摘要:第三代半导体材料碳化硅因其具有大禁带宽度、高导热性和化学稳定性强等优良性能,以其为衬底材料制作的功率器件具有广阔的应用前景和重要的战略意义。晶圆划片是碳化硅功率器件制造流程中的重要工艺环节,该工序目前仍以传统的金刚石刀轮划片方法为主,然而,碳化硅的高硬脆性给传统加工技术带来了极大地挑战,带来了高加工成本、低良品率等问题,因此亟需一种更优的划片技术来应对上述挑战。本文系统综述了碳化硅晶圆国内外现有的划片方法,介绍了刀轮划片、激光烧蚀、激光热裂解、水导激光切割、水射流辅助激光切割与激光内部改质切割的原理与进展,对比分析了几种划片方法的优缺点,并对碳化硅晶圆切割技术的发展趋势进行了展望。

摘要:目前激光武器已经逐步应用到实际中,是未来影响战场格局的重要因素,随着作战场景和武器系统的日益复杂,武器装备数字化研发的重要性也与日俱增,效能仿真作为武器装备数字化的重要一环,受到了广泛的关注。本文整理了激光武器建模与仿真的研究现状,分别从激光武器的数字建模框架和效能评估方法两方面进行了归纳和梳理,并对当前激光武器建模仿真面临的挑战进行了分析。

摘要:相变直冷技术是光纤激光器的一种新型高效热管理手段。冷板是相变直冷系统的重要组成部件之一,其散热性能对激光器温度的稳定性等具有重要影响。本文对某2 kW光纤激光器用相变直冷板开展了结构设计,共提出了三种设计方案。设计方案的差异主要由冷板的加工方式所导致。此后,开展了基于计算流体动力学的冷板流 热 固耦合仿真分析,以评价冷板的散热效果。结果表明,基于单层流道中部分区域加入翅片式肋柱结构式冷板表面最高温度为2713℃,平均温度为2456℃,其平均换热系数高于所设计的打孔式串并行流道78,整体散热性能优异,可使光纤激光器主要部件温度得到明显改善,并且该冷板的质量较串并行式结构冷板减少4764,有助于高功率光纤激光器产品的轻量化设计。

摘要:采用LDA端面泵浦Nd∶YAG晶体、Cr4+∶YAG晶体为调Q器件,组成被动调Q激光器。在平平腔(耦合输出率R=35%)和平凹腔(耦合输出率R=23%)两种不同的设计中,分别获得了25mJ、～6ns和24mJ、～15ns的106μm脉冲激光输出。该能量输出实验结果与被动调Q激光输出能量的理论分析数据较为吻合。在另一组实验中,测量了-40℃～+50℃的温度范围内,20 Hz运转条件下被动调Q激光的脉冲间隔精度。该温度范围内,激光脉冲间隔精度在±28 μs以内。最后,根据上述实验结果,为了满足照射器对激光源的使用要求,对激光器设计提出了一些优化设想。

摘要:在风力机工作过程中引入风速、风向信息实现姿态校正和变桨控制是实现节能增效和安全生产的关键,因此激光雷达被广泛应用于重建风力机前方风场。然而,激光雷达安装位置决定了风力机前方风速、风向算法的差异性和准确性。对于机舱式激光雷达而言,雷达前方测量的风速、风向并非轮毂处风速、风向,而且系统噪声和异常值的存在会增大测量误差。为了解决该问题,本文提出了线性化垂直风切变模型,建立了上平面风速、下平面风速和轮毂处风速之间的关系,采用加权滑动滤波对轮毂处风速、风向测量值进行数据处理,从而提高了轮毂处风速、风向的测量精度。通过切实可行的实验,验证了该方法能将风速测量误差降低至05m/s以内,风向测量误差降低至10°以内,测量值与理论值之间的R2接近于1。该项研究为机舱式激光雷达在风电行业的应用提供了技术参考和新的思路。

摘要:单光子测距技术突破了传统激光测距体制的局限性,在微弱信号检测领域具有广阔的应用前景,然而过高的灵敏度使其不能很好地应用到具有强背景噪声的复杂环境中。针对这一技术在实际测距场景中的需求,基于单光子测距原理分析了测距能力的评判标准,提出通过对噪声光电子进行滤波的方式降低虚警从而改善测距性能,并据此给出相应的光电子计数阈值和判断标准。结合实验进行验证,确定了通过光电子计数阈值进行滤波在降噪方面的有效性,在一定范围内可以较好地提升探测器对目标信号的分辨能力。这一理论能够与探测系统整机设计与算法优化相结合,对单光子测距技术的进一步研究有潜在的巨大发展空间。

摘要:随着水上交通和航运事业的不断发展,河道行驶船舶的检测和跟踪越来越重要。目前基于图像的船舶检测与跟踪的方法已经较为成熟,但由于图像缺失深度信息,导致其不能直接获得船舶的3D尺寸和空间位置。而三维激光雷达生成的点云数据,天然携带精确的几何信息和距离信息,在船舶的检测和跟踪方面有巨大的发展潜力。三维点云的目标检测目前可分为基于经典点云算法的检测方式和基于深度学习的检测方式。若采用基于经典点云算法的检测方式对船舶进行检测,存在泛化性差、相临近的船舶点云无法区分等问题。因此本文采用基于焦点稀疏卷积的PV RCNN++改进算法对河道行驶的船舶进行检测。该改进算法不仅能很好地区分各种情况下的船舶点云,还可以提高对远处船舶的识别能力,相比基于经典点云算法的目标检测方式,在实际场景中的检测精度提高了1156。在此基础上,本文提出了一种基于船舶间位置和3D尺寸关联程度进行多目标匹配与跟踪的方法,其中采用ICP配准计算船舶速度并预测船舶位置。实测数据验证结果表明,所提出的船舶跟踪方法具有稳定的跟踪性能,能够准确匹配相邻数据帧之间的船舶。

摘要:为探究水导激光技术在加工SiC材料孔与刻蚀过程中不同工艺参数对加工孔出入口质量与刻蚀深度的影响规律,设计了多组包括激光功率、扫描速度及加工次数在内的三个关键工艺参数,来进行水导激光加工SiC材料孔以及刻蚀研究,加工后试件通过白光干涉仪进行形貌观测和数据测量,数据结果通过Origin数据处理软件进行分析。实验结果表明:在加工孔过程中,激光功率的增加有利于减少孔锥度、提升圆度,同时由于在高温情况下SiC材料导热性急速下降且熔点高,因而对孔直径影响较少。而扫描速度对加工后微孔的入口、出口直径变化不大,对出口圆度影响较大;在刻蚀过程中,随着激光功率增加、扫描速度减小、加工次数增多,材料的刻蚀深度显著增加。水导激光相比于传统激光,在加工SiC材料方面更具优势,可显著减少热损伤、重铸层等缺陷。本研究为水导激光技术加工SiC材料工艺参数方面提供参考。

摘要:针对现有点云语义分割网络特征利用不充分,编码器和解码器特征语义信息差距过大的问题,提出了基于跨层注意力特征融合的点云语义分割网络。首先,在局部特征编码模块中通过极坐标编码和偏移更新实现对邻域点坐标的重定义,并计算相对语义特征差异以提升邻域特征的丰富度,使网络可以学习到不同形状和尺寸物体的局部细节。然后,提出一种自适应特征聚合模块,加强网络的局部区域特征感知能力,充分利用邻域特征信息。最后,引入了一种跨层注意力特征融合网络,来降低编码层和解码层特征之间的语义差异。在大尺度室内场景点云数据集S3DIS和室外复杂场景点云数据集Semantic 3D上进行实验验证,在S3DIS数据集上Area5区域的平均交并比为652,平均准确率为751,相较于RandLA Net有着28和37的提升,在Semantic 3D数据集上的平均交并比为767,总体准确率为946,相比于RandLA Net分别提升了49和04。实验结果证明,该方法在面对复杂场景点云时,能够提取具有辨识度的特征,对场景中的不同类别点云实现准确分割。

摘要:由于普通钛合金在高温、高压和高速气流下服役时,局部区域容易温度升高而燃烧并迅速扩散蔓延,引发“钛火”故障,极大地制约了其在航空发动机领域的应用。本文采用激光合金化技术在Ti6Al4V钛合金表面制备Ti Cu阻燃合金层,防止“钛火”事故的发生。通过光学显微镜和扫描电镜对合金化层组织进行分析,并用维氏显微硬度计对合金化层硬度进行分析,最后借助高温摩擦磨损试验机研究其阻燃性能。通过激光合金化技术在钛合金表面可形成连续致密的合金化层,合金层厚度约为220μm；形成的Ti Cu合金化层的硬度呈梯度变化,其的最高硬度值可达616HV,是Ti6Al4V钛合金基体硬度的161倍；600℃高温条件下,Ti6Al4V钛合金基体的平均摩擦系数为047,Ti Cu合金层平均摩擦系数为046,两者大小基本相同；600℃高温条件下,Ti6Al4V钛合金基体和Ti Cu合金层两种材料的主要磨损机制均是以粘着磨损和磨粒磨损为主要形式；Ti6Al4V钛合金基体磨痕宽度是Ti Cu激光合金层的214倍,Ti6Al4V钛合金基体的磨损体积和比磨损率为Ti Cu激光合金层的55倍。

摘要:介绍了多波段红外探测器的应用开发进展,并且针对多波段信号同时探测的红外器件特点进行了读出电路设计。其中,Pixel输入级为多波段红外探测器读出电路设计的核心关键模块之一。本文设计采用了缓冲直接注入型(Buffered Direct Injection,BDI)像素输入级电路结构,具有高稳定性、低等效输入阻抗的特点,有效提高长波器件的注入效率,并且为光电探测器件提供了稳定的工作条件。以CMOS 018μm5 V标准工艺基础,完成了全电路设计与模拟仿真。结果表明:70K低温下电路功能正常,40μm间距内含有短、中、长4波段像素输入级,输入级积分信号输出线性度达到997,噪声不超过03mV。

摘要:针对传统四端梁结构的MEMS红外热电堆传感器芯片表面浪费大,导致器件占空比低、性能较低,提出了一种改进型四端梁结构。该结构通过将吸收层与热电偶层分层布置和将热电偶条沿芯片正方形边长垂直排布,优化芯片机构设计,从而有效地增大热电堆的吸收区面积,提高器件占空比。通过应用COMSOL软件仿真分析比较了两种结构的温度分布和电压分布情况。对流片后的样品开展测试,测试结果表明:新型四端梁结构芯片的响应率、探测率等关键性能参数较传统四端梁结构均有较大提升,该结论与仿真结论相吻合。

摘要:提高红外探测器的工作温度,可以降低探测器对制冷量的需求,从而减小制冷机和杜瓦结构体积,实现探测器的小型化。本文介绍了华北光电技术研究所高工作温度红外探测器研制情况,通过开展超晶格材料结构设计、器件制备工艺、小型化制冷机等关键技术研究,研制出像元间距15μm的锑基II类超晶格中波640×512探测器,工作温度达到140K,量子效率达到61,有效像元率达到998以上,NETD≤20mK,探测器性能与80K条件下碲镉汞探测器相当,成像效果良好。

摘要:本文建立了外场红外成像的大气衰减标定模型,利用标准黑体和红外热像仪对大气透过率进行二次标定。首先对红外热像仪进行实验室标定,利用最小二乘法拟合实验测量数据,求解出红外热像仪的响应度α和探测器暗电流引起的固定偏置DNdark;然后建立红外辐射传输过程中大气衰减标定模型,利用红外热像仪对准黑体进行外场测试,可通过改变测试距离和黑体温度获得显示输出值和黑体辐射亮度,再引入红外探测器的相对光谱响应率作为校正系数,得出距离R处的红外大气透过率校正值。大气透过率校正值与仿真值的偏差小于为2。

摘要:本文针对在光致聚合物暗反应的光学检测中,传统检测光源红光可能引发的光敏吸收干扰问题进行了研究,并采用红外光作为相干光源进行暗反应的全息检测,显著降低了光源在检测过程中产生的额外光敏吸收干扰。以Irgacure785/PMMA光致聚合物作为材料,通过对其进行吸收光谱分析以及绿光(敏感光)、红光、红外光照射下的折射率变化对比实验,发现相对于绿光和红光,红外光对材料引发的折射率变化极小,更适合作为材料的检测光源。同时使用红外数字全息技术检测了光致聚合物材料的暗反应折射率变化,得到了可视化的光栅相位分布与光栅峰值折射率随时间变化的曲线。研究表明,红外光源的应用,可有效降低暗反应全息检测过程中由检测光源引发的额外光反应干扰,提高光致聚合物材料折射率变化检测的准确性。

摘要:作用距离是评价红外热像仪性能的重要参数,受大气传输特性、目标辐射特性、探测器性能、光学系统等影响。由于环境光学辐射特性在不同气候条件下是及其复杂多变的,本文提出了一种针对不同气象条件的作用距离推算方法,通过公式推导建立了推算公式模型,利用查表插值法可以计算不同气象条件下的作用距离,方法简单。通过该方法可以将实测数据进行转换推算,在验证指标的符合性上有很大帮助。

摘要:针对光电跟瞄系统测试中存在的测试场景单一、难以构建测试环境以及性能评估不够全面等问题,设计了一种动基座光电跟瞄算法性能验证系统。本文对该算法性能验证系统架构和工作原理进行了详细介绍,系统中各个FPGA功能模块采用VPX架构相连,协同工作,具有处理2路高帧频视频的能力,在保证兼容性设计的前提下,为光电跟瞄软件开发提供了模块化可扩展的信息处理硬件平台。试验表明该验证系统能够模拟常见载体扰动环境以及目标运动,并进行算法处理。系统可通过二次开发和工程移植,搭建多种测试场景,实现光电跟瞄算法性能测试和验证,从而节约成本和提高工作效率。

摘要:本文研究了光学系统的变F数切换机构设计和装调工艺。通过两组光学透镜组交替切换进入红外成像系统,实现了系统的变F数设计。装调阶段,基准光学透镜组通过机械工装定位,变F数透镜组以基准透镜组的视场为基准,分别调节焦面和光轴,从而实现整个系统的焦面一致性和光轴一致性。所设计的变F数切换机构结构紧凑,切换行程短、速度快,装调便捷,满足较高的光轴一致性和焦面一致性,同时满足较高的光轴稳定性。

摘要:光谱全息作为一种能够同时记录物体空间信息和光谱信息的全息成像技术,具有广泛的应用前景。在光谱全息记录光路中,使用高精度位移台驱动的反射镜对参考光束进行相移控制并记录相应的白光全息图是实现单色全息图重构、进而实现物体空间和光谱信息重构的关键步骤。为了实现高质量的原始信息重构,深入分析了动镜不同位移参数对重构图像质量的影响。首先研究了位移步数对重构图像质量的影响,给出了在不同重构波长条件下的最优位移步数；在上述位移步数条件下,分析了位移对称度对重构图像质量的影响,提出了位移非对称度的参数并给出了其和重构质量的关系；最后,在上述两个参数的最优条件下,分析了位移精度在不同重构波长条件下对重构图像质量的影响。研究结果表明,在综合考虑全息记录速度、记录全息图数据量和重构图像质量三个条件下,位移步数越大,非对称度越小,位移精度越高,重构图像质量越高。上述研究结果对实验中电控位移台的选型以及精确控制位移参数提供了有力支撑。

摘要:为满足对空间碎片的检测与跟踪,增强对空间碎片的分析预测能力,设计了一款可见、红外和激光三种光路共孔径一体化的光学系统。其基本指标为可见光谱段400～850nm,视场2°×2°,焦距3667mm,入瞳直径100mm；红外谱段75～95μm,视场2°×2°,焦距190mm,入瞳直径95mm；激光谱段10644±05nm,视场06mrad,焦距370mm,入瞳直径100mm。三光路共用离轴三反结构,通过分析设计自由曲面面型使一次像面具有较好成像质量和共轴对称特性。在激光和红外通道一次像面前反向放置楔形平板校正分色片产生的像散,使两通道前组可完善成像,进而中继系统具有同轴特性且可独立测试、装调。通过对各光路的像差分析及优化,可见光系统在特征频率200 lp/mm 处,MTF值为 044,红外系统2×2像素内能量集中度接近衍射极限达到80,激光系统Φ30μm范围内能量集中度大于93,各通道成像效果均达到较高质量,此系统有效降低了装调难度,还可根据需求模块化更换中继系统,在空间碎片探测定轨领域具有广阔应用前景。

摘要:针对常规单模态目标检测算法不适用于复杂场景的局限性,本文提出了一种基于YOLOv7的红外和可见光融合目标检测算法。首先,为提取输入的两种模态图像的特征信息,构建了双分支主干网络;其次,为将两种不同模态的特征最优化融合,设计了双模态特征融合模块,以实现有效信息互补;最后,设计了一种新型特征提取融合网络,提取多尺度特征层信息并充分融合,增强层间信息流动,提升多尺度检测能力。实验结果表明,本文改进算法在红外和可见光模态场景下的检测效果均优于原算法,有效提升了复杂场景下的检测性能。

摘要:为解决现有深度学习网络结构对红外弱小目标的识别针对性不足问题,提出了一种基于改进Yolov8的红外弱小目标识别算法(Yolov8n based on UniRepLK Block and Triplet Attention，UT Yolov8)。该算法通过特征融合网络输出端的检测头引入三重注意力机制,为特征融合网络内部添加新的小目标检测层、检测头,以及在特征提取网络的空间池化金字塔内结合大内核卷积,针对红外弱小目标的成像特性进行改进。算法在真实红外图像数据上进行验证,实验结果表明,UT Yolov8算法在保持高检测速度的同时,有效提高了网络对于红外弱小目标识别精度,平均精度均值mAP@05达到了959。

摘要:全景分割融合了语义分割和实例分割,在计算机视觉领域具有重要意义和应用价值,对医学、自动驾驶、无人机等多领域的发展具有极大促进作用。当前,基于深度学习的图像全景分割技术已成为主流方法,并在多个领域获得了广泛应用。本文首先回顾了深度学习在全景图像分割任务中的研究成果,介绍了全景分割的基本处理过程及相关概念,以及常用的全景图形分割数据集和评估指标;然后给出了基于网络结构进行分类的深度学习图像全景分割模型,举例说明了其图像全景分割在医学、自动驾驶、无人机等领域的典型应用;最后指出了现有方法存在的一些问题与不足,并对全景图像分割未来的研究方向进行了展望。

摘要:针对复杂背景或者存在遮挡情形下无人机目标丢失,造成跟踪失败的问题,设计并实现一种基于PSR判别的相关滤波跟踪改进算法,实现无人机目标的丢失后的保持及再跟踪。本文采用基于相关滤波的KCF算法实时跟踪图像中的无人机目标,根据PSR检测置信度判断无人机目标是否被遮挡或者遭遇复杂背景,相应调整KCF跟踪算法的参数,以达到更加稳健的跟踪效果。实验结果表明,本文算法能有效降低复杂背景和遮挡对无人机目标跟踪的影响,并能在计算机上实时运行,具有较高的工程应用价值。

摘要:为了对风机叶片结构进行长期、稳定、实时的应变场监测,设计了一种基于碳纤维(CFRP)封装的光纤光栅(FBG)传感器,搭建了基于多FBG的传感系统。,FBG的封装采用CFRP密封铝箔的结构形式。仿真分析了叶片在不同角度下的应力场分布,为FBG的布设提供了依据。在静态应变标定实验中,在FBG测试位置1cm位置处的应变灵敏度为53 pm/kg,应力场分布呈以应力点为中心的辐射状。在叶片工作实时测试中,FBG1和FBG2的应变变化范围最大,最大和最小应变值分别为482 με,-472 με和462 με,-476 με。叶片垂向应变的作用远弱于轴向。测试数据存在阈值范围,验证了本系统可通过阈值设定评估叶片工作状态。该结构设计具有灵敏度高、抗拉性好等优势,具有一定的应用前景。