• 2022年第2期文章目次
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    • >综述与评论
    • 半导体材料中的多光子吸收效应研究进展

      2022, 52(2):147-153. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.02.001

      摘要 (127) HTML (0) PDF 1.39 M (172) 评论 (0) 收藏

      摘要:一般情况下半导体材料可以吸收一个能量大于带隙的光子,使价带中的一个电子跃迁到导带。但是,在某些特殊的情况下,半导体材料也能吸收多个能量小于带隙的光子,使价带中的一个电子跃迁到导带,这就是多光子吸收效应。多光子吸收效应是一种非线性光学效应。该综述首先介绍了多光子吸收效应的理论基础和测试方法,然后回顾了多光子吸收效应的研究成果,最后展望了半导体低维结构中的多光子吸收效应研究,以及潜在的应用前景。

    • 红外单帧弱小目标检测算法研究综述

      2022, 52(2):154-162. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.02.002

      摘要 (119) HTML (0) PDF 2.13 M (205) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着红外预警探测技术的发展以及军事化作战需求的提高,满足低虚警、高检测精度的红外弱小目标检测算法一直是国内外研究重点。本文首先从成像特点、数学模型构建以及背景杂波干扰等方面阐述了弱小目标的特征与检测难点。然后分类介绍了近些年来提出的单帧弱小目标检测算法,并对算法的优势和不足进行了分析。最后结合当前红外预警探测领域的实际应用需求,分析了红外弱小目标检测算法未来的发展趋势。

    • 三维集成技术在红外探测器中的应用

      2022, 52(2):163-169. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.02.003

      摘要 (106) HTML (0) PDF 3.29 M (144) 评论 (0) 收藏

      摘要:红外探测器被广泛应用于红外侦查、预警、制导、遥感等领域。近些年来,随着应用需求的不断牵引,红外探测器在保持高空间分辨率、高温度灵敏度的同时,还需兼顾向小型化、集成化的发展。传统的单片式信号处理电路在极限性能、功能集成度方面已难以满足未来红外系统的发展需求,基于三维集成技术的红外探测器逐步成为解决方案之一,本文对微电子器件三维集成技术进行了简要介绍,列举了国外相关研究机构利用三维集成技术研制红外探测器的进展,探讨了三维集成技术在红外探测器研制中面临的挑战。

    • >激光应用技术
    • 水导激光加工K424高温合金热损伤机制研究

      2022, 52(2):170-175. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.02.004

      摘要 (97) HTML (0) PDF 2.53 M (94) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究水导激光技术加工K424高温合金的热损伤区规律,使用自主研发的水导激光加工系统对K424高温合金薄片进行打孔实验,采用旋切法进行钻孔,并在激光穿透材料后在孔壁继续旋转几圈去边缘毛刺。将切下的圆形工件进行镶嵌、打磨、抛光、腐蚀和清洗,使用Zeiss EVO 10扫描电镜观测工件上的热影响区情况与重铸层的厚度。实验结果发现,水导激光加工后工件边缘位置的晶粒无明显变化,不存在热影响区。重铸层的厚度在2μm以上,但是分布不均匀,有的位置甚至不存在重铸层。分析后得出结论为水导激光的激光功率过高或脉宽时间过长等相关参数会导致材料内部产生多余的热量,如果这些热量过高会造成加工位置附近形成热影响区,并产生过多的熔渣使重铸层的厚度增加。同时,加工过程中会由于水柱变向回流或者熔渣较大导致排水不畅等因素,都会造成水射流的不稳定,使工件切口处的重铸层的厚度变的不均匀。根据上述结论提出了解决水射流不稳定的加工方法。

    • 线激光辅助面阵CCD光学成像弹丸位置解算模型

      2022, 52(2):176-181. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.02.005

      摘要 (66) HTML (0) PDF 1.15 M (84) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对典型光电测试系统光幕结构复杂、测量精度低的问题,本文提出一种线激光辅助面阵CCD光学成像方法测量弹丸的位置信息;通过分析弹丸穿过激光光幕在面阵CCD上的成像原理,给出弹丸成像所占面阵CCD像元位置信息与弹丸空间位置的关联函数,结合线阵列光电探测器接收弹丸过幕信号的编码点位置,构建弹丸空间位置解算模型;根据仿真分析,在1m×1m探测区域内x,y坐标最大误差均小于35mm;通过与木板靶测试进行对比实验,验证了激光辅助面阵CCD光学成像测量弹丸位置信息的科学性和正确性。

    • 一种三维激光雷达系统标定方法

      2022, 52(2):182-187. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.02.006

      摘要 (105) HTML (0) PDF 1.75 M (108) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决无人化叉车在运行中对物料的尺寸及距离的高精度测量要求,设计了一个基于二维激光雷达和步进电机云台的长臂三维激光雷达系统,并重点研究了此系统的参数标定方法。针对现有标定方法存在忽略了激光中心和旋转轴中心的安装误差,特定点选取易造成较大标定误差等问题,通过建立激光雷达系统的数学模型,分析其内在联系,使用解耦合的方法分离待标定参数,并使用直线拟合的方法和双拟合平面重合的方法来标定未知系统参数。通过室内标定实验和叉车搭载测量实验进行验证,结果表明,标定参数准确可靠,测量误差不超过3,满足无人化叉车作业的要求。

    • 基于单线激光雷达的三维形貌重建方法研究

      2022, 52(2):188-195. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.02.007

      摘要 (92) HTML (0) PDF 2.26 M (82) 评论 (0) 收藏

      摘要:现有三维扫描激光雷达存在成本高、扫描范围有限等缺点,为解决这些问题,本文提出一种基于单线激光雷达的三维形貌重建系统,并对系统进行误差补偿以提高系统的准确度。该系统采用可编程逻辑控制器控制的步进电机旋转单线激光雷达的扫描平面,实现对实际空间场景的扫描。通过上位机控制扫描装置的工作过程同时获取原始点云数据,进而针对原始点云数据的特征提出一种动态分步处理数据的方法,将处理后的点云数据应用Crust算法实现三维形貌重建。最后,通过实验验证了本文所提出的方法的有效性和实用性。

    • CFRP复材飞秒激光小孔加工工艺研究

      2022, 52(2):196-201. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.02.008

      摘要 (87) HTML (0) PDF 3.00 M (67) 评论 (0) 收藏

      摘要:飞秒激光有着极窄的脉宽、极高的峰值能量,因此具有加工范围广、加工质量好等优势。利用飞秒激光对CFRP复合材料进行小孔加工试验,研究了光斑局部填充和全填充两种方式对 3mm小孔加工的影响。通过光学显微镜、工业CT等检测手段对试件的小孔加工进行检测,分析小孔进出口形貌以及内壁锥度,对比讨论了不同填充方式对材料去除的影响。试验结果表明,全填充的排屑条件好于局部填充,因此更容易加工出通孔;局部填充易导致光束向底部反射以及热量聚集所致的材料去除,因此加工出的通孔锥度较小。扫描速度越小,孔的锥度越小,反之扫描速度越大,孔的锥度越大。填充间距影响着激光的输入能量密度,因此填充间距对小孔加工的深度有直接影响,对小孔入口直径以及小孔锥度的影响较小。

    • 宽带激光熔覆铁基涂层工艺参数及性能研究

      2022, 52(2):202-209. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.02.009

      摘要 (68) HTML (0) PDF 2.68 M (69) 评论 (0) 收藏

      摘要:27SiMn钢液压支架在恶劣的工作条件下长期使用后,其表面容易形成腐蚀,磨损和疲劳损坏等缺陷。为提升其使用寿命,本文利用宽带激光熔覆技术在27SiMn钢表面进行制备铁基涂层的实验研究。基于控制变量的方法来依次调整激光功率、送粉速度、载气流量及扫描速度开展单道单因素熔覆试验,并以表面粗糙度为熔覆层质量评价指标初选工艺参数。基于单因素试验进一步开展4因素3水平正交试验,终选显微硬度为熔覆层质量评价指标。利用极差分析考察数据发现扫描速度对熔覆层显微硬度影响最大,其后依次为激光功率、载气流量和送粉速度,最优工艺参数为熔覆处在激光焦点位置且激光功率、送粉速度、在其流量和扫描速度分别为4000W、250 rpm、69 L/min和600 rpm。同时对熔覆层进行了摩擦磨损试验,分析了摩擦因素、磨损率及磨损形貌,验证了工艺参数优化的可行性。最终,熔覆层平均硬度较基体提升22倍,磨损率较基体提升27。工艺参数优化能够实现铁基合金粉末熔覆层表面硬度及耐磨性的显著提升,对熔覆修复27SiMn液压支架大有帮助。

    • 基于VOF法毫秒激光制孔过程数值研究及工艺优化

      2022, 52(2):210-216. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.02.010

      摘要 (76) HTML (0) PDF 1.84 M (72) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对毫秒激光制孔过程的热流耦合及孔的形成规律,基于VOF法构建了三维激光打孔数值模型。模型中考虑了材料去除过程中涉及到的重力、反冲击力以及固-液-气三相的相变过程,得到了不同脉冲个数下的温度场、相场以及孔形轮廓的变化。孔深与孔径的模拟结果与实验吻合较好。结果表明:相场中的气-固-液界面随着脉冲个数的增加逐渐下移;反冲压力的存在增加了上孔径和孔深;飞溅物随着脉冲个数的增加而增加;孔口往下约05mm处呈碗型。

    • >激光器技术
    • 大功率低偏振度超辐射发光二极管的研制

      2022, 52(2):217-222. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.02.011

      摘要 (103) HTML (0) PDF 2.83 M (88) 评论 (0) 收藏

      摘要:超辐射发光二极管(SLED)是一种非相干性光源,具有激光器功率大,耦合效能高的优点,同时也有着频谱宽、相干长度短等特点,可以应于光学相干层析技术和波分复用技术等领域。未来的发展方向是更大的功率,更大的带宽以及更低的消光比。本论文研究了1310nm波段具有掩埋异质结构的高性能SLED芯片的设计与波导工艺制作,采取7°倾斜波导并镀上反射率小于01的增透膜。经测试该SLED芯片具有大的饱和出光功率(超过20mW),低的偏振消光比(低于05dB),以及良好的光谱特性(3dB光谱带宽大于50nm,光谱纹波小于01dB)。

    • 高重频大能量亚纳秒板条激光放大器研究

      2022, 52(2):223-227. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.02.012

      摘要 (111) HTML (0) PDF 1.30 M (98) 评论 (0) 收藏

      摘要:高重频大能量亚纳秒固体激光器具有重复频率高、单脉冲能量大、峰值功率高等特点,在国防军事工业加工等领域具有广泛的应用前景。本文报道了一种基于板条多程放大的亚纳秒激光放大器。种子光为重复频率1kHz、平均功率45W、脉冲宽度700 ps、波长1064nm的基模激光,经过光束整形以匹配板条放大器口径,放大级采用角度复用及偏振变换实现四程放大,最终实现了重频1kHz、单脉冲能量189mJ、脉冲宽度720 ps、光束质量2倍衍射极限的亚纳秒激光输出。

    • 基于光纤Sagnac滤波的掺铒光纤激光温度传感系统

      2022, 52(2):228-233. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.02.013

      摘要 (77) HTML (0) PDF 1.90 M (73) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出并设计了一种基于光纤Sagnac滤波的掺铒光纤激光器,激光器谐振腔分别由两支3dB光纤耦合器相对熔接构成,选用4m长度的掺铒光纤作为增益介质。Sagnac环由一段长度为2m的领结型保偏光纤、2×2耦合器以及偏振控制器构成,所形成的梳状光谱周期为267nm。激光器阈值为36mW,将Sagnac环作为传感单元进行温度测试,在40到140℃温度范围内,每隔10℃对单波长激光光谱进行一次采集,激光中心波长由155844漂移至15606nm,温度灵敏度为223 pm/℃,功率波动小于2753dB,线性度为0997,并且显示出良好的温度重复性。实验中对单波长激光的光谱稳定性进行了测试,功率波动优于0962dB。实验中,通过调节偏振控制器获得了双波长激光输出,波长间隔256nm。

    • >红外技术及应用
    • 锯齿矢量喷管气动和红外辐射特性研究

      2022, 52(2):234-239. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.02.014

      摘要 (89) HTML (0) PDF 1.65 M (187) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过数值计算研究,分析了单锯齿喷管出口对涡扇发动机排气系统球面收敛二元喷管气动及红外辐射特性的影响。在本文的研究参数范围内,研究结果表明:与基准喷管相比,锯齿的使用均会引起推力系数下降,同时90°齿顶角锯齿会引起更大推力系数降低;锯齿喷管出口尾迹与基准喷管相比,速度核心区扩大引起速度衰减更为迅速。锯齿对主要水平方向喷管中心向两侧15°方向内尾迹红外辐射强度产生影响。无偏转的锯齿喷管在水平方向上总体红外辐射与基准喷管强度接近,锯齿作用体现在喷管偏转时。20°矢量偏转时,水平方向90°探测角位置60°顶角锯齿喷管下降95,90°和120°顶角则分别降低256和123。

    • >光电技术与系统
    • 一种基于PEM和EOM联合调制的波片参量检测方法

      2022, 52(2):240-246. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.02.015

      摘要 (77) HTML (0) PDF 1.63 M (73) 评论 (0) 收藏

      摘要:波片作为一种能改变入射光偏振状态产生相位延迟的重要光学元件,它的准确快速测量一直是研究的热点,为了解决波片参量检测灵敏度不足、速度慢的问题,提出了一种基于弹光和电光联合调制同时测量波片相位延迟量和快轴方位角的简单方法。在该方法中一个参考光路用于监测PEM的相位延迟量实现相位的稳定控制,另一个光路在PEM保持稳定后实现待测波片参量的检测,基于FPGA与数字锁相技术提取探测信号的倍频分量和直流分量,并在片上可编程系统中实现数据处理,从而快速高精度完成对波片相位延迟量和快轴方位角的检测。实验结果显示在PEM相位延迟量稳定在2405 rad时,该系统检测波片的相位延迟量和快轴方位角的平均相对偏差分别为027和025。测量过程简单快捷、测量精度较高。

    • 大惯量低刚度转台的扫描控制

      2022, 52(2):247-252. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.02.016

      摘要 (94) HTML (0) PDF 1.74 M (78) 评论 (0) 收藏

      摘要:受限于机载系统的搭载要求,红外搜索跟踪系统的伺服转台惯量大,刚度低,本文提出了一种基于五次曲线的大惯量低刚度伺服搜索控制算法。研究在分析了传统变速控制算法的基础上,利用五次曲线的加减速控制模型进行转台加减速、回转等摆扫控制,分别对比了线性摆扫控制算法、S曲线算法、五次曲线摆扫控制算法的性能和搜索成像效果。实验结果表明,采用五次曲线摆扫控制模型的系统能快速达到设定预值,在100ms时间内能够由静止加速到≮100°/s,且速度误差不大于0.1 ‰,有效缓解系统的超调,降低稳定调节时间,成像效果清晰,系统的动态性能得到提升。

    • >光电对抗
    • 激光半主动制导导弹作战效能影响分析

      2022, 52(2):253-258. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.02.017

      摘要 (119) HTML (0) PDF 1.05 M (106) 评论 (0) 收藏

      摘要:激光半主动制导导弹是现代战争中不可或缺的精确打击手段之一,为研究激光半主动制导导弹的作战效能,在分析导弹工作原理的基础上,分别探讨了飞行员对目标发现概率、导引头对目标指示信号捕获概率、理想情况下导弹对目标的杀伤概率等因素对导弹作战效能的影响,建立了相应的数学模型。并通过仿真与计算,得到了有意义的结论,可为分析激光半主动制导导弹的作战效能提供方法和参考。

    • 激光辐照光学窗口的温度场分析

      2022, 52(2):259-265. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.02.018

      摘要 (100) HTML (0) PDF 1.93 M (103) 评论 (0) 收藏

      摘要:为准确理解激光辐照窗口材料引起的物理效应,建立了材料表面与空气换热的三维热传导模型。利用积分变换方式进行计算,得到了温度场解析表达式。计算并仿真了三种常用光学窗口材料的温度场,理论分析了激光参数、材料参数对温度场的影响,并对比了绝热和换热条件下的温升差异。结果表明,增大辐射功率和减小光斑半径,有利于提高中心温度;材料温升与密度、比热和反射率成负相关,与吸收系数成正相关;本文提出的与边界换热模型解决了绝热模型无法计算平衡温度和不能体现主光轴温度分布趋势的问题。

    • >光学技术
    • 基于Kahan方法的磁流变抛光凸元件几何特性分析

      2022, 52(2):266-272. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.02.019

      摘要 (76) HTML (0) PDF 1.66 M (66) 评论 (0) 收藏

      摘要:凸光学元件在磁流变抛光区域的几何特性对制造高精度、高表面完整性光学元件有重要影响,凸光学元件曲率、嵌入深度与角度的变化将引起磁流变抛光区域压力场的变化。为了研究凸光学元件不同的曲率、嵌入深度与嵌入角度下抛光区域的压力场,首先通过建立磁流变抛光过程中压力模型,对抛光区域的压力进行分析;其次基于Kahan数值方法建立了多场耦合积分的快速计算方法。最后,计算凸光学元件在不同曲率、嵌入深度及角度下得到磁流变抛光区域压力场分布,研究凸元件在磁流变抛光区域受几何特性影响的工艺规律;得出结论:在磁流变抛光过程中通过改变凸光学元件曲率、相同曲率下的嵌入深度以及角度的情况下,当加工凸元件曲率增大时,磁流变抛光区域压力场会随之增大;当凸元件曲率一定、嵌入深度逐渐变深时,磁流变抛光区域压力场会增大;当凸元件曲率一定、嵌入角度增加时,磁流变抛光区域压力场会随角度先增大再减小。

    • >图像与信号处理
    • LIBS结合GA BP神经网络与GA SVM对塑料分类研究

      2022, 52(2):273-279. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.02.020

      摘要 (71) HTML (0) PDF 1.87 M (81) 评论 (0) 收藏

      摘要:塑料制品回收力度小、重复利用率低,造成环境污染和资源浪费,因此对废旧塑料精确分类是提高塑料回收的关键。本文采用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术结合遗传算法优化误差反向传播神经网络(GA BP)和支持向量机(GA SVM)对常见的10种塑料进行分类识别。利用LIBS技术对塑料样品进行处理,分别采集每种塑料样品100组光谱。对采集到的原始光谱做滤波和归一化处理,提取光谱中14条主要的特征谱线,分别建立GA BP神经网络和GA SVM模型。实验结果表明,GA BP神经网络对塑料的识别性能优于GA SVM,其中GA BP神经网络识别精度为9925,原因是GA SVM利用升维算法实现对数据集的分类,在塑料样品种类多的情况,分类效果不及GA BP神经网络。因此,利用LIBS技术结合不同的识别算法,可以实现对多种塑料样品的分类,也为研究不同算法对塑料样品分类识别提供研究思路。

    • 对接Revit平台的古建点云快速分类研究

      2022, 52(2):280-286. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.02.021

      摘要 (72) HTML (0) PDF 3.65 M (84) 评论 (0) 收藏

      摘要:点云数据具有可量测、精度高、细节精细和快速获取等特点,为了能够实现利用点云数据构建古建 Revit模型,以古建筑的彩色三维激光点云数据为研究对象,提出了古建点云快速自动分类及目标提取的方法。首先,将原始点云转换为栅格数据,通过多层感知机提取出不同尺度下的点特征和全局特征,然后,利用粒子群优化算法对MLP参数进行优化,实现了点云数据的自动分类及提取。最后以Z+F5010C扫描仪采集的某古建的点云数据为试验对象,验证本文算法的可行性和实用性,为实现古建筑Revit参数化建模,进而实现基于信息化平台统一管理打下基础。

    • 基于混合残差密集网络的电路板红外图像超分重建

      2022, 52(2):287-294. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.02.022

      摘要 (95) HTML (0) PDF 2.31 M (75) 评论 (0) 收藏

      摘要:红外图像普遍存在分辨率低、细节模糊和视觉效果差的问题,使其难于直接应用在PCB故障诊断系统中。针对这一问题,本文提出了一种可充分利用红外图像层次特征的混合残差密集网络超分辨率重建算法。首先,使用卷积神经网络提取原始低分辨率图像的浅层特征信息;其次,设计多路径混合残差密集连接块,进一步提取更丰富的深层特征信息;最后,引入全局特征融合与残差学习自适应的学习并整合全局特征信息,应用转置卷积上采样完成红外图像的超分辨率重建。实验结果表明,本文算法能够有效提高重建后红外图像分辨率,使细节信息得到改善、视觉效果得到提升。基于公共/自建数据集得到的重建后图像峰值信噪比和结构相似性指标分别达到4217dB/3932dB和09503/09466,优于文中列举的双三次内插法、SRCNN和ESPCN模型,重建性能得到明显提高。

    • 基于多尺度整体嵌套池化语义的装甲目标检测

      2022, 52(2):295-304. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.02.023

      摘要 (81) HTML (0) PDF 2.50 M (69) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现有目标检测网络很难适应复杂战场环境下的超视距、遮挡、多视角变化等干扰的影响,提出了一种基于多金字塔池化模型的整体嵌套卷积网络,该网络通过引入空洞卷积思想,在保证卷积特征分辨率不变的基础上提高弱小目标的检测精度;同时,本文所提的模型也将通过多孔空间金字塔池化将多尺度上下文特征进行融合,然后在整体嵌套卷积基础上利用装甲目标的形状先验找到感兴趣的目标区域,有效地提升目标的表征能力与抗干扰能力。仿真测试结果表明,本文所提的目标检测识别网络可以有效地提高复杂背景下装甲目标的检测与识别精度。

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