• 2016年第7期文章目次
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    • >激光应用技术
    • 白天卫星激光测距望远镜指向误差修正方法研究

      2016, 46(7):781-785.

      摘要 (551) HTML (0) PDF 1.33 M (735) 评论 (0) 收藏

      摘要:白天卫星激光测距时,由于望远镜机架受太阳辐照和温度变化等因素影响,指向误差时变性较大,影响了对白天卫星的精确跟踪指向。针对卫星过境天区,提出了一种通过白天恒星监视,实现望远镜局部指向误差快速修正的方法,消除环境温度变化效应,实现高精度望远镜指向。以中国科学院上海天文台60 cm口径卫星激光测距系统为平台,应用短波截止滤光技术,实现了对亮于3等恒星的白天监视;并在卫星过境天区选择到6到7颗恒星进行观测,建立望远镜局部指向误差修正模型,以满足白天激光观测需求。该方法对白天卫星测距特别是高轨卫星等具有一定应用价值,也可推广到其他需白天目标观测的望远镜系统。

    • 单个脉冲作用下熔融石英的温度和热应力研究

      2016, 46(7):786-791.

      摘要 (466) HTML (0) PDF 1.03 M (491) 评论 (0) 收藏

      摘要:理论研究单个激光脉冲作用光学材料的温度和热应力分布模型,根据脉冲特征,分别建立适用于短脉冲和长脉冲的温度分布模型;进一步建立单个脉冲作用下的热应力模型。以熔融石英为例数值计算和分析了单个脉冲作用下的温度和热应力分布。研究结果表明,如果只求解单脉冲结束时的温度分布,长脉冲和短脉冲模型计算结果一致。单个激光脉冲辐照熔融石英,材料温度升高,如果温度达到材料融化或汽化温度,将导致材料的熔融汽化破坏,另一方面,在焦点区域温升不均匀,将导致热应力产生,如果热应力达到材料的力学破坏阈值,将诱导材料的热应力损伤。

    • 线阵光纤阵列相干合成光束的远场光功率分布

      2016, 46(7):792-796.

      摘要 (518) HTML (0) PDF 1.58 M (511) 评论 (0) 收藏

      摘要:激光相干合成所得光束的远场能量分布直接影响其实际应用。针对基于四芯线阵光纤阵列的激光相干合成研究了远场能量分布。采用高斯分布函数近似描述单模光纤出射光束能量分布,推导合成光束的远场能量分布的一般表达式,用MATLAB进行数值计算,并搭建实际相干合成系统进行测试以验证计算结果。研究结果表明:四芯线性光纤阵列的相干合成光束能量近似高斯分布,横向截面内表现为两两组合所形成的三种周期六种干涉场的叠加。实验结果与理论计算吻合,研究对光纤阵列相干合成光束的远场应用具有指导意义。

    • 大气湍流中激光瑞利区间的高度效应研究

      2016, 46(7):797-800.

      摘要 (427) HTML (0) PDF 911.03 K (415) 评论 (0) 收藏

      摘要:根据大气湍流中激光传输的瑞利区间表达式和L.C.Andrews修正谱密度函数(M谱),采用不同的大气湍流强度高度模型,研究沿不同高度链路传输的激光瑞利区间的高度效应。结果表明,随着传输链路高度h的增加和地面附近的折射率结构参数A的减小,瑞利区间ZR逐步增加;不同的高度模型计算得出的瑞利区间的变化趋势基本一致。所得结果可为低空大气湍流中的激光通信提供参考。

    • 全向多粒度的激光探测分辨力测试与评估方法

      2016, 46(7):801-804.

      摘要 (316) HTML (0) PDF 939.60 K (404) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了准确地测试和评估激光探测设备角度分辨力和探测范围指标,在研究分析常见测试评估方法的基础上,提出了一种全向多粒度的激光探测角度分辨力测试与评估方法,提出了跳区、有效探测范围比例等新概念。利用这一方法对某激光探测设备进行了角度分辨力和探测范围测试,并根据实验结果探讨了基于跳区的激光探测角度分辨力和探测范围指标评估方法。实验结果表明,该测试与评估方法能够更加方便地测试、更加准确地表征和评估激光探测设备的分辨性能,可为激光探测接收设备总体论证、设计生产和测试评估提供有益的技术参考。

    • >激光器技术
    • 大功率半导体激光器腔面氮钝化的研究

      2016, 46(7):805-808.

      摘要 (482) HTML (0) PDF 929.33 K (476) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对980 nm大功率半导体激光器腔面离子铣氮钝化处理工艺进行了研究,发现腔面离子铣氮钝化可以提高激光器的输出特性及COD功率,器件输出功率提高了32.14%;老化实验后,经过氮钝化的半导体激光器没有明显退化,而未经氮钝化处理的激光器退化严重;使用俄歇谱测试仪(AES)对钝化处理后的半导体激光器试验片进行测试,发现有部分的氮离子遗留在腔面处;氮元素含量由原有的0%上升到20%,与此同时,氧元素的含量由原来的61%降至30%。结果表明,该技术能够改善半导体激光器的腔面特性,器件的可靠性和使用寿命可望得到提高。

    • 基于全光纤滤波技术的多波长掺铥光纤激光器

      2016, 46(7):809-813.

      摘要 (458) HTML (0) PDF 1.58 M (393) 评论 (0) 收藏

      摘要:设计了一种基于马赫-曾德和光纤光栅滤波结构的掺铥光纤激光器,实现了2 μm波段多波长激光输出。马赫-曾德滤波器由2个3 dB耦合器构成,光纤光栅反射波长为1950.35 nm,滤波器的波长间隔为1.6 nm,激光器阈值为70m W。通过实验证明了采用马赫-曾德结合光纤光栅进行滤波能够有效提高波长稳定性,实验中通过调节偏振控制器能够实现稳定的单波长、双波长及三波长激光输出。1892.2 nm单波长激光的波长漂移和功率漂移分别小于0.6 nm和0.969 dB,边模抑制比为49.75 dB;1902.8 nm和1932.0 nm双波长激光的波长漂移均小于0.4 nm,功率漂移分别小于1.021 dB和2.583 dB;1895.7 nm、1902.5 nm和1931.9 nm三波长激光的波长漂移分别小于0.4 nm、0.3 nm和1.0 nm,功率漂移分别小于2.548 dB、1.441 dB和0.809 dB。输出激光3 dB 线宽均小于0.8 nm。

    • 偏振对种子注入影响的研究

      2016, 46(7):814-818.

      摘要 (455) HTML (0) PDF 1.28 M (538) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对2.09 μm单频Ho∶YAG激光器种子注入实验中声光布拉格衍射对不同偏振态的影响进行了理论分析,由于不同偏振态在声光介质中的折射率不同,计算了s偏振光和p偏振光通过声光晶体后的最大偏移距离,同时对两束偏振光经过布拉格衍射进入F-P腔后的输出信号进行了理论分析计算及仿真,并通过实验进行了验证。

    • 大能量电光调Q脉冲序列输出全固态Nd∶YAG激光器

      2016, 46(7):819-822.

      摘要 (372) HTML (0) PDF 937.80 K (492) 评论 (0) 收藏

      摘要:设计了激光二极管侧面泵浦两级放大电光调Q全固态Nd∶YAG激光器,实现间距可调的脉冲序列激光输出。使用U型封装的LD模块对晶体棒进行侧面泵浦,磷酸钛氧铷(RTP)晶体作为调Q晶体,通过提供调Q高压序列,获得了单个脉冲能量大于550 mJ,脉冲宽度小于8 ns,脉冲间隔180~240 μs可调的脉冲序列输出,脉冲序列间隔稳定,能量保持一致,激光器重复频率5 Hz。

    • >红外技术及应用
    • 基于热风激励的红外成像检测技术研究

      2016, 46(7):823-826.

      摘要 (360) HTML (0) PDF 1.06 M (402) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对复合材料冲击损伤的快速检测问题,提出了使用热风作为激励源的红外成像检测方法,并实现了缺陷位置的自动识别,对于检测图像首先进行背景差分处理,然后累加背景差分后的图像以增强信噪比,最后采用阈值分割进行二值化处理,分割出冲击损伤位置。试验表明,本文方法设备操作简单、容易搭建,检测结果直观明了,可应用于航空航天复合材料损伤检测等领域。

    • 超长线列红外探测器组件拼接选片方法研究

      2016, 46(7):827-831.

      摘要 (417) HTML (0) PDF 1.06 M (452) 评论 (0) 收藏

      摘要:为真实地反映探测器的性能参数,特别是非均匀性,针对红外焦平面长线列探测器的拼接选片,分析了像元倾角及立体角校正方法,分别给出了各自的数学模型,设计出拼接选片算法,适用于不同规格线列拼接探测器的拼接选片。

    • 大气透过率对红外系统作用距离的影响分析

      2016, 46(7):832-837.

      摘要 (310) HTML (0) PDF 996.66 K (791) 评论 (0) 收藏

      摘要:红外系统的作用距离是评价系统探测能力的重要性能指标。研究了大气传输介质对中红外探测波段的影响,计算了典型飞行目标中红外辐射在大气中的传输,分析了红外系统作用距离随相对湿度和大气能见度的变化。结果表明:红外系统作用距离随相对湿度的增加而减小,随能见度的增加而增大。对于800 K的目标,在能见度小于8 km的浑浊大气中,8~12 μm 探测波段的作用距离大于3~5 μm。在中等及良好能见度时,8~12 μm探测波段的作用距离小于3~5 μm波段。为红外探测跟踪系统的设计、性能指标考核与评价提供参考。

    • >红外材料与器件
    • HgCdTe光导探测器比探测率的特性分析

      2016, 46(7):838-842.

      摘要 (432) HTML (0) PDF 900.25 K (685) 评论 (0) 收藏

      摘要:从信号和噪声两个方面分析了HgCdTe光导探测器自身温度变化对比探测率D*的影响,并在理论层面上对比探测率的表达式进行了推导。理论分析表明:温度变化影响载流子的浓度和寿命,从而影响信号与噪声的大小,降低探测器的温度可使得探测器的比探测率得到一定程度的提高。通过MATLAB仿真,分析了组分和厚度的变化对Hg1-xCdxTe光导器件的截止波长和峰值波长的影响情况,为使HgCdTe光导探测器在工作波段内有较高的探测响应,当探测器工作在某一温度,应选择合适的组分x和厚度d。

    • 重掺InP生长的InGaAs外延层迁移率的测量

      2016, 46(7):843-846.

      摘要 (391) HTML (0) PDF 1.04 M (698) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过衬底剥离技术对以重掺N型磷化铟(N+-InP)衬底生长的In0.53Ga0.47As外延层的迁移率测量方法进行了研究。首先,采用环氧树脂胶将In0.53Ga0.47As外延层粘贴在半绝缘蓝宝石衬底上,以盐酸溶液腐蚀掉InP衬底;之后,采用扫描电子显微镜能谱及金相显微镜对InP衬底的剥离情况及In0.53Ga0.47As薄膜的损伤情况进行了检测;最后采用范德堡法对粘贴在半绝缘蓝宝石衬底上的In0.53Ga0.47As薄膜的迁移率进行了测量。通过对比试验得出,剥离InP衬底的In0.53Ga0.47As薄膜的迁移率测量结果与理论值符合较好,与真值偏差在20%以内。

    • 应用于红外焦平面读出电路的片上LDO设计

      2016, 46(7):847-851.

      摘要 (492) HTML (0) PDF 1.37 M (608) 评论 (0) 收藏

      摘要:低压差线性稳压器(low-dropout voltage regulator,LDO)由于具有响应速度快、芯片面积小、低输出噪声的优点,很适合作为电源模块集成到红外焦平面读出电路的系统中。设计了一款低噪声、带buffer和密勒补偿的LDO结构的线性电源,芯片采用CSMC 0.6 μm CMOS工艺设计,在Hspice上对电路模块进行了仿真验证。仿真结果表明,该LDO在50 kHz、3.3~5 V的电源电压下,线性调整率最大为10 mV/V,电源抑制比(PSRR)为50 dB,负载电流可达到100 mA。

    • >光电技术与系统
    • 光学相控器件调制误差对干涉投影条纹的影响

      2016, 46(7):852-856.

      摘要 (359) HTML (0) PDF 1.34 M (497) 评论 (0) 收藏

      摘要:以马赫泽德干涉光路结构为基础,采用电光材料的光学相控技术产生用于光学形貌测量的干涉投影条纹。为了研究电光晶体作为光学相控器件的相位调制误差对干涉条纹质量的影响,建立了电光晶体对干涉条纹质量的模型,分析晶体折射率、平面度与波前调制的关系及其对干涉条纹质量的影响。仿真结果表明,电光晶体调制误差会影响干涉条纹质量。理想平面度下晶体折射率的畸变会使干涉条纹变形,折射率离散化阶数直接影响投影条纹的高次谐波成分,甚至导致投影条纹严重失真;折射率理想的情况下,晶体平面度的差异也会造成干涉条纹不同程度的形变。

    • 利用螺旋相位板获取涡旋光束的传播分析

      2016, 46(7):857-861.

      摘要 (422) HTML (0) PDF 1.13 M (913) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究涡旋光束在空间中的传播特性,首先从理论上对利用螺旋相位板获取涡旋光束的基本原理进行了推导,并得出影响涡旋光束光斑半径尺寸的详细因素。然后基于设计好的螺旋相位板模型,对具有不同拓扑荷数涡旋光束的传播过程进行了细致的模拟分析和实验验证。结果表明,光斑半径会随着光束传输距离的增加而逐渐变大,并且随着拓扑荷数的增大光斑展宽程度也会相应明显。最后验证了基于螺旋相位板叠加获取新型拓扑荷数涡旋光束的实验方法。该结论为激光应用中实现不同性质微粒的微控制提供了具体的指导。

    • 基于CameraLink标准的多路红外图像采集处理系统

      2016, 46(7):862-865.

      摘要 (553) HTML (0) PDF 1.02 M (607) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对长波线列5k×6探测器组件的图像采集处理要求,设计并实现了一种多路、高速、大数据量的实时图像采集显示处理系统。图像采集接口为5路并行标准CameraLink协议,采集卡选用3块DALSA公司的Xcelera-CL_PX4。实验中,采集5路每路1024×8889×16 bit大小的图像数据,进行图像的拼接、非均匀性校正、直方图均衡等处理。实验表明,对于这种多路、大分辨率图像的实时处理,该系统是稳定可靠的,并且已成功应用于某成像NETD和MTF测试系统中。

    • 基于Poncelet定理的相机参数简易标定法

      2016, 46(7):866-872.

      摘要 (473) HTML (0) PDF 1.39 M (596) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前常用的摄像机标定方法需要参数分解及参数间耦合所带来的问题,根据Poncelet定理以代数方法推导了平面透视投影的中心线方程,分析了中心线与摄像机内参数主点的位置关系,研究了一种基于平面透视投影中心线的标定方法。利用该方法不仅可以避免单应矩阵参数分解,而且解除了主点、焦距和透镜畸变之间的耦合效应,从而提高了标定效率。实验表明该方法标定过程简易、精度较高,优于目前典型的简易标定法。

    • >光学技术
    • 全景立体球视觉装置的镜头位置校准方法研究

      2016, 46(7):873-879.

      摘要 (560) HTML (0) PDF 1.21 M (710) 评论 (0) 收藏

      摘要:全景立体球视觉装置使用机械结构将多路图像采集系统进行封装定位,能同时完成全景拼接和三维重建的功能。但缺少一种有效的校准方法,来消除由加工制造和封装结构安装所产生的微小误差,这种误差多表现为各镜头光轴不平行、所成角度不准确等,且此误差不易测量。通过分析系统封装结构和相机成像模型,采用一种激光聚焦光斑检测微调的方法,利用采集图像中激光光斑的位置作为依据,对装置中四个鱼眼镜头进行水平及角度的位置校准,这样即可使得各光轴在同一平面,且所成角度精确为90°。全景立体球视觉装置的镜头位置校准是其功能应用的重要技术前提。

    • >图像与信号处理
    • 基于最简视觉显著性的红外目标快速提取方法

      2016, 46(7):880-884.

      摘要 (409) HTML (0) PDF 1.13 M (251) 评论 (0) 收藏

      摘要:在红外深空目标跟踪系统中,为了能够从深空红外图像中快速提取微小目标,通过分析红外深空图像的特点,提出一种基于最简视觉显著性的红外目标快速提取方法。该方法在传统的视觉显著性的基础上,通过计算局部灰度最大值和目标像素的灰度平均值与邻域像素的灰度加权值的对比度组成特征向量,构造显著性模型,抑制背景并凸显目标,使之不但能够减少运算耗时,而且能够保证提取精度。通过对红外深空图像进行处理,实验结果表明该算法的运算时间仅为传统的视觉显著性算法的28%,且有较好的处理结果,证明了该算法的有效性。

    • 基于偏微分方程的红外弱小目标检测技术研究

      2016, 46(7):885-889.

      摘要 (376) HTML (0) PDF 1.06 M (556) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对复杂背景下红外弱小目标信杂比低,容易淹没在背景中,无法分离的特点,利用图像的二阶微分信息,依据偏微分扩散方程预测背景。首先利用高斯模板平滑图像,弱化强边缘对目标检测的影响,随后通过偏微分方程预测背景,得出残差图,根据统计直方图的像素数确定分割阈值,分离目标,最后多帧确认剔除虚警点,输出目标运动轨迹。结果显示该方法成功地将背景的二维熵抑制到原始背景的1/4,目标的检测概率保持在94.6%。

    • 基于FFST和方向特性对比度的图像融合算法

      2016, 46(7):890-895.

      摘要 (366) HTML (0) PDF 1.13 M (415) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了克服红外可见光图像融合方法存在的不足,结合快速有限剪切波变换(Fast Finite Shearlet Transform,FFST)的平移不变性以及较高的方向敏感性,提出了一种基于快速有限剪切波变换域的自适应多方向图像融合新方法。首先,对严格配准后的图像进行快速有限剪切波变换分解,得到低频子带和高频子带系数;然后,对低频子带系数采用非负矩阵分解的一个约束稀疏算法,即在基本非负矩阵分解的优化函数中施加稀疏性约束,使分解更优,以此来提高重构后图像的清晰度;高频子带系数则采用联合方向特性的对比度进行选取,以得到丰富的细节信息。最后,利用快速有限剪切波逆变换得到重构后的图像。实验结果表明,融合后的图像充分结合了源图像的有用信息,整体轮廓清晰,在客观评价上也有一定的提高。

    • 双波段红外图像的对比度增强融合

      2016, 46(7):896-900.

      摘要 (331) HTML (0) PDF 1.04 M (394) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了抑制在处理双波段红外图像融合时低对比度图像细节信息丢失导致漏警的问题,在基于WLS边缘保持平滑的基础上,提出了一种多尺度对比度增强的融合算法。通过边缘保持平滑,提取不同尺度的细节分量,从而实现对比度在不同空间频率上的增强;为了进一步消除图像光晕现象,采用非下采样方向滤波,使多分辨率变换同时具有方向性。实验结果表明,本算法能够使融合图像包含输入图像更多的互补信息,图像细节更加清晰,较大地提高了红外弱小目标的对比度。Abstract:关键词:Key words:

    • 一种红外图像二维细节增强技术研究与实现

      2016, 46(7):901-905.

      摘要 (403) HTML (0) PDF 1.05 M (394) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对红外图像的特点,提出并实现了一种基于FIR(Finite Impulse Response,有限冲激响应)滤波器结合图像动态压缩的二维数字图像细节增强技术。该方法首先对实时的二维红外图像进行行、列向量的一维分解,然后使用FIR滤波器分别对图像的行、列向量进行细节提取,之后对原始图像和提取的图像细节进行加权融合,最后通过直方图处理算法对融合图像进行动态压缩,最终完成了能够满足实际应用的实时红外图像的细节增强。本技术以FPGA为核心处理器,采用FPGA+NIOS软核+DSP内核的处理架构实现算法,已成功应用于工程项目中。

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