2019年第11期文章目次

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  • 1  临近空间球载望远镜概述及发展趋势
    刘奉昌 李威 赵伟国 王晓东
    2019, 49(11):1275-1281.
    [摘要](32) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](23)
    摘要:
    概述了临近空间球载望远镜的发展现状,阐述了优缺点及高应用价值。根据学科分类介绍了国外几种典型的球载望远镜任务,它们代表了当前临近空间球载望远镜发展的最高技术水平。从高力热稳定性的光机结构和精确指向及稳像两个方面论述了球载望远镜的结构特点及关键技术。最后,总结了球载望远镜系统的发展趋势,指出其在长时间高环境适应性、光学系统、口径、指向精度及稳定性、主动光学技术等方面具有较大应用前景。临近空间优越而又廉价的平台资源,为行星遥感探测提供了得天独厚的机会。不久的将来,临近空间球载望远镜进行天体观测将成为一种趋势。
    2  PPMgLN腔外倍频绿光激光器研究进展
    林洪沂 孙栋 刘虹 阮剑剑 龙慧
    2019, 49(11):1282-1291.
    [摘要](19) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](25)
    摘要:
    通过倍频技术产生的绿光激光器具有性能稳定、效率高、结构简单紧凑的优点,在舞台表演、水下通信、生物医疗、激光显示、3D全息显示等领域有着广泛应用。与内腔结构相比,腔外倍频结构简单、偏振性好、易调节,尤其是对于单频半导体激光器、光纤激光器、以及随机激光器和超辐射脉冲激光器,高效率腔外倍频技术仍然是获得绿激光最佳的选择。本文综述了PPMgLN腔外倍频绿激光器的各种类型、性能以及发展现状。
    3  超短激光制备单晶硅光栅结构的热积累效应和实验研究
    王中旺 汪帮富 卢金斌 蒋全胜
    2019, 49(11):1292-1298.
    [摘要](15) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](19)
    摘要:
    针对超短激光辐照单晶硅材料制备光栅结构存在表面裂纹的缺陷,采用双温模型数值模拟出热积累效应,并且实验验证不同加工参数下制备的单晶硅表面光栅结构的表面质量。数值模拟出不同超短激光功率下电子温度和晶格温度的变化规律,通过调节不同的加工参数制备出单晶硅表面光栅结构沟槽,采用超景深三维显微镜对其表面形貌分析。结果表明:当超短激光的输出功率增大时,激光热驰豫时间变大,增大了非平衡状态下激光的烧蚀强度。单晶硅表面的不平整凹坑造成超短激光的反射和散射,从而使得烧蚀后存在凹坑,造成单晶硅表面的损伤溶蚀。当加工速度和加工次数一定时,增大激光的输出功率可以提高超短激光制备光栅结构的加工效率,但过大的激光功率反而造成光栅结构沟槽两侧出现溶蚀凹坑。
    4  SLAM激光扫描的建筑物建模方法与应用Building modeling method and application of SLAM laser scanning
    李猛 崔希民 马旭 李雨 闫瑜
    2019, 49(11):1299-1304.
    [摘要](40) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](19)
    摘要:
    基于SLAM激光扫描系统对目标建筑物进行点云数据采集,通过点云去噪、重采样等预处理得到了建筑物目标点云,利用特征提取算法提取建筑物轮廓线,分别采用点云数据直接建模法和基于轮廓线建模方法对目标建筑物进行了建模对比,利用传统全站仪获取的10个特征尺寸进行了精度验证。试验结果表明,直接建模法的建筑物模型精度为0.058 m,基于轮廓线建立的模型的精度为0.032 m,基于建筑物线特征约束的建模精度明显高于点云数据直接建模精度,为SLAM激光扫描系统在建筑物三维模型建立中的应用提供了方法和参考。
    5  激光补给无人机跟踪方法研究
    袁建华 洪沪生 黄开 陈庆 李尚
    2019, 49(11):1305-1310.
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](15)
    摘要:
    激光供能无人机能实现能量实时补给,提升无人机续航时间。无人机一般情况下,飞行距离地面固定补给站较远,激光光斑增大到完全覆盖无人机机身,导致无线能量传输距离过远,以及如何实施激光跟踪瞄准。针对上述问题,本文提出了一种新的跟踪瞄准方法,根据安装在光伏电池板上光敏传感器的输出电压的对比来对无人机进行最优追踪。经计算得出东西向的偏移量为2.310 mm,与实际偏移量2 mm近似,误差0.31 mm。
    6  弱湍流大气中部分相干涡旋光束的轨道角动量特性
    任程程 杜玉军 吕宏 刘旭东 朱运周
    2019, 49(11):1311-1316.
    [摘要](9) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](17)
    摘要:
    根据轨道角动量谱理论,推导了部分相干拉盖尔-高斯光束轨道角动量态的功率表达式。分析了相干长度、束宽对轨道角动量的影响,讨论了弱湍流大气中部分相干-拉盖尔高斯光束轨道角动量特性。结果表明:部分相干拉盖尔-高斯光束在相干长度与束腰半径比值固定的情况下,其初始轨道角动量态相对功率不会随着束腰半径的改变而变化。在部分相干拉盖尔-高斯光束初始相干长度与束腰半径取值大小相同的情况下,随着束腰半径的增大,光束在弱湍流大气中传输1 km处的初始轨道角动量态相对功率减小。
    7  激光锁相放大技术在顶空分析中的应用
    胡朋兵 潘孙强 崔晨晨 陈哲敏 张建锋 郭钢祥 陈宁
    2019, 49(11):1317-1322.
    [摘要](16) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](16)
    摘要:
    基于FPGA研究了激光数字锁相放大技术,利用Lorentz线型模拟CO2吸收曲线,研究了调制系数、调制相位对吸收曲线二次谐波信号的影响,实现了调制参数的最优化。在此基础上,搭建了激光检测系统并对培养瓶内CO2浓度进行了顶空测量。结果表明:研制的顶空分析系统检测性能良好,输出二次谐波信号与CO2浓度的线性拟合度达99.98 %,测量范围为0~20 %,1σ检测限达到0.05 %。
    8  管道三维检测仪的激光光斑位敏探测技术
    刘滔滔 汪贵华 张锦涛 张天宇 杨栩 辛嘉
    2019, 49(11):1323-1327.
    [摘要](16) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](17)
    摘要:
    通过摄像机采集激光光斑在成像屏上的图像并计算光斑坐标变化的方法,来检测地下管线的位置分布以及弯曲变化,具有精度高、响应灵敏等优点。在投影屏边缘处设计了五个固定孔作为尺度定标点,采集激光光斑在管道中移动的投影图像,采用多种数字图像处理方法,获得了五个固定孔投影椭圆的位置以及光斑的位置。此方法比以前检测光斑位置的方法,数据稳定可靠,有助于地下管道的三维分布测试的精度提高。
    9  表层掺杂板条状激光模块仿真研究分析
    李宁 刘洋 唐晓军 丁小康 张伟桥
    2019, 49(11):1328-1332.
    [摘要](4) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](15)
    摘要:
    介绍了一种表层增益板条状激光器模块。提出一种结合光线追迹、有限元、数值分析的仿真方法,建立表层增益激光增益模块的模型。在求解抽运光在该结构内部的分布情况以及其温度场的分布情况时,发现与传统体掺杂的CCEPS结构相比,表层增益激光模块有较高的散热能力以及较低的光学畸变。
    10  10 kHz窄脉宽固体激光器
    刘爽 秘国江 毛小洁 李天琦 房巨强 刘先达
    2019, 49(11):1333-1337.
    [摘要](13) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](20)
    摘要:
    报道了一种采用被动调Q 的高重频窄脉宽固体激光器。激光器通过LD端面泵浦,利用自聚焦透镜对泵浦光进行整形耦合,采用Nd∶Cr4+∶YAG晶体,把激光工作物质与Q开关晶体键合在一起,得到一种小体积,宽温范,抗冲击震动效果强的高重频半导体固体激光器。该激光器的工作重复频率在10 kHz,脉宽3 ns左右,中心波长1064 nm,输出脉冲能量常温状态可达14.2 μJ以上,高温65 ℃状态下可达15.2 μJ以上,出光延时抖动在5 μs以内的激光输出。
    11  基于双通道图像的电力设备智能监测技术研究
    孙海铭 曹桐滔 代作晓 彭鹏
    2019, 49(11):1338-1343.
    [摘要](33) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](29)
    摘要:
    以目前变电站电力设备故障监测为背景,以变电站绝缘子为对象,利用机器视觉技术,重点开展了基于双通道的图像采集技术、电力设备目标识别以及红外感兴趣区域(ROI)自动定位测温技术的研究。通过硬件设计获取双通道(可见光、红外)图像信息,建立了绝缘子数据库,利用Mask R-CNN算法对绝缘子进行有效识别,利用红外测温技术对红外ROI区域进行自动测温,搭建了一套基于双通道图像的电力设备智能监测系统。实验结果表明:本文提出的算法可以实现精确的绝缘子目标识别,为电力设备的智能监测提供了可行的视觉监测技术途径。
    12  基于红外热像仪的弹药热毁伤测量误差消除方法研究
    王凌宇 杜红棉 王玮 徐浩
    2019, 49(11):1344-1349.
    [摘要](14) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](17)
    摘要:
    红外热像仪已广泛应用于弹药毁伤性能评估领域。针对国内基于红外热像仪热毁伤评估精度矫正文章较少的情况,梳理了部分评估误差来源,并提出了对应的误差补偿思路。通过对热毁伤测量试验的误差来源进行理论分析,对由测距和大气透射引发的测温误差做出公式修正。并通过爆心定位、设立标识杆,排除了测量过程可能会引入的误差。最后,对火球红外图像进行了盲元校正及图像增强处理,提升了图像辨识度,改善了火球毁伤范围定位的精确度。
    13  HgCdTe红外探测器芯片微管电极的制备与应用
    张轶 刘世光 张敏 杨斌
    2019, 49(11):1350-1352.
    [摘要](7) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](16)
    摘要:
    介绍了一种用于超大面阵碲镉汞探测器的新型微管电极。使用常规金属沉积、光刻和刻蚀设备,即可在碲镉汞芯片上制备微管电极。在倒装互连时,碲镉汞芯片通过微管电极插入读出电路上的铟球,实现与读出电路互连。使用微管电极互连,互连所需压力比现有工艺降低了约65 %,并降低了倒装互连工艺对碲镉汞芯片平坦度和互连精度的要求,大幅度提高了互连成功率。
    14  基于正交设计的Si基复合衬底优化工艺试验
    王丛 强宇 高达 师景霞
    2019, 49(11):1353-1356.
    [摘要](0) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](14)
    摘要:
    在正交设计的基础上,通过一系列工艺测试实验,研究了MEE外延温度、MEE退火温度、CdTe外延温度、CdTe退火温度对Si基复合衬底的两个关键质量因素FWHM和表面粗糙度的影响。通过统计技术对测得的实验数据进行了方差分析,结果表明,CdTe退火温度是影响FWHM的关键因子,MEE退火温度和CdTe外延温度对Ra值来说影响是显著的。通过该系列实验得到最优的外延工艺条件。
    15  基于光纤光栅传感器的海水入侵温度测量系统
    郭芳 闫光 孟凡勇 宋言明 钟国舜
    2019, 49(11):1357-1362.
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](15)
    摘要:
    近年来海水入侵造成各地沿海滩涂出现了大面积生态退化,对滩涂温度的有效测量有利于监控滩涂海水入侵的情况解决生态平衡问题;通过对光纤光栅结构的特殊设计解决了基底热胀冷缩产生的应变对温度的测量,实现了传感器的解耦;光纤光栅传感器的重复性实验和标定实验,结果表明温度传感器的灵敏度在10.21 pm/℃以上,线性度达到了99 %以上,精度为0.2 ℃,分辨率达到0.1 ℃,传感器具有良好的性能;在现场试验中,将3个光纤光栅传感器串联组成2000 m的传感器系统对滩涂的温度进行测量,数据表明该传感器可以在实际温度测量中进行使用。
    16  加载光学涡旋的多光束圆形Airy光束的产生与传输
    杨濠琨 张锦龙 韩笑笑 杨宇 荆雅洁
    2019, 49(11):1363-1368.
    [摘要](12) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](17)
    摘要:
    通过对具有加载光学涡旋的圆形Airy光束传输性质的研究,理论分析了笛卡尔坐标系下,利用分区域法加载光学涡旋的多光束圆形Airy光束的产生,并通过傅里叶变换与角谱传输定理,理论模拟了该光束的传输特性,讨论了加载不同拓扑荷数光学涡旋对光束传输特性的影响。结果表明:拓扑荷数的大小对聚焦位置影响不大,但随着拓扑荷数的增加,焦平面上光束中心处的空心尺寸变大,并且光束的突然自聚焦强度降低。由于该研究具有同时产生并在多光束上加载不同拓扑荷数光学涡旋的优点,在光操控多微粒领域及激光治疗等领域具有潜在的应用价值。
    17  基于伪随机罗斯轨迹的光学表面中频误差抑制研究
    乔励城 张静 付秀华 艾博 李鑫 黄贺
    2019, 49(11):1369-1373.
    [摘要](3) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](16)
    摘要:
    光学表面的中频误差的控制长期以来一直是光学加工中的热点、难点问题。对于接触式的计算机控制光学表面成形技术,传统的加工路径如光栅式路径和螺旋线式路径通常会引入固有的中频误差,而新型的伪随机轨迹对机床的动态性能要求过高,使其难以普遍应用。基于对伪随机轨迹的研究,本文提出了利用伪随机罗斯轨迹对光学表面中频误差进行抑制的方法。在保证加工路径不重合和遍历工件表面的基础上,建立了伪随机罗斯轨迹的参数模型。针对传统的加工路径和伪随机罗斯轨迹进行了工艺对比实验,并对干涉结果进行功率谱密度分析。实验结果表明,三种路径对于低频误差均可以实现有效地抑制,而传统路径对于1/0.07 mm以上的频段误差会则会产生不良的影响,而伪随机罗斯轨迹则对于中频误差可以实现有效地抑制。
    18  基于VGG网络的双波段图像融合方法
    马旗 朱斌 张宏伟
    2019, 49(11):1374-1380.
    [摘要](7) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](23)
    摘要:
    针对红外与可见光图像中物体信息具有各自优点的情况,提出了基于VGG网络的红外与可见光图像融合方法来提高对夜间或复杂背景情况下的物体检测识别能力。首先将图像分别输入到一个经过训练得到的VGG网络中,经过不同的卷积层提取各自的特征图;然后将特征图经过ZCA白化处理,去除冗余信息;再通过归一化处理,将特征图的维度降到二维,并通过双三次插值法将其缩放到与源图像尺寸一致;最后通过加权取平均得到融合后的图像。实验结果表明,本文的方法在第四和第五层卷积得到的融合结果优于前三层的融合结果。同时,本文融合方法与其他3种融合方法相比视觉效果较好,在标准差、平均梯度、相关系数、熵值等评价指标上分别平均提升了12.79 %、11.04 %、9.94 %和2.54 %,并且在融合时间上保持在1秒以内。这说明该方法融合效果较好,速度较快,能够较多地保留红外与可见光图像信息和较好地提升目标的显著性。
    19  一种基于飞行时间相机的点云目标提取方法
    侯飞 郑福 李国栋 韩丰泽 孙志斌
    2019, 49(11):1381-1387.
    [摘要](14) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](48)
    摘要:
    基于飞行时间(Time of Flight,TOF)原理的深度相机成像方法不同于二维图像来计算三维信息,而是通过光在空气中的飞行时间,来计算出目标的距离,从而直接获取场景目标的三维点云信息。本文通过研究基于飞行时间红外相机的三维重建技术,设计了一种基于飞行时间红外相机的点云目标提取方法。利用飞行时间相机直接获得场景的三维点云数据,提出一种双阈值空间滤波算法,对点云数据进行空间滤波,并对滤波效果进行了对比评价。在双阈值空间滤波算法的基础上提出了一种改进的基于法向量的随机抽样一致性(RANSAC)算法,实现了对三维点云数据的目标提取,为基于飞行时间相机的场景目标三维重建奠定了基础。
    20  基于标签定位的手持光刀测量点云拼接研究
    王一波 柳建
    2019, 49(11):1388-1392.
    [摘要](5) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](20)
    摘要:
    基于手持光刀法三维测量具有精度高、速度快的优势,针对此法需多次测量获得完整物基金项目:国家自然科学基金项目(No.51405510)资助。体点云数据,提出基于3标签点云拼接算法,分析了3特征点转换算法的数学原理,采用棋盘格标签精确获取了相邻测量的共同特征点,推导了转换矩阵计算方法,提出了拼接精度的检验方法,最后基于标准球和标准平面,检验了算法的应用测量精度。

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