2019年第1期文章目次

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  • 1  跨空水介质激光声技术发展分析与思考
    何奇毅 宗思光
    2019, 49(1):3-8.
    [摘要](85) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    跨空水介质间的激光声技术是世界各国正在研究的一个重要课题,开展激光声作为通信声源的技术研究有助于海洋通信的发展应用,该通信技术利用激光在水中产生声波,在空中获取声回波信号,综合应用了激光技术、声学与电子学等多种技术手段,具有强大的技术优势;利用机载平台产生激光,在水中产生声波并在空中接收被水下目标反射或散射的声波,从而对水下目标进行探测,是光、声联合探测领域的一项新的交叉技术,可满足不同海域、不同战术使用下的作战需要。论文介绍了不同条件下的激光致声原理,分析了激光声技术在探测和通信领域的应用场景,并结合已有的研究成果对激光声技术的发展应用提出了几点建议。
    2  硅基异质集成化合物半导体技术新进展
    张东亮 杨凝 刘大川 林霄 王伟平 丁子瑜 胡小燕 汪志强
    2019, 49(1):9-19.
    [摘要](60) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    随着摩尔定律即将走向尽头,以及军民电子信息系统对多功能集成、高密度集成、小体积重量、低功耗、大带宽、低延迟等性能的持续追求,将多种化合物半导体材料体系(如GaN、InP、SiC等)的功能器件、芯片,与CMOS集成电路的芯片进行异质集成的技术正在拉开序幕,将在微电子、光电子等领域带来一场新的革命,硅基异质集成也被认为是发展下一代集成微系统的技术平台。本文梳理了射频微电子学与硅光子学领域中以化合物半导体为主的材料(或芯片)与硅半导体材料(或芯片)异质集成的最新进展,以期国内相关领域研究人员对国外的进展有一个比较全面的了解。
    3  近红外单光子激光雷达人眼安全分析
    吴仲 孙飞阳 袁丰 徐跃
    2019, 49(1):20-25.
    [摘要](67) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    近年来基于单光子雪崩二极管(SPAD)的激光雷达得到迅猛发展,已经从军事侦察、生物探测等特殊领域走向需求量巨大的无人驾驶系统等民用领域。由砷化镓、磷化铟等材料制备的SPAD探测器可以对1.54 μm以上的近红外长波响应,具有人眼安全性,但制造成本高且难以实现大规模集成,无法满足低成本和高集成度的民用要求。目前,硅基SPAD探测器通过结构和工艺优化实现了对0.7~1.1 μm近红外短波光子的高效探测,大幅度降低激光发射功率,从而降低了激光对人眼的伤害。但为了安全工作,还必须对人眼安全问题进行分析。本文在分析SPAD激光雷达研究现状的基础上对近红外短波激光雷达的人眼安全进行了深入和全面的分析,根据美国国家激光标准精确计算出符合人眼安全的激光能量和照射时间,为硅基SPAD民用激光雷达的应用提供了设计依据。
    4  后向散射法测量蒸汽湿度中理论计算模型的优化
    唐振洲 黄竹青 黄章俊 罗赟 袁志超
    2019, 49(1):26-30.
    [摘要](48) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    基于Mie散射理论和Lambert-beer定律,利用CCD相机接收湿蒸汽水滴微粒的散射光强,建立了蒸汽湿度测量系统。对于该系统的理论计算模型,分别采用对数正态分布(LN分布)和Rosin-Rammler分布(R-R分布)来描述模拟器缸汽中的水雾粒径分布,对散射光强进行仿真计算,将得到的仿真结果同实验数据进行对比分析。结果表明:后向散射法测量蒸汽湿度中,采用对数正态分布(LN分布)建立的理论计算模型更合适。
    5  高阶克尔效应对氩气介质中飞秒光丝的影响
    亓协兴 井晨睿
    2019, 49(1):31-34.
    [摘要](51) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    利用飞秒光丝的强场非线性效应可大幅提高激光高精加工技术。在产生光丝的过程中,克尔效应起到了显著作用。由于以往没有测得高阶克尔折射系数,因此模拟计算只取低阶值。随着高阶克尔折射系数的测定,其作用受到了越来越多的关注。本文以氩气为传输介质,采用非线性薛定谔传输方程,分4组不同的折射系数情况来研究高阶克尔效应对成丝的影响。结果表明,尽管折射系数值相差不大,但其对成丝的影响却异常明显,甚至出现了不同的自聚焦-散焦过程和等离子体密度相差一个数量级等差异。这就意味着,在模拟利用光丝的强场非线性光学效应进行激光材料加工时,需选择与环境相一致的折射系数,以提高加工精度。
    6  激光重熔工艺对YCF101涂层质量的影响
    赵雨 王松 付建巍 陈辽原 于天彪
    2019, 49(1):35-41.
    [摘要](52) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](9)
    摘要:
    YCF101合金(铁基)涂层耐磨耐蚀以及合适的硬度,是机床零件再制造理想涂层。为制备高表面质量的涂层,研究了不同重熔工艺参数对YCF101涂层质量的影响。采用激光共聚焦显微镜(LEXT OLS4100)对涂层表面形貌、组织和截面质量进行了分析。研究结果表明,激光重熔有效提高涂层表面质量;在相同的重熔工艺参数下,重熔轨迹与熔覆轨迹呈45°的重熔方式,重熔质量最好;重熔功率为200 W,重熔速度9 mm/s,重熔间距1 mm时,涂层质量最好;随着重熔功率增加,涂层裂纹增多;重熔后熔池内部细密的晶粒被柱状晶取代,涂层截面组织均匀,涂层表面组织晶粒细化。
    7  激光激发表面波测量表面缺陷深度的数值研究
    陶程 殷安民 王煜帆 应志奇 束学道
    2019, 49(1):42-50.
    [摘要](59) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    为了研究声表面波与表面缺陷的作用机理,实现激光超声技术对表面微缺陷定量检测,本文采用有限元法首先分别研究了声表面波与缺陷前沿、缺陷后沿的作用,然后讨论了缺陷宽度的存在对缺陷前沿与声表面波作用的影响,最后通过分析矩形缺陷与声表面波的作用,给出了能定量表征表面缺陷的特征量。研究结果表明:RS波(特征点Q)后的振荡信号(特征点W、E)来源于透射表面波在缺陷后沿所产生的振荡。特征点Q的到达时间随表面缺陷深度或宽度增大都呈现微小的线性增长;特征点W、E的到达时间差随表面缺陷深度的增大呈线性增长,与缺陷宽度的变化无关。最后,根据特征点的到达时间实现了缺陷深度的定量计算。研究结果为表面缺陷的定量检测提供了理论依据。
    8  3.705 μm紧凑型光参量振荡器
    赵志刚 刘虎 王德飞 何洋 楚振锋
    2019, 49(1):51-54.
    [摘要](64) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](9)
    摘要:
    报道了一种基于工程应用的3.705 μm紧凑型高稳定性光参量振荡器。采用半导体制冷、强制气体对流冷却和热管导热技术相结合的方式,对主振荡功率放大结构的掺Yb光纤泵浦模块泵浦过程中产生的废热进行有效管理,再将经过耦合后的泵浦光注入到使用温控炉精确控温的PPMgLN晶体,在重复频率为55.56 kHz时,获得了功率不稳定度优于1.5%的1.78 W,脉冲宽度120 ns,峰值波长3.705 μm的线偏中红外激光输出,光光转换效率为12.6%。
    9  Nd∶YAG板条激光增益模块真空焊接工艺研究
    陈露 吕坤鹏 梁兴波 刘磊 刘洋 唐晓军
    2019, 49(1):55-58.
    [摘要](63) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](8)
    摘要:
    传导冷却型Nd∶YAG板条激光放大器通常要把大尺寸晶体与微通道热沉焊接在一起,提高散热能力。为获得高光束质量的激光输出,要求焊面的空洞率越低越好,以降低Nd∶YAG板条激光增益模块在工作时产生的热畸变,本文提出了一种实现Nd∶YAG板条激光增益模块大面积无空洞焊接的工艺。在真空辐射加热条件下,使用精密行程控制系统调整热沉和Nd∶YAG板条激光增益介质之间焊接缝隙大小。通过对模拟件超声波扫描图的对比分析,使用精密行程控制系统调整焊接缝隙大小的焊接设计实现了大面积低空洞的连接,有效焊接面积达到98.9%。利用该工艺封装的增益模块进行了激光实验,在11kW泵浦光注入情况下,模块动态波前畸变减小了22%,表明新的焊接工艺可以提高Nd∶YAG板条激光增益模块的输出激光功率和光束质量。
    10  变跟踪点红外场景仿真建模时间误差分析
    姬爽 王艳奎 吴根水
    2019, 49(1):59-66.
    [摘要](57) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    随着第四代红外成像空空导弹的发展,在制导半实物仿真过程中导引头对红外图像仿真的需求逐步提高,本文在已有基于导引头光轴指向的变跟踪点红外场景仿真建模技术研究的基础上,对变中心点红外场景仿真建模在分布式制导半实物仿真系统中引入的时间误差进行分析。在充分考虑可能引入时间误差的各参数的可能取值及噪声情况后,给出了定量的时间延迟结果,分析了各参数对时间延迟的贡献,为变跟踪点红外场景仿真技术的工程应用提供数据与理论依据。
    11  红外双波段弱小目标温度特征提取模型研究
    刘铮 姚石磊 毛宏霞 戴聪明 魏合理
    2019, 49(1):67-72.
    [摘要](62) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](4)
    摘要:
    针对红外目标远距离识别特征微弱且具有很大不确定性的问题,定量研究了目标红外辐射强度提取精度与图像信噪比关系,并基于红外双波段比色测温原理,建立了目标温度特征提取与置信度估计模型。经静态实验验证,在图像信噪比达到6时,目标温度特征估计区间为10 K,特征估计精度为5 K;经外场试验验证,在图像信噪比达到6时,目标温度特征估计区间为20 K,特征估计精度为10 K。
    12  液相外延碲镉汞薄膜的表面损伤研究
    李春领 秦艳红 程雨 王春红
    2019, 49(1):73-76.
    [摘要](292) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](5)
    摘要:
    HgCdTe薄膜表面损伤层厚度测试对其加工工艺及其重要。本文采用白光干涉仪对HgCdTe薄膜表面粗糙度测试,并与损伤层厚度对比,研究发现粗糙度值达到稳定值后,上一步工艺引入的表面损伤已经完全去除,表面的损伤为抛光工艺引入的损伤。这一方法,既能方便快捷地确定损伤层是否完全去除,又未对测试样品产生破坏。
    13  InSb红外探测器芯片粘接工艺研究
    沈祥伟 朱旭波 张小雷 张力学 李春强 高创特
    2019, 49(1):77-81.
    [摘要](278) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](8)
    摘要:
    基于InSb红外探测器的封装特点,采用正交试验法研究了芯片粘接过程中基板平整度、粘接剂抽真空时间、配胶时间、固化条件等工艺参数对芯片性能及可靠性的影响。通过计算极差和方差分析了各因素对芯片可靠性的影响大小。结果表明,固化条件对粘接后芯片的性能影响最大,其次是配胶时间,而抽真空时间和基板平整度影响相对较小。针对极差分析得出的较优参数组合和较差参数组合,利用X射线衍射(XRD)研究了不同参数组合对晶片粘接的应力大小,所得结果与正交试验一致。
    14  碲镉汞p型接触孔湿法腐蚀工艺研究
    陈慧卿 白雪飞 宁提 胡尚正
    2019, 49(1):82-85.
    [摘要](87) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](4)
    摘要:
    针对碲镉汞芯片p型接触孔湿法腐蚀工艺进行研究,采用不同条件的湿法腐蚀工艺完成碲镉汞p型接触孔制备,通过扫描电子显微镜和激光扫描显微镜分析腐蚀后的接触孔表面形貌,电学接触性能通过伏安特性曲线表征。实验结果表明,传统湿法腐蚀工艺在碲镉汞芯片接触孔制备过程中存在钻蚀严重和均匀性不好等问题,针对以上问题提出了一种超声辅助湿法腐蚀工艺,制备出形貌及均匀性较好的p型接触孔。
    15  舰载激光武器稳定平台粗精复合控制
    赵磊 纪明 赵振海 王虎 马优恒
    2019, 49(1):86-92.
    [摘要](59) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](8)
    摘要:
    为了实现舰载激光武器在复杂作战环境中对目标的精确毁伤,提出一种基于快速反射镜的粗精复合稳定平台,用以控制激光光束的稳定精度。首先,介绍了系统组成及工作原理,设计了压电陶瓷驱动的全柔性精级快速反射镜,并且分析了该快速反射镜的性能特点。然后,设计了粗精复合控制系统,在此基础上探讨了粗精复合稳定平台各组成单元之间的相互影响因素。最后,通过理论计算推导了粗精复合控制系统的误差传递函数,并搭建了实验平台,进行了稳定精度测试实验。实验结果表明:在四级海况摇摆扰动条件下,相较于传统粗级稳定平台,方位复合平台的稳定精度从191.6 μrad提高到6.7 μrad,提高了约27.6倍,俯仰复合平台的稳定精度从121.3 μrad提高到4.9 μrad,提高了约23.8倍;在各种外界摇摆扰动下,粗精复合平台对激光光束的稳定控制精度均≤10 μrad。满足了舰载激光武器平台对激光光束高精度稳定控制的作战需求。
    16  光电经纬仪转台动态特性研究
    邹冀 伞晓刚 李耀彬 高世杰
    2019, 49(1):93-98.
    [摘要](731) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    光电经纬仪转台的动态特性对经纬仪瞄准与跟踪性能有重要影响。针对某型号经纬仪展开研究,基于3D Solid单元建立了有限元模型,采用Bathe子空间迭代法对转台进行了模态分析,获取了转台前6阶模态。进行了力锤激励模态测试实验,仿真结果与实验结果误差在12%以内。基于隐式积分法对经纬仪进行了扫频分析,结果表明,该型号经纬仪转台对350 Hz激励最为敏感。研究结果为经纬仪转台结构改进提供了指导,并为控制系统的带宽设计提供了依据。
    17  激光脉冲编码抗有源干扰效果研究
    张艺凡 张春熹 王鹏 冯迪
    2019, 49(1):99-104.
    [摘要](82) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    激光脉冲编码是激光制导武器的抗干扰措施之一。角度欺骗式干扰和高重频干扰是目前半主动激光制导武器的主要有源干扰来源。为研究不同激光脉冲编码方式对激光半主动制导武器抗这两种干扰性能的影响,本文针对敌方激光告警机的识别算法与我方导引头的解码过程,提出自相关函数与归一化互相关函数评价方法,并对目前主要编码方式进行仿真,仿真结果表明:激光脉冲编码的抗角度欺骗式干扰能力受编码序列周期性与脉冲间隔随机性的影响;抗高重频激光干扰能力受编码序列脉冲间隔随机性的影响;LFSR状态码的抗角度欺骗式干扰与抗高重频干扰效果均优于其他编码方式。
    18  光刻照明系统中新型均匀性补偿器的设计
    李美萱 阚晓婷 王美娇
    2019, 49(1):105-109.
    [摘要](75) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](4)
    摘要:
    在超大规模集成电路中,为了满足波长193 nm数值孔径为1.35的45 nm节点紫外光刻曝光光学系统对高分辨率的要求,设计了一种新型的均匀性补偿器件,用于提高照明系统的出射光均匀性从而实现光刻线条的高度均一性。该照明均匀性补偿器的主要功能是实现对照明视场的能量分布进行微调,从而减小系统的残余不均匀性,保证系统在掩膜面及硅片面上的能量分布均匀性达到更高指标的要求。此外,使用CODE V软件对该照明系统的均匀性进行仿真分析,研究发现采用新型均匀性补偿器可以在传统照明和离轴照明模式下同时的光刻照明系统对掩膜面的非均匀性均低于0.5%。与传统匀光单元相比,该新型均匀性补偿器在不增加光刻照明系统机械设计和控制难度的基础上可明显提高光刻照明系统的均匀性,故该器件具有更好的应用价值和实用意义。
    19  基于改进候选区域网络的红外飞机检测
    姜晓伟 王春平 付强
    2019, 49(1):110-115.
    [摘要](59) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    为较好地解决防空武器成像系统对空中红外飞机的检测问题。首先简要地概括了卷积神经网络的兴起和应用,其次在引入基于深度学习的目标检测模型Faster R-CNN的基础上,详细地介绍了经典K-means聚类算法的工作原理、实现流程、存在的弊端以及该算法的主要改进手段,并利用K-means聚类算法对Faster R-CNN锚点框的生成方式进行了改进。最后在CAFFE框架平台下进行了多次仿真实验,测试集来源于自建的专用于空中红外飞机检测任务的数据集,实验结果表明本文采用的改进手段可以在保证较高平均准确率AP的同时提高检测速度,并且给出了最适用于本文自建数据集利用聚类算法的k值。
    20  磁环表面缺陷图像分割算法的研究及实时实现
    马欣欣 葛曼玲 黄贤冲 崔家俊
    2019, 49(1):116-122.
    [摘要](59) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    为实现小型磁环表面细微缺陷图像无监督分割,并提高分割精度与计算效率,本文提出了一种基于改进2D Gabor滤波器组的自适应阈值分割方法。首先,利用多尺度、多方向的Gabor滤波器组对缺陷图像进行滤波降噪处理,抑制目标区域与背景区域内部的噪声污染,同时增强区域间的差异性;然后,通过对处理后图像的灰度统计特性分析,根据缺陷图像的灰度均值及方差构造了灰度阈值计算公式,实现了小型磁环表面细微缺陷图像的自适应分割。实验结果表明,本文算法可快速、准确地分割缺陷并抑制噪声干扰,在分割精度、计算效率等方面也优于传统的选择迭代法、OTSU、最大熵等方法,并能够在先进的SEED-DVS8168平台上实时实现,验证了此算法的可行性与实时性。
    21  基于卷积神经网络的红外图像融合算法
    陈清江 李毅 柴昱洲
    2019, 49(1):123-128.
    [摘要](76) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    红外图像与可见光图像融合的目的是为人类观察或其他计算机视觉任务生成信息更加丰富的图像。本文针对深度学习近年来在计算机视觉领域取得的巨大成功,提出一种基于卷积神经网络的红外与可见光图像融合算法。首先,使用引导滤波和高斯滤波器组成的尺度感知边缘保护滤波器对输入的源图像进行多尺度分解,基础层利用像素强度分布的加权平均融合规则进行融合,细节层借助卷积神经网络对空间细节进行提取融合。实验结果表明,本文算法可以较好的将特定尺度信息进行保存,并减小滤波对边缘细节带来的光晕影响,融合后图像噪声较少,细节呈现的更加自然,并且适合人类视觉感知。

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