2015年第3期文章目次

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  • 1  红外非线性光学晶体磷化硅镉研究进展
    夏士兴 范叶霞 张月娟 苑利钢 韩隆
    2015, 45(3):229-234.
    [摘要](692) [HTML](0) [PDF 1.24 M](730)
    摘要:
    介绍了红外非线性光学材料磷化硅镉晶体的性能特点,以及其多晶合成、晶体生长和光学参量振荡的研究进展情况。最后,指出了制约着大尺寸、高光学质量CSP单晶体生长的主要原因以及研制CSP单晶体的必要性。
    2  碲镉汞薄膜减薄工艺损伤层的评价方法及应用
    许秀娟,田震
    2015, 45(3):235-239.
    [摘要](553) [HTML](0) [PDF 983.61 K](513)
    摘要:
    碲镉汞薄膜减薄工艺损伤层的研究至关重要。本文阐述了可用于表征碲镉汞薄膜减薄工艺损伤层的评价方法,简要介绍了各个测试方法的原理和功能;并对评价方法进行了具体应用,得到了非常有价值的实验结果。这对碲镉汞薄膜减薄工艺损伤层的认识和后续的工艺优化具有非常重要的指导意义。
    3  大气条件下的激光主动成像仿真研究
    范有臣 赵洪利 孙华燕 郭惠超 赵延仲
    2015, 45(3):240-246.
    [摘要](696) [HTML](0) [PDF 1017.43 K](598)
    摘要:
    基于距离选通的激光主动成像能够克服被动成像的缺点在低光照的条件下对目标清晰成像。根据成像的基本过程和模块化思想,建立了激光成像链路的7个数学模型,分别是激光发射模型、目标模型、目标和平台的运动模型、大气模型、接收光学系统模型、ICCD成像模型和噪声模型,研究了目标反射激光能量在各环节的传递情况,仿真得到了大气条件下的激光图像,通过对比分析实验图像,验证了模型的正确性。
    4  微多普勒效应激光平衡外差探测特性研究
    郭力仁 胡以华 李政 徐世龙
    2015, 45(3):247-251.
    [摘要](615) [HTML](0) [PDF 1.43 M](652)
    摘要:
    面向远距离微多普勒效应探测,建立了激光平衡外差探测输出信噪比的数学模型,并在此基础上仿真对比了平衡外差探测和一般相干探测的信噪比,分析出在合理设置探测器结构参数情况下,平衡外差探测方法在提高信噪比上有明显优势特性。经过实验验证分析,接收信号经时频分析后较一般相干探测可读性更强,减小了特征提取误差,适用于远距离微动探测。研究为目标微动的实际遥感探测提出了一种高效可行的接收方法。
    5  收发一体式激光测速仪光反馈噪声的抑制
    张坤 刘吉 赵冬娥 张斌 李致成
    2015, 45(3):252-255.
    [摘要](543) [HTML](0) [PDF 1002.41 K](485)
    摘要:
    针对一种收发一体式激光测速仪信噪比低,导致灵敏度差的问题,提出了针对收发一体式激光测速仪光反馈噪声抑制的方法。通过调整出射窗角度来减少镜面反射,增加光阑减少进入半导体激光器中的杂散光光通量,调节原向反射屏与半导体激光器间的相对位置关系等具体方法,有效地降低了光反馈噪声对信号的影响。验证实验表明通过对光反馈噪声的抑制,较好地改善了测试系统的信噪比,在工程实践中可提高该系统的动态范围以及小信号的识别能力。
    6  三维激光水面漫反射能量分布特性研究
    席沛丽,李恪
    2015, 45(3):256-261.
    [摘要](482) [HTML](0) [PDF 1.11 M](487)
    摘要:
    为了提高卫星海色遥感技术在实际应用中的效率,对不同海况下,不同入射角度时的三维激光海面漫反射特性进行了建模仿真计算,并在实验室条件下对激光入射波动水面后产生的散射场的能量分布特性进行了研究。首先,根据麦克斯韦尔方程和边界条件对散射场在各个方向上的分量之间的耦合关系进行了研究,并列出矩阵方程;然后,利用三维锥形波对入射激光束进行了模拟;最后,通过前后向迭代法结合谱加速方法求解矩阵方程,得出三维双站散射系数,并通过实验对仿真结果加以验证。结果表明该方法能够准确地表示波动水面的三维激光漫反射特性,为进一步研究三维激光海面漫反射特性奠定了基础。
    7  22 μm波段多波长可调谐光纤激光器研究
    钟敬武 马万卓 张鹏 贾青松 王天枢
    2015, 45(3):262-265.
    [摘要](689) [HTML](0) [PDF 1.11 M](508)
    摘要:
    设计了一种基于马赫-曾德(M-Z)光纤干涉滤波器的可调谐多波长掺铥环形光纤激光器,M-Z光纤滤波器由两个3 dB耦合器级联构成,通过光纤耦合器接入环形腔中,并利用Sagnac光纤反射镜实现反射式滤波。实验利用一个发射功率为250 mW的1573 nm光纤激光器作为泵浦源,通过一个1570/2000 nm波分复用器(WDM)注入一段4 m长单模掺铥光纤(TDF)中获得2 μm波段光增益。环形腔内加入偏振控制器(PC)调节腔内损耗,实现了2 μm波段可调谐多波长输出,观测到最多3个波长激光。Abstract:
    8  液体冷却大面泵浦板条激光器的波前畸变研究
    刘善超 刘洋 刘磊 王喆 赵鸿
    2015, 45(3):266-270.
    [摘要](631) [HTML](0) [PDF 1.46 M](681)
    摘要:
    固体激光器中热效应引起的波前畸变影响了高光束质量,高功率的激光输出,限制了它在当代工业加工和科学研究领域的应用发展。以激光波前畸变的产生机理和液体冷却大面泵浦板条激光器的优势为切入点,利用哈特曼-夏克波前探测器进行一系列的波前畸变测试,通过对静态波前畸变量和动态波前畸变量等结果进行数据分析,对影响结果的因素进行分析,并提出改进意见,以期望进一步减少液体冷却大面泵浦板条激光器的热效应。
    9  主喷管总温对MGDL小信号增益系数的影响
    翟小飞 周进 赖林
    2015, 45(3):271-275.
    [摘要](515) [HTML](0) [PDF 1.55 M](335)
    摘要:
    在国内外数值模拟工作的基础上,建立了更加准确的“混合型气动CO2激光器(简称MGDL)”增益场计算程序。利用该程序,一方面研究了基于筛形喷管的混合型气动CO2激光器光腔中的小信号增益分布规律;另一方面着重研究了主喷管入口总温对基于筛形喷管的混合型气动CO2激光器小信号增益系数的影响规律。计算结果表明:当其他参数不变时,主喷管入口总温存在一个最佳值,使得光腔中的小信号增益系数最大;当主喷管入口总温小于这个最佳值时,随着主喷管入口总温的增加,光腔中相同位置处的小信号增益系数逐渐增大;当主喷管入口总温大于这个最佳值时,随着主喷管入口总温的增加,光腔中相同位置处的小信号增益系数逐渐减小。此外,分析了主喷管入口总温对小信号增益系数的影响机制。
    10  硅基MEMS红外光源制造及其辐射特性研究
    曹嘉峰 孙玉虹 王成 孔龄婕 陈晓勇 许卓 丑修建
    2015, 45(3):276-280.
    [摘要](442) [HTML](0) [PDF 1023.80 K](418)
    摘要:
    结合现有微机电系统(MEMS)制造工艺加工设计了一种新型的硅基MEMS红外辐射光源,该光源采用辐射功能层悬浮结构,主要包括微米量级多晶硅辐射层、重掺杂单晶硅反射层、二氧化硅保护层、支撑层和金属电极层;采用硼离子注入技术对多晶硅辐射层进行掺杂改性,实现多晶硅辐射层良好的电阻加热和体辐射效应;采用光谱辐射计对MEMS红外光源辐射光谱进行测试,显示光谱辐射波段为2~14 μm;光源驱动电压为5.8 V时,电光转化效率达9.76%,光源开启时间约为20 ms,关断时间约为10 ms,总驱动响应时间为30 ms。
    11  基于近似模型的可见光探测器结构轻量化设计
    杨维 高云国 王林波
    2015, 45(3):281-286.
    [摘要](491) [HTML](0) [PDF 1.11 M](302)
    摘要:
    为在保证可见光探测器成像质量的前提下减少其总体质量,构建了一种基于近似模型技术的轻量化方法。采用拉丁超立方试验设计方法进行样本数据的采样,同时,为提高计算效率并获得较好的计算精度,将基于多项式拟合的响应面近似模型和基于移动最小二乘拟合的响应面近似模型引入到可见光探测器轻量化设计中,并针对该结构建立了数学模型,利用序列二次规划法对该优化问题进行求解,避免了传统优化设计方法计算量大,且在处理非线性系统优化问题时易导致收敛缓慢甚至不收敛的缺点。最后,通过实验的方法对轻量化后的可见光探测器结构的刚度性能进行了验证。实验结果表明该可见光探测器轻量化方案满足设计指标要求。
    12  锑化铟光电探测器的远距离激光干扰研究
    罗威 董文锋 许鹏程 杨华兵
    2015, 45(3):287-291.
    [摘要](624) [HTML](0) [PDF 952.84 K](730)
    摘要:
    激光器性能(功率、波长、发散角等)、激光大气传输特性等直接影响激光对光电探测器的远距离干扰效果。测量得到锑化铟光电探测器的光谱响应曲线及饱和功率密度阈值曲线,利用MODTRAN软件分析了两种特定传输路径下大气传输透射率随激光波长的变化曲线。结合中红外波段激光器的发展现状,分析了特定激光器的大气传输透射率,计算得到了利用氟化氘激光器和光参量振荡器有效干扰锑化铟探测器所需的激光功率阈值。
    13  可燃材料对自燃型诱饵剂红外辐射性能的影响
    王鹏 关华 宋东明,郜永 窦春玉
    2015, 45(3):292-295.
    [摘要](500) [HTML](0) [PDF 1.06 M](437)
    摘要:
    为提高某种金属粉(代号TZ)与氟橡胶为基的自燃型诱饵剂的红外辐射强度,采用药剂中添加钛(Ti)粉、硼(B)粉的方法,借助红外热像仪对诱饵剂燃烧及红外辐射特性进行了实验研究。结果表明,添加Ti粉、B粉均能够减少诱饵剂燃烧时间,提升其红外辐射性能。Ti粉和B粉添加比例分别为8%和10%时,诱饵剂燃烧时间最短,Ti粉能够把诱饵剂燃烧时间从60 s减少至40 s,B粉可将其减少至32 s;且此比例下诱饵剂的燃烧温度、红外辐射亮度和辐射强度均达到极值。这说明燃烧剂的加入可以有效提高诱饵剂的辐射性能,B粉的影响要大于Ti粉对诱饵剂辐射性能的影响。
    14  空间稳像系统摆镜的一种新型拓扑优化方法
    王洪伟
    2015, 45(3):296-300.
    [摘要](397) [HTML](0) [PDF 1.27 M](306)
    摘要:
    针对于空间稳像系统摆镜的面型精度保持问题,实现摆镜的轻量化设计,在直径110 mm圆平面反射镜的设计过程中将机械结构拓扑优化引入到光学器件设计领域。对背部减重部分进行了拓扑优化设计。对拓扑优化设计的原理和方法做了较为详细的介绍。吸收了变密度法中的SIMP(Solid Isotropic Material with Penalization)插值算法和RAMP(Rational Approximation of Material Properties)插值算法的思想,提出了一种新型惩罚中心可调节的ASMP(Adjusted Solid Material with Penalization)插值算法,并对各种插值算法进行了仿真。仿真结果证明,基于本文提出的新型ASMP插值算法的拓扑优化结果正确可靠,有一定的优越性。同时使用新型方法对摆镜进行了优化,并与其他设计结果进行了比对,结果显示新型拓扑优化结果能够较大程度地提高面型精度,使用起来更加灵活方便。新型差值算法的提出是对现有拓扑优化的插值算法进行了补充完善,也为后续参数优化设计奠定了基础。
    15  可见光、中/长波共口径共焦距光学系统设计
    高明 刘彬彬 刘钧 吕宏
    2015, 45(3):301-306.
    [摘要](414) [HTML](0) [PDF 1.59 M](381)
    摘要:
    为满足系统对环境探测的高分辨力、高准确性,提高光学系统在复杂环境下的探测能力,同时针对多波段光学系统光路转换速度慢、不同波段目标信息存在差异的问题,设计了一种可见光、中/长波三波段共口径、共焦距光学系统。三个波段共用一组光路,系统同时接收可见光、中/长波三个波段的目标信息,通过焦距补偿使得三个波段焦距相等,提高三个波段目标信息的一致性。系统焦距为12 mm,视场为36°,可见光波段在奈奎斯特频率为80 lp/mm时传函值高于0.53,中红外波段在奈奎斯特频率为20 lp/mm时传函值高于0.5,长红外波段在奈奎斯特频率为20 lp/mm时传函值高于0.36,系统整体成像质量良好,在-40~60℃温度范围内对系统消热差。:
    16  光学窗口的抗振结构优化分析
    孙昌锋,张兴德,李荣刚,刘琳,杨加强,彭晴晴
    2015, 45(3):307-310.
    [摘要](435) [HTML](0) [PDF 1.30 M](580)
    摘要:
    作为航空侦察设备中的重要组成部分,光学窗口材料昂贵,加工周期长,而其工作环境非常恶劣,所以如何提高其环境适应性就显得尤为重要。据统计,振动是其失效的主要原因。本文以某工程项目中使用的试验窗口为例,以提高抗振能力为目的,通过理论分析,找出其改善措施,然后通过Ansys Workbench进行有限元仿真,最终得出的分析结果及半实物仿真试验均验证了此措施的可行性。
    17  光学微球腔尾纤曲率敏感特性研究
    商成龙 唐军 谢成峰 张天恩 雷龙海 王明焕 郭泽彬 郭浩 刘俊 薛晨阳 张文栋
    2015, 45(3):311-314.
    [摘要](734) [HTML](0) [PDF 1.05 M](289)
    摘要:
    光学微球谐振腔由于其超高的Q值及极小的模式体积等优点,在高灵敏度传感和光通信等方面得到了广泛的研究,理论分析了尾纤弯曲产生的应力双折射,并分析了其对微球腔谐振特性的影响。定量地改变尾纤弯曲曲率,测试微球腔的谐振波长,研究了微球腔尾纤对弯曲曲率的敏感特性。实验结果表明,光学微球腔尾纤弯曲影响着微球腔的谐振模式,能够导致谐振波长变化,随其弯曲曲率的变大,微球腔的谐振波长持续红移,能够用来测量曲率。
    18  抑制背景电流的红外焦平面单元读出电路
    潘银松 宋晓亮 何晓龙 麻银金
    2015, 45(3):315-319.
    [摘要](502) [HTML](0) [PDF 1.22 M](675)
    摘要:
    随着非制冷红外焦平面阵列技术的发展,红外读出电路的设计变得越来越重要。设计了一种带有背景电流抑制功能的红外焦平面单元读出电路,该读出电路在改进后的第一代开关电流电路的基础上实现背景电流抑制功能。详细阐述了该系统电路的整体架构和工作原理,并用Spectre仿真软件实现了电路的仿真。结果表明该方案可以抑制背景电流,实现红外读出功能。
    19  基于AFE4400的脉搏血氧饱和度检测系统
    徐盼盼 徐冰俏 徐文龙
    2015, 45(3):320-324.
    [摘要](679) [HTML](0) [PDF 1.22 M](1543)
    摘要:
    系统设计中介绍了一种基于TI(Texas Instruments)AFE4400集成芯片的血氧模拟采集电路,并以TivaTM Cortex-M4为处理器的脉搏血氧饱和度检测系统的设计方案。采用AFE4400简化了电路设计、降低了系统功耗、减小了电路尺寸,从而降低系统成本、提高便携性,同时可以提高系统定标一致性。TivaTM Cortex-M4具有足够的处理能力和存储空间,便于信号处理算法的实现和数据存储。系统设计过程中对比了几种基于小波变换的滤波算法去噪效果,充分利用TivaTM Cortex-M4处理能力,在系统中完成了对血氧信号较优地去噪处理。系统原型样机经调试后,实现了脉搏血氧饱和度检测的功能。
    20  基于Kinect传感器的红外场景增强
    宋晓炜 刘清丽 杨蕾 刘洲峰 王中元
    2015, 45(3):325-330.
    [摘要](712) [HTML](0) [PDF 1.97 M](580)
    摘要:
    针对Kinect红外图像噪声大、对比度低等问题,通过对其进行特征分析提出了增强Kinect红外场景的方法。首先,通过OCTM线性规划方法提高红外图像对比度;其次,结合Kinect红外场景的频域特征,找到噪声频率;最后运用频域带阻滤波器和双边滤波相结合的方法对图像进行图像增强,进而达到去除噪声的同时保持边缘细节的效果。为验证方法的有效性和实用性,对不同客观条件下的红外场景进行了实验,并对多组实拍场景进行了主观和客观方面的测试。通过实验和测试,证明此方法能有效增强Kinect红外场景,且在去噪同时很好地保留了图像边缘信息。
    21  基于分形曲面尺度斜率特征的弱小目标检测
    张心心,顾静良,何山,张凤荔
    2015, 45(3):331-334.
    [摘要](312) [HTML](0) [PDF 3.21 M](521)
    摘要:
    鉴于弱小目标检测所固有的难点及常用的检测方法不能准确、稳定地检测出目标,提出了运用分形曲面尺度斜率特征检测弱小目标的方法。通过实际数据分析可以得出:相比常用的分形维数和分形拟合误差等检测特征,分形曲面尺度斜率特征在表征人造目标与自然背景的差异上更加明显,在抗图像噪声干扰上也更为优异,有着更强的鲁棒性。该方法普遍适用于检测自然环境中的弱小目标,尤其在对空弱小目标方面,检测概率更高。无论背景、飞行姿态、目标类型发生怎样的变化,经本文算法运算后只需一步简易的分割就可以检测出微弱暗小目标。
    22  基于特征值的激光成像雷达目标识别算法
    李春苗,高剑波,杨镇源,周昕,张华,冷杰,宋昭
    2015, 45(3):335-338.
    [摘要](286) [HTML](0) [PDF 1.06 M](508)
    摘要:
    提出了一种基于特征值的激光成像雷达目标识别算法。首先从激光成像雷达中获取目标场景的距离像,将场景中各个目标分离,分别提取各个目标距离像的特征值,然后用网格搜索算法对支持向量机参数进行优化,最后应用支持向量机对分离出来的三种目标进行分类识别。仿真实验表明:该方法简单易于实现,识别效果较好。

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