• 2018年第4期文章目次
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    • >综述与评论
    • 导航卫星激光反射器技术发展综述

      2018, 48(4):411-419.

      摘要 (615) HTML (0) PDF 1.50 M (205) 评论 (0) 收藏

      摘要:卫星激光角反射器(laser retro-reflector,LRR)作为SLR系统空间载荷部分,装载在卫星表面,其作用是增强星体目标对激光信号的反射率,实现星地距离的精密测距。导航卫星激光反射器是星载激光反射器应用的一个主要分支,本文主要就导航卫星激光反射器国内外技术发展现状、光机设计主要问题、未来趋势和研究方向进行了扼要的评述、讨论和展望;所叙述的内容对其他类型激光反射器的设计同样有借鉴作用。

    • >激光应用技术
    • 后向散射法测量蒸汽参数的CCD相机接收角优化

      2018, 48(4):420-424.

      摘要 (489) HTML (0) PDF 1.23 M (151) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了揭示汽轮机内湿蒸汽的具体参数和实现汽轮机湿蒸汽参数的有效测量,对基于后向散射法及联合CCD相机成像的湿蒸汽参数测量模型,提出了新的CCD相机接收角度,分析了不同散射角度对散射比的影响。结果表明,当散射光接收角度为后向7°时,可获取到最佳的散射比,此时信噪比最强,为最合适的接收角度。通过对后向7°角的散射光强在不同尺度分布参数K、水滴群的质量中间半径r-0.5、水滴数密度N下所呈现的变化规律进行分析验证,结果表明后向7°角的散射光强变化趋势与理论变化相吻合,从而为后向散射法测量湿蒸汽参数的研究提供依据。

    • 激光熔覆Ni/WC涂层温度场及形貌模拟

      2018, 48(4):425-430.

      摘要 (408) HTML (0) PDF 1.13 M (202) 评论 (0) 收藏

      摘要:根据同轴送粉激光熔覆的特点,利用有限元软件ANSYS模拟温度场的动态过程,采用生死单元法求得熔覆层形貌的三维模型,模拟中加入了熔覆粉末的温升、激光的衰减、相变潜热以及温度对材料热物理性能的影响等因素的影响作用,并且对温度场的结果进行了分析和试验验证。结果表明,熔池前方温度梯度比后方大,熔池最高温度在短时间之后会基本保持稳定。在高锰钢表面采用4000 W多模光纤激光器熔覆镍包WC复合粉末,涂层组织主要为细化树枝晶,通过对熔覆层横截面形貌、组织形貌、温度场分布的观察分析,验证了模拟结果的准确性,可作为制备涂层的工艺的理论参考。

    • 基于线阵CCD的多表面焦点偏移测量

      2018, 48(4):431-437.

      摘要 (434) HTML (0) PDF 1.52 M (234) 评论 (0) 收藏

      摘要:在显微成像过程中,焦点偏移对长时间的活细胞观测等应用有很大影响,自动对焦技术是解决该问题最有效的技术手段之一。反射式的主动式表面偏移测量是显微镜实现自动对焦的关键,但是在存在多个表面反射的情况下如何进行准确的焦点偏移测量仍是需要解决的一个问题。本文提出了一种针对多表面反射的焦点偏移测量方法,该方法采用线阵CCD对反射光斑进行成像,不同表面反射回来的光斑在线阵CCD上可以很好的区分,通过窗口加权质心法够精确地测量所需要的表面反射光斑在CCD上的位移,从而精确测定焦点偏移,在样品干燥和样品湿润的情况下测量精度分别达到106 nm和111 nm。

    • 激光熔覆单层单道轨迹成形控制方法

      2018, 48(4):438-446.

      摘要 (490) HTML (0) PDF 1.45 M (201) 评论 (0) 收藏

      摘要:建立工艺参数与工艺结果之间的简析表达式,是解释激光熔覆“光-粉”耦合作用的复杂过程的前提,也是指导工艺实施与实现单道轨迹预测与控制的重要依据。采用响应面法研究了激光功率、扫描速度、气流量、离焦量4个因子对熔覆层的宽度、高度、横截面积3个响应值的作用规律,揭示了“光-粉”耦合作用对激光熔覆成形的影响规律。结果表明:激光功率增加,扫描速度减小,3个响应值相应地增加;气流量增加,3个响应值相应地减小;离焦量的变化对熔覆层宽度无明显的影响作用,但离焦量增加,熔覆层高度、横截面积会相应地减小。进一步地,构造因子与响应值之间的二阶回归数学模型。熔宽、熔高和横截面积的模型调整R方值分别为0.7321,0.8749和0.9137,预测R方值分别为0.6371,0.8007和0.8630,表明3个响应模型能够很好拟合并预测试验组数据。最后开展3组验证实验,得到3个响应的预测值与实验值的误差均小于5%,表明所建立回归模型的可靠性。

    • 卫星激光测距系统中图像处理子系统设计

      2018, 48(4):447-450.

      摘要 (459) HTML (0) PDF 1019.75 K (147) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高卫星激光测距系统的自动化程度,设计了一套用于卫星激光测距系统的图像处理子系统。本子系统通过图像处理手段,解算出激光束光尖和卫星位置,并将位置偏差反馈给控制计算机,用以调整激光束的出光方向和修正预报偏差。首先给出了该系统的软硬件框架和实现流程;然后重点介绍了图像处理部分算法;最后结合实际观测对系统进行性能验证,结果表明本系统功能正常,稳定可靠,在一定程度上提高了激光测距系统的精度和实时性。

    • 影响激光主动探测效能的机理研究

      2018, 48(4):451-457.

      摘要 (525) HTML (0) PDF 1.22 M (149) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用猫眼效应可对光电装备进行主动探测。面对环境的复杂性,寻求提高主动探测效能的方法尤为重要。建立猫眼效应分析模型,分析影响猫眼效应回波效能的作用机理,利用入射角,离焦量等参数推导出回波能量平均照度表达式,分析制约主动探测能力的因素从而寻求提高探测概率的方法,并利用FRED进行仿真。研究表明:离焦量产生回波发散角降低回波能量;微量的入射角在不改变有效通光口径的同时可以降低回波发散角;利用探测激光波长和发散角可以弥补猫眼系统固有的离焦量从而提高探测能力;仿真结果证实了这个结论。

    • 不锈钢表面光纤激光掩膜微细电解复合加工

      2018, 48(4):458-463.

      摘要 (456) HTML (0) PDF 1.59 M (184) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了实现不锈钢微细电解定域加工,提出激光掩膜表面改性微细电解复合加工技术。研发了激光掩膜微细电解复合加工装置,并进行样件加工试验。首先,采用光纤激光在304不锈钢表面扫描加热进行打标图案,利用X射线光电子能谱分析(XPS)对不锈钢表面激光打标图案进行分析,发现激光在不锈钢表面打标时被空气氧化生成铁、铬等氧化物,生成的打标图案具有耐腐蚀性,形成保护性掩膜。然后进行电解加工,由于掩膜图案在电解过程中起到保护作用,选择合适的电解加工参数,在不锈钢表面能加工复杂的微结构。最后利用SEM、光学轮廓仪来观测微结构形貌、粗糙度等。研究结果表明:利用激光表面改性,结合微细电解加工能实现304不锈钢微结构的快速加工,该工艺在微细加工领域具有很好的发展前景。

    • 激光剪切干涉三维形貌测量

      2018, 48(4):464-468.

      摘要 (455) HTML (0) PDF 1.27 M (366) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对物体表面的三维形貌测量问题,提出了一种基于激光剪切干涉条纹的三维形貌测量方法。该方法利用激光剪切干涉原理产生密集的干涉条纹,将干涉条纹阵列照射到待测表面。利用四步相移法和解包裹算法求解被测物体表面的连续相位,进而获取曲面表面高度信息,最后建立被测物体三维形貌。本文对楔形薄片和木块进行了测试,初步实验结果证明了该方法原理的可行性。该方法可以与显微镜相配合,进一步发展可用来测量微结构3D形貌,在微测量领域具有很大的应用前景。

    • >激光器技术
    • 小型化高稳定半导体激光驱动电路研究

      2018, 48(4):469-475.

      摘要 (549) HTML (0) PDF 1.41 M (214) 评论 (0) 收藏

      摘要:在小型化的可调谐半导体激光光谱测量应用中,高精度和高稳定度的激光驱动电路成为了制约光谱精确测量的主要因素之一。根据负载容量,分析和优化了线性电源的滤波电路参数,选择高稳定线性电源芯片LT3015和LT1086,并结合抗干扰布线规则,实现了12 h的稳定度为1.51×10-3的线性电源。在此基础上,低功耗Cortex-M3内核单片机通过外部带参考基准的D/A芯片MCP4822实现温控芯片WTC3243和恒流驱动模块WLD3343的激光恒流恒温控制;外部电流驱动信号通过输入接口连接到电流控制端。不同温度条件下不同注入电流的短时光强实验和长时实验表明,其输出波数的差值分别为0.01个波数和0.014个波数,驱动电流与光强的线性相关系数大于0.9958、标准差小于7.60843×10-4、Allan方差在5 s时小于2.597×10-4。

    • 超连续谱激光光束质量评价及提升方法

      2018, 48(4):476-479.

      摘要 (565) HTML (0) PDF 1012.58 K (228) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对超连续谱的光束特性,分析了各种光束质量评价方法对超连续谱激光器输出光束质量评价的适用性,并综合各个评价方法的优缺点,找到一种最适合超连续谱光束质量的评价方法。要提高超连续谱激光光束质量,可以从两方面入手:一种是将光束的强度调整成为近高斯分布,另一种方法是补偿光束波前像差。对强度的补偿方法为增益导引效应,对波前像差的补偿方法有相位共轭镜、可变形镜等技术。利用球差校正板对球差进行补偿,也可以提高光束质量。

    • 基于内腔的KTP光参量振荡器的腔型结构研究

      2018, 48(4):480-485.

      摘要 (381) HTML (0) PDF 1.06 M (174) 评论 (0) 收藏

      摘要:实验通过设计合适的光参量振荡器(OPO)腔型结构,实现了内腔OPO的脉冲输出。采用电光调Q方式、闪光灯泵浦Nd∶YAG晶体实现高光束质量的1.064 μm基频光对Π类非临界相位匹配KTP晶体进行激发,产生1.57 μm人眼安全波段激光。对OPO 的输出波形、输出能量进行测量。在不同腔镜曲率半径下分别对OPO输出能量进行测量,绘制成泵浦电压与输出能量之间的关系,在反射镜曲率半径8 m时得到最大光-光转换效率为14.2%。这与软件模拟的实验结果一致。

    • 低反光纤光栅对光纤激光器光谱展宽影响研究

      2018, 48(4):486-492.

      摘要 (405) HTML (0) PDF 1.85 M (200) 评论 (0) 收藏

      摘要:光纤激光器中的自相位调制(SPM)以及低功率下的空间烧孔效应(SHB)会导致输出光谱展宽。分析了SPM、SHB导致光谱展宽的理论模型,讨论了低反光纤光栅(OC)的带宽与反射率对激光器输出光谱展宽的影响。实验研究了不同输出功率下激光器输出光谱随OC带宽及反射率的变化关系。结果表明减小OC带宽能够有效减缓SPM、SHB导致的输出光谱展宽;减小OC反射率能降低SPM导致的输出光谱展宽速度,却促进了SHB导致的光谱展宽;但相同改变量的情况下,OC带宽所带来的影响较反射率更为显著。实验结果与理论分析一致,对光谱合束及窄线宽高功率光纤激光器的设计与应用具有重要意义。

    • >红外材料与器件
    • 红外焦平面探测器成像中的重影现象

      2018, 48(4):493-496.

      摘要 (476) HTML (0) PDF 1.07 M (272) 评论 (0) 收藏

      摘要:在一款256×256中波红外探测器成像中,发现了成像重影,这种重影严重影响图像质量。特别是探测微弱目标时,对目标的识别和捕获会产生严重的干扰。本文介绍了专用红外焦平面点源实验平台,对成像重影的数据特性进行了分析,并通过机理分析和实验比较定位了引起成像重影的原因。成像重影是由于测试电路阻抗不匹配及带宽不够造成的,通过改进测试电路消除了这种重影。

    • 红外探测器探测率的研究与分析

      2018, 48(4):497-502.

      摘要 (571) HTML (0) PDF 773.18 K (303) 评论 (0) 收藏

      摘要:在介绍了红外探测器的组成与工作原理的基础上,分析了红外焦平面探测器的噪声等效功率、探测率对空间红外遥感器成像性能的影响,对红外焦平面探测器探测率的影响因素进行了深入研究。通过理论分析,探测率测量值受测试条件影响,积分时间、辐射源温度、背景辐射和1/f噪声等因素对探测器探测率的测试结果都有一定的影响。

    • >光电技术与系统
    • 光电跟踪转台伺服控制策略研究

      2018, 48(4):503-508.

      摘要 (490) HTML (0) PDF 1.34 M (856) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对高性能光电跟踪转台负载重、摩擦大、跟踪精度要求高等特点,提出了基于复合控制的伺服控制策略,速度环路设计了带有扰动观测器的线性二次最优反馈控制器,并在前向通道增加了零相位误差跟踪控制器(ZPETC),提高速度环的跟踪性能,位置环采用非线性PID反馈控制方式降低超调,提高稳态精度;将低速率的位置给定信息分别进行插值细分和滤波,通过高增益微分器和卡尔曼预测滤波,对转台速度和加速度进行预测和估计,进行前馈实现复合控制,实践证明,这种策略可以有效提高大加速度下的跟踪精度。

    • >光纤及光通讯技术
    • 仿生柔性触角形状感知光纤传感方法研究

      2018, 48(4):509-514.

      摘要 (454) HTML (0) PDF 1.16 M (242) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决智能机器人仿生柔性触角形状感知问题,研究柔性光纤传感方法。建立光纤触觉传感器三维模型,推导出柔性触角探测物体形状的曲率计算公式,建立柔性触角形状传感系统,实验研究光纤布拉格光栅作为传感元件的可行性,分析柔性仿生触角标定误差,得到仿生柔性触角弯曲导致光纤光栅中心波长漂移量与形状曲率的关系,拟合曲线与实际曲线之间的参数偏差小,验证了仿生柔性触角形状光纤传感技术可行性。研究结果表明,光纤传感方法可实现仿生柔性触角形状感知,在智能机器人领域具有应用前景。

    • >光学技术
    • 整形为平顶洛伦兹光束的非球面透镜组研究

      2018, 48(4):515-518.

      摘要 (447) HTML (0) PDF 1.06 M (376) 评论 (0) 收藏

      摘要:高斯光束整形为均匀平顶光束在激光加工、激光驱动核聚变等方面有着重要应用。以平顶洛伦兹函数作为输出光束强度分布,采用非球面透镜组整形方案,通过分析平顶洛伦兹函数阶数和半高宽对整形效果的影响,使用最小二乘法拟合非球面面型,最后透镜组由ZEMAX软件进行光学仿真,结果表明,选用阶数为25,半高宽增大时,整形效果越好,在中心一定区域能达到理想的平顶光束输出。

    • >电子电路
    • 红外焦平面信号读出及处理技术

      2018, 48(4):519-523.

      摘要 (503) HTML (0) PDF 1.11 M (184) 评论 (0) 收藏

      摘要:读出电路是红外探测器组件的重要组成部分,其性能对组件乃至整个成像系统的性能影响重大。本文旨在说明根据不同类型的红外探测器及应用需求特点,读出电路应采取相应的信号读出处理技术,以提高组件性能。文章介绍了适用于不同探测器及应用需求的源随输入级、直接注入输入级、容性反馈放大器输入级信号读出技术,相关双采样低噪声处理技术以及像素级数字化技术。

    • >图像与信号处理
    • 红外图像超分辨率重建技术研究

      2018, 48(4):524-530.

      摘要 (442) HTML (0) PDF 1.04 M (422) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用图像超分辨率重建技术可以在不改进硬件的情况下提升现有成像系统的图像分辨率。为提升红外图像质量,提出了一种基于NSCT变换与自适应正则化重建相结合的图像超分辨率重建算法。算法充分考虑了实际红外图像中噪声特点,利用NSCT变换特点在尽可能减少图像信息损失的条件下,对加性噪声与乘性噪声采用不同策略进行了抑制,并对预处理后的红外图像序列进行自适应正则化重建。实验结果表明本算法处理后的红外图像在主观视觉效果与客观指标上较传统图像处理方法均有改善。

    • 基于图像配准的非均匀性校正算法

      2018, 48(4):531-536.

      摘要 (477) HTML (0) PDF 1.29 M (213) 评论 (0) 收藏

      摘要:非均匀性严重影响红外制导武器的成像质量和系统性能,有效进行非均性校正是提高红外制导武器成像质量的有效手段。高通滤波类算法对非均匀性校正的参数漂移具有很强的适应性,但易产生“鬼影”现象,影响校正结果。本文针对高通滤波类算法的缺陷,结合帧间配准技术,提出了一种基于图像配准的非均匀性校正算法。与SLTH算法和BFTH算法中利用滤波器滤波后得到的残差图像相比,本文利用图像配准和场景删除得到的残差图像能更好地消除图像中的场景信息,抑制“鬼影”效果显著。实验表明:本文算法的校正效果良好,校正结果的平均粗糙度低至3.79,优于SLTH和BFTH两种算法。而且本文算法处理速度快,达到了每秒15.83帧,是BFTH处理速度的1.63倍。

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