• 2018年第11期文章目次
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    • >综述与评论
    • 相机阵列在空间目标观测中的应用综述

      2018, 48(11):1323-1329.

      摘要 (171) HTML (0) PDF 0.00 Byte (15) 评论 (0) 收藏

      摘要:相对大口径光学系统,相机阵列光学系统具有开发周期短、成本低的特点,近年来,被广泛使用于空间目标观测项目,以实现低成本、大视场、高分辨率、高探测能力的光学观测,在太空安全中具有重要的应用价值。介绍了国内外相机阵列光学系统在空间目标观测中的应用现状与最新进展,针对空间目标观测中的需求,着重从视场、分辨率、探测能力三个方向分别对相机阵列光学系统的结构组成和性能参数进行介绍,并进行比较,总结了相机阵列光学系统在空间目标观测中存在的问题及发展趋势。

    • 激光重熔喷涂涂层研究进展

      2018, 48(11):1330-1336.

      摘要 (41) HTML (0) PDF 0.00 Byte (12) 评论 (0) 收藏

      摘要:激光重熔能够消除涂层内部孔隙和裂纹,实现基体和涂层之间由机械结合向原子间扩散的冶金结合过渡,强化涂层内部结合力,减小晶粒尺寸,增加晶界数量,提高涂层塑性变形能力。使普通的金属基体获得优异的表面性能,提高零件使用寿命。文章从重熔参数、有限元仿真和实际应用三方面对激光重熔喷涂涂层的研究方向进行研究梳理,并展望未来激光重熔发展方向。

    • >激光应用技术
    • 基于激光回馈效应的声音检测与重构研究

      2018, 48(11):1337-1340.

      摘要 (43) HTML (0) PDF 0.00 Byte (15) 评论 (0) 收藏

      摘要:声音检测技术是振动模态分析、声场可视化、噪声识别与控制和远程侦听等研究的基础和前提,在很多领域都有广泛的应用。基于固体微片激光回馈效应和外差移频相位测量方法,本文利用微片Nd∶YVO4激光器构建了声音检测系统,很好地实现了不同频率声音信号的检测。同时开展了音频信号的识别与检测,重构得到的信号清晰可辩。该系统无需在声场中设置特殊目标或物质,可以实现非接触的声音检测和远距离测量,能够满足多种场合的声音检测工作需要,具有较大的实际意义。

    • 激光诱导Cu等离子体光谱时间演化特性研究

      2018, 48(11):1341-1345.

      摘要 (37) HTML (0) PDF 0.00 Byte (16) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对激光诱导Cu等离子体时间演化问题,使用Nd∶YAG脉冲激光器对Cu样品进行烧蚀产生等离子体,采集延迟时间为0.5~10 μs时等离子体时间分辨光谱并对整体谱线进行分析。激光能量调节为142 mJ,在热力学平衡状态下,利用Boltzmann斜率法测得等离子体电子温度。选择独立较好、不受相邻谱线影响的Cu I 521.8 nm作为特征谱线测量其半波宽度,并采用Stark展宽法计算等离子体的电子密度。实验表明:随着延时时间的增加,等离子体内能因不断向外扩展转化为动能而骤减,电子温度整体呈下降趋势,且在延时时间为2 μs时达到最大,延时时间13 μs后下降趋缓。随着延迟时间的增加,等离子体的电子密度降低,电子与发射粒子之间的碰撞程度也相应降低,谱线展宽随之减小。

    • 激光光束在海水中的空间传输特性分析

      2018, 48(11):1346-1351.

      摘要 (39) HTML (0) PDF 0.00 Byte (19) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于激光的初始发散角以及海水对光的散射作用,激光在水下传输时光斑大小发生改变,从而影响接收机的接收范围。采用波长为514 nm的蓝绿激光,基于水下无线光通信信道模型,模拟光子在海水中的传输过程,通过统计不同传输距离时的光子数和光子位置,建立了海水信道中的光斑扩展模型,分析了海水水质对高斯光束的光斑空间特性的影响。结果表明:高斯光束在海水信道中传输时,根据光强比值定义光斑大小的位置,1/e光斑半径与传输距离呈线性关系,线性增加系数为光源的发散半角;当接收机灵敏度为确定值时,传输较短距离后光斑逐渐减小;光斑大小由接收机灵敏度决定,随着接收机灵敏度的增加,在相同距离下,接收到的光斑大小基本呈线性增加。

    • 材料表面形貌对激光冲击强化残余应力的影响

      2018, 48(11):1352-1357.

      摘要 (22) HTML (0) PDF 0.00 Byte (15) 评论 (0) 收藏

      摘要:建立材料表面为凹面、凸面和平面的三种有限元模型,研究材料表面形貌对激光冲击强化Ti6Al4V钛合金残余应力的影响。当材料表面曲率半径大于光斑半径时,相对于材料表面为平面的工况,凹面表层产生的残余压应力偏大,并随着凹面曲率半径的减小而增大;凸面表层产生的残余压应力偏小,并随着凸面曲率半径的减小而减小。当材料表面曲率半径小于光斑半径时,凹面或凸面模型的激光冲击强化的残余压应力均不及于材料表面为平面的工况。

    • 大型工件单目结构光三维扫描方法

      2018, 48(11):1358-1362.

      摘要 (38) HTML (0) PDF 0.00 Byte (16) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对大型工件,提出了一种基于单目线结构光三维扫描的方法。通过引入线结构光平面建立了视觉传感器数学模型和多项式模型,并使用高精密手动平移台控制平行线靶标在6个固定位置的移动对相机和光平面进行标定,提高标定的精度和准确度。同时对测量工件部分精准定位有效区域,减小程序运算量。该扫描方法可直接构建传感器的测量坐标系,过程简单,速度较快。通过对大尺寸铝合金铸件进行扫描测试,选取了合适的扫描速度v=1.25 mm/s,在满足精度的前提下提升了工业应用的效率。实验结果证明,此种方法能够有效准确的对物体表面进行重构,平均误差小于0.1 mm,具有较高的精度。

    • >激光器技术
    • 高效率侧面泵浦Nd∶YAG激光器

      2018, 48(11):1363-1367.

      摘要 (23) HTML (0) PDF 0.00 Byte (15) 评论 (0) 收藏

      摘要:太阳能是地球上资源最为丰富的一种能源,但是其能量密度较低,不足以实现泵浦激光器的需求。为了实现利用太阳能泵浦激光器的目的,需要对太阳光进行高效聚焦,来达到泵浦激光器能量阈值的要求。我们采用三维复合抛物镜(3D-CPC)与菲涅尔透镜相结合的聚光系统来实现太阳光的高效聚焦,实验中将3D-CPC聚光系统的出口放置在激光器椭圆柱形泵浦腔的一个焦点处,聚焦后太阳光高效耦合进入激光器谐振腔,实现了聚光比的大幅度提升。利用此聚光系统与椭圆柱形泵浦腔的结合,泵浦Nd∶YAG晶体,得到6.2 W的激光功率输出,光收集效率达到6.2 W/m2。

    • 间隔0.256 nm的多波长布里渊光纤激光器的实验研究

      2018, 48(11):1368-1371.

      摘要 (37) HTML (0) PDF 0.00 Byte (13) 评论 (0) 收藏

      摘要:使用一个四端口环行器和两个三端口环形器,设计了一种波长间隔为0.256 nm的多波长布里渊掺铒光纤激光器。该激光器中使用的两个三端口环行器组成的环腔产生一阶Stokes光,四端口环行器组成的环腔产生与入射进腔内的BP光相隔双倍布里渊频移的Stokes光。实验测试得到:当BP为3 dBm、980 nm泵浦功率为27.78 dBm时,可得到波长间隔为0.256 nm的6个波长的激光输出,同时也讨论了Stokes光的数量与BP光功率和980 nm泵浦光功率之间的变化关系。

    • 低温CTH∶YAG激光器的实验研究

      2018, 48(11):1372-1375.

      摘要 (28) HTML (0) PDF 0.00 Byte (13) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提升钬激光输出特性,分析了CTH∶YAG激光器能级跃迁全程,根据CTH∶YAG激光器准三能级的特点,采用BaSO4漫反射聚光腔,测试了不同频率,不同冷却温度、不同输出镜反射率和不同CTH∶YAG晶体面型对钬激光输出能量的影响。实验结果表明,在水温为10 ℃,输出镜反射率R=85%,采用双凹面型晶体时,在注入131 J时,8 Hz下的激光能量输出达到了5.5 J。

    • 抑制二极管泵浦激光器光轴漂移的实验研究

      2018, 48(11):1376-1381.

      摘要 (37) HTML (0) PDF 0.00 Byte (17) 评论 (0) 收藏

      摘要:对半导体二极管泵浦电光调Q激光器在实验过程中的光轴漂移现象进行了分析和探讨,利用有限元分析软件CFDesign模拟了激光晶体在不同散热状态下的温度分布。测量了晶体在不同的散热结构和泵浦结构下输出激光的光轴漂移量,指出了光轴漂移现象产生的原因。实验及模拟结果对于有光轴漂移量要求的激光器设计具有一定的借鉴意义。

    • >红外技术及应用
    • 短波高光谱红外焦平面系统电路设计

      2018, 48(11):1382-1385.

      摘要 (39) HTML (0) PDF 0.00 Byte (20) 评论 (0) 收藏

      摘要:分析了高光谱应用下的一种1024×256短波红外探测器组件读出电路设计。针对高光谱弱信号红外探测应用,该电路采用CTIA像元结构,达到72%的量子效率,并有效抑制了复位结构带来的漏电效应,使线性度和输出摆幅得到显著的提高。并通过列级和输出级的优化设计,得到了良好的噪声性能。

    • 深度连续渐变式空腔阵列表面发射率研究

      2018, 48(11):1386-1390.

      摘要 (44) HTML (0) PDF 0.00 Byte (16) 评论 (0) 收藏

      摘要:为测量混合式表面的发射率,该文设计了一系列阵列作为发射率样品,发射率样品为深度连续渐变式空腔阵列,将其划分为5个单元组成,使用红外热像仪对发射率样品上端拍摄热图像得到一系列发射率。通过理论计算得出发射率,通过实验测量单元表面发射率,将理论计算值与实验测量值进行对比,探讨深度连续渐变式空腔阵列在不同加热温度下对表面发射率的影响。结果表明:随着加热温度的升高,深度连续渐变式空腔阵列的表面发射率会下降;随着空腔深度的增加,深度连续渐变式空腔阵列的表面发射率会随之增加。

    • >红外材料与器件
    • 碲锌镉衬底晶向对碲镉汞薄膜表面形貌的影响

      2018, 48(11):1391-1394.

      摘要 (260) HTML (0) PDF 0.00 Byte (15) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用定向仪对原生晶片及加工后的碲锌镉衬底的晶向进行比较,观察不同晶向衬底液相外延碲镉汞薄膜的表面形貌,考察了衬底晶向偏差对液相外延碲镉汞薄膜表面形貌的影响。通过进一步的追踪碲锌镉衬底在加工过程中的晶向变化,研究衬底晶向变化的原因和解决方法。研究发现,碲锌镉晶体在初次定向切割后的加工过程中晶向会发生明显变化,而在厚度减薄较大的粗磨工艺后不会发生较大晶向偏差,因此,可将粗磨后衬底的再次定向结果作为进一步筛选碲锌镉衬底的依据,以保证液相外延碲镉汞薄膜的质量。

    • 短/中波双色碲镉汞红外焦平面探测器研究

      2018, 48(11):1395-1398.

      摘要 (215) HTML (0) PDF 0.00 Byte (20) 评论 (0) 收藏

      摘要:报道了基于分子束外延碲镉汞短/中波双色材料、器件的最新研究进展。采用分子束外延方法制备出了高质量的短/中波双色碲镉汞材料,并优化了材料的质量,材料表面缺陷密度控制在500个/cm-2以内,通过扫描电子显微镜可以看出各层之间界面陡峭,使用傅里叶红外变换光谱仪(FTIR)、X射线衍射(XRD)等方法对材料进行了表征,基于此材料制备出了短/中波碲镉汞双色器件,器件测试性能良好。

    • >光电技术与系统
    • 多传感器光电经纬仪图像增强系统研究

      2018, 48(11):1399-1403.

      摘要 (44) HTML (0) PDF 0.00 Byte (15) 评论 (0) 收藏

      摘要:多传感器光电经纬仪是靶场光电测量的重要设备,为了提高多传感器光电经纬仪图像可视化效果,提出了采用图像增强技术处理多传感器光电经纬仪图像。首先分析了靶场光测经纬仪的发展趋势,简要介绍了多传感器光电经纬仪的光学测量系统原理,分析了各波段光学系统的性能,然后给出图像增强系统方案,介绍了各种图像增强算法,最后提出了一种适合短波图像的等间距图像增强算法,并进行了仿真验证与分析。实验结果表明:采用图像增强技术处理多传感器光电经纬仪图像能有效提高图像可视化效果。

    • 地球同步轨道星载光机电设备热控系统设计

      2018, 48(11):1404-1410.

      摘要 (54) HTML (0) PDF 0.00 Byte (14) 评论 (0) 收藏

      摘要:某类地球同步轨道星载光机电设备跨舱板安装于卫星舱内外,二维转台绕两轴转动指向地面,加剧了吸收外热流的变化;内部光电器件发热量大,但传热路径复杂,对温度场的均匀度和稳定度有较高要求,这些给热控设计带来难度。针对光机电设备的工作、构型特性和在轨热环境,进行热控系统区域化设计,提出三级控温、多层安装环和热收集、输运通道等热控创新措施。通过NX TMG热分析软件对极端工况进行仿真分析,计算结果表明,热控方案正确有效,实现了多姿态变化光机电设备的温度场控制。

    • >光纤及光通讯技术
    • 基于高斯拟合的级联光子晶体光纤拉曼放大器

      2018, 48(11):1411-1415.

      摘要 (35) HTML (0) PDF 0.00 Byte (14) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了满足超高速、大容量的光纤传输系统的需求,本文在两段光纤级联结构的基础上,分析了光子晶体光纤的拉曼增益谱并采用高斯曲线对其进行拟合,设计了一种高增益、宽带宽的拉曼光纤放大器。高斯曲线拟合完整准确地保留了光子晶体光纤的增益谱信息,同时尽可能地增加了信号的传输带宽。利用四阶龙格-库塔法对经典的拉曼耦合波微分方程进行数值求解,不仅降低了放大器的增益平坦度,也实现了高增益放大。相比于直线拟合光纤拉曼增益谱的方法,提升了系统的传输容量。通过仿真分析得到:放大器的放大带宽为61 nm,其增益高达22.8 dB,增益平坦度仅为0.42 dB。

    • >光学技术
    • 倒置液滴法的非球面微小透镜制作及实验研究

      2018, 48(11):1416-1422.

      摘要 (37) HTML (0) PDF 0.00 Byte (14) 评论 (0) 收藏

      摘要:非球面透镜具有优良的光学性能,为了实现利用液滴法制作非球面微小透镜,基于流体动力学二相流原理,利用COMSOL建立了层流液滴的流动模型,计算了不同体积下正置和倒置液滴内部的流动速度和压力分布及其稳态下的面形;结合实验考察了不同体积力作用对光固化液滴所得透镜面形轮廓非球面系数K及几何参数的影响。结果表明,计算与实验具有很好一致性,正置液滴透镜为K>0的扁椭球面,倒置液滴透镜的K值均为负值,且液滴体积越大越趋于双曲面;同时,倒置液滴透镜不仅具有更小的顶点曲率半径和底径,相近体积下(V=1.6,2.4μL)倒置液滴透镜聚焦光斑RMS值比正置液滴透镜的RMS值分别减小36%和45%;较大体积所得透镜具有更清晰的边缘和成像质量。因此,利用倒置液滴制作的非球面透镜具有更小的焦斑和优良的成像性能。

    • >图像与信号处理
    • 基于共有星的快速星图识别方法

      2018, 48(11):1423-1429.

      摘要 (21) HTML (0) PDF 0.00 Byte (9) 评论 (0) 收藏

      摘要:提高星图识别的快速性对于提高数字天顶仪的定位效率具有重要意义。传统的数字天顶仪星图识别需要对旋转拍摄的每幅星图上所有星点单独进行识别,致使星图识别效率较低。考虑到星图间存在着共有星,对此提出了一种基于共有星的星图识别方法。首先对定位循环中间位置拍摄的两幅星图单独进行识别,然后通过建立倾斜修正模型消除了实际拍摄状态下CCD平面与水平面之间的小倾角,并在此基础上建立了星点归算模型,以此找出剩余星图与已识别星图间的共有星。实验结果表明:通过星点归算模型找出剩余星图与已识别星图间共有星后,再对新增星进行识别,大大提高了星图识别的效率。

    • 一种改进的核相关滤波目标跟踪方法研究

      2018, 48(11):1430-1435.

      摘要 (40) HTML (0) PDF 0.00 Byte (17) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目标跟踪领域视频图像序列经常出现遮挡、光照变化和快速移动等难点,提出了一种融合目标上下文信息和超像素级特征的核相关滤波跟踪方法,目标与其周围的信息存在相关性,利用中层视觉特征(超像素)构建目标的上下文滤波模型,在相关滤波框架下,实现对目标的快速训练和定位。实验结果表明,和其他相关滤波类算法相比,所提出的算法在处理以上跟踪难点时,精确度更高,且鲁棒性更强,同时能以较快的速度运行,满足实时性的要求。

    • 基于YOLO模型的红外图像行人检测方法

      2018, 48(11):1436-1442.

      摘要 (58) HTML (0) PDF 0.00 Byte (16) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对基于传统特征提取方法的远红外图像行人检测存在准确率和实时性不足的问题,本文研究了一种基于改进YOLO模型的远红外行人检测方法,通过改进其深度卷积神经网络的输入分辨率,然后在基于实际道路采集的红外数据集上进行训练,得到检测效果最佳的检测模型,并提出基于车速的自适应图像分辨率模型,以提高车载系统的行人检测性能。在基于实际道路的红外数据集上的对比实验表明,该方法与传统方法相比,准确率从76.5%提高到89.2%,每秒传输帧数从0.01259 f/s提高到40.5 f/s,满足车载情况下的实时性需求。

    • 基于VMD的激光雷达回波信号去噪方法研究

      2018, 48(11):1443-1448.

      摘要 (69) HTML (0) PDF 0.00 Byte (11) 评论 (0) 收藏

      摘要:为滤除激光雷达回波信号中的噪声,提高其信噪比,本文提出了一种基于变分模态分解(VMD)的回波信号去噪方法。该方法利用去趋势波动分析对信号进行变分模态分解,通过巴氏距离区分相关模态和非相关模态,采用移动平均法提取非相关模态中的有用信号,并将其与相关模态进行重构实现噪声的有效去除。实验结果表明,经该方法处理后的回波信号输出信噪比提高到了22.58 dB,均方根误差减小为0.78×10-11。该方法能有效滤除激光雷达回波信号中的噪声,保证信号的完整性,与小波变换、经验模态分解直接阈值、变分模态分解局部重构等方法相比,具有明显优势。

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