和高斯拟合算法设定阈值去除光斑边缘噪声区域对中心定位的影响,并利用多项式插值提高灰度重心法精度;同时为提高实际工业生产环境中的测量准确性,建立CCD倾角误差补偿模型;应用激光三角法高精度测量模型,以STM32F407为硬件核心建立系统,以锥螺纹为被测物进行实验;实验结果表明:该测量模型实现了对锥螺纹信息的准确采集,且精度明显高于传统的灰度重心法,可以将锥螺纹检测的误差控制在10 μm内。
光通信与光传感
水平链路激光广播技术的功率传输方法与验证
赵凯强, 母一宁, 王帅, 李平, 朱焱
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 922001-0922001(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0922001
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摘要 ( 0 ) 引用本文
当前传统点对点激光通信技术已经得到了长足进步,为了探索在有限范围内实现局域激光广播的有效手段,提出了一种适用于短距离水平链路激光广播的有效方法,设计了相应的验证性广播通信系统,并在光功率最优分配的角度上对激光广播进行了系统建模研究。首先,从光功率衰减的角度对激光扩束理论模型和平行光幕理论模型进行了分析和对比,揭示了平行光幕通信模型的光功率损失模型;其次,结合高斯光束光学成像变换理论模拟了平行光幕的远场场强分布情况,通过一个领先的光学和照明设计软件,揭示了光幕远场分布与传输距离的关系;最后,通过在不同信道环境下的野外通信实验验证了平行光幕理论模型的优越性与可行性。
光纤周界安防系统的高准确度事件识别方法
李志辰, 刘琨, 江俊峰, 马鹏飞, 李鹏程, 刘铁根
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 922002-0922002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0922002
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摘要 ( 1 ) 引用本文
在双马赫曾德光纤周界安防系统中,如何准确高效地实现模式识别仍是一项有待解决的难题。对此提出了一种基于短时傅里叶变换(STFT)与奇异值分解的模式识别方法,实现了三种不同事件类型的准确识别。该方法包含三个步骤:首先,通过对干涉信号进行短时傅里叶变换得到时频信息,根据时频信息找到事件端点并进行滤波;其次,对时频信息进行奇异值分解,根据奇异值的物理意义,由不同行为的奇异值的特点定义特征向量;最后,用支持向量机的方法进行事件分类。为验证方法有效性,搭建了2 km长的围栏系统进行实验验证。进行了攀爬围栏、敲击光缆、晃动围栏三种不同入侵模式下共360组实验,每种入侵行为各120组得到了良好的识别结果(三种事件识别率均在90%以上),提高了系统的信号处理速度,有较高的实际应用价值。
色散平坦光纤中的高速率PM-16QAM信号传输研究
朱龙洋, 郑宏军, 黎昕, 白成林, 胡卫生, 许恒迎, 刘山亮
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 922003-0922003(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0922003
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摘要 ( 0 ) 引用本文
提出了一种高速率、偏振复用、正交幅度调制信号的色散平坦光纤传输系统,传输速率分别为160 Gbps和256 Gbps,调制格式为PM-16QAM。实验研究了色散平坦光纤链路系统的传输特性,并分别与非零色散位移光纤和标准单模光纤链路传输特性做了比较。实验结果表明,较低输入光功率情况下,PM-16QAM信号在160 Gbps传输50 km时,经色散平坦光纤传输后的误差矢量幅度EVM优于经非零色散位移光纤传输情况0.5%,比特误码率BER优于非零色散位移光纤传输情况两个数量级;色散平坦光纤链路能更好地衰减旁瓣噪声;256 Gbps传输50 km和75 km时,仅在色散平坦光纤链路传输后可以较好地解调出信号;传输距离越长,保持较好特性时输入光功率范围越小。对比160 Gbps和256 Gbps情况,高速率PM-16QAM信号在色散平坦光纤链路的传输特性优于非零色散位移光纤和标准单模光纤链路的传输特性,传输速率越高、传输距离越长效果越明显。
光电器件及应用
基于激光偏振调制的全光Cs原子磁力仪研究
石铭, 王羚, 程泓勋, 张樊
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 920001-0920001(4). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0920001
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摘要 ( 0 ) 引用本文
采取对激光左旋σ+偏振态和右旋σ-偏振态周期性调制产生共振的方法,实现对Cs原子拉莫尔进动频率的检测,取代了采用射频线圈产生共振的方法而实现了对磁场的全光检测,从而避免了传统光泵原子磁力仪信号串扰的问题。展示了该方法对原子磁矩在磁场中进动频率的检测原理,分析了该模式下的信号特征,根据信号特征设计了对拉莫尔进动信号的检测和处理系统。同相信号显示为洛伦兹线形;正交信号显示为色散线形,在共振频率处大小为0;相位信号显示为连续单调递减函数,在共振频率处大小为0。正交信号和相位信号均可以用来锁定共振频率点,实现磁场测量。
多金属层诱导透射紫外“日盲”探测成像滤光片设计与低温制备研究
尚鹏, 熊津平, 季一勤, 刘华松, 刘丹丹, 庄克文, 刘旭, 沈伟东
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 920002-0920002(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0920002
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摘要 ( 0 ) 引用本文
基于SiO2/Al/SiO2三层夹层结构,结合使用多角度椭圆偏振谱和透射光谱精确反演获得了薄金属Al层光学常数,并研究分析了Al光学常数随膜层厚度的变化;在此基础上采用导纳匹配法,理论优化获得了三腔金属诱导透射紫外滤光膜,并系统分析了Al和SiO2介质匹配层制备误差对紫外滤光膜光谱性能的影响;进一步采用低温、高真空Al、SiO2薄膜生长工艺,成功获得了峰值波长位于218 nm附近,峰值透过率~23.1%,带宽~32 nm,在280 nm、318 nm波段的透过率分别约为0.5%和0.04%,400~700 nm、800~1 100 nm波段的截止度分别可达~5.0 OD、~4.5 OD的高性能三腔诱导透射紫外滤光片样品。相关研究结果对于高性能多腔诱导透射“日盲”紫外滤光片的设计与制备具有很好的指导意义。
AlGaN日盲紫外雪崩光电探测器暗电流研究
葛张峰, 余晨辉, 陈鸣, 李林, 许金通
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 920003-0920003(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0920003
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摘要 ( 0 ) 引用本文
为了提高AlGaN日盲紫外雪崩探测器的信噪比,降低暗电流,研制高性能日盲紫外探测器,针对AlGaN日盲紫外雪崩探测器暗电流机制进行了深入研究。首先对传统p-i-n-i-n结构雪崩探测器进行了初步研究,分别设计了GaN和AlGaN的两种雪崩探测器模型,分析了其不同暗电流特性,得到的模拟暗电流特性曲线与实验吻合。在此基础上,针对日盲紫外波段高Al组分AlGaN雪崩探测器,重点分析研究了不同异质界面的负极化电荷、p型有效掺杂以及温度等因素对暗电流的影响。在AlGaN日盲紫外雪崩探测器研究中得到的近零偏工作暗电流为2.5×10-13 A,在反向138 V左右发生雪崩击穿,雪崩开启电流为18.3 nA左右,击穿电压温度系数约为0.05 V/K,与实验及文献测试结果吻合。
室内VLC白光LED调制带宽拓展
魏有财, 宋小庆, 赵梓旭, 王慕煜
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 920004-0920004(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0920004
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摘要 ( 0 ) 引用本文
针对室内照明场景应用需求,探究了驱动电流的变化对四种常用LED光源频率特性所产生的影响效果,得出荧光粉LED的频率特性响应几乎不受驱动电流变化的影响的结论。结合硬件预均衡策略对1 W荧光粉LED的调制带宽拓展进行了理论分析和硬件电路设计,测试结果表明:在不对蓝光过滤的条件下,荧光粉LED调制带宽由1 MHz提高到了32 MHz,单盏荧光粉LED在非归零-开关键控(non-return-to-zero on-off-keying,NRZ-OOK)调制下可达到26 Mbit/s的传输速率,误码率7.55×10-6,传输距离达到3 m,符合于室内照明通信对传输距离的要求。
纳米光栅的表面等离激元增强型GaN-LED
李志全, 刘同磊, 白兰迪, 谢锐杰, 岳中, 冯丹丹, 顾而丹
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 920005-0920005(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0920005
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摘要 ( 0 ) 引用本文
为提高传统GaN基LED的发光效率,提出了一种基于纳米光栅结构的透射式表面等离激元增强型GaN-LED。该增强型LED包含覆盖在p型GaN光栅槽内的低折射率SiO2膜、Ag膜以及槽表面的ITO薄膜。详细阐述了该结构增强LED发光特性的基本原理,利用基于有限元法的模拟软件“COMSOLTM-RF Module”对该结构进行参数优化和数值模拟分析。研究结果表明,在周期p=280 nm,占空比f=0.5,SiO2层的厚度dSiO2=25 nm,银层的厚度dAg=15 nm,ITO层的厚度dITO=30 nm时,该结构在可见光范围内具有较高的传输效率,其零阶透射率高达0.716,零阶反射率为0.224,-1阶透射率峰值0.183,且Purcell因子增强了近16.4倍。该结构可以同时提高GaN基LED的内量子效率、光萃取效率和SPP萃取效率。
γ射线辐照对130 nm部分耗尽SOI MOS器件栅氧经时击穿可靠性的影响
马腾, 苏丹丹, 周航, 郑齐文, 崔江维, 魏莹, 余学峰, 郭旗
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 920006-0920006(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0920006
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摘要 ( 0 ) 引用本文
研究了γ射线辐照对130 nm部分耗尽(Partially Depleted,PD)绝缘体上硅(Silicon on Insulator,SOI)工艺MOS器件栅氧经时击穿(Time-Dependent Dielectric Breakdown,TDDB)寿命的影响。通过测试和对比辐照前后NMOS和PMOS器件的转移特性曲线、阈值电压、关态泄漏电流以及TDDB时间等电参数,分析了γ射线辐照对PD-SOI MOS器件TDDB可靠性的影响。结果表明:由于γ射线辐照在栅极氧化层中产生了带正电的氧化物陷阱电荷,影响了器件内部势垒的分布,降低了电子跃迁的势垒高度,导致了电子遂穿的正反馈作用增强,从而缩短了器件栅氧化层经时击穿时间,最终造成器件栅极氧化层的可靠性下降。
全无机钙钛矿纳米晶薄膜光电探测器
杨智, 汪敏强, 张妙, 窦金娟
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 920007-0920007(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0920007
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摘要 ( 0 ) 引用本文
为改善有机-无机铅卤钙钛矿的空气稳定性,采用高温热注入法合成了两种不同尺寸的全无机钙钛矿CsPbBr3纳米晶。由于晶粒尺寸对纳米晶薄膜电学性能具有决定性的作用,研究了CsPbBr3纳米晶尺寸对薄膜光电导探测器光电响应性能的影响。结果表明:纳米片薄膜的光电流是纳米立方块薄膜的100倍,归结于二维CsPbBr3纳米片薄膜更少的晶界导致了更长的载流子扩散长度。对性能更加优异的纳米片薄膜光电探测器进行了全面的性能评价,低的噪声等效功率和高的归一化探测率表明其具有优异的弱光探测能力。
先进光学材料
HfO2-SiO2混合膜力学性能
卜笑庆, 张锦龙, 潘峰, 刘华松, 樊荣伟
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 921001-0921001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0921001
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摘要 ( 0 ) 引用本文
利用离子辅助电子束双源共蒸发工艺方法,制备了SiO2掺杂含量分别为0、13%、20%、30%、40%和100%的六组HfO2-SiO2混合膜。采用纳米压痕法测量了不同组分混合膜的杨氏模量和硬度,并研究了混合膜杨氏模量和硬度随SiO2含量增长的变化规律。结果显示,随着SiO2含量增加,混合膜杨氏模量和硬度均减小,双组分复合材料并联模型可以较好地拟合杨氏模量随混合膜SiO2含量变化关系。为了解释混合膜力学性能随SiO2含量变化规律,对混合膜进行了XRD测试,研究了混合膜微观结构与杨氏模量和硬度的关系,发现结晶对硬度影响显著,对杨氏模量影响较小;用Zygo干涉仪测量了样品的面形,获得了薄膜残余应力随SiO2含量的变化规律,表明SiO2掺杂能减小HfO2薄膜压应力。
石墨烯/铜镍铁氧体复合材料的制备及性能研究
马德跃, 李晓霞, 郭宇翔, 曾宇润
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 921002-0921002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0921002
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摘要 ( 0 ) 引用本文
为制备出宽波段磁波衰减材料,采用水热法制备得到了石墨烯/铜镍铁氧体复合材料(CNFRGO),并对其进行SEM、XRD、红外光谱和拉曼光谱表征分析;然后测量其2~18 GHz的电磁参数,并计算其损耗角正切值和反射损耗,进而分析其微波衰减性能;最后,测量其中远红外波段的复折射率,利用测量数据和T矩阵法计算分析其红外波段消光和吸收性能。结果表明,尖晶石型铜镍铁氧体纳米颗粒吸附在还原石墨烯上,粒径大部分约为20 nm;CNFRGO同时具有介电损耗和磁损耗两种机制,其反射损耗低于-10 dB的频宽为3.7 GHz,在11.8 GHz处有峰值-14.7 dB;CNFRGO在近红外波段消光较强主要由散射引起,中远红外波段则主要由吸收决定,而其吸收能力在近红外和中红外波段较强,但在远红外大气窗口内相对较弱。因此,CNFRGO可同时吸收微波和红外辐射,是一种良好的微波与红外兼容材料。
光电测量
泵浦光椭圆度对铷原子极化率的影响
王明才, 汪之国, 杨开勇, 陈运达
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 917001-0917001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0917001
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摘要 ( 0 ) 引用本文
在核磁共振陀螺系统中,需要用圆偏振光来泵浦碱金属(例如铷)原子,使其产生极化。然而实际应用中的泵浦光不是理想的圆偏振光,为了研究泵浦光椭圆度与铷原子极化率的变化关系,推算了泵浦光经过四分之一波片后的表达式,并由此得出泵浦光照射铷原子气室前的椭圆度,建立了数值仿真模型,研究了椭圆度对铷原子极化率的影响。同时通过实验得到了铷原子极化率与椭圆度的关系曲线。仿真和实验结果表明,泵浦光椭圆度越大,铷原子极化率越大,随着椭圆度的进一步增大,铷原子极化率增速变慢逐渐饱和;此外,相同的椭圆度下,铷原子极化率随着泵浦光功率的增大而增大。
亚角秒级星相机的精度测定
王伟之, 王妍, 于艳波, 邸晶晶, 宗云花, 高卫军
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 917002-0917002(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0917002
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摘要 ( 0 ) 引用本文
星相机的指向精度是评价星相机性能的最重要的指标。提出了针对亚角秒级星相机的实验室精度测定方法。基于静态多星靶标和平行光管完成了瞬态误差(Temporal Error,TE)的测量,并考虑了星相机实际使用时的信号水平;采用Stewart平台进行微距调整,通过帧间差分处理获取同名星点间的坐标差,经统计分析可以得到高频误差HSFE,优点是避免了规划特殊路径;通过使用不同谱段的滤光片,等效计算得到色差导致的低频误差LSFE;此外,还给出了星相机畸变标定导致的低频误差和星点靶标标记误差导致的低频误差。试验结果与设计值一致,验证了上述方法的有效性。
2 000~2 800 eV软X光入射CsI(TI)闪烁体的探测效率标定
王静, 张文海, 杨国洪, 韦敏习, 郑雷
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 917003-0917003(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0917003
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摘要 ( 0 ) 引用本文
CsI(Tl)闪烁体是X光转换为可见光的一个比较重要的部件,其转换效率对惯性约束聚变中的X光诊断发挥关键作用。利用北京同步辐射装置4B7A中能束线,针对2 000~2 800 eV能段的软X光入射不同厚度CsI(Tl)闪烁体后转换为可见光的探测效率进行了标定。文章详细分析了CsI(Tl)闪烁体在X光激发下的能量沉积和出射可见光的效率。整个探测系统包括入射兼容光源、标准探测器、快门、CsI(TI)闪烁体块、黑腔盒,SI1000可见光CCD等。用曲线拟合的方法归一化入射兼容光,利用SI1000可见光CCD相机作接收系统记录出射可见光,在CCD线性工作范围内,得到CCD上记录的出射可见光计数。标定实验获得2 000~2 800 eV能区标定探测器电流,CCD计数,得到了同一曝光时间下CCD计数和入射光子数的比值,即探测效率。实验结果表明,随着CsI(Tl)闪烁体厚度的增加,探测效率也随之提高。实验方法为后续选择合适厚度闪烁体做软X光探测做基础。
GSSMP转动精度的测量与标定
安其昌, 张景旭, 杨飞, 赵宏超
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 917004-0917004(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0917004
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摘要 ( 0 ) 引用本文
为了更好地实现巨型可控科学反射镜原理演示验证平台(Giant Steerable Science Mirror Prototype,GSSMP)的指向功能,需要对GSSMP的转动精度进行测量与标定,利用激光跟踪仪对转台编码器进行标校,并通过激光跟踪仪完成角度测量。首先,基于角度测量原理进行了接触式测量和非接触式测量方式的单点精度标校,得到测量误差分别为23.7″与0.71″。通过公式推导验证,四个角反射器的使用能够消除6以及6的倍数谐波之外所有阶数的谐波,从而提高测量精度。最后,比较四个角反射器两种不同的排布方式的角度测量误差,得出均匀分布的误差为11.5″,非均匀分布误差为9.04″,而单个角反射器测量误差为23.7″。通过激光跟踪仪对望远镜方位轴转动精度的测量,验证了所述理论的正确性与方法的可行性。研究结果对于30 m望远镜的工作进一步完成有着重要的意义,同时对于类似的转台精度的检测也有一定的指导意义。
DEM和单相机的弹落点坐标测量方法
王向军, 于潼, 张佳丽, 刘峰, 王越
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 917005-0917005(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0917005
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摘要 ( 1 ) 引用本文
针对大视场远距离复杂地形条件下的弹落点坐标测量,提出一种结合数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)的单目视觉测量方法。该方法不依赖目标或场景信息,只需单幅弹落点图像,即可快速解算出弹落点的三维坐标。首先,利用图像二维信息求解出相机与弹落点相连的空间直线;然后,根据相机与靶心的相对位置确定直线上的搜索起点和搜索步距,将直线上的搜索点与数字高程地图进行匹配;最终求解出弹落点的三维坐标。现场试验结果表明:相机距监测区域大于500 m,监测区域视场宽度为300 m时,相对定位误差优于0.3%。该方法结构简单、成本低、运算速度快,适用于复杂地形条件下的弹落点坐标测量。
基于MODIS云参数的卷云反射率计算研究
赵凤美, 戴聪明, 魏合理, 朱希娟, 马静
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 917006-0917006(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0917006
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摘要 ( 0 ) 引用本文
卷云反射率是天气、气候和地球能量平衡研究中关注的重要参数。卷云反射率的快速算法在遥感反演卷云特性参数中具有重要应用。依据卷云反射率随卷云光学厚度、有效尺度、太阳天顶角、观测天顶角、相对方位角等参数的变化,利用离散坐标法(Discrete Ordinate Radiative Transfer method,DISORT)计算卷云反射率,预先建立卷云反射率随相关参数变化的快速查找表,以此建立了卷云反射率的快速算法。将MODIS卫星探测的卷云光学厚度、太阳天顶角、观测天顶角、相对方位角等因素作为输入参数,计算得到了卷云反射率,比较了计算的卷云反射率和MODIS实际测量的卷云反射率值,相关系数达到0.94,平均偏差小于18.5%,说明了卷云快速算法计算合理可行。
激光陀螺捷联惯导系统的模观测标定方法
董春梅, 任顺清, 陈希军, 王常虹
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 917007-0917007(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0917007
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摘要 ( 0 ) 引用本文
为了减小转台误差对激光陀螺捷联惯组(SIMU)标定精度的影响,采用模观测法设计了正二十面体-12点的位置和速率试验计划。首先,利用在重力场下的12个静态位置标定加速度计的零偏、标度因子和安装误差矩阵;然后,采用外环角速率、中内环双轴翻滚至12点位置来标定陀螺的零偏、标度因子和安装误差矩阵;最后,利用SIMU框架坐标系为桥梁,实现了加速度计和陀螺参数坐标系的统一。仿真分析表明:该方法能有效抑制转台误差对SIMU标定结果的影响,当转台各轴系垂直度误差为角秒级且角位置误差小于1'时,加速度计和陀螺的标度因子相对误差和安装误差矩阵的标定误差均小于10-5,加速度计零偏的标定误差小于10μg ,陀螺零偏的标定误差小于0.01(°)/h与测量噪声处于同一数量级。
太阳同步轨道二维变姿态空间相机的外热流计算
李世俊, 陈立恒, 冯文田, 吴愉华
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 917008-0917008(10). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0917008
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摘要 ( 0 ) 引用本文
为了得到准确的二维变姿态空间相机外热流数据,提出了一种在J2000坐标系下进行二维变姿态空间相机的外热流算法。首先,在J2000坐标系下确定了相机的位置、太阳的位置及其辐射强度;其次,根据空间相机的视轴始终指向太阳的工作特点及太阳的位置,计算出其在极端情况下的二维姿态角;然后,根据得到的姿态角计算出姿态变换矩阵。最后,利用Matlab编程计算出一个轨道周期内的不变姿态以及二维变姿态条件下的复杂外热流。该方法计算得到的不变姿态外热流与I-deas/TMG软件得到的结果能够很好地吻合。与姿态不变的相机相比,相机二维姿态的变化会导致其外热流发生较大的变化,尤其是入光口所在的-Y面,其太阳直射热流的波动范围为0~1 394 W/m2。得到的姿态角为热仿真模型姿态的调整提供了重要参考。由变姿态外热流数据可以看出,-Z面的外热流最小,其最大平均外热流小于4 W/m2。另外±X面和+Y面的外热流也较小,±X面最大平均外热流小于80 W/m2,+Y面最大平均外热流小于110 W/m2。在实际应用中,由于卫星平台的遮挡,±X面和+Y面的外热流会更小,因此可以将-Z面,±X面和+Y面作为散热面,为热设计工作提拱了很好的指导。
点特征柔性物体三维运动恢复方法
龚肖, 史金龙, 廖芳
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 917009-0917009(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0917009
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摘要 ( 0 ) 引用本文
为了使用两台标定的高速相机获取点特征柔性物体的三维运动轨迹,提出了一种实用的点特征柔性物体三维运动恢复方法,包括图像空间重建、时间序列重建等步骤。其中空间和时间序列重建是三维运动恢复的核心部分,在空间重建方面,使用椭圆拟合得到图像上点的坐标,并根据马氏距离寻找匹配点,然后利用三角测量法计算空间三维点;在时间序列重建方面,利用搜索方法匹配点前后图像坐标,从而实现运动过程的三维恢复。然后利用重建结果计算运动柔性物体的速度、加速度、曲率变化等重要参数。实验结果表明,该三维运动恢复方法提高了空间序列匹配的速度和准确度,有效地实现了时间序列的匹配,减少了整个重建过程的时间。通过对目标的重建,准确地获得了物体的三维运动数据。
光学设计及仿真
大口径反射镜水平集拓扑优化设计
李诚良, 丁亚林, 刘磊
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 918001-0918001(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0918001
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摘要 ( 0 ) 引用本文
为了设计适用于空间望远镜的具有质量轻、刚度高、高面形精度特点的大尺寸反射镜,提出了基于水平集方法的反射镜拓扑优化设计方法。首先,在口径1 m反射镜镜体初始结构模型的基础上建立有限元模型,基于SIGFIT采用DRESP2建立面形RMS的目标响应函数,将镜面面形精度直接作为目标函数,在重量约束条件下,基于变密度算法与水平集拓扑方法分别进行优化设计,并基于OSSmooth功能对设计结果分离阈值进行研究。通过对优化模型分离阈值进行分析,得到最优化的输出结构模型。采用水平集方法的拓扑优化设计方法的中间密度单元格数目远小于变密度方法,输出结构边界连接性更好。优化模型面形RMS值小于λ/50(λ=632.8 nm),满足设计指标。
面型误差和失调量对同轴三反系统像质的影响
李斌, 陈佳夷, 王海超, 霍腾飞, 李新华
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 918002-0918002(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0918002
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摘要 ( 0 ) 引用本文
应用于对地观测的高分辨同轴三反式系统对光学装调有着严格的要求,光学元件的失调量和由装配应力导致的面型误差都会严重影响系统成像质量。该方法通过镜面受力分析和光学系统仿真指导系统装调,以某商业遥感卫星搭载的同轴三反式镜头装调过程为例,分析失调量和面型误差的像差特性。通过分析光学元件失调量和面型误差与系统像散、彗差以及球差的关系,并利用系统波像差的均方根(RMS)作为系统像质的评价标准,得出各个光学元件失调量和面型误差对系统成像质量的影响权重。根据计算结果进行针对性调校,使系统各视场的平均RMS值收敛为0.06λ以下。经过多台同类镜头装调结果验证,证明该方法切实有效,可缩短装调周期,提升装调精度。
光电稳定平台的MDO总体设计
曾钦勇, 秦开宇, 邓键, 尹彦东, 王茜
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 918003-0918003(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0918003
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摘要 ( 0 ) 引用本文
针对小窗口大扫描角要求的光电成像导引头,在总体设计时按照多学科协同设计与优化(Multidisciplinary Design Optimization,MDO)的设计原则,通过并行的子空间多方案快速概念设计及排列组合优化,转化为工程设计的约束条件,进而指导分配光机系统和伺服稳定系统的设计权重,并在电子样机上对设计方案进行综合性能动态评估和迭代优化,最终确定了基于陀螺稳定反射镜物方扫描的方案,实现了设计指标:扫描范围-20°~10°(俯仰)/±15°(方位),窗口面积不超过通光孔径的2倍,且具有高精度和高动态的稳像能力。挂飞试验获得的图像与地面静态图像一致,证明了基于MDO对光电稳定平台快速开发的有效性和优越性。
自由曲面在制冷型离轴三反光学系统的应用
姜晰文, 贾学志, 丛杉珊
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 918004-0918004(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0918004
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摘要 ( 1 ) 引用本文
研究了制冷型红外离轴三反光学系统成像原理和优化设计方法。给出了一个应用自由曲面的制冷型离轴三反射镜光学系统的设计。系统采用两个自由曲面反射镜和一个偶次非球面反射镜组成二次成像的结构形式,将制冷型红外探测器的冷光阑作为系统的孔径光阑,得到100%的冷光阑效率。第二和第三反射镜将孔径光阑成像在第一反射镜的位置,显著减小第一反射镜的口径。通过调整每个反射镜的偏心与倾斜,实现系统的无遮拦,使用自由曲面增大视场、校正像差、保证系统的成像质量。该系统的工作波段为3~5 μm,焦距为450 mm,F数为2,视场为3.662°×2.931°,各视场的调制传递函数在环境温度为-40~60℃的范围内均高于0.5,实现系统的无热化,并且结构紧凑。
离轴三反系统中视轴的偏转误差研究
李杏华, 张冬, 高凌妤, 郭倩蕊, 景泉, 胡震岳
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 918005-0918005(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0918005
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摘要 ( 0 ) 引用本文
考虑到离轴三反系统内部结构和光路的复杂性,直接分析离轴三反系统内部各反射镜的偏转误差对视轴的影响难度较大。因此,提出一种将离轴三反系统模型简化为单反射系统模型来进行分析的方法,并在该模型的基础上建立离轴三反系统视轴偏转误差的计算公式。最后,利用Zemax软件创建离轴三反系统模型,通过变动反射镜位置来模拟系统视轴的变化,并得到成像点的坐标,再将得到的像点坐标代入计算公式求解出系统视轴的转动量。通过结果对比,求解出视轴的转动量相对于仿真的最大误差不超过4%,验证了基于单反射模型建立的理论分析方法的正确性。
红外/白光混合补光系统在智能交通中的应用研究
高东东, 徐晓婷, 李博
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 918006-0918006(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0918006
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摘要 ( 0 ) 引用本文
随着国内“平安城市”项目的不断完善,完备的补光系统对于智能交通也就显得越来越重要。首先,阐述了在智能交通中补光系统的作用、分类及现有补光系统的优缺点;其后针对在补光中存在的眩目和过曝这两个问题,设计了一款红外和白光混合排列阵列式发光二极管防眩目补光系统,完成了其硬件部分和基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)自适应算法的软件部分,并对该系统进行了实际测试。测试结果表明:补光效果优于白光常亮灯,且眩目感显著降低;车牌图像二值化分布均匀,该补光系统可有效解决车牌过曝问题。
红外目标模拟器动态校准系统光学系统设计
李生好
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 918007-0918007(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0918007
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摘要 ( 0 ) 引用本文
基于红外目标模拟器动态校准系统的应用场景,分析了动态校准系统光学系统的设计特点,指出光学系统应选择折反式二次成像光路结构。基于经典的光学系统无热化原理,以光机材料精密搭配与计算为基础细化了该折反式光学系统的无热化方法,基于该方法设计了F/2、焦距370 mm、工作波段3.7~4.8μm、总长为182 mm的光学系统,光学系统采用512×512、15μm×15μm规格的斯特林制冷式探测器,光学系统在-40~60℃范围内成像质量接近衍射极限。建立了光学系统鬼像和冷反射分析模型,分析结果表明:光学系统杂散光抑制能力较强、性能优异,满足红外目标模拟器动态校准系统在复杂恶劣环境下的使用要求。
多通螺旋相位板的涡旋光拓扑荷数4重加倍
王琛, 刘通, 邵琼玲, 任元, 苗继松
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 918008-0918008(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0918008
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摘要 ( 0 ) 引用本文
为了制备大拓扑荷数涡旋光,对基于螺旋相位板多通的拓扑荷数4重加倍进行了理论分析、仿真模拟和实验验证。根据菲涅耳衍射积分定理,推导了基于螺旋相位板多通的涡旋光拓扑荷数加倍原理。设计了4重加倍装置,建立了相应模型并模拟了拓扑荷数4重加倍后的涡旋光强分布。绘制了相对强度、光束半径随距离变化曲线,得到了加倍过程中半径和强度不会发生突变的结论。最后,使用该装置成功制备了拓扑荷数为4、8、12、16的涡旋光束并对该实验中高阶涡旋光质量较差的原因进行了分析。
采用双平行马赫曾德调制器的四倍频信号产生
王云新, 许家豪, 周涛, 王大勇, 杨登才, 钟欣
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 918009-0918009(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0918009
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摘要 ( 0 ) 引用本文
采用了一种基于双平行马赫曾德调制器(DPMZM)产生四倍频微波信号的方法。理论分析了微波四倍频的基本原理,双平行马赫曾德调制器的上臂子MZM加载射频信号,且上臂子MZM工作在最大传输点,下臂子MZM直通光载波,使DPMZM最终工作在载波抑制的偶次边带调制模式,结合光学带通滤波器滤除高阶杂散边带,提升四倍频信号的纯净度。搭建了基于双平行马赫曾德调制器的四倍频微波光子链路,并对四倍频系统的性能进行测试,实验结果表明系统的光边带抑制比和射频杂散抑制比分别达到了21.09 dB和28.41 dB。由于链路未引入额外的电子器件,系统可以产生高达80 GHz的微波信号。基于双平行马赫曾德调制器产生四倍频微波信号的方法结构简单,易于控制,具有良好的倍频性能,可实现高纯净度和高频率的四倍频信号的产生。
信息获取与辨识
高性能交通标志检测模块的VLSI结构设计
王刚毅, 金炎胜, 任广辉, 刘通
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 926001-0926001(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0926001
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摘要 ( 1 ) 引用本文
交通标志检测是驾驶辅助系统的重要功能,但对实时性极高的要求使其非常具有挑战性。提出了一种高性能禁令标志检测模块的VLSI结构,并在FPGA平台上完成了实现和验证。该结构的基本原理是同时利用颜色与形状特征,在图像的红色边缘位图中采用圆霍夫变换检测圆形。通过挖掘圆霍夫变换的局部特性,所提出的结构在内存占用方面显著低于常规结构。所有半径同时投票的设计使FPGA的逻辑单元和内存的并行性得以充分发挥。该结构在Altera公司的EP3C55F484C6型FPGA上进行了验证,其最大可运行频率达到122 MHz,且资源占用在可接受范围内。实验结果表明:该结构的吞吐量达到115 M像素/s,且对低光照条件、局部遮挡、多标志相连和相似背景颜色等不利条件具有良好的适应能力。
图像融合在空间目标三维重建中的应用
杨洪飞, 夏晖, 陈忻, 孙胜利, 饶鹏
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 926002-0926002(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0926002
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摘要 ( 1 ) 引用本文
图像融合可以获取目标更加丰富的层次和细节信息,有利于对探测目标信息的有效地获取,在包括空间目标的三维重建等应用中有着重要意义。针对空间目标的宽动态范围提出了一种多次曝光的图像融合方法,利用信息熵的非线性压缩判定图像融合权重,并引入双边滤波残差加强弱纹理的分配权重,有效地增加了图像的特征信息,提高了三维重建点云的数量。利用提出的融合方法开展了空间目标模拟成像试验,采用融合的图像对目标三维重建,并与多种不同曝光程度以及采用其他融合图像的方法进行了对比,提出的方法得到的重建点云数量相对恰当曝光状态提高了35%,重建结果优于其他方法。结果表明:将图像融合引入到三维重建中,能有效地加强了重建图像信息,避免了光照条件对目标三维重建的不利影响,获得较高质量的重建效果,该方法可以很好地应用到基于图像序列的空间目标三维重建应用中。
改进模型估计的无人机侦察视频快速拼接方法
孙世宇, 张岩, 胡永江, 李建增
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 926003-0926003(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0926003
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摘要 ( 1 ) 引用本文
针对提高无人机侦察视频的拼接速度与效果的问题,提出一种改进模型估计的无人机侦察视频快速拼接方法。首先,基于自适应鲁棒性尺度不变的特征检测子对视频各帧进行基于点的特征匹配。其次,提出改进的随机抽样一致性算法进行模型估计,并去除误匹配点。最后,提出侦察影像快速拼接算法,计算各影像变换到正射拼接图的单应性矩阵,完成视频序列拼接。实验结果表明:改进的随机抽样一致性算法在保证鲁棒性的同时,提高了执行速度;侦察影像快速拼接算法提高了拼接速度,同时改善了拼接效果。
基于区域分割与融合的全景稳像算法
尹丽华, 李范鸣, 刘士建
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 926004-0926004(10). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0926004
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摘要 ( 0 ) 引用本文
车载红外全景扫描成像系统具有每列单独成像、360°全方位视场覆盖的特点,从而导致传统的电子稳像算法无法直接适用,因此,提出一种基于区域分割与融合的全景稳像算法。首先,通过局部列偏移调整方法对图像预补偿。接着,以车头前进方向为基准,对全景图像进行区域分割,即前端、右端、后端、左端区域。然后,根据各区域的成像特点,选择不同的稳像模型进行稳像,其中,运动估计环节采用滑窗策略缩短运算时间,运动补偿环节采用未定义区重构方法弥补边界缺失信息。最后,利用局部区域扩展、渐入渐出加权平均融合方式对重叠区域进行区域拼接、融合,保证全景图像无缝拼接。实验结果表明:该算法有效解决了车体行进过程中红外全景扫描系统的稳像问题,稳像关键指标——帧间峰值信噪比(PSNR)可以提高14.7%,运行时间可缩短为传统算法的1/10,基本满足了工程应用的需求。
p值统计量建模独立性的高光谱波段选择方法
张爱武, 康孝岩
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 926005-0926005(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0926005
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摘要 ( 0 ) 引用本文
近年来,p值统计量的使用规范引起了统计学界的极大关注和集中讨论,广泛认为,p值统计量可表达观测数据与备择假设之间的不相容程度。为探究高光谱图像波段的相关分析p值与其样本独立性的联系,进行了演绎推理和实例验证,研究表明,与相关系数r统计量相比,相关分析p统计量可直接表达波段样本的独立性,且p值矩阵具有高水平的自稀疏性,便于建模和计算。进而,对相关性p值矩阵进行直方图频数统计,提出一种基于p值的高光谱自适应波段选择方法pSMBS。选取典型数据进行了监督分类实验,结果表明,在Kappa系数、总体精度(OA)和平均精度(AA)上,pSMBS均优于同类方法ABS、InfFS和LSFS。说明pSMBS在高光谱波段选择方面具有突出的有效性,这也佐证了相关性p值对波段独立性的强表征能力。
指静脉红外图像特征不变性编码新方法
贾桂敏, 李树一, 杨金锋, 夏冬
红外与激光工程. 2018, 47 (9): 926006-0926006(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201847.0926006
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摘要 ( 0 ) 引用本文
基于编码的特征表达方法在光照不变性、运算效率、特征表述能力等方面具有较大优势,成为新型的特征提取方法之一。手指静脉图像采用红外光透射成像,加之手指内部其他组织的固有影响,图像质量普遍较低。将Gabor滤波对图像纹理的增强与局部图结构编码的思想相结合,重点研究一种新的对称邻域交叉图结构,将局部邻域的纹理变化转换为加权的编码串。通过不同方向特征编码提取每个通道Gabor滤波图像的特征编码图,充分表达像素点周围邻域的位置信息和梯度信息,具有良好的旋转不变性。实验结果表明:提出的手指静脉特征编码新方法比多种常用特征编码方法具有更好的识别性能,对图像姿态变化更鲁棒。
红外与激光工程
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红外与激光工程
· 基于OpenCV的红外弱小运动目标检测与跟踪 [2013, No.9:2561-2565] (223)
· 非制冷红外成像在对空制导中应用的关键问题 [2015, No.8:2315-2320] (218)
· 高变焦比中波红外连续变焦光学系统 [2013, No.3:663-668] (216)
· 窄线宽低噪声可调谐非平面环形激光器 [2013, No.3:595-598] (214)
· 波前编码超分辨成像技术 [2016, No.4:422003-0422003(10)] (205)
· 全局收敛LM 的激光雷达波形数据分解方法 [2015, No.8:2262-2267] (202)
· 红外/激光共孔径双模导引头光学系统设计 [2015, No.2:428-431] (201)
· 基于红外编码结构光的深度测量方法 [2015, No.5:1628-1632] (196)
· 定向红外对抗系统与技术的发展 [2015, No.3:789-794] (193)
· 高功率高亮度半导体激光器合束进展 [2017, No.4:401001-0401001(10)] (190)
· 基于斜坡检测的多普勒激光雷达低空风切变预警算法 [2016, No.1:106001-0106001(7)] (186)
· 60km车载瑞利测风激光雷达研制 [2015, No.5:1414-1419] (179)
· 磺苄西林、舒他西林、美洛西林、替卡西林的太赫兹指纹谱 [2013, No.3:626-630] (179)
· 基于FISTA 算法的编码孔径光谱图像压缩与复原系统 [2014, No.1:238-242] (177)
· 基于FPGA 的大视场图像实时拼接技术的研究与实现 [2015, No.6:1929-1935] (175)
· 高光束质量弹载激光主动成像激光器研制 [2015, No.8:2239-2242] (175)
· 微光视频器件及其技术的进展 [2015, No.11:3167-3176] (170)
· 微偏振片阵列成像的非均匀校正研究 [2017, No.4:404004-0404004(8)] (164)
· 高功率非对称泵浦耦合器理论研究 [2016, No.1:105004-0105004(5)] (160)
· 星上微波信号光学调制偏置点优化理论及仿真研究 [2015, No.8:2511-2516] (156)
· 基于连续线性调频激光器的测距方法 [2015, No.6:1779-1783] (154)
· 适用于微小卫星平台的小型可见光相机设计 [2015, No.7:2087-2092] (151)
· 激光雷达测距系统光源驱动设计 [2016, No.2:206004-0206004(5)] (150)
· 信道相关对空间分集接收信号闪烁的影响 [2015, No.8:2523-2527] (149)
· 飞秒激光烧蚀石英玻璃微槽截面形状仿真 [2015, No.8:2243-2249] (147)
· 计算机辅助装调的代理模型方法 [2013, No.3:680-685] (146)
· 蒙特卡洛仿真的水下激光通信信道特性 [2017, No.4:422004-0422004(6)] (146)
· 超快激光成丝产生太赫兹波的研究 [2015, No.3:996-1007] (141)
· 基于驱动时序控制CCD曝光时间的设计与实现 [2015, No.S1:199-204] (135)
· 基于计算全息的全视差合成全息研究 [2015, No.8:2467-2471] (135)

红外与激光工程
· 星上微波信号光学调制偏置点优化理论及仿真研究 [2015, No.8:2511-2516] (13909)
· 基于DMD的红外场景模拟器图像数据传输和分割存储方法 [2015, No.9:2622-2626] (5274)
· 非制冷红外焦平面读出电路用带隙基准电压源 [2015, No.9:2627-2632] (2233)
· 定向红外对抗系统与技术的发展 [2015, No.3:789-794] (1901)
· 微光视频器件及其技术的进展 [2015, No.11:3167-3176] (1891)
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