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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
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红外与激光工程  
  红外与激光工程—2014, 43 (2)   出版日期:2014-02-25
  本期栏目:激光与光电子技术 先进光学 光电器件与材料 先进光学成像技术 信息处理 红外技术及应用 光通信与光传感 微纳光学 
激光与光电子技术

采用MOPA结构的光学外差干涉激光器

董磊, 刘欣悦, 张景旭, 于树海, 王国聪
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 345-349.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1843 KB)  ( 132 )
摘要 ( 11 ) 引用本文
为了满足激光干涉成像,尤其是傅里叶望远镜成像对差频稳定的高功率光学外差干涉模式的需要,提出基于主振功放(MOPA)结构的光学外差干涉激光器的概念,并通过实验验证可行性。从原理上指出现有产生光学外差干涉模式方法的局限性,同时给出基于MOPA结构的光学外差干涉激光器的主要优点。指出基于MOPA结构的激光器可能存在明显影响相干性和产生光频漂移等的限制并设计实验验证。结果表明:功率放大过程对相干性没有明显影响,经过单级功放仍能保持线宽小于0.1 GHz(根据实测相干长度计算线宽约30 MHz),功放过程和倍频过程对光频漂移无影响,实测频漂小于10 Hz,与声光移频器的频率稳定性相吻合,故推知频漂完全由移频器引起。

全光纤化高功率线偏振掺镱脉冲光纤激光器

王立新, 蔡军, 姜培培, 沈永行
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 350-354.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1286 KB)  ( 160 )
摘要 ( 19 ) 引用本文
建立了双包层调Q光纤激光器的速率方程,并利用一个全光纤化的声光调Q光纤激光器作为种子源,双包层掺镱保偏光纤作为增益介质,研制了一个全光纤化的高功率线偏振掺镱脉冲光纤激光器。在泵浦功率38.4 W,偏振种子激光功率0.6 W,重复频率40 kHz,脉冲宽度为30 ns时,获得了偏振激光输出29.8 W,偏振消光比大于10 dB。在高功率输出时,激光光束质量因子(M2)达到了1.32。

重复频率连续可调谐的Cr4+:YAG被动调Q微片激光器

苏艳丽, 罗旭, 张学辉, 姜梦华, 惠勇凌, 雷訇, 李强
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 355-359.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1037 KB)  ( 263 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
激光二极管泵浦的Cr4+:YAG被动调Q微片激光器因其高重复频率、短脉宽、高峰值功率等优点,在光通信、激光雷达、遥感监测、非线性频率变换、激光微加工等领域有着重要应用,然而目前Cr4+:YAG被动调Q激光器脉冲输出稳定性较差,而且重复频率调谐范围窄,限制了其在气溶胶的荧光分析、测距以及空间光通信等领域中的广泛应用。实验中采用预泵浦方式,在激光二极管泵浦的Cr4+:YAG被动调Q微片激光器中获得重复频率连续可调、稳定振荡的激光脉冲输出,重复频率连续可调谐范围为2 ~28 kHz,其单脉冲能量的不稳定性优于±2.50%。其中,在重复频率为20 kHz时,获得脉冲宽度为2.431 ns,单脉冲能量17.6 μJ,消光比252:1的脉冲输出,其幅度不稳定度约为4.00%,重复频率不稳定度约为2.40%。此类宽频可调、稳定振荡的激光二极管泵浦的Cr4+:YAG被动调Q微片激光器有着广阔的应用前景。

非链式脉冲DF激光器增益分布特性

潘其坤, 谢京江, 谢冀江, 张来明, 阮鹏, 杨贵龙, 郭劲
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 360-364.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1283 KB)  ( 165 )
摘要 ( 11 ) 引用本文
为了研究非链式脉冲DF激光器的增益分布特性,在考虑谱线碰撞加宽和多普勒加宽对增益系数影响的基础上,运用变耦合率法给出了计算增益系数的简便公式。利用光阑移动扫描采样法,实验测量了不同输出镜透过率条件下DF激光器增益区横截面上各采样点的激光输出功率。对于每个采样点,计算得到两个独立的增益系数,其标准差差小于3%。激光平均增益系数为2.594 3 m-1,非输出损耗系数为1.243 5 m-1。对各采样点的增益系数进行二维插值,结果显示在激光增益区横截面上增益系数呈现中央高、边缘低的超高斯分布。研究成果可为非链式脉冲DF激光器谐振腔和电极结构设计提供依据,并可为该激光器的气体放电均匀性分析提供参考。

脉冲激光诱导TiO2/SiO2薄膜表面损伤性能实验

杨利红, 王涛, 韩锦涛, 苏俊宏
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 365-368.
全文: HTML (1 KB)  PDF (3039 KB)  ( 135 )
摘要 ( 19 ) 引用本文
高功率的激光系统对光学元件的抗激光损伤性能的要求不断提高。主要研究薄膜在脉冲激光诱导作用下的损伤特性及其机理,实验采用YAG脉冲激光器对TiO2/SiO2薄膜样片进行1-on-1方式的激光诱导。实验结果表明:采用低能量激光诱导对薄膜的光学透过率影响不大。经低能量激光诱导后,薄膜的表面结构缺陷得以修复,表面结构趋于完整,变得均匀和细腻。脉冲激光诱导TiO2/SiO2薄膜样片,激光能量阶较小时,其损伤阈值随能量增加而增加,损伤阈值最大可增加1倍;激光能量阶较大时,其损伤阈值随能量增加而减小。

烟火药火焰流场及其正在燃烧粒子的空间分布

朱晨光, 许春根, 薛锐, 张涪, 李燕
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 369-374.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1931 KB)  ( 129 )
摘要 ( 11 ) 引用本文
烟火药火焰中正在燃烧粒子的流场与空间分布对于其点火与辐射性能起着非常重要作用。首先基于烟火药火焰流场的喷射初速等参数建立粒子轨迹模型;然后利用高速摄影仪(HSC),通过调整曝光时间辨析烟火药燃烧火焰中正在燃烧粒子,采用图像处理技术得到粒子的坐标位置和速度矢量,印证粒子轨迹模型并进行修正,从而得到正在燃烧粒子速度分布规律;利用粒子图像速度场仪(PIV)测试烟火药的火焰流场,并与粒子流场进行对比分析。结果显示:正在燃烧粒子形成的流场与火焰流场方向一致,等速区域轮廓有较大差别。随着火焰的升高,火焰流场有收敛趋势,而正在燃烧粒子成离散性。

二频机抖激光陀螺捷联惯导系统快速Ø方法

高春峰, 魏国, 谢元平, 李耿, 刘灿
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 375-381.
全文: HTML (1 KB)  PDF (3216 KB)  ( 127 )
摘要 ( 13 ) 引用本文
以教研室自行研制的90型二频激光陀螺捷联惯导系统为研究对象,详细分析了惯性系对准在静态及摇摆基座条件下的收敛时间、对准精度。理论分析表明,具体对准时间的取值应该根据IMU精度、算法参数设定以及扰动情况而定。经大量实验验证,静态条件下,对准150 s左右航向角收敛到稳态值,此时横摇和俯仰角振荡在1.5"以内,航向角振荡在1'以内;摇摆基座条件下,对准200 s后输出横摇角和俯仰角误差在7"以内,航向角误差在1.5'以内。实验结果充分证明了惯性系对准可以满足在短时间内输出姿态角达到一定精度范围的要求,具有良好的工程应用价值。

单光子测距系统仿真及精度分析

刘骋昊, 陈云飞, 何伟基, 顾国华, 陈钱
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 382-387.
全文: HTML (1 KB)  PDF (2139 KB)  ( 166 )
摘要 ( 17 ) 引用本文
单光子探测器和时间相关单光子计数技术(TCSPC)被广泛运用于脉冲式激光测距及三维成像系统中。分析影响探测精度的因素有助于提高测距系统的性能。为此,建立了基于TCSPC单光子测距系统的理论模型,讨论分析了影响测距系统测量精度的因素,主要包括激光脉冲强度和回波信号统计波形的脉宽,其中后者由激光脉宽和探测器的时间抖动决定。并且利用蒙特卡洛法对测距系统的探测过程进行仿真,得到了上述因素对测量精度的具体影响情况。最后搭建了单光子测距的实验室实验系统,经过实验在10 m处的测量精度达到4 mm,对相同参数下的仿真结果进行了验证。

基于NOAA模式的典型地区大气湍流高度分布

孙刚, 翁宁泉, 张彩云, 高慧, 吴毅
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 388-393.
全文: HTML (1 KB)  PDF (2180 KB)  ( 94 )
摘要 ( 18 ) 引用本文
研究大气传输问题中的大气湍流主要是研究湍流所造成的折射率随机变化规律。大气折射率结构常数Cn2是表示大气光学湍流强度的一个重要参数。主要利用温度脉动探空仪对大气折射率结构常数Cn2在合肥和北京两个典型地区进行了实地探测及计算分析,同时根据两个典型地区相应气象站点常规气象探空资料统计分析数据,通过NOAA模式得到大气湍流高度分布廓线,并与HV模式廓线和实际测量数据进行对比验证分析,为其他不同典型地区大气湍流模式分布特性的研究提供方法验证和参考依据。

激光制导武器半实物仿真系统的设计与实现

范世鹏, 林德福, 路宇龙, 宗睿
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 394-397.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1153 KB)  ( 356 )
摘要 ( 83 ) 引用本文
首先,以某激光制导弹药为背景,提出了室内半实物仿真系统的总体设计方案,介绍了一种激光半主动导引头的工作原理。其次,在室内局限环境下,建立了弹目几何关系的数学模型,研究了导引头入瞳光学特性,并根据制导与控制系统的工作原理,设计了末制导段弹道的半实物仿真模型。最后,设置两种末端制导的初始条件,引入导引头和角速率陀螺等弹上部件进行多次弹道仿真试验。试验结果表明,基于该导引头和角速率陀螺的制导与控制系统设计合理,可以实现精确打击。

真空环境下飞秒激光制备的微构造硅的吸收和退火特性

陈向前, 彭滟, 方丹, 周云燕, 刘姝祺, 蔡斌, 朱亦鸣
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 398-403.
全文: HTML (1 KB)  PDF (3730 KB)  ( 143 )
摘要 ( 22 ) 引用本文
在真空环境下利用飞秒激光制备的“黑硅”材料,其形貌与SF6气氛中制备的“黑硅”材料有着很大的区别。为了研究这种真空环境下制备的微构造硅的相关光学特性,通过改变入射脉冲能量研究其峰值变化以及吸收特性,发现当峰值达到一定高度时其对200~2 500 nm波段的光波有95%左右的吸收效率,这与SF6气氛中制备的微构造硅的吸收效率不相上下。最后对两种环境下制备的“黑硅”样品进行退火处理,发现真空环境下制备的“黑硅”材料比SF6气氛中制备的“黑硅”样品具有更好的耐退火性。这些结果对于利用真空环境下制备的微构造硅制作红外传感器具有重要意义。

激光沉积修复BT20合金试验研究

钦兰云, 王婷, 杨光, 王维, 卞宏友, 任宇航
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 404-410.
全文: HTML (1 KB)  PDF (5988 KB)  ( 122 )
摘要 ( 12 ) 引用本文
采用激光沉积技术对BT20钛合金锻件加工超差及服役损伤进行修复,对修复过程中气孔和熔合不良等缺陷的形成进行了原因分析,并采用了优化工艺参数,对激光熔池施加超声外场等手段,获得无缺陷的修复试样。考察了试样的微观组织和主要合金元素的分布,测量了激光沉积层的显微硬度。结果表明:优化工艺参数后得到的修复组织和基体形成致密的冶金结合,而施加超声外场使修复区的气孔率明显下降;修复试样整体无合金元素的偏析,显微硬度分布从基材到修复区呈递增趋势。

新型多普勒成像激光雷达原理设计与仿真

姜成昊, 杨进华, 张丽娟, 李祥
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 411-416.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1990 KB)  ( 201 )
摘要 ( 38 ) 引用本文
采用相干多普勒测量手段获取目标面型变化信息具有明显的优势。基于激光多普勒效应,设计一套多普勒成像激光雷达实验系统,同时引入APFFT全相位测相处理思路对外差信号进行时频分析,抑制频谱泄露,减小噪声对测量结果的影响,获取高测量精度信号时频曲线。在MATLAB软件simulink交互式仿真集成环境中进行过程仿真,证明其可以实现对扫描空间高分辨率、高精度的成像。实验结果表明:该系统能够较好还原被测目标表面特性,为激光雷达实现对目标高分辨率与高灵敏度成像提出新的解决思路。
红外技术及应用

DMD的红外动态场景模拟器时间性能测试

许振领, 杨淼淼, 刘艳芳, 樊宏杰, 刘连伟
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 417-423.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1527 KB)  ( 107 )
摘要 ( 48 ) 引用本文
DMD红外动态场景模拟器是红外半实物仿真系统的重要组成部分,其时间性能参数决定了模拟器能否将仿真图像正确投射到被测系统。介绍了DMD红外动态场景模拟器工作原理,深入分析了DMD驱动方式和工作时序。讨论了半实物仿真实验对DMD红外动态场景模拟器调制时间、同步和帧频等时间性能参数的需求。提出了DMD红外动态场景模拟器调制时间、同步和帧频测试方法,搭建了测试平台。对现有DMD红外动态场景模拟器调制时间、同步和帧频进行了测试,分析了测试中发现的模拟器相关问题,并提出了改进建议。为模拟器的研制、应用及性能评价提供一定的依据。

不同地面背景下目标与背景红外辐射对比特性

李俊山, 陈霞, 李建华
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 424-428.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1606 KB)  ( 194 )
摘要 ( 30 ) 引用本文
目标与背景的红外辐射对比特性研究对于红外制导和红外隐身课题都具有十分重要的意义,在此对不同地面背景下的目标车辆与背景红外辐射对比特性进行研究。先引用了目标红外辐射特性的计算公式,再分析主要水泥地面和土壤地面两种不同背景不同的辐射求解方法。最后通过仿真实验,总结出随着温度上升不同地面背景下目标车辆与背景红外辐射对比特性的变化,得到水泥地面和土壤地面中,不同发射率目标隐身需要达到的温度,为今后的目标隐身提供了数据支持。

地球同步轨道二维扫描红外成像技术

王淦泉, 陈桂林
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 429-433.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1316 KB)  ( 251 )
摘要 ( 21 ) 引用本文
相对第一代地球同步轨道遥感卫星基于自旋稳定卫星平台的二维成像技术,基于三轴稳定平台成像技术的最大优势在于大幅度提高成像效率、缩短成像周期和多载荷并举。我国基于三轴稳定平台的第二代地球同步轨道气象卫星扫描成像辐射计,采用双扫描镜结合三反射光学系统、辐射制冷器及线列阵探测器,实现了从可见光至甚长波红外波段的成像。面对扫描成像辐射计的恶劣温度环境、极端指向精度、超长运动手寿命等任务要求组合,研制过程中采用了空间光学、精密机械、长寿命运动、电机控制、空间热控、信息处理等综合技术,使仪器实现了恶劣温度环境下的高精度成像。卫星计划于2016年发射,届时将进一步提高我国预报短时天气及突发性灾害的能力。

膨胀石墨体积膨胀率对红外遮蔽性能的影响

赵纪金, 李晓霞, 郭宇翔, 杨莉
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 434-437.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1961 KB)  ( 122 )
摘要 ( 15 ) 引用本文
膨胀石墨是一种具有潜在军事应用价值的新型光电无源干扰材料。依次以硝酸和磷酸、硝酸和乙酸的混酸为插层剂,高锰酸钾为氧化剂,采用分步插层法制备出了不同体积膨胀率的膨胀石墨;采用扫描电镜分析了膨胀石墨微观结构随膨胀体积的变化;采用静态测试方法测试了不同体积膨胀率膨胀石墨的红外遮蔽性能。结果表明:随膨胀体积的增大,膨胀石墨的孔隙率增大,石墨片层被充分打开;膨胀石墨对红外辐射的遮蔽性能随膨胀体积的增大而增大,当膨胀体积从233 ml·g-1增大到450 ml·g-1时,其红外遮蔽率从66.43%增大到90.77%。

大气背景对红外目标探测的影响

田昌会, 杨百愚, 蔡明, 范琦, 王斌科, 王伟宇, 屈绍波
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 438-441.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1247 KB)  ( 196 )
摘要 ( 30 ) 引用本文
针对大气背景是一个纵深背景而非一个平面,无法使用现有对比度计算公式计算的实际,基于红外焦平面探测器工作原理推导出了大气背景下探测器处辐射照度的对比度计算公式。通过对大气背景的红外辐射计算,并与报道的飞机红外辐射数据比较,应用对比度计算公式做分析可知:大气背景对探测的影响是必须考虑的;在3~5μm大气窗口的大气背景辐射很小,选择3~5μm大气窗口探测更容易发现目标;在8~12μm大气窗口内10μm附近的大气背景辐射较强,目标不易被探测。随着探测距离增加,探测器到无限远处的大气背景辐射亮度与探测器和目标之间的大气背景辐射亮度之差在减小,它会增大对比度,这是分析探测距离不可忽视的一个因素。

采用低发射率红外材料对探测距离和概率的影响

斯仁, 吉洪湖, 冯晓星, 黄伟
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 442-448.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1591 KB)  ( 122 )
摘要 ( 9 ) 引用本文
为研究双机空战中目标机采用低发射率红外材料后对攻击机机载红外搜索跟踪系统探测距离和概率的影响,建立了飞机运动过程和机载红外搜索跟踪系统探测距离计算模型,得到了相向飞行、同向飞行和侧向飞行三种典型的双机空战过程中探测距离和概率随飞行时间、速度、轨迹的变化规律。计算中考虑了目标的光谱辐射特征、大气透过率和探测器性能等因素对探测距离和概率的影响。结果表明目标机采用低发射率红外材料抑制红外特征后,在相同探测概率的情况下,探测距离明显减小;在攻击机与目标机相同距离的情况下,探测概率明显下降。

气溶胶“沉降—扩散”联合动态数值模拟

孙杜娟, 胡以华, 李乐
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 449-453.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1322 KB)  ( 168 )
摘要 ( 25 ) 引用本文
近年来,气溶胶作为一种无源干扰手段,以其较好经济性和较高的实用性得到了各国军方的重视并在现代高科技下的局部战争中得到广泛应用。基于牛顿第二定律建立了气溶胶粒子的运动方程,采用有限差分方法对粒子运动方程和气溶胶平流扩散方程进行差分运算,构建了重力作用下的气溶胶“沉降—扩散”联合动态模型,基于模型提出了气溶胶“沉降—扩散”联合动态数值模拟方法。以某自主开发的气溶胶材料为实验样品,模拟烟幕箱中气溶胶的“沉降—扩散”联合动态运动,研究气溶胶浓度的时域分布,并与烟幕箱采样实验结果进行比较。实验结果表明:气溶胶“沉降—扩散”联合动态模型能够较好地模拟气溶胶的动态特征,对研究气溶胶材料和发烟器性能、开展气溶胶干扰动态仿真实验、评估气溶胶干扰效能等具有重要意义。

基于多元统计特性异常的盲元检测算法

严飞, 侯晴宇
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 454-457.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1112 KB)  ( 124 )
摘要 ( 13 ) 引用本文
针对红外焦平面阵列(IRFPA)探测器盲元和非均匀性导致系统性能降低的问题,首先建立红外焦平面阵列的多元正态分布时序噪声模型,将盲元看作是不符合模型统计分布特性的异常像素点,游离于多元正态分布超椭球之外。其次对序列图像进行主成分分解,将统计距离与等分线空间角作为异常像素检测的统计判据。最后,利用红外热像仪采集了黑体的序列图像数据,用于盲元检测算法的性能验证,实验结果证明该算法的有效性。

一种简易红外标定系统的设计

李斌, 吴海英, 王文涛, 刘鹏
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 458-463.
全文: HTML (1 KB)  PDF (2392 KB)  ( 153 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
针对目前红外辐射特性测量系统标定方法中实验室标定和工程实践标定中存在的问题,设计了一种适合野外实际应用的简易红外标定系统,建立了一种非线性红外标定响应模型,深入分析了标准辐射源等关键指标,并设计了其相应的标定辅助系统。采用该标定方法搭建了相应的红外辐射标定系统进行了实验,将获取结果与实验室标定结果进行了对比,结果表明:设计的红外标定系统具有较高精度,且简便、易行,适用于目标红外辐射特性测量和标定。

近红外单光子读取电路

黄振, 蒋远大, 孙志斌, 郑福, 王超, 翟光杰
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 464-468.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1423 KB)  ( 253 )
摘要 ( 22 ) 引用本文
近红外单光子读取电路读取盖革模式下的雪崩光电二极管雪崩信号。采用两个ps级的可编程ECL延时芯片,获得可调的门控脉冲,控制雪崩光电二极管(APD)死时间和淬灭雪崩信号,同时减少后脉冲的影响。详细介绍了门控脉冲产生模块、死时间控制模块以及雪崩信号提取电路。主要采用延迟鉴别、边沿锁存的方法提取雪崩光电二极管雪崩信号。在整个实验过程中,雪崩光电二极管工作温度为-55℃,脉冲宽度10 ns,门控频率1 MHz和10 MHz,激光器激光波长1 550 nm,单光子探测器是PGA-400InGaAs雪崩光电二极管。

基于红外测温原理的转炉下渣检测系统

张子淼, 刘斌, 赵盼, 蒋永翔
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 469-473.
全文: HTML (1 KB)  PDF (2098 KB)  ( 143 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
根据转炉出钢过程中控制下渣量的需要,设计了基于红外测温原理的转炉出钢下渣检测系统:首先使用红外测温系统对出钢注流的温度进行测量,并根据钢水、钢渣在远红外波段红外辐射率具有较大差异这一特性对钢水、钢渣进行区分,实时计算含渣量;在不同的炼钢现场(不同的大气透过率、环境温度、出钢温度等),钢渣、钢水的辐射率是变化的,因此提出一种标定方法,在一定的使用环境下,对区分钢水、钢渣的温度阈值进行标定;提出一种快速寻找出钢注流边缘的方法,从而完成出钢注流跟踪,避免由于转炉角度变化(注流移动),造成无法计算含渣量的情况。现场的实验结果表明:该方法能够控制钢包中钢渣的含量,较好满足了钢水炉外精炼的要求。
光电器件与材料

用于测量和调控入射光偏振态的大面积阵列液晶器件

佟庆, 荣幸, 张新宇, 桑红石, 谢长生
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 474-478.
全文: HTML (1 KB)  PDF (2602 KB)  ( 114 )
摘要 ( 16 ) 引用本文
介绍了一种通过改变电极上的驱动电压来测量和调控入射光偏振态的液晶器件,同时模拟了该器件的液晶分子指向矢分布。众所周知,液晶分子的倾斜角较容易控制,却常忽视其扭曲角同样可以被调控。所以,液晶材料能够用作可变化、可转动的相位延迟器,这样就可以实现用同一器件结构测量入射光偏振态,随后调控该入射光偏振态。模拟了在十字结构电极下液晶层的指向矢分布,表明扭曲角可被电控,同时也说明将入射光偏振态调控到任意偏振态是可以实现的。

大数值孔径介质结构透镜

陈素娟, 陈结祥, 徐明明
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 479-482.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1599 KB)  ( 153 )
摘要 ( 11 ) 引用本文
提出了一种新型大数值孔径介质结构透镜,能量利用率达到了44%。通过数值仿真FDTD计算证明该聚焦器件能实现高的能量利用率和接近衍射极限的聚焦光斑,且聚焦光斑的旁瓣很小。其次,对该透镜的色散性能进行了研究,发现该透镜具有与普通透镜相反的色散特性。故该透镜可以与普通透镜组合消色差。另外,该透镜克服了最小特征尺寸,实现了大数值孔径,针对波长10.6 μm设计了相同口径、不同F数的介质结构透镜,最小F数达到了0.25。

掺杂缺陷层的异质双周期光子晶体的磁光效应

牛永宾, 许丽萍, 温廷敦, 陈磊, 李红梅
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 483-487.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1031 KB)  ( 107 )
摘要 ( 17 ) 引用本文
通过在掺杂缺陷层的异质双周期光子晶体的表面添加一层具有Voigt效应的磁光半导体层,使该光子晶体结构的缺陷模透过率对外磁场产生响应。首先研究磁光半导体层的介电常数(折射率)随外磁场的变化规律,进而利用传输矩阵法研究该结构缺陷模的透射率随外磁场的变化规律。研究结果表明:在选取合适的材料参数和结构参数条件下,可实现缺陷模透射率与磁场的相关性,获得受磁场调控的缺陷模透射率,从而该结构可以应用于窄带滤波器的磁控开关。

中红外激Ø相位匹配GaAs晶体的制备工艺

罗旭, 邹岩, 姜梦华, 惠勇凌, 雷訇, 李强
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 488-492.
全文: HTML (1 KB)  PDF (3876 KB)  ( 137 )
摘要 ( 9 ) 引用本文
极化方向周期排列的GaAs通过准相位匹配方式能够实现高功率CO2激光器倍频,利用晶片键合技术对GaAs极化方向反转堆叠的制备工艺和键合性能进行研究,采用氢离子轰击的方法去除GaAs表面氧化物,提高光学性能,超高真空中预键合减少界面微气孔密度,退火处理增加键合力,实现了双层GaAs的可靠键合,两层 GaAs成为一块单晶结构的整体,利用键合技术获得了大通光孔径、低光学损耗的周期性结构GaAs晶体,为实现高功率CO2激光器倍频提供了途径。

基于正折射率材料参数的旋转放大光学变换器件

梅金硕, 舒昌, 贺讯军, 张狂, 吴群
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 493-496.
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摘要 ( 9 ) 引用本文
基于光学变换理论,提出了一种新型的具有旋转和放大功能的光学变换器件,该器件可由具有正折射率参数的超常媒质实现。推导了所提出的器件材料的本构参数张量的通解表达式,并采用全波电磁仿真软件进行了仿真验证。仿真结果证实了所导出的本构参数张量的正确性,即该器件可以起到使置于内部的物体旋转和放大的效果。因此,所提出的器件将在电磁场工程等领域有潜在的应用。

增量式光电轴角编码器零点漂移问题解决

门涛, 杨悦, 徐蓉, 刘长海, 温昌礼
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 497-501.
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摘要 ( 7 ) 引用本文
介绍了增量式光电轴角编码器的工作原理及其在空间目标测量领域的应用。分析了轴角编码器零点漂移的原因,推导了基于轴系和球谐函数的望远镜系统误差修正模型。提出了采用外复核方法解算望远镜指向精度,即用前两天测星解算出来的系统球谐函数误差模型系数修正并复核当天的测星误差。设计了零点标定实验对轴角编码器零位进行标定,进行了连续11个晴天夜晚的观测实验,在零点标定前后观测在视场内均匀分布的30颗恒星,分别解算得到望远镜指向误差,确认了轴角编码器的零点漂移现象。采集GPS卫星数据进行了精度鉴定,望远镜方位和俯仰的轴系误差均值由13.99"、11.50"分别降至5.94"、-3.49" ,验证了零点标定方法消除零位漂移并提高望远镜测量精度的可行性。
光通信与光传感

激光陀螺跳模规律研究

许光明, 王飞, 谢元平
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 502-505.
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摘要 ( 23 ) 引用本文
激光陀螺长期工作或环境温度变化较大时有可能发生跳模现象,跳模会对陀螺的性能带来较大的影响。通过对激光陀螺相邻模的背向散射特性的分析,发现背向散射光强呈现周期性,且与工作模式之间存在严格的对应关系,由此得出激光陀螺跳模规律,即跳在相同的模式上陀螺性能前后没有明显变化,而跳在相邻模式上会引起陀螺锁区变大、零偏发生跳变,给性能带来较大影响。针对跳模规律提出了合理的跳模控制建议,并通过实验验证了上述结论。

超短双芯光子晶体光纤偏光分束器

冯睿娟, 娄淑琴, 鹿文亮, 王鑫
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 506-510.
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摘要 ( 11 ) 引用本文
提出了一种基于椭圆双芯光子晶体光纤的偏振分束器,并利用全矢量有限元法分析了偏振分束器长度与结构参数的关系,由此得出了偏振分束器长度随孔间距、占空比和桥路变化的一般规律。研究表明,当椭圆双芯光子晶体光纤偏振分束器结构参数一定时,孔间距越小,桥路宽度越宽,则分束器长度越短;占空比变化对长度影响不明显,但对消光比的影响较明显。进而,通过结构参数的优化,设计出一种超短的椭圆双芯光子晶体光纤偏振分束器,在工作波长1 550 nm处,该分束器的长度仅为0.775 mm,消光比高达50 dB,消光比大于20 dB的带宽覆盖了从1 535~1 565 nm之间30 nm的波长范围,即通信C波段范围。

中红外硫系光子晶体光纤参量放大特性模拟研究

刘永兴, 张培晴, 戴世勋, 王训四, 林常规, 张巍, 聂秋华, 徐铁峰
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 511-516.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1789 KB)  ( 189 )
摘要 ( 22 ) 引用本文
硫系玻璃具有良好的红外透过性能(可达25μm),极低的声子能量(<350 cm-1),较大的玻璃形成区和极高的非线性折射率n2(为石英材料的100~1 000倍)。硫系玻璃光子晶体光纤因其优良的非线性特性在红外波段具有众多的潜在应用价值。设计一种高非线性特性的无As环保型的Ge20Sb15Se65硫系玻璃光子晶体光纤,利用平面波展开法对结构参数进行优化,获得了具有高非线性和宽带色散平坦的光纤结构参数,研究了其光学参量放大过程。数值模拟发现,通过调整光纤的色散零点,利用3.4 μm激光泵浦,可对3.3~3.5 μm波段信号光实现有效放大。
先进光学

星载紫外全景成像仪光学系统设计

薛庆生, 陈伟
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 517-522.
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摘要 ( 11 ) 引用本文
采用全景环形透镜和中继透镜组组合的结构型式设计了一个中心波长360 nm,带宽10 nm,视场360°×(70.9°~73.3°),焦距5 mm,相对孔径1:3.3的紫外全景成像仪光学系统。针对该光学系统视场大的特点,重点研究了提高其像面照度均匀性的方法。利用CODE V和ZEMAX光学设计软件进行了优化设计和设计结果分析,结果表明:点列图弥散斑半径的RMS值小于1/2像元,弥散斑80%的能量集中在一个像元内,光学传递函数>0.72@38.5 lp/mm,f-θ畸变控制在0.4%以内,像面照度均匀性达到91%,设计结果满足指标要求,并且体积小,特别适合在空间大气探测等领域应用,也证明了提出的紫外全景成像仪光学设计方法是可行的,可在其他波段推广应用,对全景成像仪的设计具有指导意义。

中波红外三视场变焦光学系统设计

范哲源, 高立民, 张志, 陈卫宁, 杨洪涛, 张建, 武力, 曹剑中
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 523-527.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1486 KB)  ( 182 )
摘要 ( 45 ) 引用本文
三视场变焦光学系统相对于其他形式的变焦系统具有机械结构简单、可靠性高、变焦时间短等优点。采用320×240分辨率、像元尺寸30 μm×30 μm制冷型探测器,二次成像方式设计了一种工作于3~5 μm中波制冷型三视场红外光学系统,系统视场角1.4°~23.8°,F数为4,可实现焦距为30mm/100mm/500mm。设计中采用了硅和锗两种材料校正谱段内色差,采用了一个非球面校正系统球差,两个反射镜折转光路的方式实现系统轴向尺寸的缩减,整个系统外形尺寸小于210 mm×160 mm×120 mm,系统具有外形尺寸小、变焦结构简单、成像质量高等特点,在空间频率17 lp/mm处,系统调制传递函数(MTF)均在0.5以上,能量集中度大于70%。

无热化旋转双光楔共形光学系统设计

虞林瑶, 魏群, 张天翼, 姜湖海, 贾宏光
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 528-534.
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摘要 ( 12 ) 引用本文
针对共形光学系统中因大倾斜、大偏心带来的像差校正困难以及双框架结构带来的体积大、结构不紧凑的问题,采用了由Wossermann-Wolf方程确定的固定校正透镜与Zernike旋转双光楔相结合的结构,通过两个光楔沿光轴方向相对转动实现对不同关联视场(FOR)像差的校正,使得系统结构更加紧凑,并且更好地校正了共形光学系统的像差。设计了焦距f=90 mm、口径D=48 mm、波长3.7~4.8 μm的共形光学系统,关联视场为±42°,瞬时视场角为±2.44°,利用二元衍射元件实现光学被动消热差,结果表明,在-20~60 °C内各个视场的光学传递函数在17 lp/mm处大于0.45,成像质量优良。

空间反射镜的轻量化及支撑设计研究

陈洪达, 陈永和, 史婷婷, 刘晓华, 傅雨田
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 535-540.
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摘要 ( 12 ) 引用本文
大型空间遥感仪器为适应苛刻的发射和工作环境,通常要求具有很高的热、力学性能,并且对重量有严格限制。这对大口径反射镜及其支撑结构的质量、刚度和环境适应性提出了很高的要求。针对某型号Φ620 mm口径光学遥感仪器的主镜及支撑结构进行了详细的分析计算、设计和试验验证。通过对比多种支撑方式的不同特性,选择了符合仪器要求的质量轻、刚度高的中心支撑;并利用等强度原理设计了放射状轻量化形式;在支撑环节上,利用柔性材料解决了因温度变化产生的局 部接触应力增加的问题,有效减小了结构对光学镜面的影响。经测试反射镜重15.2 kg,轻量化率71.2%,支撑零件3.5 kg;组件一阶模态420 Hz;面形精度优于0.03 λRMS,满足仪器要求。目前该仪器已投入使用,在轨性能良好。

空间高光谱成像仪的光学设计

巩盾, 王红
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 541-545.
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摘要 ( 24 ) 引用本文
空间高光谱成像仪是现代空间遥感器的新型载荷,设计的空间高光谱成像仪光学系统由前置望远系统和光谱成像系统两部分组成,对前置望远系统和光谱成像系统分别设计,再进行组合优化。前置望远系统采用离轴三反结构,在增大幅宽、提高成像质量的同时减小高光谱成像仪光学系统的畸变。为了保证光学系统结构的紧凑,前置望远系统采用视场分离的方式设计,进一步提高了光学系统的分辨率。凸面光栅是现代光栅刻划技术的最新成果,光谱成像系统采用次镜为凸面光栅的Offner光栅光谱仪,实现了光谱成像系统的高分辨率与小型化。组合优化后的高光谱成像仪光学系统幅宽大、体积小、成像质量好、光谱分辨率高、光谱通道数多,全视场全谱段MTF在Nyquist频率下高于0.7,成像弥散圆80%的能量集中在Φ15 μm范围内,小于探测器18 μm的像元尺寸,均高于系统技术指标要求。

新型离轴三反射光学系统设计

郭永祥, 李永强, 廖志波, 王静怡
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 546-550.
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摘要 ( 40 ) 引用本文
对比反射系统中双反射系统和三反射系统各自的优缺点,提出一种新型的无遮拦两镜三反射光学系统。与现在常用的离轴三反射光学系统相比,该系统最大的优势是只用了两片非球面反射镜,减小了加工成本,降低了加工难度。分析了该种系统的具体设计步骤,设计了一个焦距为500 mm、视场为1×0.1°、相对口径为F/5、系统筒长为125 mm的光学系统,像元尺寸选取10。由系统MTF曲线和点列图可以看出,成像质量接近衍射极限,可以为目前航天相机光学系统设计提供参考。

地基目标光学辐射特性测量系统设计

韩光宇, 曹立华, 张文豹
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 551-556.
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摘要 ( 18 ) 引用本文
光学特性测量技术在导弹突防领域、光学侦察和作战效果评估等领域中具有非常重要的作用。为了更好地发挥光学特性测量系统红外辐射特性测量的作用,对特性测量系统的高精度标定是非常必要的。根据研制的某型号地基目标光学特性测量系统的要求,论述了3种标定的方法,采用高精度间接扩展源法作为该系统的标定手段。从总体角度详细介绍了跟踪测量系统、黑体系统和大口径离轴平行光管的设计,使得特性测量系统具有口径为Ø1 000 mm的跟踪测量设备、用于标定的工作温度范围在50~300 ℃的腔型黑体以及口径为Ø1 100 mm离轴平行光管。这样地基目标光学辐射特性测量系统不仅具备了高精度的辐射标定能力,同时也具备了高精度的测量能力。

坐标变换在空间望远镜视景仿真中的应用

崔凯, 刘朝晖, 李治国, 梁冬生, 袁辉
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 557-561.
全文: HTML (1 KB)  PDF (2491 KB)  ( 126 )
摘要 ( 17 ) 引用本文
视景仿真可用于空间望远镜设计、分析和检测。基于坐标变换原理和等角投影法计算了望远镜随着空间载体运动指向不同观测区域时的视场边界,利用星表数据和Matlab地图数据实现了空间望远镜对空和对地观测的二维动态视景仿真,获得了与理论经验相符的仿真结果。结果表明,当空间望远镜指向高纬度区域时等距圆柱投影星图和地图上的圆形视场出现失真,纬度越高,失真越大;对地观测时,地面圆视场边界的地心张角随空间载体高度的增加而增大。应用该仿真方法为某空间望远镜外场实验添加星空背景,效果良好。对在地面上检测空间望远镜工作性能,模拟空间望远镜的工作环境具有一定意义。

高精度长焦距测量系统反射镜安装误差分析

王涌鹏, 罗佳, 白剑, 梁宜勇
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 562-568.
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摘要 ( 21 ) 引用本文
大口径长焦距测量系统中,为了缩小测量系统的尺寸,加入两块反射镜形成折返光路。折返光路中两块反射镜的安装误差是影响测量结果的重要因素。将条纹理解成条纹成像面上的点光源阵列,通过这一思路分析了反射镜偏转角度对最终检测结果的影响。研究了反射镜偏转角度与反射镜单位法向量的计算公式,结合反射定律的矩阵形式,求出入射光矢量到出射光矢量的变换矩阵。基于反射镜的单位法向量、出射光的方向向量,利用解析几何得到理想接收屏上条纹所在直线的方程,求出接收屏上测得的条纹的角度。计算了两块反射镜小角度旋转的49种组合情况下,莫尔条纹角度的偏差结果。使用自准直仪分光路的方法调整反射镜,将反射镜安装误差控制在1"以内,莫尔条纹角度的偏差在10-4°数量级。通过实验验证莫尔条纹的测量精度实际达到0.005°,充分说明了反射镜的调整效果。

矢量波像差理论在无遮拦三反光学系统设计中的应用

邹刚毅, 樊学武, 庞志海, 凤良杰, 任国瑞
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 569-573.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1937 KB)  ( 115 )
摘要 ( 16 ) 引用本文
传统的无遮拦三反射镜光学系统设计是先设计轴对称反射系统,然后通过偏光瞳、偏视场或者两者结合的方法来实现系统无遮拦设计,系统中不可避免地用到了离轴非球面反射镜。以矢量波像差理论的相关结论出发,将反射镜的倾斜作为系统的优化变量,利用轴对称非球面反射镜实现了无遮拦三反射系统的设计。分析了此种系统的设计思路及步骤,设计了焦距为1 000 mm、视场角为10°×20°、F数为10的三反射镜光学系统,系统结构紧凑,成像质量接近衍射极限。该系统与其他无遮拦三反光学系统相比,最大的优点是系统中的非球面均为轴对称反射面,极大地降低了系统成本。
先进光学成像技术

大孔径静态超光谱全偏振成像技术

李杰, 朱京平, 齐春, 郑传林, 高博, 张云尧, 侯洵
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 574-578.
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摘要 ( 38 ) 引用本文
光谱偏振成像技术是成像光谱技术与偏振成像技术的有机融合,是当前空间光学遥感技术研究的热点和前沿。笔者于2010年在国际上首先提出了一种多信息融合的静态傅里叶变换超光谱全偏振成像方法,无运动、电控调制部件,在探测器单次积分时间内,可同时获取目标图像及图像上每一点的光谱、全偏振信息。同年,又提出时空混合调制模式的无源静态共轴干涉成像光谱全偏振探测装置,以视场光阑取代原有狭缝,进一步扩展了仪器光通量。在上述基础上,阐述了新方法的基本原理,给出了具体实现方案,推导出了新方案的调制干涉强度数据表达式及Stokes矢量解调公式,分析了新方法实现光谱、全偏振探测的物理过程。研制了原理验证样机,开展了室内、室外验证实验,首次获得了室外推扫光谱图像“数据立方体”和全色全偏振度图像,实验结果表明:新方案原理正确,技术可行。为新型空间遥感器的开发提供了基础理论及实践支持。

线推扫式高光谱相机侧扫成像几何校正

王书民, 张爱武, 胡少兴, 孙卫东, 孟宪刚, 赵文吉
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 579-585.
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摘要 ( 21 ) 引用本文
线阵高光谱相机侧扫成像可以有效解决卫星遥感影像无法获取建筑物立面光谱数据等问题。阐述了课题组集成开发的线推扫式高光谱遥感监测系统组成部分及关键技术指标等;根据地面侧扫成像特点,详细推导了适合于线推扫式相机地面侧扫成像几何校正模型;给出了地理参考影像格网划分和重采样方法,并对数据采集过程可能出现的漏采现象提出解决方案。通过大量地面模拟实验,验证了线阵影像几何畸变校正算法的有效性及鲁棒性,为同类产品的地面应用提供参考。

用于高光谱图像分类的归一化光谱指数的构建与应用

张东彦, 赵晋陵, 黄林生, 马雯萩
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 586-594.
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摘要 ( 26 ) 引用本文
成像高光谱的近地田间应用为农业定量遥感的发展提供了新的契机。如何发挥其图谱合一的数据优势,尤其在解析土壤、阴影等背景地物对作物养分反演模型的影响需要关注。该研究借助可见/近红外成像高光仪,在近地田间采集小麦群体的成像立方体,根据影像中光照裸土、阴影裸土、光照叶片和阴影叶片的反射光谱特征建立了归一化光谱分类指数,并应用该指数提取大豆影像中不同类型地物的光谱,分析了背景土壤剔除前后的大豆植被归一化光谱与叶绿素密度的决定系数变化情况。结果表明:土壤和阴影叶片光谱去除后,反演叶绿素密度的敏感波段由红-近红外区间(727 nm,922 nm)向蓝、绿,尤其是红波段(710 nm,711 nm)移动。对叶绿素密度敏感的波段区间表现为可见光增加,近红外减少,且红边波段决定系数最高。由此说明,基于归一化光谱指数的植被光谱提纯对定量遥感反演研究具有重要意义。
微纳光学

(Ce,Yb)共掺杂氧化硅薄膜的发光特性及结构

李晋桃, 衡成林, 张红艳, 殷鹏刚
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 595-599.
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摘要 ( 9 ) 引用本文
采用磁控溅射技术在单晶硅衬底上制备了稀土(Ce,Yb)共掺杂氧化硅薄膜,研究了薄膜样品的结构和下转换发光性质。样品的发光光谱显示,在He-Cd激光器325 nm线的激发下,Ce3+离子的发光强度较弱而Yb3+离子的发光较强;Yb3+的发光随着退火温度的升高逐渐增强;这些结果加上样品的激发光谱和衰变光谱,都显示样品中发生了Ce3+ 到Yb3+的能量传递过程。X射线衍射结果表明,样品在高温退火时(大于1 000 ℃)出现晶化,形成了Ce和Yb的硅酸盐结构。笔者认为利用高温退火形成Ce的硅酸盐结构可以明显增强Yb3+的发光,从而提高薄膜的下转换发光效率。

预氮化+熔覆复合处理制备微纳尺度TiN增强复合涂层

王维夫, 胡霄乐
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 600-604.
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摘要 ( 17 ) 引用本文
采用预氮化+脉冲激光熔覆复合工艺在TC4钛合金表面成功地制备出了具有微纳尺度TiN增强的Ti-N复合涂层,并与传统激光氮化涂层对比研究了该涂层的组织特征和力学性能。结果表明,所获预氮化复合涂层由TiN相和α'马氏体组成,涂层硬度随引入的固态氮源N含量的增加逐渐增大。对比分析表明,该复合工艺所获涂层的硬度性能与传统激光气体氮化样品基本相当,而在深度方向上其强化效果的维持性更好,并基于数据拟合初步提出了一个用于硬度预测的经验公式。

微波辅助溶胶-凝胶法合成YMnO3纳米粉体

杨承燕, 王玺堂, 马妍, 王周福, 刘浩, 秦梦黎
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 605-609.
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摘要 ( 18 ) 引用本文
采用微波辅助溶胶-凝胶法制备了YMnO3纳米粉体,利用FTIR和TG-DSC对凝胶的组成及热分解过程进行分析,并通过XRD、FSEM、TEM和磁性能测试对制得的纳米粉体进行表征。结果表明:与传统的溶胶-凝胶法相比,该研究中采用的微波辅助溶胶-凝胶法可以在较短的制备时间内、较低的煅烧温度下得到单相的YMnO3粉体,且粉体颗粒细小,尺寸分布较均匀,平均粒径小于100 nm。磁性能研究结果表明制得的YMnO3纳米粉体在室温下表现为顺磁性特征。

LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2粉体的类共沉淀制备及性能

吴思, 刘梦娇, 高道江, 赵燕, 赖欣, 吴云, 毕剑
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 610-614.
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摘要 ( 14 ) 引用本文
在含有Li+、Co2+、Ni2+、Mn2+离子的混合溶液中加入(NH42CO3作沉淀剂,通过一步共沉淀反应得到含有四种金属离子的混合沉淀前驱体。前驱体经烘干,研磨后在不同温度(700~1 000 ℃)及不同时间(6~24 h)条件下进行烧结,即得到LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2粉体。分别通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及循环伏安(CV)、交流阻抗对制备粉体的微结构进行表征和对样品的电化学性能进行测试。结果表明:获得的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2粉体为α-NaFeO2层状结构,颗粒分布均匀,放电比电容高,阻抗小。其中在900 ℃下烧结12 h所得的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2粉体电化学性能最优。当电压窗口在(0~1.4)Vvs.SCE、扫描速度为5 mV·s-1、电解液为1 mol·L-1 Li2SO4溶液时,其比容量可达399.46 F·g-1;并且其阻抗也最小。
信息处理

无人机地面目标实时自主视觉定位

王向军, 万子敬, 王鑫, 刘世廷, 文鹏程
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 615-619.
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摘要 ( 20 ) 引用本文
微小型无人机携带设备受到重量限制,基于摄像机透视投影原理的坐标解算模型,重点研究基于数字高程模型的测高逼近算法,获取无人机距离地面目标之间的高度差,以满足微小型无人机机载设备实时自主定位地面目标的要求。计算机仿真实验结果,以及完成算法硬件平台移植后进行的无人机实飞测试实验结果均可以看出,采用的解算模型结合基于数字高程模型的测高逼近算法可以满足对25帧/s视频流的地面目标实时自主定位,并具有较高的精度。

移动平台下运动目标检测的MOF算法

陈海欣, 顾国华, 钱惟贤, 陈钱, 徐富元
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 620-624.
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摘要 ( 14 ) 引用本文
建立了基于摄像机焦点运动所引起的场景全局运动的视差补偿技术(MOF)。摄像机自由移动时,由于场景的景深所带来的视差问题,需要对摄像机运动引起的场景全局运动进行补偿。重点研究了摄像机视角下摄像机与图像序列间光流场之间的运动关系,并实现了表征场景全局运动的MOF模型的建立。从摄像机视角的角度,利用射影几何的关系推导出光流场的约束条件,由场景的整体运动推测摄像机的运动,从而剔除视差虚警。最后,利用实际采集的图像数据进行实验,并与相关算法进行了分析对比,最终给出了MOF算法在摄像机平移、旋转等情况下的运动目标检测效果。

基于多小波增强的雾天运动目标跟踪技术

张肃, 徐春云, 王文生
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 625-632.
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摘要 ( 18 ) 引用本文
在雾天等能见度极低的天气环境下应用联合变换相关器对运动目标进行跟踪识别,针对目标由于灰度对比度极低、能见度差及环境中背景噪声干扰所引起的低识别率问题,提出了一种基于多小波增强的预处理方法,该方法在多小波变换优点的基础上,根据分解后系数的不同特点,采用不同方法分别增强高、低频系数,使处理后的图像在不失真的同时,对比度和目标边缘同时增强,且背景噪声得以抑制。对模拟雾天环境下拍摄的大量运动目标进行光学相关实验,结果表明:该方法能有效提高在雾天天气环境下运动目标的跟踪效率,验证了算法的可行性。

基于LMS、lαβ颜色空间的最佳参考方向伪装目标偏振检测

黄雁华, 武文远, 龚艳春, 何苏红, 杜华月, 李霞
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 633-639.
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摘要 ( 12 ) 引用本文
针对复杂背景中伪装目标偏振检测的问题,以中国颜色体系为基础,基于CIE1976L*a*b*颜色空间建立了LMS和lαβ两种颜色空间的256级亮度分量数据表,通过外场偏振检测实验,找到了目标与背景偏振度对比较高时的偏振片最佳参考方向,并研究了这两种空间在此方向上表征偏振信息的优劣和反映偏振检测能力强弱的问题。实验结果表明,以偏振片最大透光方向垂直于入射面为参考方向,在亮照度下,L空间的偏振图相比其灰度图信息量降低甚少,表征目标偏振信息量能力较强;在暗照度下,l空间的偏振图相比其灰度图不仅目标与背景的对比度明显提高,而且对阴影目标检测能力较强,实验结果与人眼观察结果一致。

基于局部三值微分模式的人脸识别方法

齐永锋, 火元莲
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 640-646.
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摘要 ( 21 ) 引用本文
为了减轻噪声干扰,提取更为丰富的人脸鉴别特征,提出了局部三值微分模式算子。通过判断近邻像素灰度值是否在某个范围内对当前像素的局部微分模式从二值扩展到三值,然后将扩展后编码的Uniform模式的空间直方图依次相连形成人脸的特征向量,采用卡方统计算样本相似度并进行分类。在ORL、Yale和CAS-PEAL-R1人脸数据库上的实验结果表明,提出的算法的识别性能优于局部二值模式和局部微分模式。

扩展容积卡尔曼滤波-卡尔曼滤波组合算法

赵曦晶, 刘光斌, 汪立新, 何志昆, 姚志成
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 647-653.
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摘要 ( 48 ) 引用本文
传统单一线性或非线性滤波方法往往难以获得最优线性/非线性混合动态系统状态估计,针对这一问题,结合卡尔曼滤波(KF)方法可获得线性状态估计最优解、计算量小等优势,提出了一种基于KF和扩展容积卡尔曼滤波(A-CKF)的组合滤波方法。该方法将系统状态分解为线性状态与非线性状态两部分,分别采用KF和简化两次扩展容积卡尔曼滤波(STA-CKF)方法进行系统状态估计。机动目标跟踪和捷联惯性导航系统非线性对准仿真结果表明,相比于Rao-Blackwellized粒子滤波方法,新方法在保证滤波精度的前提下,使得计算成本有效降低;相比于STA-CKF方法,新方法在滤波精度和滤波实时性方面均得到明显提高。

探测因子优化的多尺度形态滤波器去噪方法

蒋立辉, 李猛, 熊兴隆, 冯帅
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 654-658.
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摘要 ( 18 ) 引用本文
采用形态滤波器对信号进行去噪,结构元素尺寸的确定是最重要的一环。然而绝大多数的确定方法都是凭借经验或者同理想波形对比来优化结构元素尺寸,前者缺乏精确性,后者则缺少实际意义。针对这些问题,提出了一种通过探测因子函数来确定结构元素尺寸的新方法。首先,通过一个探测因子函数获得信号的尺寸信息。然后,对获得信息求导以找到合适的结构尺寸。最后采用多尺度金子塔形态滤波器来实现去噪。随机信号的仿真去噪以及激光脉冲雷达回波信号的去噪实验表明,该方法有着比较好的去噪效果,并且与其他常用形态滤波方法相比,既不依赖经验,也不引入理想波形。因此该方法有着非常好的前景。

仿射不变子空间特征及其在图像匹配中的应用

王国刚, 史洪岩, 汪滢, 袁德成
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 659-664.
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摘要 ( 24 ) 引用本文
提出了一种新的基于子空间的仿射不变图像匹配算法。首先,分析了仿射不变特征空间的非线性几何结构,给出了图像特征的仿射不变子空间表示模型。其次,根据目标特征矩阵由它的正交投影矩阵唯一确定这一特性实现特征的全局一致性匹配。最后,通过计算同一目标在仿射变换下的子空间几何距离度量达到匹配识别的目的。模拟变换匹配实验和真实图像序列实验结果表明:所提出的匹配方法对仿射变化下的图像目标匹配具有很好的适应性和较高的鲁棒性。

采用Gyrator变换的泰伯效应及图像去噪

马媛花, 胡炳樑, 李然, 孙朗, 孙念, 王峥杰
红外与激光工程. 2014, 43 (2): 665-670.
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摘要 ( 22 ) 引用本文
根据Gyrator变换原理,首先研究了Gyrator变换的自成像效应,即泰伯效应,讨论了实现Gyrator变换泰伯效应的条件,并指出了Gyrator变换的泰伯效应与传统意义上的泰伯效应不同,泰伯角度不是固定的,不同泰伯角度之间的分布也不是线性的,Gyrator变换的分数泰伯效应无法通过分数化泰伯角度得到。其次,应用Gyrator变换对图像减噪也进行了讨论,研究发现Gyrator变换不仅对双曲型噪声有较好的去除效果,而且对携带有双曲信号的噪声同样具有较好的去除效果。最后,还指出了研究的不足以及后续要开展的工作。不但深化了人们对Gyrator变换的认识,而且发展了图像的自成像和去噪等技术。
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