• 2020年第8期文章目次
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    • >综述与评论
    • 白光干涉垂直扫描测量算法综述

      2020, 50(8):899-906.

      摘要 (13) HTML (0) PDF 1.00 M (24) 评论 (0) 收藏

      摘要:白光干涉测量是采用具有一定光谱宽度的白光代替单色光作为干涉光源进行测量的特殊干涉测量技术。根据白光干涉信号的相干长度短、相干峰非常明显的特性,采用了垂直扫描干涉测量的方式获取干涉信号。相干峰寻址法是在垂直扫描测量的基础上提出的,具有较高的计算精度和较大的适用性。本文将相干峰寻址法的11种算法分为直接求解法、包络曲线拟合法和加权平均法三类进行阐述,并通过仿真每种算法分析各种算法的优缺点以及适用性和局限性。

    • 红外传能光纤的传能特性研究进展

      2020, 50(8):907-913.

      摘要 (7) HTML (0) PDF 936.53 K (11) 评论 (0) 收藏

      摘要:大功率激光以其独特的优势在工业、军事和医疗等领域得到了广泛的应用,而传能光纤也随之越来越受到重视。这是由于传能光纤具有可柔性传输、结构简单、传输效率高、环境适应性强等显著优点,特别适用于传输光路复杂或者使用空间受限的场合。当激光波长大于1.7 μm时,传统石英光纤的传输损耗会急剧增加,难以满足光纤传能的基本要求,而红外传能光纤的优良特性显示了巨大的应用潜力,引起了人们极大的兴趣。于是大量针对红外传能光纤的传能特性的研究工作被开展,具体包括:传能光纤耦合条件及方式,耦合传输效率影响因素,传能光纤损伤机理以及损伤概率测量等。随着研究的不断深入,目前红外传能光纤的传输效率和传能容量已经达到了比较高的水平。

    • >激光应用技术
    • 基于激光回馈效应的应力测量系统研究

      2020, 50(8):914-919.

      摘要 (4) HTML (0) PDF 1.23 M (14) 评论 (0) 收藏

      摘要:玻璃材料的内应力直接影响玻璃零件加工质量和光学器件使用寿命,在航空航天、精密光学系统,精密加工等领域受到高度重视,高灵敏度,大测量范围的应力检测技术已经成为当前的研究热点。本文提出一种基于激光回馈效应的应力测量方法。激光回馈系统由激光器和外部反射镜构成,待测样品放置在回馈外腔中。由于应力引起的双折射效应,带有应力的样品使外腔分裂为两个“物理长度”,不同的外腔长决定了不同偏振方向的回馈光相位,通过提取相位差信息,可获得应力的大小。从理论上分析了回馈系统中激光器的输出光在正交方向的相位与外腔应力双折射的关系;通过傅里叶变换的方式得到双折射外腔激光回馈系统光强调谐曲线的相位信息;最后,采用激光回馈系统对不同的飞机座舱有机玻璃样品内应力进行了测量,并给出测量结果。该方法具有结构简单、精度高的优势,并且具有应用于玻璃材料生产线、改进制备工艺的潜力。

    • 基于动态阈值分段的激光扫描数据过滤算法

      2020, 50(8):920-928.

      摘要 (10) HTML (0) PDF 1.30 M (13) 评论 (0) 收藏

      摘要:旋转激光扫描仪因其低廉的成本和高精度的环境信息获取能力,在移动机器人领域得到了广泛应用。但是该种基于漫反射原理的测距仪,受环境影响产生的粗大误差会严重干扰到测量结果。通过分析移动旋转测距数据的特点,提出了一种基于动态阈值分段的移动旋转激光扫描数据实时过滤算法。算法首先通过前序有效采样值为当前采样点设定动态阈值,将满足阈值的采样点合并为同一个分段,再将段成员数量较少的段作为粗大误差进行过滤;其次通过考虑入射角作为约束条件,分析平缓物体表面采样数据的分布,推导出了动态阈值的设定方法,从而实现了使用动态阈值进行数据分段。实验表明,该算法能在几个采样间隔内实现数据过滤,多组实验环境的效果分析证明了算法的可行性。

    • 基于条件GAN的无人机智能光通信

      2020, 50(8):929-934.

      摘要 (5) HTML (0) PDF 1.24 M (1) 评论 (0) 收藏

      摘要:首先介绍了无人机激光通信技术的先进性和重要性,然后引入深度神经网络(DNN)来开发无线端到端通信系统,其中DNN被应用于:编码,解码,调制和均衡。准确的信道状态参数(CSI)是计算DNN所必须的,但在激光通信系统中,信道信息很难提前获得或随时间和环境变化很大,本文将使用条件生成对抗网(GAN)来表示信道效应,其中发射机的编码信号和与导频数据相对应的接收信号将用作条件信息。通过对加性高斯白噪声(AWGN)和对数正态信道的仿真结果表示,该方法可以做到无明确CSI情况下完成高质量传输。

    • 基于多元正态分布的飞秒激光烧蚀光斑质心提取

      2020, 50(8):935-940.

      摘要 (2) HTML (0) PDF 1.00 M (3) 评论 (0) 收藏

      摘要:飞秒激光在加工单晶硅过程中伴随着等离子体衍生发光现象,并以激光光斑形式表现出来,激光烧蚀效果受激光脉冲能量、光学设置、材料特性、环境参数等因素的影响,参数的选择是实现理想加工的关键,由此引入光斑质心的提取,研究光斑的变化规律以提高加工精度的目的。常用的质心提取算法有灰度质心法、高斯曲面拟合法等,但由于受到噪声的影响,光斑的灰度峰值可能发生偏差,提取的质心同真实质心相比误差较大,由此引入多元正态分布,在多个方向拟合高斯曲面,通过极大似然法估计质心,在精度方面得到了很大的改善。

    • 基于PSD的非均匀激光光斑中心定位研究

      2020, 50(8):941-947.

      摘要 (2) HTML (0) PDF 1.46 M (8) 评论 (0) 收藏

      摘要:激光光斑中心定位是光学检测中的关键技术,大量应用在光学通信ATP系统、光路自准直控制系统、光学非接触位移角度测量系统中。针对传统电荷耦合器件(CCD)检测方法无法精准定位非均匀、非理想圆激光光斑的问题,提出一种基于位置敏感探测器(PSD)的旋转激光光斑中心检测的新方法。该方法依据PSD能够连续检测光敏面上光斑重心位置的工作原理,设计了一种定轴心旋转且角度可控的激光实验装置,通过对该装置投射到光敏面上的光斑重心的轨迹探测,经Kasa算法处理后得到光斑的中心位置,相较于CCD无需进行图像处理。实验中搭建了PSD光斑中心检测系统,并对旋转的激光光斑模式进行了分析。结果表明,激光光斑中心定位模型的线性度为-1.036、位置分辨率为0.1 μm,精确定位了光斑中心的移动轨迹。该方法为非均匀光斑的实时高精度定位提供了一种新思路。

    • >激光器技术
    • 基于MOPA结构的1550 nm单频脉冲光纤激光器

      2020, 50(8):948-952.

      摘要 (2) HTML (0) PDF 1.28 M (10) 评论 (0) 收藏

      摘要:人眼安全的1550 nm全光纤单频脉冲激光器具有广泛且诱人的应用前景。本文所研制的激光器采用全光纤主振荡功率放大(MOPA)结构和腔外声光调制的方法,一级预放大级采用1.5 m单模保偏掺铒光纤,输出功率21.45 mW;二级预放大级采用1.5 m双包层保偏铒镱共掺光纤,输出功率253.6 mW;功率放大级采用1 m双包层保偏大芯径铒镱共掺光纤,泵浦功率15.9 W时,最终实现了输出功率2.6 W、脉宽260 ns、重复频率10 kHz的单频脉冲激光输出。通过对各级增益光纤和无源光纤的长度优化,成功抑制了放大自发辐射(ASE)和受激布里渊散射(SBS),消除了放大过程中噪声的影响,得到了峰值功率1 KW的稳定单频脉冲特性。

    • 用于空间探测的结构紧凑高功率纳秒激光脉冲光源

      2020, 50(8):953-958.

      摘要 (2) HTML (0) PDF 1.46 M (3) 评论 (0) 收藏

      摘要:报道了基于Nd∶YAG晶体的传导冷却端面泵浦板条放大器结构实现高重复频率、高功率纳秒激光放大输出,系统采用主振荡功率放大结构,整个系统主要包括调Q纳秒激光种子源,小尺寸板条预放大器以及主放大模块。纳秒激光种子源在重复频率为400 Hz的工作条件下,输出激光功率为1.6 W,单脉冲能量为4 mJ,最终获得207 W功率放大激光输出,单脉冲能量超过0.5 J,输出激光脉冲宽度为6.55 ns,激光脉冲峰值功率超过75 MW。

    • >红外技术及应用
    • 一种家用手持式红外偏振光治疗仪的设计与实现

      2020, 50(8):959-964.

      摘要 (2) HTML (0) PDF 1.17 M (2) 评论 (0) 收藏

      摘要:红外偏振光治疗仪是一种将红外技术与电子技术应用到医学领域的康复理疗设备,主要用于软组织损伤和慢性疼痛的康复治疗,已在医院得到了推广使用。然而,现有医院使用的台式治疗仪由于体积大、售价高等特点,不方便居家使用。为了开发体积小、售价低、家庭可用的红外偏振光治疗仪,满足家用市场的潜在需求,本文提出了一种新的便携手持式红外偏振光治疗仪,并开发了该智能控制系统。本文首先介绍了一种新的家用手持式治疗仪应具备的特点和关键技术指标,在此基础上设计了手持式治疗仪的硬件总体方案和软件架构,简要介绍了该治疗仪的一些关键技术,最终实现了治疗仪样机的研制。为了验证该样机的性能,本文通过大量的测试,结果表明,研制的手持式红外偏振光治疗仪在关键参数指标上达到了医院同类产品的水平,能够很好地满足家用的需求,具有良好的市场前景。

    • 延伸波长InGaAs探测器封装用二级热电制冷器性能研究

      2020, 50(8):965-969.

      摘要 (2) HTML (0) PDF 952.76 K (2) 评论 (0) 收藏

      摘要:真空封装技术是延伸波长InGaAs探测器的主要封装方法之一,热电制冷器可为延伸波长InGaAs探测器焦平面提供低温环境。测试了基于真空封装技术无热负载条件下二级热电制冷器的性能,研究了二级热电制冷器在不同输入电流(功率)时冷、热端温差与热负载的关系,测试了二级热电制冷器在低温工况下的制冷性能以及二级热电制冷器处于不工作状态时的表观热导率。结果表明,热沉温度为274 K时,冷端可以达到221.4 K并实现77.5 K的冷、热端温差;当输入电流一定时,随着热负载的增加,冷、热端温差呈线性趋势减小,且斜率随着输入电流增大而增大;二级热电制冷器冷、热端温差在较高温度时更大,即制冷性能更好;当温度分别为233.1 K 和249.8 K时,表观热导率分别为11.30 W/(m·K)和8.29 W/(m·K)。

    • 长线列红外探测器真空密封结构设计

      2020, 50(8):970-974.

      摘要 (2) HTML (0) PDF 1.21 M (3) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对长线列碲镉汞红外焦平面探测器封装的特点,文章设计分析相对应的探测器真空密封结构。在用于封装3000元及5000元碲镉汞焦平面红外组件研制中,详细阐明了其真空密封结构的设计和工艺实现。符合航天空间应用的高可靠性真空结构,是长线列探测器组件正常工作并完成地面相关试验验证的关键。

    • 光谱仪在发动机红外隐身测评中的应用研究

      2020, 50(8):975-980.

      摘要 (0) HTML (0) PDF 930.00 K (3) 评论 (0) 收藏

      摘要:航空发动机红外辐射特征台架测试试验数据可用以评估发动机的红外辐射特性指标达标情况,进而优化改善隐身措施。光谱辐射计既可获取发动机的光谱分布,也可获取所需波段区间的积分辐射强度数据,本文研究了SR5000N光谱辐射计在发动机红外辐射特征台架测试试验中的应用,分析测试中的误差源产生机理,提出光谱测试误差控制措施;针对非充满视场条件下的发动红外辐射特征测试,提出黑体视场占比相当的光谱标定方法,标定结果同热图像测试结果一致,表明该方法的正确性,分析了不同标定条件下标定结果的差异性,得到了标定条件对标定结果影响较小的结论,减小了标定限制,拓宽了光谱测试的工程应用范围。

    • 小间距红外探测器读出电路铟凸点制备技术

      2020, 50(8):981-984.

      摘要 (1) HTML (0) PDF 1.12 M (3) 评论 (0) 收藏

      摘要:介绍了一种用于10 μm小间距碲镉汞探测器铟凸点的制备工艺。新工艺有别于常规的剥离法,采用离子刻蚀手段对金属铟进行精确刻蚀,从而制备出高度大于6 μm且非均匀性小于±5 %的10 μm小间距红外探测器读出电路铟凸点,解决了传统工艺制备小间距铟凸点时高度不够且差异过大、易相互粘连等问题,大幅度提高了小间距红外探测器在互连工艺段的成功率。

    • >光纤及光通讯技术
    • 基于光子晶体光纤中SRS的全光组播

      2020, 50(8):985-990.

      摘要 (2) HTML (0) PDF 1.68 M (4) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了减轻光通信系统中的网络负载,提高光网络的传输效率,提出一种基于光子晶体光纤中受激拉曼散射效应实现全光组播的理论方法。利用光纤中前向瞬态受激拉曼散射效应的分析理论,对该方法建立理论模型,使用Matlab软件对其进行数值仿真分析。并依据理论模型设计出原理流程图,利用Optisystem软件进行仿真,结果表明经过全光组播后输出的组播信号与组播前原信息光携带的信息一致,且眼图的轨迹线条清晰、张开度良好。验证了该设计方法的可行性。

    • 保偏光纤断裂形式分析

      2020, 50(8):991-995.

      摘要 (1) HTML (0) PDF 998.84 K (2) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过对于光纤断裂机理的分析,确认了目前影响保偏光纤的断裂两种形式,发现了不同于常规“延展性断裂”的“脆性断裂”,通过对于断裂形式的分析及研究,明确了“延展性断裂”与“脆性断裂”的差异,最终通过实验得到了“脆性断裂”产生原因及表现形式,对于保偏光纤应用过程中的机械损伤控制起到了指导作用。

    • >光电对抗
    • 非制冷微测辐射热计受激光辐照的温度响应

      2020, 50(8):996-1001.

      摘要 (3) HTML (0) PDF 1.15 M (1) 评论 (0) 收藏

      摘要:红外成像技术的不断革新使得非制冷微测辐射热计在军用侦察装备当中逐渐普及,其激光干扰技术的研究也成为热点,而探测器像元受到激光辐照的温度响应是干扰成功的关键。围绕斩波调制的激光辐照微测辐射热计的温度响应问题,立足UL01011型非晶硅探测器建立了模型,并通过有限元分析的方法研究了调制频率、占空比和激光功率三个参数各自对温度增量的影响。通过分析推导得出结论:功率稳定的连续激光经斩波调制后辐照至非制冷微测辐射热计时,稳定状态下像元温度升高量的振荡均值,与调制频率成负指数关系,与占空比成正指数关系,与激光功率成倍率关系。

    • >光学技术
    • 基于五点法的单幅光学干涉条纹相位提取

      2020, 50(8):1002-1008.

      摘要 (2) HTML (0) PDF 1.12 M (4) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对单幅干涉条纹相位提取问题,构建了一种快速、高精度相位提取算法。该算法即中心五点法利用单幅线阵干涉条纹五点计算相位,即最大点、最大点两侧最近极小点以及上述三点间两中间点。数值模拟结果表明,无论有无噪声,相比FFT法和两次希尔伯特法,中心五点法结果与相移干涉法的一致性都更好。同两次希尔伯特相位提取算法比,中心五点法过程数据位数扩展少;同FFT法比,不涉及乘法器,无需存储大量数据。此外,算法无需去除干涉条纹直流分量,进一步简化了计算量。实验测试结果表明用中心五点法处理去直流分量前后单幅线阵干涉条纹,相位结果精度仅相差约9.55×10-5λ;相位解算结果同FFT法相对分辨率一致,同两次希尔伯特变换算法有约2.26 %的区别;利用FPGA技术实现了中心五点法、FFT法和希尔伯特变换法相位解算,前者资源消耗比后两者分别节省27 %和22 %,速度分别比后者快469 %和5 %。Abstract:关键词:Keywords:

    • >太赫兹技术
    • 应用于太赫兹源信号实现的宽带四倍频链路设计

      2020, 50(8):1009-1013.

      摘要 (2) HTML (0) PDF 1.12 M (1) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于集成电路工艺截止频率Ft的限制,直接通过振荡器获取的太赫兹信号源具有输出功率低、带宽较窄等问题。针对该问题,提出一种可实现高性能太赫兹源的宽带倍频链路设计。对比了传统push-push技术与改进的跨导增强push-push技术,并提出将跨导增强push-push技术运用到倍频器中,提高了倍频链路的倍频增益;在链路级间采用具有幅度与相位纠正功能的新型有源巴伦结构,进一步提高了倍频器的倍频增益与谐波抑制性能。仿真结果表明,倍频链路可实现带宽为210~256 GHz,饱和输出功率为-0.5 dBm,峰值倍频增益为-0.55 dB的太赫兹信号源,链路的总直流功耗仅为30.6 mW。

    • >图像与信号处理
    • 基于LK光流法的微流控芯片中流体速度检测

      2020, 50(8):1014-1019.

      摘要 (4) HTML (0) PDF 1.26 M (7) 评论 (0) 收藏

      摘要:为促进微流控技术相关领域的发展,针对目前微流控技术不能有效地检测流体在微通道的运动状态地问题,提出了一种基于LK光流法的检测技术,能有效地检测微流控芯片中流体的细微运动。实现过程为:通过在实时视频序列中捕获所需要的图像帧,选择ROI区域并对图像进行灰度化及高斯滤波平滑,然后划分网格使用LK光流法计算光流场,通过阈值分割筛选掉独立的光流矢量,最后将所剩的光流矢量转换为行列两个实值图像并求解出其像素距离,结合图像帧之间的时间差求出目标的运动速度。实验结果表明:像素速度标准差σ<1,具有可重复性;该方法能实时跟踪运动的液体,精度高、效率高,是一种非常可靠的检测方法。

    • 一种改进的自适应分段线性变换算法

      2020, 50(8):1020-1024.

      摘要 (4) HTML (0) PDF 1.13 M (7) 评论 (0) 收藏

      摘要:红外成像设备获取到的原始图像经过转化可成为适合人类观看以及计算机处理的灰度图像,但转化后的图像会存在对比度低的问题。针对这一问题,本文提出一种改进的自适应分段线性变换算法,通过比较灰度直方图簇的个数的方式在候选集中自动选取适合于当前原始图像的参数取值,随后经过灰度线性变换即可得到增强后的图像。在实际红外原始数据上的实验表明,该算法增强效果较好,且计算时间相对较低,能够实现完全自适应。因此,该算法有望应用于红外成像设备的实时处理过程。

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