2018年第1期文章目次

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  • 1  LD泵浦Yb∶YAG固体激光器研究进展
    王斯琦 李永亮 李仕明 白冲冲 王渊博 雷雨
    2018, 48(1):3-9.
    [摘要](757) [HTML](0) [PDF 1.07 M](734)
    摘要:
    Yb3+离子掺杂YAG晶体(Yb∶YAG)作为一种性能优良的激光晶体已广泛应用于高效、 高功率激光领域,在光纤温度传感器、激光切割钻孔以及军用领域都具有重要的应用价值。本文分析了Yb∶YAG作为激光增益介质的优势,对近年来国内外激光二极管泵浦Yb∶YAG激光器的研究进展进行了总结,分别介绍了Yb∶YAG透明陶瓷激光器、掺镱光纤激光器,可调谐Yb∶YAG激光器、Yb∶YAG薄片激光器以及双波长Yb∶YAG激光器的最新研究情况,并对其发展前景进行了展望。
    2  APD阵列探测器在自由空间光通信上的应用研究
    李千 吴志勇 高世杰 陈云善 吴佳彬
    2018, 48(1):10-17.
    [摘要](662) [HTML](0) [PDF 1.95 M](336)
    摘要:
    自由空间光通信(free space optical communication,FSO)技术是通信前沿技术之一,雪崩光电二极管(avalanche photodiode,APD)阵列探测器以其高灵敏度、高带宽、低噪声的优势应用于FSO系统,成为国内外研究热点。本文分析了FSO对APD阵列探测器的性能需求,回顾了国内外近年来用于无线光通信的APD阵列的研究现状,其中重点介绍了美国林肯实验室以及海军实验室的研究成果,最后对APD阵列探测器在FSO应用的发展方向进行了预测与总结。
    3  湍流下目标散射回波时域起伏特征研究
    孙华燕 单聪淼 郑勇辉
    2018, 48(1):18-23.
    [摘要](643) [HTML](0) [PDF 1.40 M](109)
    摘要:
    为研究不同目标散射回波受大气影响的差异,以高斯光束为模型,利用Rytov近似法和广义Huygens-Fresnel原理,推导得到了适用于不同目标的原路返回处的场分布。进行了弱湍流下漫反射面、角反射器和“猫眼”目标的高重频激光散射回波起伏探测实验,通过对实验数据的处理分析,得到了同等条件下三种目标散射激光在时域上受大气影响的差异特征,并定性地分析了产生此种差异可能的原因,为激光主动探测应用的目标分类识别提供了重要依据。
    4  激光穿孔焊接过程热流场数值模拟
    吴家洲 张华 张奇奇 罗兵兵
    2018, 48(1):24-29.
    [摘要](683) [HTML](0) [PDF 1.12 M](262)
    摘要:
    采用随小孔形状实时变化的自适应热源,建立了三维光纤激光穿孔焊接过程的数值分析模型。激光热源加载在时变的气/液界面,考虑气相和液相转变过程中存在的传热与传质现象,利用焓-孔介质法处理焊接过程中动量损耗及相变潜热问题。小孔壁面计算主要考虑反冲压力和表面张力,求解VOF方程获得气/液界面。结果表明,焊接过程中可能产生飞溅、焊瘤和余高,小孔前部的金属液体沿着小孔回流至小孔尾部形成焊缝,小孔后部熔池左右两侧可能产生涡旋现象,光致等离子体产生时间极短,穿孔前等离子体最大速度快速增加到102.95 m/s左右,穿孔后速度值下降至80 m/s左右,仿真分析为实际焊接过程提供理论依据。
    5  基于Exponentiated Weibull模型的M-PPM调制空间光链路误码性能
    张韵 赵尚弘 王翔 蒙文 赵静 丁西峰
    2018, 48(1):30-34.
    [摘要](613) [HTML](0) [PDF 968.53 K](185)
    摘要:
    本文研究了Exponentiated Weibull 大气湍流下光链路误码性能,考虑大气湍流和指向误差对误码率的联合影响,利用Meijier′G函数推导出误码率的闭合表达式。根据误码率闭合表达式进行了仿真,分析了在不同大气湍流强度、PPM调制阶数、抖动标准差和波束宽度条件下,链路误码率随发射功率变化的关系。通过仿真分析证明:不同调制阶数,增大发射功率对链路误码性能的改善近乎相同;随着湍流强度、抖动标准差和波束宽度的增加,误码率增加。
    6  小尺度空间碎片天基激光清除过程研究
    温泉 杨丽薇 赵尚弘 方英武 王轶 丁西峰 林涛
    2018, 48(1):35-41.
    [摘要](568) [HTML](0) [PDF 1.20 M](399)
    摘要:
    选取LEO区域中典型材料的小尺度空间碎片,建立了相应的靶材模型,研究了高能脉冲激光与靶材作用下碎片速度的变化规律。在此基础上建立了激光辐照作用下小尺度空间碎片的变轨模型。通过仿真分析,对高能脉冲激光作用下典型空间碎片轨道参数的变化规律进行了数值模拟。研究结果表明,设定的天基平台激光站能在一个飞行周期内辐照典型材料碎片达到降轨清除的目的,为天基平台激光清除空间碎片技术的应用提供了必要的理论基础。
    7  激光熔覆热损伤磁记忆检测试验研究
    华亮 田威
    2018, 48(1):42-46.
    [摘要](566) [HTML](0) [PDF 996.11 K](148)
    摘要:
    对Q235基体材料激光熔覆Ni基合金试件进行磁记忆信号检测,探讨金属磁记忆技术检测激光熔覆热损伤的可行性,研究不同激光熔覆参数造成的热损伤对磁记忆信号的影响规律以及激光熔覆参数对热损伤程度的影响规律。结果表明金属磁记忆技术可有效检测激光熔覆热损伤,利用磁记忆信号均值梯度曲线的突变位置可以标明热损伤位置,采用熔覆区域均值梯度突变峰值和所有检测点均值梯度平均值的比值对热损伤程度进行定量评估。热损伤程度定量评估结果表明激光功率增加、光斑直径减小、扫描速度降低,都会使激光熔覆热损伤程度增加。
    8  复合Nd∶YAG晶体大功率1064 nm固体激光器研究
    郝旺 李祎 高兰兰
    2018, 48(1):47-51.
    [摘要](570) [HTML](0) [PDF 1.21 M](211)
    摘要:
    报道了采用Comsol多物理场仿真软件模拟计算三种结构Nd∶YAG晶体的温度场分布,并通过实验,对比分析复合晶体与均匀掺杂Nd∶YAG晶体的输出功率和转化效率。模拟结果表明,当泵浦功率为18 W时,尺寸为3 mm×3 mm×10 mm、3 mm×3 mm×16 mm、3 mm×3 mm×20 mm的三种晶体的最高温度分别为97.12 ℃、89.08 ℃和88.01 ℃,复合晶体在降低晶体工作温度,减小热效应方面优势明显。采用相同的工作条件,当泵浦功率为18 W时,均匀掺杂Nd∶YAG晶体1064 nm激光最大输出功率为6 W,16 mm长的复合晶体的输出功率为9.3 W,且未出现饱和现象,光斑质量优于均匀掺杂晶体情况。理论和实验结果表明,复合晶体在降低热效应,提高光斑质量方面具有更高的实用性。
    9  高热流密度热沉散热能力数值仿真分析
    杨雪 吕坤鹏 唐晓军 梁兴波
    2018, 48(1):52-55.
    [摘要](486) [HTML](0) [PDF 1000.09 K](494)
    摘要:
    固体激光器增益介质的热效应问题严重制约了高功率固体激光器的发展。本文从实际应用角度出发,通过数值仿真实验对比散热热沉的主要几何参数(包括热沉基底厚度、肋片高度、肋片宽度、肋片间距)对散热效果的影响;同时也分析了不同的外部流量条件下热沉的散热性能。计算结果表明:优化热沉几何参数,选取适宜的流量,热沉散热效果会有一定提升。
    10  飞行器尾焰红外图像定位方法研究
    李晓冰
    2018, 48(1):56-60.
    [摘要](618) [HTML](0) [PDF 897.43 K](218)
    摘要:
    针对红外图像测量中,飞行器尾焰受飞行轨迹及气流影响,形态变化复杂,常规目标定位方法难以实现的问题。本文按照目标测量中图像判读的具体要求,依据尾焰形成的原理,采用重心法和Hough变换技术准确检测尾焰的中轴线和前端的半圆。提出了一种基于Hough变换的飞行器尾焰跟踪方法,克服了尾焰形态变化和镜头衍射对目标图像跟踪的影响,实现了尾焰前端的稳定跟踪和精确定位。实验结果表明:该方法跟踪稳定,定位精度高,适用于各种情况下的尾焰定位,且算法简单,执行效率高。
    11  云雨天气情况下红外探测系统应用策略研究
    李志伟
    2018, 48(1):61-67.
    [摘要](606) [HTML](0) [PDF 1.74 M](254)
    摘要:
    针对目前用于地面或低空目标成像与识别的8~14 μm波段红外探测系统云雨天气情况下的应用问题,以实验所在的地理位置为参照点,采用PcModWin大气仿真软件进行了晴朗大气、云雨天气环境下的模拟实验,分析了不同条件下一定距离范围内红外辐射透过率分布曲线和峰值参数的变化规律,参考比对红外系统拍摄的目标实物图像,证明了探测角度、大气能见度、降雨强度、云层类型等,都是影响该波段红外探测系统应用效果的主要因素,提出了工程应用中应当采取的策略方法。应用实践证明,该研究结论不但具有普遍的工程意义,而且对该波段红外武器系统的作战运用也具有重要的指导作用。
    12  基于光线跟踪和BRDF模型的红外高光反射仿真
    李敏 解鸿文 徐中外 邢宇航
    2018, 48(1):68-72.
    [摘要](575) [HTML](0) [PDF 946.47 K](175)
    摘要:
    仿真红外高光反射现象是实现红外场景真实感的必要内容。本文从红外辐射传输过程出发,提出一种基于光线跟踪和双向反射分布函数(Bidirectional Reflection Distribution Function,BRDF)模型的红外高光反射仿真方法,该方法利用光线跟踪模型确定红外高光反射现象中起主要贡献的光线,减少计算量;同时,为了解决传统方法仅应用反射率进行仿真带来的真实感不强的问题,引入BRDF计算红外辐射反射分量,提高红外高光现象仿真的真实感。实验结果表明,本文方法通过将光线跟踪模型与双向反射分布函数相结合实现了红外仿真中真实感和计算量的统一,为红外高光反射现象仿真提供了新思路。
    13  红外测温技术在换流阀温度监测中的应用
    杨青波 魏卓 胡四全 樊宏伟 廖巍 柴卫强 孟学磊
    2018, 48(1):73-78.
    [摘要](626) [HTML](0) [PDF 1.03 M](155)
    摘要:
    换流阀是特高压直流换流站中的核心设备,其关键部件的可靠性关系到整个输电系统的稳定运行。对红外测温技术理论进行研究,结合换流阀运行的环境特点,提出适用于换流阀关键部件的红外测温算法。对具有不同材质和不同红外辐射度的换流阀部件进行红外测温实验,获取红外测温算法中参数的不同取值,并对其测温准确性进行验证。最后,采用激光供能技术,完成对红外测温装置的设计以及红外成像效果验证。
    14  集成式杜瓦组件真空寿命评测及影响因素分析
    贾卫民 金小群 杨永华 奚予琛
    2018, 48(1):79-82.
    [摘要](512) [HTML](0) [PDF 1.06 M](133)
    摘要:
    制冷机集成式金属杜瓦组件已广泛应用于256×256以上规模的红外焦平面阵列器件,杜瓦真空寿命成为制约探测器性能的关键指标。本文针此金属杜瓦组件通用结构,用氦漏率检测、静态热负载测试及高温加速实验等多种方法对杜瓦真空寿命进行了评测,并分析了影响杜瓦真空寿命的主要因素,对金属杜瓦研究具有实际意义。分析表明,真空寿命的主要影响因素包括漏气和放气,制造工艺改进可将金属杜瓦漏气控制在设计指标内,金属杜瓦内部放气可通过真空烘烤、安装吸气剂等方法消除,研制的杜瓦组件经验证真空存储寿命超过12年。
    15  SmCrO3粉末的制备及光学特性研究
    李磊伟 吕勇 牛春晖
    2018, 48(1):83-87.
    [摘要](576) [HTML](0) [PDF 1008.44 K](161)
    摘要:
    通过高温固相法制备了SmCrO3粉体材料,利用光谱漫反射率、色坐标、激光雷达截面比等参数对材料隐身效果进行评估。结果表明,在1400 ℃煅烧温度下,厚度为0.2 mm的材料样品在1.06 μm和1.55 μm均出现较强的吸收峰,吸收率分别为54%和53%;外表呈现浅绿色的样品色坐标变化范围很小(0.3588±0.0007,0.3792±0.0081);激光雷达截面比基本保持在1.8以上,并随着煅烧温度升高,该比值不断上升,表明对激光的吸收能力不断增强。因此,SmCrO3粉体是一种兼容可见迷彩和近红外激光的优良隐身材料。
    16  宽带FBG与自相关算法提高CCD解调精度的研究
    魏钰柏 刘锋 刘佳 祝连庆
    2018, 48(1):88-92.
    [摘要](570) [HTML](0) [PDF 1.06 M](147)
    摘要:
    为提高光纤光栅解调算法的精度,设计了3 dB带宽在1~3 nm之间的宽带布拉格光栅与自相关算法解调系统,使用线阵CCD检测光谱,进行波长寻峰分析与实验验证。线阵CCD离散像素点之间波长间距固定,宽带布拉格光栅可得到更多有效像素数据点;自相关算法只考虑传感测量时光谱的偏移程度,可抵消背景噪声,消除光栅刻写或封装过程中操作不当引起光谱异常的影响,从而提高光栅中心波长解调精度。温度测量结果表明,使用自相关算法解调啁啾光栅与宽带光栅,误差较高斯算法分别减少54.05%和40.87%,此算法可以使啁啾光栅达到正常光栅的解调精度。并且,使用宽带光栅的解调误差仅为啁啾光栅的50%。
    17  双信号单通道红外光传输
    杨奕 廖鸣宇 龙杨
    2018, 48(1):93-98.
    [摘要](594) [HTML](0) [PDF 1.36 M](317)
    摘要:
    以FPGA作为控制核心,设计了一种脉冲频率调制(PFM)与脉冲宽度调制(PWM)对信号先后调制,并用红外光来进行同时传输的装置。发送端通过FPGA自带的高速AD对音频信号采样,通过PFM与PWM来实现音频信号的调制,接收端FPGA对光脉冲进行解调输出。设计中发射电路与接收电路完全采用分离元件进行构建,具有成本低、功耗小、传输效率高等优点。通过对设计结果的分析可以得到在12 m内,1~10 kHz的音频信号和数字信号能够在一个通道里进行无失真的实时传输。传输信号经过中继站实现信号向不同方向转发的功能。同时中继站的功耗为0.08 W,满足节能的要求。
    18  LPFG 镀层参数对其折射率传感特性的仿真分析
    周艳 王天根 郭冰
    2018, 48(1):99-103.
    [摘要](614) [HTML](0) [PDF 1.79 M](218)
    摘要:
    长周期光纤光栅在传感测量领域具有防爆、防磁、抗干扰等优点,且对周围介质折射率的变化敏感,适用于矿井、油田等易燃、易爆、强电磁干扰环境及具有毒性、腐蚀性等不宜接触的液体的折射率测量。本文采用在长周期光纤光栅包层外沿径向镀一金属薄层的方式,从长周期光纤光栅传感原理着手,利用三包层模型的本征方程,并借助MATLAB进行方程求解和仿真分析,讨论了包层模序数、光栅周期、膜层厚度等参数与谐振峰中心波长偏移的关系。为合理选择光栅结构参数、制作符合要求的长周期光纤光栅用于折射率传感测量提供了依据。
    19  一种激光与红外复合光学系统设计
    项建胜 潘国庆 孟卫华
    2018, 48(1):104-108.
    [摘要](674) [HTML](0) [PDF 1.05 M](299)
    摘要:
    介绍了一种半主动激光与长波红外共口径复合光学系统。光学系统采用折反式光路结构,半主动激光系统与长波红外系统在主反射镜处实现共口径复合。利用反射元件无色差的特性,可以有效地实现两种波段的共口径共光路传输。经过主次反射镜反射后,两种波段的入射光通过分光器件高效地实现分离,分别进入各自探测器中,实现了复合光学系统设计。通过采用折反式光路,结构保持了相对紧凑;前段望远物镜系统采用卡塞格林式反射系统,具有无色差的优点,同时避免了选用价格昂贵的宽波段透光材料,实现了成本控制。
    20  近距离激光武器光学系统特性分析
    刘琳 李林
    2018, 48(1):109-112.
    [摘要](618) [HTML](0) [PDF 1013.45 K](277)
    摘要:
    对强激光近距离毁伤光学系统进行了优化设计,通过理论分析和外场实验研究了基于椭球镜光学系统的聚焦特性,并与传统的基于抛物面镜的光学系统进行了比较。优化了强激光近距离毁伤系统的发射光学系统,对光学系统的聚焦光斑进行了理论计算和仿真,分析了不同系统的激光光斑大小和功率密度。最后,通过外场毁伤实验,对设计结果进行了验证。实验结果表明,基于椭球镜的强激光近距离毁伤光学系统具有更小的衍射光斑分辨率和更高的能量集中度。
    21  基于多尺度边缘表示的偏振图像二次融合算法
    李世维 黄丹飞 刘辉 王惠敏
    2018, 48(1):113-118.
    [摘要](622) [HTML](0) [PDF 1.04 M](246)
    摘要:
    针对传统成像技术探测信息量少以及传统图像融合方法计算量大,不能凸显边缘轮廓的问题,提出一种基于多尺度边缘表示的偏振图像二次融合方法。首先,对同时偏振成像系统获取的4个偏振角度图像进行多尺度边缘去噪、配准预处理。然后一次融合,即将预处理后的4个偏振角度图像进行二进小波分解,在不同尺度上对低频、高频系数进行特定组合,计算得到Stokes向量[I Q U V]T,线偏振度(DOLP)和偏振相位角(AOP)等偏振信息;二次融合,即是根据边缘相关性原则融合偏振强度图像和线偏振度图像经小波分解后的高频系数,低频用区域能量的方法。最后,采用交替投影迭代法重构融合图像的低频、高频系数,得到重构图像。实验结果表明,本文算法的融合性能优于传统方法。以小波变换法为参考,平均值提高65.48%,标准差提高95.98%,平均梯度是传统小波的6.45倍,边缘强度是小波变换的5.54倍。本算法提高了运算速度,结合了强度图像亮度信息和线偏振度图像反映不同物体性质的特点,突出了目标轮廓细节,能很好地识别隐藏、伪装的目标。
    22  基于边缘权重分析的水面弱目标红外增强
    叶晓杰 赵巨峰 公晓丽 朱礼尧 崔光茫
    2018, 48(1):119-123.
    [摘要](419) [HTML](0) [PDF 987.41 K](137)
    摘要:
    为了提高水面环境下的弱目标红外图像的视觉质量,本文基于红外辐射理论,结合边缘分析与透射率等参数获取,实现了复原增强。通过辐射理论分析获得了原始场景图像关于透射率与路径辐射光的函数表达。利用暗通道先验,获取粗糙的透过率,结合边缘权重分析与导向滤波,获取精细透过率。在边缘分析基础上,确定了路径辐射。观测实验证明本文增强结果的潜在目标区域的局部对比好,突出了边缘与纹理特征。测试结果表明,本文方法运行速度快,增强的视觉效果好,客观评价值高,为后期的目标探测、识别等应用奠定了基础。
    23  基于形态学增强和图像融合的板带钢缺陷检测
    王凡 彭国华 谢昊伶
    2018, 48(1):124-128.
    [摘要](418) [HTML](0) [PDF 928.05 K](121)
    摘要:
    为了检测噪声和光照不均并存的多种类型的板带钢表面缺陷,提出了基于数学形态学增强和图像融合的缺陷检测算法。本文首先分别对图像作多结构形态学熵图像增强和多结构形态学边缘增强,其次对增强后的图像采用加权融合,并通过图像背景熵和增强图像的像素均值比确定权系数,最后对融合图像进行二值化处理以便于后续的缺陷识别及分类。 实验表明,本文算法不仅能准确检测出含有光照不均和大量噪声的板带钢图像中的表面缺陷,而且对于其他类型的板带钢缺陷图像也能获得较好的效果。除此之外,该算法具有较强的抗噪性和较高的稳定性。

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