2019年第4期文章目次

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  • 1  基于SBS超短脉冲激光器的介质研究
    刘泓鑫 李永亮 顾小琨 胡伟伟 张翼鹏 张英明
    2019, 49(4):387-394.
    [摘要](200) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](5)
    摘要:
    皮秒激光器在众多领域中都有广泛的应用,将纳秒量级激光器脉冲压缩至皮秒量级超短脉冲是目前获得高能量皮秒脉冲激光的常见方法之一。而基于布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering)的脉冲压缩系统结构简单,造价较低,是近年来较为热门的技术手段。布里渊散射脉冲压缩方案的技术关键在于介质研究。本文通过研究目前获得应用的三类介质的化学性能、物理特性以及压缩效果等,对比国内外研究现状,分析了受激布里渊散射对介质的要求以及未来的发展方向。
    2  切片式及超分辨率激光三维成像现状
    李媛淼 孙华燕 郭惠超
    2019, 49(4):395-402.
    [摘要](168) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](5)
    摘要:
    基于距离选通技术的激光三维成像具有不易受环境影响的优点,可获取高精度的目标三维信息,因此在识别侦察等领域有很高的应用价值。本文首先简要介绍基于距离选通的切片式三维激光成像、超分辨率三维激光成像的原理和特点,然后分别综述两者的发展历程和最新进展,以及基于两者发展的编码式超分辨率三维成像体制的最新进展,最后总结基于距离选通的三维激光的优势和发展前景。
    3  高温下表面波测量亚表面缺陷宽度的数值模拟
    陶程 殷安民 王煜帆 应志奇 束学道
    2019, 49(4):403-409.
    [摘要](180) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    为了实现激光超声技术对不同温度下亚表面缺陷宽度的定量检测,本文采用了有限元法模拟了激光激发表面波与亚表面缺陷的作用,并提出了一种利用表面波定量计算亚表面缺陷宽度的方法。首先在亚表面缺陷的一侧产生表面波,然后在另一侧产生表面波,最后分别在两侧检测到来自在亚表面缺陷的入射和反射表面波。当亚表面缺陷处于一个表面波波长的作用范围内时,基于入射和反射表面波的到达时间可实现计算亚表面缺陷宽度。数值结果与理论结果吻合良好,为高温下采用激光超声技术定量计算亚表面缺陷宽度提供了一种十分有效的数值方法。
    4  飞秒激光刻蚀FR-4覆铜板成形微细线路研究
    倪超 王明娣 施克明 刘金聪 张文杰 潘煜
    2019, 49(4):410-418.
    [摘要](148) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    随着微电子技术飞速发展,电路板集成度的不断提高,产品研发周期的持续缩短,对于微细导电线路以及快速样板制作提出更迫切的需求。针对以上问题,本文采用飞秒激光进行覆铜板直接刻蚀的工艺研究,探索不同激光工艺参量(平均功率、扫描速度、扫描次数、离焦量、线间距)对刻蚀深度和底面粗糙度的影响规律。通过正交试验,探究各工艺参数对刻蚀深度和底面粗糙度的影响大小。结果表明:无论是以刻蚀深度还是以刻蚀粗糙度为加工质量的衡量指标,都是扫描次数的影响最大,扫描速度的影响最小。此外,通过综合平衡法得到最优工艺参数。利用飞秒激光冷加工和选择性刻蚀的特性,实现FR-4覆铜板表面线宽50 μm、线间距20 μm的微细线路高质量刻蚀加工。
    5  高精度事件计时器及其在卫星激光测距应用
    秦思 吴志波 张海峰 张忠萍
    2019, 49(4):419-423.
    [摘要](172) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    高重复率卫星激光测距需采用事件计时方式记录激光发射和接收时刻,作为测距系统精密计时单元。本文介绍了事件计时器测量原理,以及上海天文台基于时间数字转换(TDC)和现场可编程门阵列(FPGA)所设计开发的高精度事件计时器。对该事件计时器性能进行了测试,计时精度优于10 ps,非线性误差在数皮秒内。利用上海天文台卫星激光测距系统,进行了事件计时器控制软件开发,对地面靶目标和卫星进行了观测。根据国际激光测距数据处理中心反馈,卫星测量误差达到国外同类事件计时器水平,满足卫星激光测距应用要求。
    6  基于2×2放大转发中继的混合RF/FSO系统性能分析
    张韵 王翔 赵尚弘
    2019, 49(4):424-431.
    [摘要](174) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](5)
    摘要:
    基于放大转发中继方式,研究了2×2中继条件下混合RF/FSO航空通信系统性能。FSO链路服从适于孔径平均条件下的Exponentiated Weibull大气湍流分布模型,RF通信链路为Nakagami-m衰落信道。建立2×2中继混合RF/FSO通信系统模型,利用Meijers’G函数推导求出航空激光通信系统信噪比的概率分布函数及累积分布函数,进一步推导混合通信系统平均误码率和中断概率的闭合表达式。通过仿真分析了不同大气湍流强度、孔径尺寸和调制方式对平均误码率和误码率的影响。仿真结果表明,混合系统中断概率及误码率受湍流强度影响较大,孔径平均效应可有效改善混合RF/FSO传输系统的性能;固定增益中继方式下,混合RF/FSO系统性能主要由RF链路决定;在固定增益中继混合RF/FSO系统中起主要作用;可变增益中继混合RF/FSO系统中,具有较小信噪比的链路在对系统性能的影响起主要作用。
    7  飞秒脉冲激光烧蚀金属的机理分析
    许媛 宁仁霞 鲍婕 侯丽
    2019, 49(4):432-437.
    [摘要](168) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    为了深入理解超短脉冲激光烧蚀金属的机理,特别是烧蚀过程中靶面电子发射带来的影响,本文分析了飞秒脉冲激光烧蚀金属的机理,并在此基础上建立了一维热传导双温模型,模型考虑了电子热导率、热容、电子-晶格耦合系数等参数随温度的变化,以及表面热电子发射和多光子电离导致靶面的能量损失。选择波长为 800 nm,FWHM为100 fs,峰值功率密度为1.2×1017 W/m2 的高斯型单脉冲激光辐照铜靶进行数值模拟。并对计算数据进行分析,结果表明:多光子电离所导致的电子发射比热电子发射要强,但是热电子发射持续的时间长;多光子电离导致的电子发射带走的靶面能量比较大,在分析飞秒烧蚀过程中不可忽略。
    8  高功率光纤激光器用20/400双包层掺镱光纤
    冯高锋 杨军勇 王建明 闫大鹏
    2019, 49(4):438-441.
    [摘要](161) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    采用改进化学气相沉积结合溶液掺杂法制造出了掺镱石英光纤预制棒,预制棒轴向上芯径波动小于5%,折射率差波动小于8%。研磨加工后拉制出20/400双包层掺镱光纤,光纤纤芯不圆度为2%,芯包同心度偏差为0.87 μm。双包层掺镱光纤在1095 nm的包层损耗为2.1 dB/km。采用拉制的掺镱双包层光纤作为直接振荡结构全光纤化激光器的增益光纤实现了1195 W的1080 nm激光输出,斜率效率达82%。
    9  红外热成像系统传递函数的测试研究
    张春仙 李忠升 张昦润
    2019, 49(4):442-446.
    [摘要](200) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](5)
    摘要:
    调制传递函数(MTF)是评价红外热成像系统性能的一个重要参数。本文分析了常用的MTF测试方法,并对其中倾斜刀口法的测试系统构成、测试原理、测试步骤进行了详细的介绍,最后通过Matlab实现倾斜刀口法测试MTF的方法,并使用该测试方法对某国产凝视热像仪进行了测试,其测试结果与国外某测试设备的测试结果最大相差0.04。
    10  复杂环境下弱信号红外探测系统灵敏度需求及实现方法研究
    吴立民 刘雨晨 杨坤 龙亮 张绪国 康键 袁媛
    2019, 49(4):447-453.
    [摘要](181) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](5)
    摘要:
    针对真实环境条件下远距离对红外弱信号目标的成像探测任务,首先需结合中波及长波红外所选探测谱段分析各类复杂气象条件下大气传输对信号的衰减效应,提出红外系统在复杂环境下有效实现对弱信号目标远距离成像探测的灵敏度需求为系统噪声等效温差(NETD)达到5 mK;然后分析中波及长波红外系统NETD实现5 mK的技术难度,最后选用像素级数字化积分体制实现了甚高灵敏度的中波及长波红外系统并进行了NETD测试和成像探测试验。
    11  基于孔径/视场分割的红外复眼接收系统设计
    陈阳 刘钧 岳宝毅
    2019, 49(4):454-459.
    [摘要](153) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    针对红外复眼子光学系统与接收光学系统的匹配问题,在分析仿生复眼设计模型的基础上,研究了基于视场分割和孔径分割的复眼接收结构,给出子眼系统和接受系统应满足的匹配条件,并以此设计了基于视场分割和孔径分割两款红外复眼接收系统。最终设计的复眼子系统工作波段为7.9~9.7 μm,焦距为6 mm,口径为2 mm。设计的基于孔径分割与视场分割的复眼接收系统焦距均为10 mm,视场均为90°,接收口径分别为16.58 mm和10 mm。系统传递函数在30 lp/mm分别高于0.35和0.40。
    12  堆栈降噪自编码结合随机森林的黄龙病检测
    路皓翔 魏曼曼 杨辉华 刘振丙 胡锦泉
    2019, 49(4):460-466.
    [摘要](149) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](5)
    摘要:
    近红外光谱分析技术作为一种无损、快捷的分析方法在各个领域应用相当广泛。针对柑橘黄龙病检测成本高、可靠性差和精度低等问题,提出了一种堆栈降噪自编码融合随机森林(Stacked Denoising Auto-encoders Combined Random Forest,SDAE-RF)的柑橘黄龙病近红外光谱检测方法,该方法首先采用多阶段预处理法对样本光谱数据进行预处理,然后采用SDAE对经过预处理后的光谱数据进行降维,实现柑橘样本深层特征的提取,最后利用RF的投票集成策略实现分类鉴别。为了验证SDAE-RF模型的性能,采用某公司提供的柑橘叶片近红外光谱数据为实例,以不同比例的训练集进行实验,并与ELM、SWELM、SVM、BP、SDAE和RF模型的鉴别能力进行对比。实验结果表明,SDAE-RF模型较其他算法在分类精度、算法稳定性以及训练时间方面均表现出较好的效果。
    13  长波碲镉汞探测器RV特性分析
    张智超 付伟 党静
    2019, 49(4):467-472.
    [摘要](279) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    对硼离子注入制备的N on P平面结长波碲镉汞探测器的RV曲线进行分析,研究不同偏压下暗电流机制,提取得到探测器的电学参数及理想因子,表明为提升器件性能,需要对探测器的陷阱辅助隧穿电流及产生复合电流进行抑制。通过对长波碲镉汞探测器RV曲线的拟合分析,表明RV拟合技术作为一种有效的分析方法,可用于评估器件性能和工艺状态,并指导工艺改进。
    14  机载光电探测系统二级稳定控制分析
    王诚 闯家亮 李江勇 杨百剑 严子奕
    2019, 49(4):473-476.
    [摘要](165) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    采用一种粗精二级稳定的新方法用于对机载光电探测系统视轴及图像进行高精度稳定。该方法的重要特征是采用快反镜和二级稳定控制来获取高工作带宽和对扰动的大幅度衰减。通过基于控制模型和扰动传递函数的建立,理论分析了二级稳定控制的补偿依据。通过仿真结果显示,二级稳定控制可有效提升系统稳定精度,达到设计指标要求。
    15  对称结构光子晶体光纤温度传感特性的研究
    刘旭安 程和平 焦铮 董凤忠
    2019, 49(4):477-481.
    [摘要](170) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](5)
    摘要:
    提出了一种新型纤芯-包层对称结构光子晶体光纤。其截面圆形空气孔以四边形晶格排列方式沿光纤中心对称分布,中心各自移除两空气孔构成两纤芯,形成两组完全对称的纤芯-包层结构。对一组纤芯-包层所有空气孔进行填充乙醇液体,利用填充液折射率的温度敏感性,来调制两纤芯的耦合特性。采用有限元法分析了1 cm长该型光纤在20~25 ℃变化时的温度特性,结果显示该型光纤可实现高灵敏度温度传感,其灵敏度可达3.21 nm/℃。
    16  色散渐减光纤环形腔镜非等比耦合传输特性研究
    于丙涛 罗爱平
    2019, 49(4):482-486.
    [摘要](158) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](5)
    摘要:
    利用光纤环形镜对脉冲进行压缩有着消除脉冲基座的优势而被广泛采用。传统的色散递减光纤构成的环形腔构成都采用50∶50的耦合器,本文通过对不同脉冲宽度及不同类型色散递减光纤构成的环形腔镜研究,分析发现采用60∶40的非等比耦合器较50∶50的耦合器构成的环形腔镜能够获得更高压缩质量的输出脉冲。
    17  温度对恒虚警补偿下APD倍增因子的影响
    刘贺雄 周冰 贺宣 鲁军
    2019, 49(4):487-492.
    [摘要](156) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](4)
    摘要:
    雪崩光电二极管倍增因子、噪声都会受到温度影响,在恒虚警下APD倍增因子、噪声之间会相互作用,为了研究温度变化对APD性能造成的影响并对其进行评估,分析了温度对暗电流、热噪声、倍增因子的影响及恒虚警补偿方式工作原理。建立了恒虚警下温度与倍增因子的关系模型,对模型进行了实验验证,利用模型对不同背景光、不同虚警概率下温度对倍增因子的影响进行了分析,提出了温度对恒虚警下APD性能影响的评估方法。结果表明:恒虚警下,倍增因子随温度的升高而降低;同一温度下,背景光越强或倍增因子越小时,虚警概率低,倍增因子较小;且背景光越弱、虚警概率越低时,温度对倍增因子的影响越明显。
    18  基于激光选区熔化的低畸变F-theta场镜设计
    王旭琴 孙靖 李鹏 丘廉芳 柳玉文 王飞 杨洋 郭立杰
    2019, 49(4):493-496.
    [摘要](160) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](8)
    摘要:
    设计了一款适用于激光选区熔化的F-theta镜头,该系统由三片透镜组成,且透镜选用红外波段常用的ZnSe材料,镜头总长约89 mm,成型面积为260 mm×260 mm,结构紧凑,制作简单,成本低。聚焦性能好,所有视场下像面的光斑大小均达到衍射极限25 μm以下、90%能量集中于50 μm的光斑内、相对线性畸变小于0.05%,满足本设计中用于激光选区熔化零件成型的高精度要求。
    19  10.6 μm激光对红外成像系统干扰特性研究
    荆卫国 田超 王红培 孙明昭
    2019, 49(4):497-502.
    [摘要](155) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](5)
    摘要:
    针对10.6 μm激光照射某型红外成像系统所产生的干扰效应开展研究。运用ABCD矩阵变换法实现了激光在红外光学系统每个物镜前后和激光到达探测器表面的功率密度计算;通过研究10.6 μm激光对红外成像系统的作用机理,深入分析了激光照射下红外光学玻璃、红外探测器的温升效应,揭示了激光对红外成像系统图像干扰效应的一般规律;搭建了10.6 μm激光作用红外成像系统试验测试平台,验证了激光照射对光学材料的温升效应、激光照射过程中红外图像的响应特征和不同强度激光照射下的红外图像干扰和饱和效应。
    20  基于Zernike矩特征的电力设备红外图像目标识别
    郭文诚 崔昊杨 马宏伟 秦伦明
    2019, 49(4):503-506.
    [摘要](195) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    基于红外图像处理的电力设备及其关键构件识别是红外诊断技术的关键步骤,其难点之一在于设备图像的倾斜、缩放以及外形相似性导致的设备特征参量难以提取。本文以电流互感器、电压互感器、避雷器、隔离开关以及断路器五种外形相对接近的设备状态红外图像为研究对象,采用具有旋转与缩放不变性的Zernike矩作为待识别设备的特征,并基于相关向量机(Relevance Vector Machine,RVM)进行设备分类与识别。实验结果表明,该方法不受目标在图像中所处位置与倾斜角度影响,能够自定义生成大量高质量样本且有效分辨不同设备,设备识别准确率达到94.7%,验证了该方案的有效性与实用性。
    21  基于三维旋转模型的红外全景图像拼接方法
    谢安宁 张宏伟 赵志刚 孟智勇 王增国
    2019, 49(4):507-512.
    [摘要](138) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](4)
    摘要:
    分布孔径红外系统(DAIRS)是目前各国在红外搜索跟踪系统领域的重点发展方向,DAIRS系统为了减少冗余,通常减少重叠区域面积以获得较宽视场覆盖,这使得基于特征的拼接方法提取特征数量不足。本文通过构建三维旋转模型,采用基于梯度下降的图像配准方法,并在时间维度上进行多帧迭代来进行三维重建,再采用改进的亮度调整算法和多分辨率过渡区融合消除拼接痕迹。实验结果表明,本文算法对于平面投影和柱面投影都实现了全景图像的无缝拼接,过渡区通过多分辨率融合有利于进步消除模糊现象。

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