2015年第5期文章目次

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  • 1  3 μm光纤激光器的研究进展
    杨伟 段云锋 王强 张秀娟 邓明发
    2015, 45(5):471-475.
    [摘要](668) [HTML](0) [PDF 999.18 K](604)
    摘要:
    3 μm波段的激光在激光医疗等领域发挥着重要的作用,同时鉴于光纤激光器的突出优点,使研究3 μm波段的光纤激光器具有极高的应用价值。本文从不同的掺杂稀土离子角度对3 μm波段光纤激光器的工作原理和研究状况进行了简要概述,介绍了几种不同离子掺杂的ZBLAN光纤激光器。最后分析了当前3 μm波段光纤激光器发展所面临的问题和今后的研究方向。
    2  VGF法生长半导体晶体的研究进展
    范叶霞
    2015, 45(5):476-482.
    [摘要](554) [HTML](0) [PDF 1.23 M](1161)
    摘要:
    VGF法可实现晶体生长条件可控,晶体重复性好,所生长晶体尺寸大、位错密度低、应力小,是一种很有前景的晶体生长方法。本文综述了VGF法生长半导体晶体、数值模拟和磁场应用的国内外研究进展。
    3  基于PPMgOLN绿光微片激光器的散斑抑制
    韩啸,缪龙,周煌,冯新凯,邹小林,陈怀熹,宋国才,梁万国
    2015, 45(5):483-486.
    [摘要](602) [HTML](0) [PDF 1.19 M](402)
    摘要:
    提出了一种将激光耦合入多模光纤后,利用改变多模光纤长度并结合振动光纤的方法来抑制散斑的方法。介绍了抑制散斑的相关理论及实验验证方法。实验中采用自主研发的基于PPMgOLN晶体的高效紧凑型微片绿光激光器作为激光光源,经过CCD相机采集屏幕上的散斑图像,通过图像处理,得到了相同型号的多模光纤在不同长度下,光纤在振动与不振动时,图像散斑对比度的变化趋势及在屏幕上的强度分布,从理论上分析了产生该变化趋势及强度分布情况的原因。实验所得的图像散斑对比度在4.7%左右,满足视觉观察的要求。
    4  激光高阶回馈微位移测量系统设计及误差分析
    曾召利 屈学民 文峻 李维娜 张敏
    2015, 45(5):487-491.
    [摘要](392) [HTML](0) [PDF 805.31 K](326)
    摘要:
    设计了一套基于激光高阶回馈效应的微位移测量系统,介绍了其工作原理,给出了系统中光学单元、机械单元和信号处理及细分单元的设计方法及关键参数。对设计完成的测量系统与PI位移台进行了比对测试,实验结果表明系统的分辨率达到0.7 nm,并对测量系统进行了误差分析。激光高阶回馈微位移测量系统不但分辨率高,而且还具有结构简单和性价比高等优点,在精密位移测量中具有广泛的应用前景。
    5  一种新型窄线宽掺铒光纤激光器
    赵冉冉 何巍 祝连庆
    2015, 45(5):492-495.
    [摘要](434) [HTML](0) [PDF 997.35 K](439)
    摘要:
    为了实现稳定的窄线宽激光输出,设计了一种基于有源光纤环形滤波器的窄线宽掺铒光纤激光器,对其系统原理和实验分析进行了讨论。在环形腔中熔接一支分光比为50∶50的2×2熔融拉锥型耦合器,并且通过在该耦合器另外两端熔接一段长2 m的有源光纤,构成有源光纤环形滤波器,实现压窄线宽的目的。实验结果表明,在熔接环形滤波器后,输出激光边模得到明显抑制;在0~400 MHz频谱范围内,激光工作在单纵模运转状态;输出激光的3 dB线宽为3.4 kHz。
    6  全固态561nm单谱线激光器研究
    张帆,高兰兰,马威,董小龙
    2015, 45(5):496-499.
    [摘要](480) [HTML](0) [PDF 1.02 M](349)
    摘要:
    采用5 W激光二极管端面抽运Nd∶YAG晶体,通过设计合理的谐振腔膜系,再分别利用双折射滤波器和标准具获得单一谱线基频光,采用长度为10 mm的Ⅰ类临界相位匹配LBO晶体进行倍频,获得稳定的561 nm单谱线输出。理论分析了双折射滤波器和标准具抑制其他竞争谱线的过程,发现使用双折射滤波器可以获得更窄线宽的输出,而使用标准具获得的输出功率更高,理论与实验相符。在泵浦功率为4.8 W时,分别获得227 mW和254 mW的561 nm单谱线输出。斜效率分别为6%和6.68%。
    7  大功率激光器巴条热特性研究
    孟庆辉 冯士维 贾京 张亚民 乔彦彬 岳元
    2015, 45(5):500-504.
    [摘要](508) [HTML](0) [PDF 1.11 M](728)
    摘要:
    利用半导体激光器结电压随温度变化关系,测量了大功率激光器巴条的稳态温升曲线,并用红外热成像方法进行了验证。同时采集到的稳态温升曲线结合结构函数方法,可以得到激光器巴条热量传递路径上各层结构的热阻。然后通过测量激光器巴条的热阻可以得到其光转换效率,,施加在半导体激光器巴条上的工作电流越大,其热阻越小,光转化效率越高,与半导体激光器测试仪测量的光转换效率的变化一致。
    8  1.3 μm InGaAsSb/GaAsSb量子阱激光器有源区结构设计
    何斌太,刘国军,魏志鹏,刘超,安宁,刘鹏程,王旭
    2015, 45(5):505-508.
    [摘要](573) [HTML](0) [PDF 1.06 M](567)
    摘要:
    为了研制满足光纤通讯需求的高性能半导体激光器,对压应变InGaAsSb/GaAsSb量子阱激光器有源区进行了研究。根据应变量子阱能带理论、固体模型理论和克龙尼克-潘纳模型,确定了激射波长与量子阱材料组分及阱宽的关系。基于Lastip软件建立了条宽为50 μm、腔长为800 μm的半导体激光器仿真模型,模拟器件的输出特性,讨论了量子阱个数对器件光电特性的影响。结果表明:当量子阱组分为In0.44Ga0.56As0.92Sb0.08/GaAs0.92Sb0.08、阱宽为9 nm、量子阱个数为2时,器件的性能达到最佳,阈值电流为48 mA,斜率效率为0.76 W/A。
    9  基于环形光路纳秒激光脉冲展宽技术研究
    段存丽,闫琪
    2015, 45(5):509-513.
    [摘要](596) [HTML](0) [PDF 1.50 M](531)
    摘要:
    从理论上分析了影响激光脉冲宽度的因素,建立了脉冲展宽与各影响因素之间的数学模型。通过Matlab软件模拟分析了不同因素对脉冲展宽的影响,分析得出在一定条件下,脉冲展宽效果最佳时分束镜反射率R=0.38,光学腔长L=940 cm。对Nd∶YAG脉冲激光器纳秒激光进行了脉冲展宽实验,测试了脉冲宽度随着泵浦电压的变化情况。选取了泵浦电压为730 V,分束镜R为0.38,在初始脉宽为37 ns的条件下通过改变腔长将激光脉冲分别展宽到37.5 ns,42 ns 和55 ns,实验数据与理论分析的误差分别0.98%,0.74%和2.1%。实验数据分析验证了建立的数学模型是可行的。
    10  磷化硅镉晶体光学参量振荡角度调谐范围分析
    夏士兴,范叶霞,苑利钢
    2015, 45(5):514-517.
    [摘要](561) [HTML](0) [PDF 2.23 M](299)
    摘要:
    理论计算了泵浦波长1.064 μm、1.55 μm、1.98 μm、2.05 μm和2.50 μm下,CSP晶体Ⅰ类和Ⅱ类两种匹配方式的角度调谐曲线。分析了CSP晶体在不同泵浦波长光学参量振荡下,激光输出波长与相位匹配角之间的对应关系。研究表明:(1) 波长1.064 μm泵浦时,CSP晶体Ⅰ类匹配可实现6.0~6.5 μm波长激光输出,角度调谐范围为79.6°~90.0°;(2) 波长1.55 μm、1.98 μm、2.05 μm和2.50 μm泵浦时,CSP晶体均可实现波长3.0~5.0 μm和6.0~9.0 μm激光输出。
    11  钢板表面裂纹的脉冲涡流热成像定量检测
    胡德洲 左宪章 张玉华 王建斌
    2015, 45(5):518-523.
    [摘要](631) [HTML](0) [PDF 1.39 M](556)
    摘要:
    裂纹是钢铁材料的常见缺陷之一,研究了脉冲涡流热成像技术对钢板表面裂纹的定量检测。对带有表面浅槽型裂纹的45#钢进行了感应加热实验,分析了裂纹附近的温度分布和温度响应。与温升大小相比,温度响应的曲线形态与裂纹深度间的定量关系更加清晰,曲线的形态特征可由傅里叶积分的基频相位提取。引入最小二乘支持向量机完成了裂纹几何轮廓的重构,比较了将裂纹的相位轮廓和温度轮廓分别作为支持向量机输入时的重构结果,发现相位轮廓更加适用于表面裂纹的定量检测。
    12  ATP跟瞄系统中位置敏感探测器测量精度研究
    颜超超 刘瑾 杨海马 张亮
    2015, 45(5):524-531.
    [摘要](636) [HTML](0) [PDF 1.38 M](420)
    摘要:
    为满足星-地量子通信中ATP跟瞄系统对二维位置敏感探测器(PSD)的精密性、实时性、可靠性的要求,基于LabVIEW设计了PSD精度测量与误差修正系统。首先,采用驱动平台带动激光光源,通过扫描PSD光敏面,获得电压值并计算出光斑位置,分析非线性成因,采用多项式拟合法建立实际值与测量值间的数学模型,得到非线性修正函数。然后,结合光学三角测量对被测物体进行微位移和角度测量,并对测量结果进行误差修正。实验结果表明,经过修正后PSD位置误差显著减小,满足系统对PSD的需求,通过LabVIEW软件编程提高了系统的测试效率。
    13  基于偏振调制型全光纤电流互感器的研究
    方浚丞,陆安山
    2015, 45(5):532-537.
    [摘要](350) [HTML](0) [PDF 1.03 M](257)
    摘要:
    随着电力系统输电电压等级和传输容量的不断提高,传统的电磁式电流互感器暴露出诸多问题已难以满足当今社会的需要。本系统通过对光纤电流互感器的理论基础进行了深入的研究,并在此基础上建立了光纤电流互感器数学模型;根据模型设计了光纤电流互感器光路系统,并根据光路特点选择了相关器件;根据光路系统输出信号的特点,设计了激光器驱动电路和光纤电流互感器信号检测电路,对检测电路的性能进行了单独测试;最后,设计了光纤电流互感器准确度测试系统,并对所设计的光纤电流互感器系统进行了整体测试。测试结果表明,在相同的测试环境下,该光纤电流互感器的输出具有极好的线性,测试结果符合IEC 0.2S级。
    14  近红外荧光扫描用共聚焦光学系统设计
    罗刚银 王弼陡 缪鹏 王磊 田浩然 钱庆 王钟周
    2015, 45(5):538-544.
    [摘要](619) [HTML](0) [PDF 1.44 M](625)
    摘要:
    为了实现近红外荧光的高分辨率扫描,设计了用于近红外荧光扫描的激光共聚焦光学系统。采用复消色差显微物镜结构设计了物镜,采用凹凸双透镜结构设计了点光源光路和照明光路,采用柯克物镜结构设计了发射光路,并采用ZEMAX软件进行了光学设计和仿真。实验表明:物镜的数值孔径为0.42;点光源光路的焦点弥散斑小于0.2 μm,将圆形光斑激光很好地转换成了点光源,其离焦弥散斑的直径小于40 μm,满足照明针孔的尺寸要求;照明光路的焦点弥散斑小于1 μm,且焦点弥散斑的能量在2 μm范围内超过了83%,因此焦点光斑的能量集中度很高;发射光路的离焦弥散斑的直径小于100 μm,满足照明针孔的尺寸要求;同时照明光路和发射光路都具有较高的光学传输效率。该激光共聚焦光学系统具有数值孔径较大、工作于近红外光谱区、分辨率高的优点。
    15  基于等效弹簧式柔性连接的摆镜模态分析
    王洪伟
    2015, 45(5):545-548.
    [摘要](481) [HTML](0) [PDF 1.08 M](465)
    摘要:
    针对空间稳像系统摆镜的柔性连接方式,提出了使用多个等效弹簧单元替代原有的柔性连接的有限元分析方式。对等效弹簧与原弹簧的弹性系数的对应关系进行了推导,使用等效弹簧的方式对摆镜系统完成了有限元建模,并进行了模态分析,计算出了一阶谐振频率。最后用非接触式激光共振检测系统对摆镜系统进行了检测,并将检测结果与模态分析结果进行了对比,结果表明,基于等效弹簧式柔性连接的摆镜有限元建模方法切实有效。为摆镜的后续设计提供建设性参考,对类似的工程分析具有十分重要的借鉴意义。
    16  基于MTF的光电成像系统建模仿真
    张发强,张玉发,邓强,程正东,朱斌
    2015, 45(5):549-554.
    [摘要](520) [HTML](0) [PDF 908.13 K](663)
    摘要:
    根据光电成像系统时域和频域特点,在分析调制传递函数的基本理论之后,提出了建立基于MTF的光电成像系统模型,通过分析光电成像系统中的各个环节的传递函数,最终计算得到了系统总的MTF,结合具体的仿真实验,验证了该方法的合理性,可以为光电成像系统设计提供理论依据。
    17  一种基于PIR的对瞄测距定位方法研究
    侯爽,杨卫,刘前进
    2015, 45(5):555-558.
    [摘要](562) [HTML](0) [PDF 824.79 K](576)
    摘要:
    针对目标以不同角度运动时,采用峰峰值时间差法测距所得到误差较大,以及部分角度处的测量值严重偏离真实值的情况,提出了一种利用两个静态红外传感器在对瞄情况下进行目标定位的方法。这种方法首先把两个PIR置于同一直线、同一高度上、相距30 m进行对瞄,当目标垂直和斜切穿过PIR的探测视场时,对瞄的PIR测得距离值并相互修正。实验结果表明,在对瞄情况下,提高了峰峰值时间差法的精度。
    18  脉冲展宽对紫外光通信误码率的影响
    强若馨 赵尚弘 刘韵
    2015, 45(5):559-563.
    [摘要](437) [HTML](0) [PDF 1.13 M](270)
    摘要:
    紫外激光散射通信会引起严重的脉冲展宽效应,由此导致的码间串扰会引起通信误码率。利用紫外光传输模型计算接收信号的时域分布;对“1”码和“0”码包络的概率密度分布按照“11”、“10”、“01”和“00”组合进行卷积,得到在采样时刻两侧相邻码元串扰量的概率密度函数。在引起误码临界值到采样时刻串扰量范围内,对概率密度函数进行积分可得上述4种情况的串扰引起误码的概率。仿真结果表明:距离5 km的直视通信符号速率须小于9.25×107 Baud;距离1 km的非直视通信在收发端仰角同为20°、30°和40°时,对应的符号速率须小于4.0×107 Baud、6.0×106 Baud和3.6×105 Baud。因此,若紫外激光用于低速无线光通信领域可忽略码间串扰的影响。
    19  基于IQ/CD的单光子载波矢量信号传输系统设计
    查文刚,杨真
    2015, 45(5):564-567.
    [摘要](525) [HTML](0) [PDF 938.36 K](561)
    摘要:
    提出并验证了一种使用单光子载波、基于IQ调制和相干检测的新方法来传输两个矢量信号,单光子载波上的同一个偏振态光携带IQ调制信号,具有正交偏振状态的光载波直接通过光波调制光波传输,两个正交极化波的光发送到相干检测器中解调。仿真实验了在25 km单模光纤两个QPSK信号以数据率为1Gbps传输时的传输性能。
    20  大功率半导体激光器温度控制系统的设计
    崔国栋 吕伟强 郑毅
    2015, 45(5):568-570.
    [摘要](452) [HTML](0) [PDF 900.58 K](757)
    摘要:
    光电应用领域对温度控制的精确性和稳定性有很高的要求。本文基于C8051F021单片机,改进PID控制算法,设计了大功率半导体激光器温度控制系统,解决了传统大功率半导体激光器温控系统控温时间长、精度低、稳定性差等问题。实验结果表明:其控温精度可达±0.1 ℃。
    21  太赫兹硅基微环谐振器的设计与分析
    潘武 周亚婷 邓珊 程彩玲
    2015, 45(5):571-575.
    [摘要](309) [HTML](0) [PDF 1010.73 K](629)
    摘要:
    设计了一个工作频率在太赫兹大气传输第一窗口的硅基波导型微环谐振器。利用传输矩阵法和耦合模理论计算微环谐振器的传输函数,并对波导耦合系数进行分析,获得微环谐振器的临界耦合条件。采用时域有限差分法分析微环谐振器的性能参数,并与串联双环谐振器性能参数相比较。结果表明:单环谐振器的自由谱宽范围为27 GHz,插入损耗为0.3 dB。单环与双环谐振器的响应谱线形状因子分别为0.16和0.52,即串联双环谐振器使谐振谱线顶端更平坦,滚降度增高。Abstract:关键词:
    22  基于特征确定性的目标跟踪算法
    李志国 顾鑫 祝树生 王小辉 刘百奇
    2015, 45(5):576-579.
    [摘要](287) [HTML](0) [PDF 1.00 M](451)
    摘要:
    利用粒子空间分布和粒子观测概率信息定义了一种目标特征的确定性度量方法,将该度量应用到传统的多特征融合跟踪算法中,实现了目标特征加权值的自适应调整,使得不同场景及外部干扰条件下各种目标特征信息对跟踪结果的贡献达到最优。试验表明,基于确定性度量的跟踪算法较传统的单一特征跟踪及固定加权值的多特征融合跟踪算法有着更好的鲁棒性。
    23  基于局部特征的猫眼效应目标识别方法
    杨岳青 李丽
    2015, 45(5):580-583.
    [摘要](251) [HTML](0) [PDF 3.04 M](416)
    摘要:
    为了提高猫眼效应目标识别的准确性和速度,提出了一种基于局部特征的猫眼效应目标识别方法。该方法充分利用图像中猫眼效应目标区域的特征,去除背景干扰,识别出效应目标。试验结果表明,与基于压缩感知的猫眼效应目标识别方法相比,该方法在近距离识别时有更高准确性,识别速度更快。
    24  红外热波无损检测图像噪声分析与抑制
    王冬冬 田干 杨正伟 陶胜杰 张炜
    2015, 45(5):584-588.
    [摘要](259) [HTML](0) [PDF 1.01 M](532)
    摘要:
    分析了红外热波检测图像中噪声生成机理,针对图像的噪声去除增强问题,提出了一种改进的非线性偏微分方程的热波检测图像去噪增强方法。对偏微分方程在图像处理应用中的理论基础进行研究,针对现有的偏微分方程模型在图像去噪中存在的问题,并结合热波图像的特点,改进相应的偏微分方程数学模型,在此基础上对获得原始热图进行编程处理,试验结果表明:经过处理后的图像信噪比提高,对比度得到了改善,为后续的缺陷提取及损伤识别奠定了基础。
    25  基于水平集算法后向散射的运动目标轮廓提取
    范有臣 赵洪利 孙华燕 郭惠超 赵延仲
    2015, 45(5):589-594.
    [摘要](252) [HTML](0) [PDF 1.54 M](515)
    摘要:
    基于距离选通的激光主动成像系统在大气条件下对运动目标成像时,为了在更大范围内搜索跟踪目标,距离选通初始门宽通常在微秒量级,进而引起后向散射,严重影响了系统对目标的识别与提取。文中首先分析了基于距离选通的激光主动成像系统,在此基础上引入距离信息实时跟踪运动目标,研究了不同选通门宽引起的后向散射对图像质量的影响,提出了一种基于Sobel算子和GAC模型的目标轮廓提取算法,将Sobel边缘检测的结果引入水平集边界停止函数,为水平集的曲线演化提供参考依据。实验结果表明,提出的水平集算法能够克服严重后向散射干扰影响提取目标轮廓,目标提取精度在0.9以上,高于GAC、LIF、LBF等经典水平集算法。

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