2015年第7期文章目次

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  • 1  远距离爆炸物探测技术
    刘灏 时家明 程立 王启超
    2015, 45(7):733-739.
    [摘要](857) [HTML](0) [PDF 1.19 M](1942)
    摘要:
    随着人们对安全问题的愈加重视,在一些重要场合中,远距离爆炸物的快速探测和分析技术迫切需要。文中首先对当前常用爆炸物探测设备的研究、应用现状以及它们存在的局限性进行了简单说明,然后详细论述了几种具有研究价值和发展前景的远距离爆炸物探测技术,并分别对这些技术的优缺点和发展现状进行了简要叙述。最后,针对相关领域应用的特点与需求,提出了远距离爆炸物探测技术在未来几年内的研究重点和方向。
    2  从光子学角度看太赫兹技术的现状和发展趋势
    胡小燕
    2015, 45(7):740-748.
    [摘要](594) [HTML](0) [PDF 1.61 M](1477)
    摘要:
    太赫兹技术是当前极具发展潜力的热点技术。太赫兹源、太赫兹探测器以及太赫兹应用研究是太赫兹技术的三大研究重点。本文分析了太赫兹技术在光谱探测、成像探测和通讯应用方面的需求情况,介绍了现有主要的太赫兹源产生方法和特点,以及太赫兹探测器的分类和常见太赫兹探测器,并以其相邻谱段红外探测器的发展历程以及太赫兹探测器的发展现状为参照,从光子学的角度分析了太赫兹探测器的发展趋势以及可能面临的技术困难。
    3  光纤激光器中包层光滤除器的研究进展
    赵水 段云锋 王强 张秀娟 邓明发
    2015, 45(7):749-752.
    [摘要](580) [HTML](0) [PDF 1.09 M](749)
    摘要:
    包层光滤除器对高功率光纤激光器系统的作用非常重要,影响着输出激光的光束质量和单色性,包层光滤除器是光纤激光器产品化的核心元器件。本文简述了光纤激光器包层光滤除器的工作原理,总结了几种包层光滤除器的结构和工作性能,分析了其优缺点,对包层光滤除器的研究方向具有一定的指导意义。
    4  相干激光雷达探测目标研究
    张鹏飞,潘静岩,张涛,李丽,董光焰
    2015, 45(7):753-756.
    [摘要](616) [HTML](0) [PDF 1.24 M](1194)
    摘要:
    介绍了相干激光雷达对目标探测的技术优点和现状,阐述了基于相干探测技术构建的激光雷达的主要组成,并给出了整个系统的工作流程。文中基于1.5 μm光纤光学技术搭建了相干激光雷达系统。通过搭建的系统进行了外场试验,获得了外场目标的成像图和不同汽车引擎振动产生的微多普勒谱特征图。通过试验证明了相干激光雷达系统可以在目标自动侦察识别方面发挥重要作用。
    5  高功率二极管激光器Au80Sn20焊料焊接实验研究
    王昭 吕文强 谭昊 高松信 武德勇
    2015, 45(7):757-760.
    [摘要](548) [HTML](0) [PDF 1.17 M](701)
    摘要:
    半导体激光器封装工艺过程对于激光器的输出特性、寿命等性能有重要影响,其中焊料的选择和焊接工艺是最关键的因素。本文采用磁控溅射的方法,在WCu热沉上制备了Au80Sn20合金焊料,取代了传统的In焊料,并对焊接工艺进行了改进。国外沉积的和我们制备的Au80Sn20合金焊料焊接DL芯片后的性能参数很接近。充分说明双靶分层溅射镀膜可以实现二极管激光器的封装要求,从而为优化半导体激光器制备工艺和提高半导体激光器的性能奠定基础。
    6  基于光学参量振荡器的高分辨率CARS光谱研究
    卢一鑫 赵小霞 吕印庄
    2015, 45(7):761-765.
    [摘要](641) [HTML](0) [PDF 1.42 M](585)
    摘要:
    提出了一种基于三硼酸锂(LBO)晶体的飞秒绿色泵浦光学参量振荡器(OPO),其采用飞秒525 nm绿光光纤激光器作为泵浦源。OPO产生的信号光其可调谐的光谱范围由780~940 nm,光功率可达到250 mW以上;闲频光可调谐范围从1630~1190 nm,光功率可达到300 mW以上。利用本系统可在波数为1330 cm-1和6650 cm-1之间进行相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)光谱测量。由于脉冲啁啾,光谱分辨率达到100 cm-1,与时间带宽限制脉冲激励源相比,分辨率达到后者的2.5倍。
    7  非扫描激光三维成像主控电路设计与实现
    陈斌 刘波 赵欣
    2015, 45(7):766-769.
    [摘要](648) [HTML](0) [PDF 1.05 M](331)
    摘要:
    在非扫描激光三维成像系统中,各分系统(部件)接口众多、关系复杂。各单元需要在适当的时序控制下实时完成各自的功能,主控电路在系统中负责时序控制、数据采集、处理运算、接口通讯等功能,是系统的核心部件之一。本文采用DSP和FPGA相结合的方式,充分利用它们各自的控制灵活、实时运算的特点,完成了主控电路的上述功能,实现了成像过程全自动、帧频达到25Hz的要求,为实现原理样机转化为工程样机打下了技术基础。
    8  利用光栅探测激光信息的迭代算法研究
    赵建君 闫石 陈红叶
    2015, 45(7):770-774.
    [摘要](710) [HTML](0) [PDF 846.78 K](238)
    摘要:
    在重新构建了光栅的夫琅和费衍射系统的基础上,提出了四种迭代逼近的算法以克服了机械构建变化的影响。通过对四种不同迭代逼近算法的比较,找到了能够最快速逼近理想解的算法,即波长和入射角都采用较小值,波长逼近相对变慢,入射角的逼近变快,总体能够快速达到逼近要求。计算过程也表明,建立在小角度近似的基础上迭代逼近算法对于大角度需要进行的迭代逼近次数更多。最后给出了便于在DSP芯片上使用程序快速处理的数据处理流程。
    9  CO2激光器高压高频充电电源的应用研究
    石宝松 孙守红 张兴亮
    2015, 45(7):775-781.
    [摘要](514) [HTML](0) [PDF 1.41 M](697)
    摘要:
    为改善现有CO2激光器工频充电电源体积、重量大、充电精度低等缺点,开展高频高压充电电源的研究,研制一台采用全桥逆变结构和串联谐振软开关电路、输出电压36 kV、输出平均充电功率为10 kJ/s的高频高压充电电源。该电源系统采用三相380 VAC作为供电系统,大功率智能功率模块(IPM)作为全桥逆变电路,逆变交流信号经串联谐振电路及高频脉冲变压器得到高压脉冲信号,高压脉冲经整流给负载电容充电;同时,电源应用电压、电流双闭环控制系统,输出电压、电流经采样及放大反馈到电源控制芯片SG3525,SG3525通过判断反馈信号的大小控制输出PWM驱动信号的占空比。实验结果表明:电源输出电压36 kV,输出平均功率为10.8 kJ/s,充电效率为0.82,电源纹波系数为1%。电源系统保证了激光器稳定工作在30 Hz条件下。
    10  1.57 μm内腔式KTP光学参量振荡器
    钟艳 韩克祯 何京良
    2015, 45(7):782-785.
    [摘要](655) [HTML](0) [PDF 976.68 K](272)
    摘要:
    为了获得1.57 μm人眼安全激光输出,采用了一种声光调Q激光二极管(LD)端面抽运的Nd∶GdVO4全固态激光器作为抽运源的人眼安全波长内腔式KTP光学参量振荡器,获得1.57 μm人眼安全激光输出。在注入泵浦功率为6.33 W,重复频率为15 kHz时,1.57 μm激光平均输出功率达到405 mW,此时由二极管注入泵浦光至OPO信号光输出功率的转换效率达6.4%;在重复频率为5 kHz时,其脉冲宽度约为2 ns,峰值功率达18.9 kW。在重复频率为15 kHz时,信号光脉冲宽度比消耗后的泵浦光脉冲宽度压缩了13.6倍,比泵浦光脉冲压缩了16倍。实验发现1.57 μm的OPO信号光输出功率随脉冲重复频率的增加而有效地增加,此类光参量振荡器有效地压缩了激光脉冲。
    11  高功率光纤合束器热阻系数的研究
    黄榜才,张鹏 龙润泽 韩桂云 张培培 王晓龙 张雪莲 梁小红
    2015, 45(7):786-789.
    [摘要](502) [HTML](0) [PDF 906.88 K](483)
    摘要:
    报道了高功率光纤合束器热阻系数的研究。实验研究了高功率光纤合束器热阻系数的测量方法,分别在被动制冷、主动制冷和消除背向反射光条件下,测量了加拿大ITF公司系列高功率光纤合束器的热阻系数,分别为0.32 ℃/W,0.15 ℃/W,0.29 ℃/W;比较被动制冷和主动制冷两种条件下光纤合束器热阻系数的差异,表明主动制冷可以明显降低光纤合束器热阻系数;研究了光纤合束器背向反射光对热阻系数的影响,发现消除背向反射光有利于降低热阻系数。研究结果对高功率光纤激光器结构设计具有重要意义。
    12  1 kW掺Yb全光纤放大器的散热处理
    董繁龙 葛廷武 张雪霞 王智勇
    2015, 45(7):790-794.
    [摘要](760) [HTML](0) [PDF 1.02 M](821)
    摘要:
    基于主振荡功率放大(MOPA)结构,搭建了千瓦级掺Yb全光纤放大器。最大泵浦功率为1496 W的条件下,获得了1024 W波长1.08 μm的基模连续激光输出,光-光转换效率68.5%,光束质量M2=1.24。对高功率连续光纤放大器中的热效应进行研究,并对于仅由于涂覆层的热损伤引起的功率极限给出了理论模拟。不同散热条件下,对掺Yb光纤横截面上径向的温度分布进行了模拟。通过对20/390 μm无源光纤与20/400 μm掺Yb光纤的熔接方式进行优化,解决了模拟结果与实验结果不一致的问题,并对该点的冷却进行了实验研究。最终,放大级泵浦光注入处熔接点表面最大温度不超过60 ℃。
    13  大相对孔径紧凑型非制冷光学系统消热设计
    安晓强 王茜 宋波
    2015, 45(7):795-799.
    [摘要](483) [HTML](0) [PDF 3.17 M](392)
    摘要:
    对常用光学被动消热技术措施进行了归纳总结。针对长波非制冷光学系统大相对孔径、高透过率、小型化和良好环境适应性等特点,基于640×512大面阵非制冷探测器的应用,利用CODE V光学设计软件,设计了一个焦距f=70 mm,视场角为10.44°×8.36°,F数为0.85,总长为85 mm的三片式光学系统。在-50~70 ℃温度范围内,所有视场的MTF值在25 lp/mm处均大于0.61,光学畸变小于0.5%,光学系统成像质量良好。公差分析结果表明光学零件加工和光机装配工艺成熟稳定,光学系统设计具有良好的工程可研制性。
    14  基于涡流锁相热成像的刹车片内部气泡检测
    周星涛 侯德鑫 叶树亮
    2015, 45(7):800-804.
    [摘要](735) [HTML](0) [PDF 1.30 M](566)
    摘要:
    刹车片是汽车必不可少的制动部件,其内部气泡严重影响行车安全。传统敲击听声检测方法主观性强,检测效率低,难以满足准确高效的检测需求。基于涡流锁相热成像具有非接触、大面积检测的特点,将其应用于少金属摩擦材料汽车刹车片的内部气泡检测。采用有限元仿真探索了刹车片结构和内部气泡对相位的影响,并以背钢处相位为参考,分离出气泡存在。对刹车片试样进行检测,并采用水切割观察剖面的方法验证结果。实验表明涡流锁相热成像检测方法能有效检测少金属摩擦材料汽车刹车片的内部气泡。
    15  太阳同步轨道卫星空间热流分析
    吴晓迪,孙云辉,李秩
    2015, 45(7):805-808.
    [摘要](671) [HTML](0) [PDF 1.28 M](383)
    摘要:
    卫星空间热流的计算是卫星可见光特性与红外特性分析的基础,本文首先建立了基于蒙特卡洛法的卫星空间热流计算模型,然后计算了太阳同步轨道对地三轴稳定卫星在轨运行一个周期内所接受的空间热流,最后对卫星的空间热流计算结果进行了详细分析,研究结果对于空间目标可见光特性与红外特性研究具有参考价值。
    16  线列TDI型红外探测器组件坏元替代方法
    郭亮 李冬冰 杨微 石纲 孙玉杰
    2015, 45(7):809-813.
    [摘要](477) [HTML](0) [PDF 1.35 M](291)
    摘要:
    国产线列TDI型红外探测器组件在红外系统中的应用越来越广泛,但由于加工材料和制造工艺等因素的影响,探测器组件存在坏元,将造成图像质量下降,图像灰度分布失真,进而影响红外系统的性能。本文介绍了576×6 线列TDI型红外探测器组件的读出电路坏元替代方法,采用该方法可进行线列TDI型红外探测器组件通道内的坏元替代,提高图像质量。
    17  平面PN结InSb红外焦平面探测器的研究
    李忠贺 李海燕 杜红燕 亢喆 邱国臣
    2015, 45(7):814-816.
    [摘要](688) [HTML](0) [PDF 1.03 M](859)
    摘要:
    研究了基于Be离子注入技术的平面型和Cd扩散技术的台面型锑化铟红外焦平面阵列(IRFPA)探测器芯片工艺流程。并进行了芯片I-V、成像结果等对比测试,Be离子注入平面型器件和扩散台面型芯片的性能水平相当,具备一定的工程应用水平。
    18  InSb分子束外延原位掺杂技术研究
    刘铭 邢伟荣 尚林涛 周朋 程鹏
    2015, 45(7):817-820.
    [摘要](515) [HTML](0) [PDF 955.76 K](477)
    摘要:
    对InSb分子束外延薄膜的本征掺杂、N型掺杂以及P型掺杂进行了研究,其中分别以Be作P 型以及以Si、Te作N 型的掺杂剂。实验采用半绝缘的GaAs衬底作为InSb分子束外延用衬底,通过采用低温生长缓冲层技术降低大失配应力,获得高质量InSb外延膜。实验样品采用霍尔测试以及SIMS测试掺杂浓度和迁移率分析掺杂规律、掺杂元素偏聚和激活规律的影响因素。
    19  摆臂式干涉仪光程差扫描模型及其仿真
    谢运涛 张玉钧
    2015, 45(7):821-824.
    [摘要](527) [HTML](0) [PDF 1.07 M](481)
    摘要:
    为实现摆臂式干涉仪光程差(OPD)随时间的线性变化,需要摆臂式干涉仪作变速摆动。为此,在分析摆臂式干涉仪光程扫描系统组成的基础上,对干涉仪的电气特性进行了研究,在saber软件中建立了摆臂式干涉仪光程差扫描模型。为验证模型的正确性,将PID算法应用到摆臂干涉仪模型仿真中,研究了干涉仪系统的单位阶跃响应,确定了摆臂式干涉仪PID控制算法的各项参数。仿真结果表明,该模型可用于模拟摆臂式干涉仪光程差扫描过程,能够为干涉仪扫描控制系统的设计提供参考。
    20  基于FBGA光纤光栅解调系统的实时校准方法
    张登攀 王瑨 王永杰
    2015, 45(7):825-829.
    [摘要](655) [HTML](0) [PDF 1.12 M](464)
    摘要:
    针对海洋仪器高精度、大范围、快速的测温需求,提出基于FBGA(Fiber Bragg Grating Analyzer)的光纤光栅解调方法,并针对其自身温漂现象提出一种基于F-P标准具的波长实时校准方法,进而减小系统误差,提高系统测试精度。通过对系统整体测试,引用实验数据具体说明采用提出的方法可使系统测温重复性绝对误差保持在±0.1 ℃以内,具有与MOI系统(Micron Optics)相当的解调精度。采用本方法的解调系统具有优良的测试特性,同时小型化、低成本的优势使其更具有实用价值。
    21  紧凑型增强现实头盔显示器光学系统设计
    赵守伟 张勇 马东玺 于明
    2015, 45(7):830-833.
    [摘要](331) [HTML](0) [PDF 946.65 K](728)
    摘要:
    设计了一种用于增强现实的紧凑型头盔显示器光学系统,该系统视场角26.3°×19.7°,焦距32 mm,出瞳距离20 mm,出瞳直径8 mm。在光学系统中使用衍射面与高次非球面设计,实现了光学系统的轻量化,系统内、外两个光通道的光能量利用率分别为1/4和1/2,光学系统镜头直径小于45 mm,重量小于8 g,不仅在结构上满足使用者头戴要求,而且成像质量接近衍射极限,最大场曲和最大像散分别为45 μm和46 μm,畸变小于5%,最大垂轴色差值仅为6.9 μm,满足增强现实“虚实结合”显示需求。
    22  一种基于双随机相位编码的光学加密系统设计
    王彩玲 王洪伟 刘瑞香
    2015, 45(7):834-838.
    [摘要](276) [HTML](0) [PDF 1.23 M](543)
    摘要:
    针对于有加密需求的监控领域,图像数据剧增对加密算法提出严峻考验。复杂的加解密算法将会增大运算开支,最终影响视频传输的实时性能。本文根据视频加解密要求,提出在视频监控领域进行光学加解密并设计了基于双随机相位编码的单通道加解密光学系统。该光学系统加解密速度和光速相等,加解密时耗几乎为零,在高清视频迅速普及的未来将会产生重要的应用价值,在军事加解密领域将有着广阔的应用前景。
    23  基于VPX架构的目标跟踪系统设计
    王倩 李志国 王华 顾鑫 费智婷
    2015, 45(7):839-843.
    [摘要](253) [HTML](0) [PDF 1.08 M](497)
    摘要:
    设计了一种目标跟踪系统,该系统利用立体沙盘模拟复杂地面环境,通过红外和可见光传感器采集图像数据,利用红外图像传感器来检测目标,在检测到目标的基础上,利用可见光传感器来跟踪目标。目标跟踪采用粒子滤波算法实现,为了实现对目标的稳定跟踪,结合红外传感器的检测结果和可见光图像的跟踪结果对目标模板的更新。该图像处理算法在以VPX为设计架构、FPGA+DSP为核心的高速嵌入式图像处理平台实现,最终生成目标坐标偏差来控制伺服云台的转动,使其保持在视场的中心,并输出目标跟踪图像,实现对目标的跟踪。
    24  基于双目会聚型立体摄像机的目标深度测量
    宋晓炜 杨蕾 吴源昭 杨满意 刘洲峰
    2015, 45(7):844-849.
    [摘要](264) [HTML](0) [PDF 1.23 M](788)
    摘要:
    目标物体的三维测量是双目立体视觉的一项重要任务。基于视差的平行摄像机模型是最常见的用于三维重建的双目摄像机模型。一般双目立体摄像机不是严格平行的,所以采用上述方式进行三维重建时需要进行极线校正。提出了一种新的用于三维测量的双目摄像机模型,该模型针对一般常见的非平行的会聚立体摄像机模型。采用该模型进行目标物体的三维测距时,根据摄像机标定得到的相对外参,即可快速得到目标物体的深度信息。同时,本文从分辨率的角度对提出的深度测量方法进行了精度分析。实验结果验证了提出方法的有效性和可靠性。
    25  调幅式调制盘导引头干扰原理分析及验证
    周德召 王合龙 陈方
    2015, 45(7):850-853.
    [摘要](251) [HTML](0) [PDF 1.10 M](318)
    摘要:
    介绍了调幅式红外导引头的工作原理,并进行了激光对调幅式红外导引头的干扰原理分析。激光干扰作用是通过扰乱跟踪处理器使导弹失去其跟踪目标。结果显示干扰信号频率对干扰效果影响很大。通过中红外激光对红外导引头干扰实验验证了理论分析的正确性。
    26  温度对红外光学系统的影响分析及消热差设计
    张发强 樊祥 孔辉 程正东 朱斌
    2015, 45(7):854-860.
    [摘要](292) [HTML](0) [PDF 1.49 M](753)
    摘要:
    分析了温度对红外光学系统结构参数的影响,计算了温度变化引起系统的离焦量和调制传递函数,给出了红外光学系统消热差设计的基本原理;利用ZEMAX光学设计分析软件,结合实际的长波红外光学系统,分析其在20 ℃,-40 ℃和60 ℃时的成像质量。分析结果表明,该系统在常温时成像质量接近衍射极限,系统全视场调制传递函数在特征频率20 lp/mm处达0.6,87.6%的能量集中在探测器的一个像元内,成像质量优良;但是当温度在-40~60 ℃变化时,系统成像质量急剧恶化,不再满足使用要求,在分析的基础上采用折衍射混合光学被动式消热差技术中对其进行进一步设计,经消热差设计后该红外光学系统的成像质量得到了极大的改善,全视场调制传递函数在特征频率20 lp/mm处达0.55以上,且能量分布集中,满足红外探测系统的使用要求。
    27  脉冲噪声图像的中-均值滤波算法
    张成斌 王开福
    2015, 45(7):861-864.
    [摘要](319) [HTML](0) [PDF 1.23 M](270)
    摘要:
    由于在图像信息的获取和传输过程中,图像常常受到不同程度的脉冲噪声污染。为了有效地去除高浓度脉冲噪声,提出了一种基于中-均值滤波器的噪声去除算法。该方法根据脉冲噪声特点,设定一个简单的噪声检测算子,根据噪声检测结果设定自适应滤波窗口,同时根据噪声密度选择中值和均值滤波器。为了更加有效地保留图像的原有信息,对非噪声点不做滤波处理。仿真结果表明,所提出的中-均值滤波方法不仅能有效地去除高浓度的脉冲噪声,而且能很好地保留图像的原有信息,并具有较短的滤波处理时间。

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