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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
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红外与激光工程  
  红外与激光工程—2016, 45 (9)   出版日期:2016-09-25
  本期栏目:光学设计与仿真 光存储技术 专家报告 太赫兹技术及应用 光学工程优秀博士论文 红外技术及应用 光电器件与微系统 光电测量 光通信与光传感 景象信息处理 微纳光学 先进光学材料 激光技术及应用 
专家报告

高灵敏度的光子偏振激光雷达系统

赵远, 张子静, 马昆, 徐璐, 吕华, 苏建忠
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 902001-0902001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0902001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1453 KB)  ( 349 )
摘要 ( 47 ) 引用本文
在空间目标探测中,由于远距离、小目标的特点,回波信号十分微弱,传统的激光雷达不能很好地探测如此微弱的信号。而且现在空间目标探测不仅需要距离信息,还希望获得目标的强度、偏振等更加多维的信息。提出了基于Gm-APD单光子灵敏度探测器的四路光子偏振探测系统,以Gm-APD探测器的泊松概率响应模型为基础,推导了回波微弱信号的强度解算公式,通过四路的强度解算出回波信号的偏振信息,在实验室搭建了四路Gm-APD光子偏振探测系统的原理样机,并介绍了四路Gm-APD光子斯托克斯参量的探测实验。在平均每个脉冲回波能量为7.78×10-19 J的情况下,获得3.95%的线偏振误差和5.84%的椭圆偏振误差的探测结果。

Taking the pulse of a plant: dynamic laser speckle analysis of plants

Zhong Xu, Wang Xuezhi, Cooley Nicola, Farrell Peter, Moran Bill
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 902002-0902002(12). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0902002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1538 KB)  ( 211 )
摘要 ( 52 ) 引用本文
Ideally, to achieve optimal production in agriculture, crop stress needs to be measured in real-time, and plant inputs managed in response. However, many important physiological responses like photosynthesis are difficult to measure, and current trade-offs between cost, robustness, and spatial measurement capacity of available plant sensors may prevent practical in-field application of most current sensing techniques. This paper investigates a novel application of laser speckle imaging of a plant leaf as a sensor with an aim, ultimately, to detect indicators of crop stress:changes to the dynamic properties of leaf topography on the scale of the wavelength of laser light. In our previous published work, an initial prototype of the laser speckle acquisition system specific for plant status measurements together with data processing algorithms were developed. In this paper, we report a new area based statistical method that improves robustness of the data processing against disturbances from various sources. Water and light responses of the laser speckle measurements from cabbage leaves taken by the developed apparatus are exhibited via growth chamber experiments. Experimental evidence indicates that the properties of the laser speckle patterns from a leaf are closely related to the physiological status of the leaf. This technology has the potential to be robust, cost effective, and relatively inexpensive to scale.
光存储技术

大数据时代的光存储技术

谭小地
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 935001-0935001(4). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0935001
全文: HTML (1 KB)  PDF (663 KB)  ( 247 )
摘要 ( 30 ) 引用本文
概述了光存储技术的发展历史和现状,分析了在大数据时代光盘的作用和存在的意义。面对传统光盘容量低、速度慢等问题,介绍了能够妥善解决此问题的光盘库技术。最后介绍了可替代传统光盘的全息光存储技术。其中,同轴全息光存储既可与传统光盘相兼容,又可作为大数据高密度高速率长期保存的解决方案。

磁光阵列:一种新型数据存储模式的实现

刘建梅, 宋林峰, 冯剑楠, 唐建华, 徐宏, 邵征宇, 许长江, 朱明
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 935002-0935002(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0935002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1485 KB)  ( 221 )
摘要 ( 36 ) 引用本文
介绍了一种磁盘与光盘融合数据安全存储的新模式,简称磁光阵列或ORAID(Optical Replicated Arrays of Independent Disks)。ORAID模式包括:将数据同时存储到磁盘模块和光盘模块中;可根据数据的属性信息从磁盘模块中读取数据,在目标磁盘无法被读取时,可根据数据在光盘模块中对应的位置信息,将存储有目标数据的光盘中的数据读入预设的数据缓冲区;将存储有目标磁盘数据的光盘中的数据存储到磁盘模块中更换后的新磁盘中。该模式在使用上像基于硬盘的系统一样方便,读写性能与RAID(Redundant Arrays of Independent Disks)一样;在数据安全方面,无论前端硬盘如何损坏数据都不会丢失,并且在硬盘坏损以及重建过程中保持数据的可提供性;ORAID具有物理层面上的合规性,所存的数据不可更改(WORM,Write Once Read Only)并可在无迁移的情况下长期保存50年以上;ORAID无须额外的备份系统。磁光阵列模式同样适用于固态硬盘与光盘的融合。

一种超大容量自动光盘库的设计与实现

曹强, 严文瑞, 姚杰, 谢长生
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 935003-0935003(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0935003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1214 KB)  ( 167 )
摘要 ( 39 ) 引用本文
当前蓝光光盘的寿命已超过50年,光存储的可靠性远高于硬盘,寿命也远长于磁带,但单盘容量较小、存取性能较低的缺点限制了光盘在大规模归档系统中的应用。提出了一种新型超大容量机械手自动换盘的光盘库系统,该系统能够在标准尺寸的机柜中容纳12 000张蓝光光盘,数十个光驱可并行读写,对外的吞吐率达到1 GB/s。除了高度并行之外,还使用了磁光电融合结构和虚拟化存储机制,通过磁电作为光存储的大容量缓存,提高存取性能,将大量的光盘存储空间虚拟成单个文件卷存储池。该系统的光盘调度、刻录和读取完全实现自动化,并提供给用户通用文件访问接口。综合这些技术,既发挥了光存储介质的大容量、长寿命、低成本、低能耗的优点,又克服了光存储系统速度慢、性能低的缺点,同时提供了用户友好的使用界面和环境,实现了与现有信息系统的无缝对接。

Readout Properties of Polychromatic Reconstruction for Nondestructive Holographic Data Storage

Ryushi Fujimura, Tsutomu Shimura, Kazuo Kuroda
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 935004-0935004(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0935004
全文: HTML (1 KB)  PDF (1284 KB)  ( 145 )
摘要 ( 31 ) 引用本文
Polychromatic reconstruction(PCR) is a novel nondestructive readout method that utilizes a spectrally broad light source for the probe beam. The stored image can be completely reconstructed even though the probe wavelength is very different from the recording one. The large spectral width of the polychromatic probe beam also causes adverse effect on the storage density. But this can be overcomed if an additional optical component is inserted in the imaging system. Therefore, PCR has a great potential to achieve nondestructive readout and large storage density simultaneously. In addition, PCR enables us to design a simple memory system because its readout tolerance is quite large as compared to the conventional monochromatic readout. Unique and attractive features of the polychromatic reconstruction method was theoretically and experimentally demonstrated.

Reflection-type holographic disk-type memory using three-dimensional speckle-shift multiplexing

Osamu Matoba
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 935005-0935005(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0935005
全文: HTML (1 KB)  PDF (1028 KB)  ( 136 )
摘要 ( 17 ) 引用本文
This review presents a reflection-type holographic memory using three-dimensional(3D) speckle-shift multiplexing. First, the schematic of the proposed memory system was described. Then, experimental demonstrations of multiplexing in plane and along the depth direction were presented. The estimated storage capacity of single layer recording was introduced and the maximum storage capacity was discussed. To increase the storage capacity, the multi-layered recording was described. In the multi-layered recording, the storage capacity can be increased by appropriate arrangement of holograms in each layer.

High density holographic versatile disc (HVD) system using collinear technologies

Hideyoshi Horimai, Lin Xiao, Liu Jinpeng, Tan Xiaodi
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 935006-0935006(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0935006
全文: HTML (1 KB)  PDF (797 KB)  ( 188 )
摘要 ( 20 ) 引用本文
Collinear Holography was proposed by OPTWARE Corporation, in which the information and reference beams were aligned co-axially and modulated by the same SLM. With this unique configuration the optical pickup can be designed as small as the DVD's, and can be placed on one side of the recording disc. A 2-dimensional digital page data format was used and the shift-multiplexing method was employed to increased recording density of HVD. As the servo technology is being introduced to control the objective lens to be maintained precisely to the disc in the recording and the reconstructing process, a vibration isolator is no longer necessary. In HVD, the pre-formatted meta-data reflective layer was used for the focus/tracking servo and reading address information, and the dichroic mirror layer was used for detecting holographic recording information without interfering with the preformatted information. Experimental and theoretical studies suggest that the holographic material is very effective to increased recording density of the system. HVD will be compatible with existing disc storage systems, like CD and DVD, and enable us to expand its applications into other optical information storage systems.
光学工程优秀博士论文

高非线性光纤中并行交叉相位调制的偏振膜色散监测方法

刘博, 常俊德, 忻向军
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 934001-0934001(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0934001
全文: HTML (1 KB)  PDF (943 KB)  ( 195 )
摘要 ( 40 ) 引用本文
利用信号光和插入的连续泵浦光之间产生的交叉相位调制(XPM)效应,提出了一种基于并联的XPM效应来监测光相位调制信号的一阶偏振模色散(PMD)的新技术。泵浦光的光谱会随着信号光中PMD和色散(CD)的变化而发生变化,所以导致泵浦光的光功率发生变化,在并联的一个支路中抑制PMD的影响,利用并联的两路同一波段泵浦光功率的差值来进行监测。仿真结果显示,新的技术可以实现对40 Gb/s非归零差分四相移相键控(NRZ-DQPSK)光信号从0~20 ps的监测。在20 ps的监测范围内,新技术的动态范围大于3 dB,可以用来进行准确的监测。对信号速率、色散、泵浦光功率和滤波器带宽对新技术的影响做了详细的研究。
红外技术及应用

CdTe/ZnS复合钝化层对长波碲镉汞器件性能的影响研究

李雄军, 韩福忠, 李东升, 李立华, 胡彦博, 孔金丞, 赵俊, 秦强, 朱颖峰, 庄继胜, 姬荣斌
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 904001-0904001(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0904001
全文: HTML (1 KB)  PDF (1910 KB)  ( 156 )
摘要 ( 50 ) 引用本文
采用CdTe/ZnS复合钝化技术对长波HgCdTe薄膜进行表面钝化,并对钝化膜生长工艺进行了改进。采用不同钝化工艺分别制备了MIS器件和二极管器件,并进行了SEM、C-VI-V表征分析,研究了HgCdTe/钝化层之间的界面特性及其对器件性能的影响。结果表明,钝化工艺改进后所生长的CdTe薄膜更为致密且无大的孔洞,CdTe/HgCdTe界面晶格结构有序度获得改善;采用改进的钝化工艺制备的MIS器件C-V测试曲线呈现高频特性,界面固定电荷面密度从改进前的1.67×1011 cm-2下降至5.69×1010 cm-2;采用常规钝化工艺制备的二极管器件在较高反向偏压下出现较大的表面沟道漏电流,新工艺制备的器件表面漏电现象获得了有效抑制。

复杂外热流条件下红外探测器组件热设计

李强, 陈立恒
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 904002-0904002(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0904002
全文: HTML (1 KB)  PDF (2256 KB)  ( 149 )
摘要 ( 30 ) 引用本文
为实现在复杂外热流条件下对CO2探测仪红外探测器组件温度的有效控制,对其进行了详细的热设计。对红外探测器周围外热流进行分析,确定了其散热面位置。基于红外探测器所处空间热环境以及自身高功耗、低热控指标的特点,提出热设计方案。对红外探测器组件有限元模型进行了热分析计算,得到各个转角姿态下的红外探测器组件的温度范围为-31.8~-26.9℃,计算结果满足设计要求。通过CO2探测仪热平衡试验对热设计进行了验证,试验中红外探测器组件的温度范围为-32.6~-30.1℃,试验结果与计算结果基本一致,满足热控指标要求,说明热设计方案在复杂外热流条件下合理可行,具有较好的适应性。

320×256大电荷容量的长波红外读出电路结构设计

翟永成, 丁瑞军
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 904003-0904003(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0904003
全文: HTML (1 KB)  PDF (1375 KB)  ( 152 )
摘要 ( 26 ) 引用本文
长波红外探测器存在暗电流大、背景高的特点,需要设计大电荷容量的读出电路。采用分时共享积分电容的电路结构,在面阵焦平面的有限单元面积中设计了一种高读出效率、大电荷容量的320×256长波红外焦平面读出电路。电路输入级采用电容反馈跨阻放大器(CTIA)结构,具有注入效率高、噪声低、线性度好的特点。基于CSMC 0.35 μm标准CMOS工艺模型进行了模拟仿真以及版图设计完成后的后端仿真,电路输出电压范围大于2 V,非线性小于1%,帧频为100 f/s,采用分时共享积分电容电路结构后,像元有效电荷容量达到57.5 Me-/像元。

舰船排气羽流红外辐射特性计算研究

林娟, 包醒东, 吴杰, 董雁冰
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 904004-0904004(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0904004
全文: HTML (1 KB)  PDF (1167 KB)  ( 120 )
摘要 ( 18 ) 引用本文
舰船动力系统的高温排气羽流是舰船红外辐射的重要来源之一,通过建立基于CFD数值方法的排气羽流流场分布模型和基于窄带模型C-G近似方法的高温排气红外辐射模型,重点研究了合成风速对排气羽流流场和红外辐射的影响。仿真结果表明:合成风速的大小对排气羽流的形状及辐射分布区域影响显著,合成风速增加一倍的情况下,排气羽流在中波红外谱段平均辐射强度降低了48.1%。也对计算模型可能产生偏差的物理因素进行了初步分析,如不完全燃烧产生的碳粒子对羽流红外辐射传输有显著影响。

机载面源红外诱饵及干扰效能研究

贾林通, 童中翔, 王超哲, 马榜, 王彪
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 904005-0904005(12). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0904005
全文: HTML (1 KB)  PDF (1666 KB)  ( 184 )
摘要 ( 33 ) 引用本文
红外制导导弹,特别是红外成像制导导弹的发展,给飞机造成了巨大的威胁。而面源红外诱饵是对抗红外成像制导武器的有效手段。首先,在分析红外成像制导的原理和弱点的基础上,探讨了机载面源红外诱饵的干扰机理和作战能力指标,并介绍了机载面源诱饵的装备现状。其次,概述了自燃箔片红外诱饵和的自燃液体红外诱饵的装备现状和制备方法。然后,从试验研究、建模研究、图像生成、干扰策略研究等几个方面综述了机载面源红外诱饵干扰效能的研究现状。最后提出了一种基于探索性分析方法的机载面源红外诱饵干扰效能的仿真方案,能够综合多种因素分析诱饵的干扰策略。
激光技术及应用

激光雷达探测水云退偏振比的敏感性研究

孙贤明, 万隆, 王海华
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 906001-0906001(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0906001
全文: HTML (1 KB)  PDF (759 KB)  ( 175 )
摘要 ( 21 ) 引用本文
利用激光雷达探测水云微物理特性时,雷达回波信号中会出现退偏振信息,这是由激光与云层的多次散射造成的,利用这些退偏振信息可以反演云层特性。利用半解析蒙特卡罗方法研究了波长为0.532μm激光雷达后向散射退偏振比对云底高度、云滴大小以及消光系数的敏感性。计算结果表明,对于相同的接收视场角,激光雷达与云层的距离越远,退偏振比越高;消光系数越大,退偏振比越大;雷达接收视场角越大,被接收器捕获的多次散射信息越多,因此退偏振比越大。当穿透深度较小时,云滴尺寸较小的云层退偏比更高,随着穿透深度的增加,云滴尺寸更大的云层退偏振比更大。

空间目标激光雷达成像仿真技术

王盈, 黄建明, 刘玉, 陈凤, 魏祥泉
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 906002-0906002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0906002
全文: HTML (1 KB)  PDF (2263 KB)  ( 225 )
摘要 ( 26 ) 引用本文
为了使空间目标激光雷达成像仿真尽量反应实际在轨探测状态,提出了一种适用于复杂空间目标的在轨激光雷达成像仿真流程,并强调了面积法在复杂目标成像可见判断方面的适用性。首先,阐述了空间目标激光雷达成像仿真的理论模型。然后,以空间目标上某一舱段为例,进行在轨激光雷达成像建模与仿真。结果证明:所提出的空间目标激光雷达成像仿真方法对实现空间非合作相对导航算法研究具有重要意义。

衰减片提高多脉冲Gm-APD激光雷达的探测性能

徐璐, 张宇, 张勇, 杨旭, 杨成华, 王强, 赵远
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 906003-0906003(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0906003
全文: HTML (1 KB)  PDF (869 KB)  ( 134 )
摘要 ( 41 ) 引用本文
从Gm-APD的泊松统计的雪崩探测模型出发,在长死时间情况下,提出了一种提高Gm-APD激光雷达探测性能的方法。利用衰减片控制信号和噪声的强度,实现了多脉冲探测Gm-APD激光雷达的探测概率、虚警概率和测距误差的提高。研究结果表明:随着衰减片透过率的变化,探测概率存在最大值,测距误差存在最小值,将衰减片透过率控制在0.33~0.20之间,探测距离为1.5 km时,探测概率能提高1倍,测距误差可以从m量级提高到cm量级。

直接测风激光雷达外场实验稳频方法

王国成, 张飞飞, 钱正祥, 杜跃, 舒志峰, 孙东松
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 906004-0906004(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0906004
全文: HTML (1 KB)  PDF (2141 KB)  ( 112 )
摘要 ( 28 ) 引用本文
基于Fabry-Perot标准具的直接探测测风激光雷达是中高层大气风场探测的有效手段之一,系统保持长期稳定地运行是监测风场变化的基本需求;通过对DWL给出的无效探测数据进行的深入剖析,得出是激光发射频率发生了相对漂移所致;然后,搭建实验验证内在机理,得出,Nd:YAG激光器中种子激光器工作环境温度每变化1℃将导致激光发射频率产生1.536 GHz漂移,可致使透过率变化最大达46.1%,标准具工作环境温度每变化1℃相当于激光频率产生的相对漂移量737.7 MHz;当满足小于1 m/s的系统误差时,需要建立三级温控机制,将系统整体处于调控精度为1℃的恒温环境中工作,另外将种子激光器、标准具分别置于调控精度为0.001℃的恒温箱内工作,能够满足风场探测的要求。

激光雷达距离估计技术

夏文泽, 韩绍坤, 曹京亚, 王亮, 翟倩
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 906005-0906005(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0906005
全文: HTML (1 KB)  PDF (998 KB)  ( 181 )
摘要 ( 60 ) 引用本文
距离估计技术一直是激光雷达技术中的核心技术,对整个激光雷达系统性能的优劣性起到决定性作用。提出了一种基于人工神经网络的距离估计算法,使用的人工神经网络由两层网络构成。与交叉相关距离估计算法的对比实验证明:基于人工神经网络的距离估计算法在实际应用中有更高的距离估计精度;对强度像进行了仿真实验,实验结果证明:基于人工神经网络的距离估计算法相比极值判别法能够获得更精准的回波强度信息;对神经网络隐含层中神经元个数与距离估计精度之间的关系进行了实验分析,实验结果证明:过多或过少的神经元个数均会降低距离估计精度。

基于谱估计的Fabry-Perot标准具透过率曲线参数估计方法

蒋立辉, 章典, 陈星, 熊兴隆
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 906006-0906006(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0906006
全文: HTML (1 KB)  PDF (1496 KB)  ( 89 )
摘要 ( 35 ) 引用本文
直接探测多普勒测风激光雷达系统大多采用基于Fabry-Perot(F-P)标准具的条纹技术和边缘技术测量多普勒频移。但激光器频率漂移会使得透过率曲线的估计出现一定误差,为了抑制其影响,提出了一种基于谱估计的F-P标准具透过率曲线参数估计方法。首先将标准具全量程扫描结果进行重构得到观测矩阵。之后使用MUSIC算法得到透过率曲线的伪谱。对伪谱进行谱峰搜索后,将得到的谱峰位置进行线性拟合得到自由谱间距。然后将上步的拟合结果代入透过率函数,利用非线性最小二乘法对其他参数进行估计。在仿真分析的基础上,采用真实测量数据进行了实验验证。结果表明所提出的方法在扫描步点间隔达到50、信噪比大于10 dB的情况下,估计差小于1%。该算法扫描时间短,估计误差小,具有实际应用价值。

相干测风激光雷达中多核DSP并行风速反演算法的实现

贾晓东, 孙东松, 谢绍亮, 吴小锋
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 906007-0906007(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0906007
全文: HTML (1 KB)  PDF (1577 KB)  ( 115 )
摘要 ( 38 ) 引用本文
针对高重复频率相干测风激光雷达中风速反演时数据量大、计算量大、实时性要求高等问题提出了基于多核数字信号处理器(DSP)的并行风速反演算法。该算法的核心思想是,利用高速数据处理板卡DSPC-8681上的4颗8核DSP处理器采用单指令多数据流的方式进行并行计算和同步,使用最大似然离散谱峰值计算出视向风速。在激光脉冲重复频率为10 kHz的条件下实现了相干测风激光雷达中实时的风速反演。通过实验验证,激光雷达的视向探测距离达到3 600 m,距离分辨率为60 m,风速测量范围为±30 m/s,时间分辨率为1 s,转动圆盘校准的速度测量精度优于0.48 m/s。

角锥腔固体激光器相干特性的研究

朱孟真, 万强, 刘旭, 欧阳艳蓉, 陈霞, 魏靖松, 马云峰, 陆益敏, 程勇
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 906008-0906008(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0906008
全文: HTML (1 KB)  PDF (3838 KB)  ( 109 )
摘要 ( 17 ) 引用本文
多光束相干合成是获得高功率、高亮度激光输出的有效途径。首次采用倏逝波理论结合互注入特性揭示了角锥腔固体激光器远场输出为相干合成分布的机理,角锥腔对称部分的激光由于互注入实现锁相,相邻部分由于倏逝波耦合实现锁相,重点研究了固体激光器倏逝波耦合相干的特性。研究表明:锁相效果跟激光阵列排布方式有关,在相同的激光阵列排布方式时,腔长越长,占空比越大,则模式间耦合越强,锁相效果越好,越趋向于同相模输出。理论和实验证明了角锥是一个天然的相干合成元件,角锥多光束相干合成技术具有重要的科学价值。
光电测量

太阳辐照度绝对辐射计的定标新方法

衣小龙, 方伟, 李叶飞, 叶新, 王玉鹏
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 917001-0917001(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0917001
全文: HTML (1 KB)  PDF (902 KB)  ( 114 )
摘要 ( 32 ) 引用本文
为了扩展动态测量范围,提高对较低的激光功率的测量不确定度,对太阳辐照度绝对辐射计的测量方法进行了研究与改进。首先,重复测量各个激光功率的响应度,分析由响应度引入的系统误差对测量不确定度的影响;其次,提出改进的测量方法,通过两次电定标实时修正光功率附近小功率区间的响应度;最后,使用新方法和传统方法测量各个功率的激光,比较测量不确定度。实验结果表明:根据宽功率区间获得的响应度的相对不确定度为2.7%,测量较低的激光功率时,不可忽略由响应度引入的误差。当激光功率低于20 mW时,改进方法的相对测量不确定度仍为0.1%,具有更好的稳定性,补偿了响应度误差。因此,电定标与光定标差距非常大,不具备可比性,需两者结合实现全动态范围定标;该方法可以扩展动态测量范围,对于定标太阳辐照度绝对辐射计具有重要意义。

光电编码器的动态误码检测系统

于海, 万秋华, 梁立辉, 王树洁
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 917002-0917002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0917002
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摘要 ( 20 ) 引用本文
为了实现对光电编码器在动态状态下的误码检测,提高批量生产时对光电编码器的误码检测速度,设计了光电编码器动态误码检测系统。首先,对光电编码器误码产生原因进行了分析,并对光电编码器误码进行特征识别。其次,针对光电编码器误码的特征,采用微分方法对光电编码器进行动态误码检测。然后,搭建了光电编码器动态误码检测系统,设计了软硬件电路。最后,对所设计光电编码器动态误码检测系统进行实验验证。实验表明:所设计的动态误码检测系统能够实现对0~8 r/s转速下光电编码器的误码检测,检测结果直观、准确。检测系统极大的提高了批量生产光电编码器时的检验速度。

交互式多模型算法在光电跟踪控制系统中应用的仿真

刘小强, 任高辉, 邢军智, 寿少峻, 张惠菁
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 917003-0917003(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0917003
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摘要 ( 17 ) 引用本文
分析目标运动参数滤波算法在光电跟踪控制系统中的作用,在交互式多模型算法的基础上,提出了该算法在光电跟踪控制系统中的应用问题,并建立了在光电跟踪控制系统中使用的仿真模型,通过仿真环境下光电跟踪控制系统对不同目标跟踪的数据分析可知,该算法可作为光电跟踪控制系统中复合控制前馈数据的获取算法使用,光电跟踪控制系统采用交互式多模型算法比采用α-β-γ滤波算法更适合对机动目标的跟踪。

基于分形插值的频域散斑相关法面内位移测量

张红颖, 易建军, 于之靖
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 917004-0917004(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0917004
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摘要 ( 25 ) 引用本文
针对传统频域数字散斑相关法在测量物体面内位移测量精度较低的问题,提出一种基于分形插值的频域数字散斑相关法。该方法在频域数字散斑相关法的基础上,引入Hanning窗函数对图像进行滤波处理,克服了图像边缘效应对最终位移值的影响;同时利用散斑图像的子区域与整幅图像在结构形态和灰度特征的自相似性,采用分形插值的方法进行亚像素插值,进而能精确定位相关点,得到更精确的亚像素位移值。实验结果表明:该方法保持了频域散斑相关法的测量速度,且将测量的绝对误差降低在0.01~0.03 pixel以内,并进一步通过刚体平移实验测试了算法的可靠性。
光学设计与仿真

双层BOE加工误差对衍射效率的影响分析

马泽斌, 康福增, 王昊
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 918001-0918001(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0918001
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摘要 ( 31 ) 引用本文
随着光学技术的发展,光、机、电一体化成为趋势,要求光学系统做到集成化、阵列化和小型化,二元光学元件由于它在光波变换上的卓越表现受到人们的青睐。双层二元光学元件在宽波段范围内的衍射效率非常高,但在加工时会产生很多种加工误差,比如:高度误差、周期误差、套刻误差等。文中基于标量衍射理论,对在加工中可能出现的高度误差、周期误差、套刻误差等误差以及其对衍射效率的影响进行充分分析,并进行MATLAB模拟。结果表明:异向高度误差对衍射效率的影响大于同向高度误差对衍射效率的影响,所以在加工时应该尽量避免异向高度误差。异向套刻误差对衍射效率的影响大于同向套刻误差对衍射效率的影响,所以在加工时应该避免异向套刻误差。相比高度误差和套刻误差,其他误差对衍射效率有着不同程度的影响。

空间相机遮光罩的低功耗热设计

江帆, 吴清文, 王忠素, 刘金国, 鲍赫
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 918002-0918002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0918002
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摘要 ( 35 ) 引用本文
空间相机遮光罩的温度波动直接影响附近光学元件的温度波动,而光学元件的热变形将导致光学成像质量的下降。针对一种高分辨率空间相机的遮光罩,提出了几种不同的热控方案并进行了比对分析。首先,介绍了空间相机遮光罩的一般热控措施及效果并分析了影响空间相机遮光罩温度波动的外热流及传导热阻;然后通过仿真分析得到了三种不同热控方案下的温度数据及主动加热功耗数据,经过比对分析后选用了主动加热功耗少、温度波动范围小的热设计方案。最后,通过热平衡试验及在轨数据验证了选用方案的有效性。空间相机遮光罩的在轨温度范围为4.8~9.2℃,次镜温度范围为17.8~17.9℃,与仿真分析结果一致性良好,热设计合理有效,满足任务需求。

次镜支撑小型三自由度机构动力学及控制策略

王施相, 郭劲, 甘新基, 王挺峰
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 918003-0918003(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0918003
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摘要 ( 31 ) 引用本文
提出了利用一种可实现一个移动和两个转动的小型3自由度(3-DOF)并联机构来支撑并控制次镜,以达到激光精确聚焦目的的方案。通过对小型3-PRS机构的运动模式分析,采用欧拉角描述动平台的运动方式,对其运动学特性做了简要分析。引入该机构连接杆的质量分布因子,利用虚功原理建立了逆动力学模型。基于建立的动力学模型,提出了两种控制策略方案。利用ADAMS/Control模块和MATLAB/Simulink模块联合仿真了该机构的控制精度。最后将该机构应用于实际光路系统中,测量了两种控制方案下该机构控制的调焦次镜对聚焦光斑性能的影响。仿真结果充分证明了该机构完全满足支撑激光聚焦次镜结构的设计要求。

单视点双曲面折反射红外全景成像系统设计与分析

周星光, 贺宇, 王岭雪, 蔡毅, 刘福平, 李茂忠, 陈骥
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 918004-0918004(9). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0918004
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摘要 ( 36 ) 引用本文
在单视点结构约束条件下推导了给定红外探测器参数(像元规模和像元中心距)和俯仰角范围时,二次曲面反射镜面型(离心率)、反射镜厚度、反射镜与折射镜头之间的安装距离、折射镜头焦距等参数的数学公式,为建立单视点双曲面折反射红外全景成像系统提供了几何约束关系。与此同时,针对双曲面反射镜的特点,推导了其用于单视点折反射红外全景成像系统时空间分辨力(垂直方向瞬时视场和水平方向瞬时视场)的数学公式,并在理想大气、假设目标对比度足够高、探测方程相关参数最简化的条件下将其与现有的NVThermIP模型结合获得系统作用距离的公式。采用不同像元规模和灵敏度(噪声等效温差)进行了仿真,发现:(1)系统空间分辨力随像元规模的增大而增大;(2)系统作用距离随像元规模和灵敏度的增大而提高,但灵敏度的增大对作用距离的改善不明显。

层向多层共轭自适应光学系统的模拟

颜召军, 杨朋千
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 918005-0918005(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0918005
全文: HTML (1 KB)  PDF (1161 KB)  ( 131 )
摘要 ( 40 ) 引用本文
单层校正自适应光学系统只能在较小视场范围内对大气湍流进行有效校正,多层共轭自适应光学技术可以突破这种限制。介绍了层向多层共轭自适应光学系统基本结构及工作原理,研究了层向多层共轭自适应光学系统的模拟,内容包括:如何产生动态大气湍流波前数据、基于四棱锥波前传感器的波前复原算法、基于模式法的变形镜闭环校正控制过程等。对单层和两层的层向共轭自适应光学系统进行了模拟仿真,仿真结果表明:层向多层共轭自适应光学系统采用了更多的导星来校正两层大气湍流,比单层校正自适应光学系统具有更大的校正视场和更好的校正效果。
微纳光学

球形谐振腔表面结构对银的增强辐射性能

方俊飞, 邓建平, 张鹏超
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 916001-0916001(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0916001
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摘要 ( 24 ) 引用本文
研究了球形谐振腔对单质银辐射特性的影响作用,结果表明在谐振腔的谐振波长处材料的吸收率有所增加。对于良导体Ag而言,吸收率光谱呈现出窄带吸收的特性,吸收峰的位置相对于理想导体形成谐振腔的谐振波长向长波方向偏移,这是由于趋肤深度的存在使得Ag构成的谐振腔等效于一个尺寸略大的理想导体谐振腔。探讨了吸收率随球形腔体的切入深度、腔体半径、点阵周期以及入射角和极化角等的变化关系。研究表明可以通过合理设计球形腔体的结构尺寸以获得最优的窄带吸收效果,这为窄带辐射器的制作提供了一种简单有效的方法。

原子层沉积法制备微通道板发射层的性能

丛晓庆, 邱祥彪, 孙建宁, 李婧雯, 张智勇, 王健
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 916002-0916002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0916002
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摘要 ( 27 ) 引用本文
随着微通道板的不断发展与完善,通过改善传统工艺提升其性能越来越困难,开发提升微通道板性能的新技术迫在眉睫。纳米薄膜材料的发展及其制备技术的成熟为微通道板的发展提供了契机,利用原子层沉积技术在通道内壁沉积一层氧化铝纳米薄膜,作为二次电子发射功能层,可以增强通道内壁的二次电子发射能力,从而提升微通道板的增益性能。通过优化原子层沉积工艺参数可以在微通道板的通道内壁沉积厚度均匀的氧化铝薄膜。研究结果表明,微通道板增益随沉积氧化铝厚度的变化而变化,在氧化铝厚度为60 cycles时,施加偏压800 V时增益可达56 000,约为正常微通道板增益的12倍。
光电器件与微系统

光寻址空间光调制器研制进展及性能测试

黄大杰, 范薇, 张攀政, 李菁辉, 唐顺兴, 郭亚晶, 李学春, 林尊琪
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 920001-0920001(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0920001
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摘要 ( 24 ) 引用本文
报道了自研的光寻址空间光调制器的最新进展,介绍了器件工作原理与结构,并对其光敏响应特性曲线、静态位相波前畸变、透射时间波形畸变的离线测试结果进行了报道,同时也利用该器件在高功率激光装置上进行了在线测试。结果表明,该调制器可以根据需求实现所需的强度透过率分布,而且对高功率激光系统没有引入附加的影响。最后,结合该调制器的实际使用环境,分析了激光系统空间滤波器对整形效果的影响,说明在高功率激光系统中使用该调制器时,空间滤波器尺寸也是决定光束整形精度的重要因素。

小型机载光电平台电磁屏蔽设计

刘剑, 李永刚, 黄猛
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 920002-0920002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0920002
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摘要 ( 19 ) 引用本文
复杂的战场电磁环境严重影响了机载光电平台的安全性、可靠性和技术指标。为了提高小型机载光电平台的战场工作效能,从屏蔽的角度出发,对其进行了电磁兼容性设计。首先阐述了电磁屏蔽的屏蔽效能,并分别从屏蔽材料的选择、ABS外壳屏蔽、缝隙处屏蔽及敏感单元双层屏蔽等方面对小型机载光电平台进行了电磁屏蔽设计。通过电磁兼容性试验对屏蔽效果进行了验证。试验结果表明,采取合理的屏蔽措施后,小型机载光电平台的视频图像显示正常;传导发射值降低了约20 dBμV;电场辐射发射值降低了约10 dBμV/m;并且其余各项试验均得到了不同程度的改善。为机载光电平台电磁兼容性设计提供了参考。
先进光学材料

薄膜电极重频电光开关的热管理

庄令平, 张雄军, 张君, 郑建刚, 龙蛟, 田晓琳, 郑奎兴, 朱启华
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 921001-0921001(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0921001
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摘要 ( 20 ) 引用本文
透明导电薄膜作电极的普克尔盒电光开关是新一代重频激光驱动系统的理想单元。高重频会在电光晶体内产生热沉积,引起弹光效应,热光效应和晶体形变,使透射光束的波前产生畸变。针对能量千焦耳级,重复频率16 Hz率的激光系统,对薄膜电极普克尔盒采用液冷技术进行热管理;建立普克尔盒的热分析模型,利用有限元算法,分别研究晶体厚度和换热系数对波前畸变的影响,得到晶体厚度的最优值。并模拟了开关晶体上的温度分布、应力分布和机械形变,分析热光效应、机械形变和弹光效应对光束波前和退偏损耗的影响,结合波前畸变和退偏损耗的要求得到优化的参数。

激光冲击强化K403镍基高温合金表面纳米化

安志斌, 沈晓骏, 高山, 姚晨光, 汪诚
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 921002-0921002(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0921002
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摘要 ( 21 ) 引用本文
针对K403镍基高温合金铸造构建易发生裂纹、腐蚀、磨损的问题,采用激光冲击强化技术对K403薄片试件进行处理,使试件表面纳米化提高材料力学性能。利用X射线衍射、SEM扫描电镜、TEM透射电镜分析了材料表面纳米晶层的形成机理。实验结果表明:激光诱导的高压等离子体冲击波可以在样品表面上形成226 nm厚的纳米晶层;从SEM和TEM结果可以看出,激光冲击强化不会改变材料表面物相。在高冲击波压力下,K403试样表面组织产生了位错和纳米级晶粒细化。
太赫兹技术及应用

5 THz混频二极管等效电路模型研究

王俊龙, 杨大宝, 邢东, 梁士雄, 张立森, 赵向阳, 冯志红
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 925001-0925001(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0925001
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摘要 ( 39 ) 引用本文
采用电磁场和电路联合仿真,基于直流测试和三维电磁建模仿真技术,建立了截止频率5 THz的混频肖特基二极管的等效电路模型。重点研究了二极管的非线性结模型和外围结构三维电磁全波仿真模型,构建了考虑实际电路形式的四端口三维电磁全波仿真模型。该等效电路模型可用于太赫兹低频段混频模块设计,该模型的建立方法也为更高频段模型的建立提供了一种参考。基于该模型设计了一款220 GHz分谐波混频器,在192~230 GHz宽带范围内,双边带变频损耗小于10 dB,测试结果与仿真结果较为一致。
光通信与光传感

两类典型光纤型SPR传感器的理论模型比较

蓝锦龙, 顾铮, 唐雄
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 922001-0922001(7). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0922001
全文: HTML (1 KB)  PDF (952 KB)  ( 180 )
摘要 ( 56 ) 引用本文
针对基于SPR效应的两类典型光纤型传感器:传统型包层腐蚀的镀金属多模光纤传感器、新型镀金属单模光纤光栅传感器,指出其不同的SPR模型处理方法及传感特性。首先,根据传统型SPR光纤传感器的结构特点,利用平板SPR理论给出反射谱特性,同时指出并证明薄膜光学理论在平板SPR结构中与平板SPR理论的等价性。其次,针对新型SPR光纤光栅传感器结构特点,依据模式耦合思想,结合SPW模式特征,提出了光纤光栅SPR结构的理论处理方法,得到了镀金膜三包层LPFG结构的透射谱。最后,对基于SPR效应的两类典型光纤型传感器的传感特性进行了比较分析,结果表明,两类传感器对环境折射率均具有较高的分辨率,但新型光纤光栅SPR传感器的分辨率高出传统SPR光纤传感器3个数量级。

基于偏振信息恢复的光通信

许雄, 陶强强, 沈飞, 郭忠义
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 922002-0922002(8). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0922002
全文: HTML (1 KB)  PDF (1260 KB)  ( 135 )
摘要 ( 29 ) 引用本文
基于斯托克斯矢量和MC算法,在各种散射系统中研究了偏振信息的传输性能。根据偏振光斯托克斯矢量的散射特性,提出了一种能够减少散射对入射偏振光影响的PR方法。为了验证PR方法的有效性和实用性,仿真了在不同实际大气和水下环境,偏振传输和偏振信息恢复的结果。仿真结果表明,PR方法更适用于粒子半径相对大的杂乱媒介,并且长波可以有效地减少偏振信息的损失。此外,仿真结果也表明,在非均匀的大气媒介中下行和上行链路是不可逆的。在水下,PR方法同样用来减小散射对于光的偏振度的影响。通过PR方法,线偏振度的最大增强可达到16%。这些结果对于未来大气,水下量子保密通信具有重要的意义。

GEO星载激光通信终端二维转台伺服机构热设计

刘百麟, 刘绍然, 周佐新, 于思源
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 922003-0922003(6). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0922003
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摘要 ( 24 ) 引用本文
星载激光通信终端二维转台伺服机构是一种高精度指向调节机构,工作时对温度场稳定性及均匀性有较高要求,空间热环境剧烈变化是诱导其温度波动的外因。为达到在轨温度场精稳控制,提出了一种GEO星载经纬仪式激光通信终端二维转台伺服机构温控方案,通过机电热一体化结构设计选材、主动跟踪控温、散热及隔热设计等技术途径,实现了空间大尺寸的高精密二维转台伺服机构温度场稳定性与均匀性的精稳控制,并经过热试验与热分析综合验证,结果表明:工作轨道全寿命期间,伺服机构核心部件温度稳定控制在22.3~34.6℃范围内,温度场均匀性可控制在4℃以内。
景象信息处理

基于模糊C均值聚类和Canny算子的红外图像边缘识别与缺陷定量检测

唐庆菊, 刘俊岩, 王扬, 刘元林, 梅晨
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 928001-0928001(5). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0928001
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摘要 ( 47 ) 引用本文
针对脉冲红外热成像检测缺陷构件时,红外图像噪声较大、边缘信息模糊等特点,提出了一种基于模糊C均值聚类和Canny算子相结合的边缘检测新方法。该方法首先对输入的红外图像进行整体灰度变换,采用模糊C均值聚类对图像进行区域分割、提取和二值化;再将各个区域进行叠加,使红外图像的边缘变得连续;最后,采用Canny算子对处理后的图像进行边缘检测,实现缺陷的识别。在图像边缘检测基础上,分析了图像定位缺陷位置与实际缺陷位置之间的相对误差,并运用物像关系,实现缺陷几何尺寸的定量检测。结果表明:该方法对缺陷边缘识别完整清晰,具有较高的定位精度和抗噪能力,有利于缺陷的识别与定量检测。

尺度自适应暗通道先验去雾方法

宋颖超, 罗海波, 惠斌, 常铮
红外与激光工程. 2016, 45 (9): 928002-0928002(12). ;  doi: 10.3788/IRLA201645.0928002
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摘要 ( 52 ) 引用本文
在雾、霾等天气条件下,大气粒子的散射作用使环境的能见度偏低,视觉系统采集到的图像严重降质。基于暗通道先验的图像复原方法因其去雾效果自然、约束条件少,且易于实现等优点而受到广泛关注。但是,该方法的去雾效果受尺度(暗通道的求解半径)影响很大,对于不同场景的图像,不存在一个普遍适用的最优尺度。针对该问题,文中提出一种尺度自适应方法,根据图像的颜色和边缘特征自适应地调节暗通道的尺度范围,得到像素级的暗通道求解尺度,兼顾大尺度求解色彩失真小和小尺度求解“光晕”失真小等优点。此外,针对暗通道去雾方法会使天空光估计点落到前景区域的问题,提出了一种改进的天空光估计方法,可使估计点鲁棒地落到与其物理意义相符的背景区域。对多种雾化场景图像的处理结果表明:文中方法适应性强、去雾效果自然,且对比度提升显著。
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