2015年第6期文章目次

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  • 1  有机聚合物光波导制作工艺综述
    刘涛 李志山 蒋志 杨敏 王书荣
    2015, 45(6):599-604.
    [摘要](353) [HTML](0) [PDF 1.13 M](2802)
    摘要:
    有机聚合物光波导光互连已成为实现短距离计算通信设计目标的最佳解决方法。短距离光互连是未来互连方向,综合性能优良的聚合物多模光波导是光互连中的重要组成部分。有机聚合物光波导的制作工艺对光波导的性能具有重要影响,故此对有机聚合物光波导的制作工艺进行了综述,并提出了一些未来的研发方向。
    2  激光准直铬原子束三维仿真分析
    何芬 张文涛 熊显名
    2015, 45(6):605-610.
    [摘要](306) [HTML](0) [PDF 1.44 M](391)
    摘要:
    为了获得高准直度的中性铬原子束,设计了一个由三组激光束组成的激光准直场对高温铬原子束进行准直。应用蒙特卡罗随机方法模拟实际状态下原子的初始状态,更好地体现了实际状态中原子运动的不确定性以及原子同位素对实验的影响。以原子在激光准直场中的受力情况为依据,定量分析了实际状态中性铬原子束在激光准直场作用下的运动特性,及其在三维空间的运动轨迹和原子落点状态的三维分布。研究显示,经准直后铬原子束在x方向最大发散角减小至1.5 mrad,y方向最大发散角减小至1.6 mrad,且原子通量提高至准直前的两倍。研究结果不仅为实验提供了更详尽的数据资料,更为后续制作更精确的纳米光栅和纳米点提供了更理想的冷原子束。
    3  铝合金激光-MIG复合焊接头性能研究
    张德芬 王同举 刘奉麟,杨阳 李曾珍 谭盖 王松,孙宇良
    2015, 45(6):611-615.
    [摘要](271) [HTML](0) [PDF 1.32 M](239)
    摘要:
    探讨了激光与电弧相互作用后,焊缝中心上部和下部晶粒大小不同的原因,在此基础上研究了焊接速度的改变对6009铝合金接头的微观组织、拉伸性能、显微硬度的影响。结果表明:6009铝合金激光-MIG焊焊接接头的抗拉强度和延伸率随着焊接速度的增加而增加,拉伸试样的断裂位置由焊缝区转移到热影响区,断口呈现均匀分布的韧窝形貌,断裂机制为微孔聚集形断裂;焊缝中心上部晶粒小于焊缝中心下部,而且尺寸分布均匀。焊缝中心上部的显微硬度则高于焊缝下部。接头热影响区存在软化区,宽度为4~6 mm。
    4  基于Zigbee的新型激光模拟对抗训练系统设计
    吴蓬勃 杨斐 李莉 李学海
    2015, 45(6):616-620.
    [摘要](309) [HTML](0) [PDF 1.49 M](453)
    摘要:
    设计了一种基于Zigbee的新型激光模拟对抗训练系统。重点介绍了总体设计思想以及软硬件实现方案。系统硬件以STM32为核心,通过激光器将经过编码的信号发送到接收端,利用Zigbee无线模块实现了总站控制台、射击单元和靶位单元的数据互联互通。总站可实时监控训练态势、自动识别与评估双方毁伤情况、实时显示战场态势,为检验训练效果提供了重要科学手段。
    5  非扫描激光三维成像系统算法及工程实现
    张颖,司一冰,曹昌东,刘波,眭晓林
    2015, 45(6):621-624.
    [摘要](314) [HTML](0) [PDF 1.15 M](456)
    摘要:
    介绍了非扫描激光三维成像系统的工作原理和基本组成模块,通过采用FPGA+DSP硬件架构,构建了系统信号处理平台。实验结果表明,系统能够较好地完成图像的三维伪彩色显示。
    6  基于色散控制的主动锁模掺镱光纤激光器设计
    李根 陈淑芬 卢骏驰 付雷 邹正峰 孟彦斌
    2015, 45(6):625-630.
    [摘要](302) [HTML](0) [PDF 1.99 M](139)
    摘要:
    设计了一种基于色散控制的相位调制锁模掺镱光纤激光器。针对相位调制锁模中模式跳变现象,基于非线性薛定谔方程,建立了光脉冲在光纤激光器系统中演变的数学模型,通过数值仿真研究了色散对脉冲稳定性的影响。在光纤环形腔中加入光子晶体光纤实现色散补偿,解决了输出脉冲在两个相位差为π的模式间跳变引起的不稳定问题。在稳定锁模的前提下,进一步分析了激光器关键参数(非线性系数、小信号增益系数、调制频率和调制深度)对输出脉冲时域特性的影响。结果表明,在腔内平均色散为-19 ps2/km时,激光器工作在稳定锁模区域,产生重复频率4.918 GHz,脉宽2.54 ps的锁模脉冲,这对于后续实验中的优化设计具有指导性意义。
    7  脉冲镀金在半导体激光器中的应用及工艺优化
    吴涛
    2015, 45(6):631-634.
    [摘要](282) [HTML](0) [PDF 1.66 M](166)
    摘要:
    为提高半导体激光器芯片的焊接成功率以及器件的性能寿命,采用脉冲电镀技术在半导体激光器芯片P面沉积了厚金层,详细研究了镀金液pH值和电流通断比对镀金层组织形貌、表面粗糙度、内应力、沉积均匀性以及粘附力的影响规律。结果表明,表面粗糙度随pH值的升高或通断比的提高而增大。沉积均匀性随pH的增大先降低后升高,而随通断比的增大而变差。pH较大(> 10.0)或较小(< 8.5)时,镀金层粘附性均不理想。而通断比对镀金层的粘附性影响不大。不同条件下,金膜内应力均为张应力,大小为29~88 MPa。
    8  基于红外热成像技术的车厢内部火灾预警研究
    刘飞 陈海鹏 吴冬华 徐磊 刘晓华 谭华春
    2015, 45(6):635-639.
    [摘要](277) [HTML](0) [PDF 925.32 K](282)
    摘要:
    红外热成像技术是目前最为实用的火灾预警检测手段之一,可以有效提高列车车厢的运行安全。基于红外热像仪的原理及优点,结合动车组车厢较为狭长的特点,探讨红外探测器的镜头选择;提出了融合绝对温度和基于高度变化的火焰判定概率模型,提高了火焰检测的精度。在动车车组车厢环境中的测试验证了方法的有效性和稳定性,降低虚警。
    9  温度梯度对红外光学系统成像质量的影响
    姬文晨 张宇 黄攀 陈骥 贾钰超 李洪兵 来绩伟
    2015, 45(6):640-645.
    [摘要](384) [HTML](0) [PDF 1.24 M](583)
    摘要:
    利用有限元分析方法对温度梯度环境下的红外光学系统进行仿真分析,并对系统的成像质量进行了评价。利用ANSYS软件建立了某红外光学系统的有限元模型,分析了红外透镜在温度梯度作用下的镜面面形变化;用Zernike多项式拟合变化后的镜面面形数据,并将Zernike系数代入光学设计软件ZEMAX中,分析变形后光学系统的成像质量。结果表明,轴向温度梯度和径向温度梯度均会使光学元件的面形发生变化,使光学系统产生像差,导致系统的成像质量下降。在温度梯度相同时,径向温度梯度对成像质量的影响比轴向温度梯度更严重。
    10  Si基短波碲镉汞材料分子束外延生长研究
    王经纬 高达
    2015, 45(6):646-649.
    [摘要](318) [HTML](0) [PDF 1.18 M](462)
    摘要:
    报道了在中波工艺基础上,Si基碲镉汞分子束外延短波工艺的最新研究进展,通过温度标定、使用反射式高能电子衍射、高温计的在线测量和现有的中波Si基碲镉汞温度控制曲线建立及优化了Si基碲镉汞短波材料的生长温度控制曲线;获得的Si基短波HgCdTe材料表面光亮、均匀,表面缺陷密度小于3000 cm-2;基于此技术成功制备出了Si基短/中波双色材料。
    11  CdZnTe(211)B衬底对MBE外延碲镉汞材料的影响分析
    吴亮亮 侯晓敏 王丛 王经纬 刘铭 周立庆
    2015, 45(6):650-655.
    [摘要](333) [HTML](0) [PDF 1.14 M](511)
    摘要:
    碲锌镉CdZnTe(211)B衬底广泛应用于碲镉汞(HgCdTe)分子束外延生长,其性能参数在很大程度上决定了碲镉汞分子束外延材料的质量。主要讨论了CdZnTe(211)B衬底几个关键性能参数对碲镉汞外延材料的影响,包括Zn组分及均匀性、缺陷(位错、孪晶及晶界和碲沉淀)以及表面状态(粗糙度和化学组成),并且分析了对CdZnTe(211)B衬底进行筛分时各性能参数的评价方法和指标。
    12  空对地精确攻击瞄准光电转塔系统设计
    王昊鹏 刘泽乾 张会勇 刘成亮 李星宇
    2015, 45(6):656-662.
    [摘要](314) [HTML](0) [PDF 1.77 M](302)
    摘要:
    某些现役轰炸机均未配备能够实现全天候精确轰炸的光电瞄准系统,其轰瞄设备为纯光学目视老设备,夜间及复杂气象条件下无法观测目标,不能完成精确轰炸。为实现空对地的全天候精确攻击瞄准,本文根据国内光电转塔技术研究现状,设计了集热像仪、可见光摄像机和激光测距机于一体,通过对作用距离和稳定精度的计算和仿真,确立了光学接口板、稳定平台及控制电子箱等分系统的设计方案,并对稳定精度进行了仿真测试及校验。结果表明,本文设计的光电转塔系统可以实现空对地全天候的精确攻击瞄准,能够满足夜间及复杂气象条件下观测目标的要求,可以在现役机型上得到实际应用。
    13  星载差分吸收光谱仪CCD成像电路的设计及实施
    王煜 陆亦怀 赵欣 司福祺
    2015, 45(6):663-668.
    [摘要](296) [HTML](0) [PDF 1.24 M](484)
    摘要:
    星载差分吸收光谱仪通过获取地球大气或地表反射、散射的紫外/可见光辐射,监测大气痕量气体的全球分布。载荷使用4片面阵CCD作为探测器,对地观测、实时测量紫外可见波段光谱信息。其中CCD成像电路是电子学部件的核心,该电路的设计除完成通用CCD成像电路功能以外,还针对卫星空间有限和航天元件受限等特殊情况,采用了单板四通道、数字像元合并的方案。本文讨论了载荷CCD成像电路的设计实施过程,并重点论述了单板四通道和数字像元合并的设计特点。
    14  机载光电成像系统电磁兼容性设计
    李永刚 王平 李志强
    2015, 45(6):669-673.
    [摘要](329) [HTML](0) [PDF 1.21 M](422)
    摘要:
    为了提高机载光电成像系统抗电磁干扰能力,使其能适应复杂的战场电磁环境,对机载光电成像系统进行了电磁兼容性设计。采用屏蔽、滤波、接地等技术措施对系统中易产生或引起干扰的部位进行了电磁兼容性设计,并对电源线传导发射和电场辐射发射两项最容易超标的项目进行了测试试验。实验结果表明,机载光电成像系统经过电磁兼容性设计后,其电源线传导发射值降低了35 dBμV以上,电场辐射发射的辐射值降低了约27 dBμV/m,并且有较大的裕量。满足机载光电成像系统在复杂战场电磁环境下使用的要求。
    15  近红外1550 nm单光子探测器硬件电路设计
    高家利 汪科 盘红霞
    2015, 45(6):674-677.
    [摘要](486) [HTML](0) [PDF 3.10 M](922)
    摘要:
    针对现有单光子探测器模块价格昂贵和体积大的不足,设计了基于InGaAs/InP雪崩光电二极管(APD)的便携式单光子探测器,给出了探测器温控模块和偏置电压源的设计电路,门控信号的产生和雪崩信号的提取由FPGA完成。实验结果表明:在200 MHz门控条件且制冷温度为-55 ℃时,探测器的最大光子探测效率(PDE)约为16%,当探测效率为12%时,暗计数率(DCR)约为8.2×10-6/ns。
    16  基于GRIN透镜的内窥OCT探头设计
    盛守苗 朱永凯 张雪婷
    2015, 45(6):678-682.
    [摘要](383) [HTML](0) [PDF 1.19 M](624)
    摘要:
    提出一种用于在体活检的光谱OCT内窥探头的设计方案,能够实现对生物组织器官深度信息的在体内快速动态实时扫描成像,在临床医学领域具有广阔的应用前景。文中对探头的设计进行了理论分析,对探头的加工和测试进行了系统的阐述。针对传统的GRIN探头设计,本文探头的设计提高了光学质量和机械健壮性。对于OCT探头的成像质量依赖于单模光纤和GRIN透镜之间的距离(玻璃垫片长度),进行了建模和验证。实验得出将玻璃垫片长度控制在0.2 mm左右,探头可以达到2 cm左右的工作距离,工作距离范围内探头的远场光束发散角为0.0175°。
    17  高灵敏度、小视场角炮口焰红外触发器的研究
    雷挺 贺伟
    2015, 45(6):683-688.
    [摘要](313) [HTML](0) [PDF 1.25 M](479)
    摘要:
    传统红外辐射探测装置的调理电路由场效应管和高阻抗运放组成,探测灵敏度较低、输出不稳定且场效应管极易损坏,对红外辐射探测装置的可靠性带来负面影响,从而影响到弹药、武器系统的正常测试。本文采用运算放大器作为调理电路,使用带有瞄准具的小视场光学系统并整体设计红外辐射探测装置。采用差分信号输出,提高长距离传输脉冲信号能力,方便后续处理及直观观察,同时也有效提高了探测装置的灵敏度,抗干扰能力强、轻巧、适用于各种环境。
    18  使用微波作为副载波的光纤应力传感器
    夏超 周柯江
    2015, 45(6):689-692.
    [摘要](315) [HTML](0) [PDF 1.49 M](456)
    摘要:
    光纤应力传感器是以光纤传感技术为基础的应变、应力测量系统,具有重要的民用、军用价值。其中有一种能用于大型建筑物形变监测的传统的光纤应力传感器又叫SOFO。它使用迈克尔逊干涉仪作为信号解调器,因为需要扫描,所以响应时间较长。为了解决这一问题,出现了以微波作为副载波的应力传感器。但是其中使用的光环行器又引入了较大误差,使得系统性能不理想。本文分析了误差原因,并使用耦合器、相位比较器分别替代了环形器、乘法器,取得了良好的实验结果。
    19  基于交叉增益调制的全光单边带上变频研究
    丁小霞 程勇
    2015, 45(6):693-696.
    [摘要](272) [HTML](0) [PDF 1022.34 K](520)
    摘要:
    提出了一种基于交叉增益调制的全光单边带上变频新技术,对射频信号的全光处理具有独特优势,设计了单边带上变频的光载无线通信系统,并进行实验验证,仿真结果表明,在光纤上传输前后的眼图无明显差异,在经过长度超过25 km的光纤传输后,系统光功率损耗为1.8 dB,系统误码率为10-9。
    20  全固态卤化银光子晶体光纤传输特性研究
    孙虎 李稳 陆云清 陆懿,陈陶
    2015, 45(6):697-701.
    [摘要](321) [HTML](0) [PDF 1.29 M](543)
    摘要:
    设计了一种全固态六角晶格卤化银光子晶体光纤,光纤由AgBr基底和AgCl低折射率介质柱构成。运用全矢量有限元法研究了光子晶体光纤包层层数、占空比和晶格常数等结构参数对光纤有效折射率、损耗以及色散等传输特性的影响。经过参数优化,当包层层数为6,占空比为0.455,晶格常数为110 μm时,卤化银光子晶体光纤在10.6 μm处的泄露损耗仅为0.0195 dB/km,同时在4~14.5 μm中红外波段,色散值在0.3~0.7 ps/(nm·km) 之间波动,展示出了极为优良的近零超平坦色散特性和低损耗特性。
    21  二维三角型金属氧化物光子晶体全带隙研究
    陈彦 唐吉玉 刘洋 王茜 潘保瑞 张正超
    2015, 45(6):702-705.
    [摘要](312) [HTML](0) [PDF 1.27 M](254)
    摘要:
    提出了一种抑制微带天线表面波传播的方法:将过渡金属氧化物作为二维三角型光子晶体介质柱,以显著改善天线的性能。利用平面波展开法,计算了分别由CoO、CuO和ZnO三种过渡金属氧化物构成的二维三角型光子晶体的全带隙结构,得出了全带隙宽度gapwidth、中心频率gapmid以及带隙率gapratio与填充比F之间的关系曲线。研究表明,过渡金属氧化物可构成具有较宽微波波段全带隙的光子晶体,在微波领域具有很高的实用性。最大全带隙宽度均在0.06 ωa/2πc以上,CoO光子晶体带宽最大为0.118 ωa/2πc,带隙率可达到24.255%,当填充比增大时,中心频率由高频逐渐向低频移动。
    22  缺陷奇偶性对光子晶体光传输特性的影响
    潘继环 苏安 唐秀福 高英俊 蒙息君 李忠海
    2015, 45(6):706-709.
    [摘要](264) [HTML](0) [PDF 963.34 K](438)
    摘要:
    采用传输矩阵法理论,研究缺陷参数奇偶性对含缺陷光子晶体(AB)m(ACxB)n(AB)m光传输特性的影响,研究结果表明:缺陷数目n的奇偶性仅影响缺陷模(透射峰)数目的奇偶性,即缺陷模数目的奇偶性与n对应;随着缺陷周期数x奇数倍增大,透射谱中的缺陷模向禁带中心靠拢,但缺陷模数目不变且等间距排列,随着x偶数倍增大,禁带两侧的两组缺陷模向禁带中心靠拢,且各组缺陷模数目与缺陷周期数x相关;缺陷光学厚度DC奇偶性对光子晶体透射谱的影响也很明显,随着DC增大且DCDA时,分布于禁带左侧的缺陷模数目则减少但亦向低频方向移动。缺陷参数奇偶性对光子晶体透射谱的影响规律,为光子晶体设计可调性多通道光学滤波器件、光开关等提供理论借鉴,并为光子晶体的理论研究提供参考。
    23  一种无参考运动模糊图像的质量评价方法
    付强 孙秀霞 彭轲,刘树光,陶国文
    2015, 45(6):710-714.
    [摘要](340) [HTML](0) [PDF 1.20 M](822)
    摘要:
    针对高动态环境下视觉导航系统的可靠性受到运动模糊制约,而现有的结构相似度算法(SSIM)对模糊图像评价不敏感的问题,提出了一种基于改进结构相似度的无参考运动模糊图像质量评价算法。首先,将原始运动模糊图像经过同运动方向的模糊算子生成再模糊图像;之后,将原始模糊图像与再模糊图像进行8×8分块,并在相应子块中找到边缘信息丰富的子块;然后,计算原始模糊图像和再模糊图像中对应边缘信息丰富子块的结构相似度;最后,通过边缘置信度对子块加权得到整幅图像的模糊评价指标。实验结果表明,此评价方法结果与主观评价结果具有较高的一致性,能够准确地对运动模糊图像进行评价。由于本方法能有效地优化边缘子块的权值,与传统的平均结构相似度(MSSIM)评价方法相比,具有更高的灵敏性。
    24  结合蚁群算法与二维直方图的红外图像分割
    温凯峰
    2015, 45(6):715-721.
    [摘要](392) [HTML](0) [PDF 1.64 M](382)
    摘要:
    现有的图像分割算法存在着耗时量大,分割效果不佳等问题,不适用与红外系统领域的应用。针对上述问题,根据灰度级-梯度二维直方图的目标分割优势,通过与蚁群算法相结合,提出了一种结合蚁群算法与二维直方图的红外图像分割算法。通过在传统的灰度-梯度二维直方图进行引入边缘与噪声区域的相关量;通过将图像窗口化,并根据最佳分割阈值对蚁群的启发函数以及信息素更新进行重新定义,来实现红外目标的快速提取。实验结果表明,该算法分割后的红外目标边缘清晰,抗干扰能力较强,且运算速度也得到了有效提高。
    25  结合蚁群搜索与边缘检测的红外轮廓提取算法
    王凤
    2015, 45(6):722-727.
    [摘要](266) [HTML](0) [PDF 1.73 M](399)
    摘要:
    现有的边缘检测算法对红外图像进行边缘提取的过程中,容易出现边缘模糊和噪声残留等现象;针对这种现象,提出了一种结合蚁群搜索与边缘检测的红外轮廓提取算法。根据小波变换后各高频子带间的相关性,引入了图像的相关性因子来对图像信号进行分类;并对提取的边缘信号进行基于蚁群算法的边缘检测算法进行边缘提取,来去除其中的噪声信号并对弱边缘信号进行保护。实验结果表明,其实验结果与预期效果基本相符,在不同复杂背景的红外图像中,都具有较好的边缘保护效果与抗干扰能力。

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