摘要:第三代InSb红外探测器主要以更大面阵规格和更小像元间距为发展方向。本文介绍了中国电科十一所在InSb 1280×1024中波红外探测器的研制进展。通过优化InSb器件的PN结浓度、设计小尺寸低噪声读出电路、突破大面阵InSb混成芯片工艺,成功研制出25μm、15μm、和10μmInSb 1280×1024中波红外探测器组件。更大的阵列规模以及更小的像元间距满足了光电系统高分辨、小型化、低功耗的要求。这三款探测器可以用于制导、导弹预警、7×24 h安全监控等领域。

摘要:硅基探测器/CMOS传感器在可见光和近红外波段已实现了高效率、高灵敏度、高分辨率探测、成像；但是,对于波长扩展至更长波段信号探测远逊于前者。频率上转换技术可将低能量的红外光转换至可见光波段,再利用技术成熟、高灵敏的可见光硅基探测器/CMOS传感器进行间接探测。这种对红外波段光子进行间接探测的方案突破了探测器的波长响应性,具有灵敏度高、响应快和信噪比高等优点。本文首先对频率上转换的原理、系统组成进行简述,随后总结了近年来频率上转换技术在探测、成像等领域的应用。

摘要:采用自制的反射式体布拉格光栅(VBG)进行了15μm半导体激光器的波长稳定和压窄工作。当VBG长度为18mm时,15μm处半高全宽(FWHM)为0057nm,与理论模拟值(0056mm)非常接近。详细研究了VBG的衍射效率和腔长对激光器线宽和稳定性的影响。实验结果表明,VBG能显著改善15μm半导体激光器的光谱特性。中心波长稳定在15379nm,线宽缩小到0065nm。通过改变泵浦电流和温度,测定了波长漂移速率分别为00088nm/A和00028nm/K。

摘要:实现了基于手性耦合纤芯(Chirally Coupled Core,CCC)光纤的纳秒脉冲激光放大器,以SESAM被动锁模光纤激光作为稳定的种子源,通过设计高色散量啁啾光纤布拉格光栅级联结构,实现了种子源激光脉冲宽度有效展宽至纳秒量级。利用光纤耦合声光调制器进行脉冲选择,降低激光重复频率,通过全光纤连接的双包层光纤预放大级与CCC光纤主放大级实现了脉冲能量放大,获得了单脉冲能量62 μJ,重复频率100kHz,脉冲宽度215ns,中心波长10302nm,光谱半高全宽197nm的脉冲激光,在光束质量方面,放大激光在x和y方向的光束质量M2因子分别为123和127。本文报道的光纤激光器不仅可以作为高能啁啾脉冲放大系统的前端,还可以与压缩器匹配,形成完整的啁啾脉冲放大系统,具有重要的应用价值。

摘要:单频窄线宽固体激光器被广泛用于激光雷达和相干通信等领域,小型化激光器是许多应用的需求。本文报道了两种小型化的LD泵浦的Nd∶YAG单块非平面环形腔(NPRO)单频固体激光器。小型化单频激光器1的整体尺寸为100mm×100mm×196mm,1064nm单频激光输出功率118W。通过使用非光纤耦合的LD直接输出泵浦,获得了尺寸更小、结构更加紧凑的激光器2,其整体尺寸只有37mm×48mm×24mm,内部包含所有光学元件与温控元件,单频激光输出功率410mW,1小时的稳定性为036(RMS)。通过以上两种两激光器的拍频测量了激光线宽,其线宽均优于482kHz。

摘要:针对特征点的点云匹配方法存在精度和效率较差的问题,提出了一种基于特征点新型匹配方法的点云配准。提取源点云和目标点云的ISS关键点,生成相应的FPFH、3DSC或SHOT等特征点；基于最优的特征匹配值,源点云与目标点云的特征点进行匹配；基于源点云的特征点的局部距离比率和,选择若干个最优局部特征点；基于最优局部特征点的全局距离比率和,选择若干个最优全局特征点,按全局距离比率和的降序进行分组；基于源点云的各组最优全局特征点和与之特征匹配的目标点云的特征点,通过SVD算法求得最优转换矩阵,实现最优配准。实验表明:以5组点云模型为例,基于ISS FPFH、ISS 3DSC、ISS SHOT等特征点,新型匹配算法分别比SAC IA算法的RMSE平均减少了3624、2285、1144；ISS FPFH新型匹配算法比K4PCS算法的RMSE平均减少了4131；综合点云配准的质量和效率,ISS FPFH新型匹配算法比上述其他点云配准算法更好。

摘要:针对弹载激光焦平面探测器组件“长期贮存、一次使用”的特点,本文通过FMEA分析,确定激光焦平面探测器组件的薄弱环节,研究影响激光焦平面探测器组件贮存寿命的因素,采用薄弱环节加速寿命试验方法,选择合适的激活能,设计并实施加速寿命试验,完成贮存寿命的评估与验证,有助于解决项目研制周期短、试验样品少的寿命评估难题。

摘要:激光远场功率密度的估计,对于激光的应用有着重要的意义。目前,激光远场功率密度模型存在过于简化、以及不系统的问题。针对以上问题,本文从激光的大气传输机理出发,结合激光系统的跟瞄误差,分析远场功率密度分布。首先,本文通过相位屏法,模拟了激光的湍流效应、热晕效应；然后,分析跟瞄误差概率分布,并对于远场光斑进行调制；最后,通过分析湍流特征时间、热晕特征时间以及跟瞄误差的抖动频率来将三个影响进行联合。仿真结果表明,通过以上方法获得的远场功率密度计算结果相较于传统简化模型计算结果精度更高,且表明湍流相位屏与热晕相位屏的相对位置会影响远场功率密度模型计算结果的准确性。

摘要:为了满足全光通信网络对长距离大带宽和大容量传输的需求,本文以掺铒碲基光纤作为增益介质,提出了一种基于电鳗觅食优化算法的三阶多泵浦拉曼光纤放大器设计。对简化后的三阶拉曼耦合方程进行数值求解,采用电鳗觅食优化算法优化泵浦参数,并对1530～1630nm带宽内一阶、二阶和三阶拉曼放大器信号光的输出增益、增益平坦度及噪声性能进行了数值模拟和对比分析。最终所设计的三阶拉曼放大器在在六路泵浦总功率仅为08850W的情况下实现了294468dB的高平均输出增益以及07467dB的低增益平坦度。

摘要:大气温度廓线遥感的随机误差从2 K下降到1 K,垂直分辨率从2km减小至1km(对流层小到500m以下,边界层250m),一直是世界气象组织的期望。马赫-曾德干涉仪是表征光相干性的有效装置。通过检测马赫-曾德干涉仪四个通道的干涉信号,获取大气分子对激光束的Rayleigh Brillouin后向散射的干涉对比度(相干度),此干涉对比度与大气Rayleigh Brillouin后向散射谱的宽度相关,大气Rayleigh Brillouin后向散射的谱宽又与大气分子无规则热运动平均速率成正比,大气分子无规则热运动平均速率与该处后向散射处大气的温度直接相关；接收来自不同高度的大气散射回波,分别得到不同高度处大气分子Rayleigh Brillouin后向散射的干涉对比度,可以形成对流层大气温度垂直廓线。这一问题的解决和技术实施,将为大气温度遥感精度(随机误差1 K)、垂直分辨率(500m以下)、水平分辨率(50km)的改进,提供一条具有潜力的途径。

摘要:激光清洗研究可以在航空航天和电子元件领域对微米甚至纳米的器件实现精确清洗,并有更加精确的控制。然而针对颗粒在激光清洗作用下不同尺寸的清洗机理以及温度变化情况研究较少。针对上述问题,本研究内容首先单利用激光器对硅表面氧化铝微纳颗粒进行了清洗实验,然后根据理论分析和有限元仿真软件来分析激光在清洗时的温度变化和作用机理。结果表明,在能量为207mJ开始清洗,激光能量提升为激光能量为287mJ时,此时清洗的效果最好,在超过312mJ损伤基底；通过理论分析得到激光能量和颗粒半径都与清洗力成正比关系；颗粒越小,颗粒吸附的能力就越大,颗粒的形变程度也就越大,越难以清洗。这些结果证明了激光清洗硅片表面氧化铝颗粒的可行性和有效性,对于工业化激光清洗硅片表面氧化铝颗粒的参数选择具有重要参考意义。

摘要:本文计算了npn 型中中双色碲镉汞红外探测器的n型层和p型层的组分、掺杂浓度、厚度等对器件的电流、量子效率、暗电流、光响应、串扰的关系趋势等,并根据计算结果,考虑暗电流、灵敏度、响应度等方面高性能需求,对器件的材料组分、材料掺杂浓度、结构厚度等进行优化设置,得出了较佳器件材料组分范围、较佳器件结构各层厚度范围,器件侧壁倾角变化趋势等器件参数。本文研究目的是给高灵敏度、高响应度、低串音、低暗电流等高性能npn 型中中双色碲镉汞红外探测器的发展提供参考。

摘要:多波段、光学集成组件是红外探测器封装的重要发展方向。针对一款多波段光学集成的双温区(50K/75 K)杜瓦开展研究,通过有限元仿真分析了探测器基板相关结构热阻对杜瓦温度和功耗的影响,并开展实验验证。结果表明:利用两台制冷机制冷时,增大50K温区基板与冷平台的连接结构热阻,并减小75 K温区基板与冷平台的连接结构热阻,在保证系统温度要求的同时更有利于降低总功耗。随着冷链热导率的提高,模块温度、功耗迅速下降,冷链热导率超300W/(m·K)时,变化趋缓。实验测试表明,所设计的杜瓦采集的温度点与仿真数据的误差控制在60以内,实现了10mins内01 K的温度稳定性。对多波段集成的红外探测器设计和光学元件无热化、低功耗研究具有一定的指导意义。

摘要:针对高性能碲镉汞探测器对碲锌镉衬底性能需求的不断提升,采用高温-真空退火方式对碲锌镉晶锭进行异位退火改性研究。结果发现,经过高温-真空退火处理的晶体中的第二相夹杂得到极大地改善,第二相夹杂尺寸和数量均减小,可实现大于5μm的第二相夹杂的去除,夹杂密度小于1×103cm-2；Zn组分分布均匀性得到明显地改善,特别是组分异常线情况的改善,退火后晶片中无圆弧状组分异常线出现；通过退火分压的调节,可实现晶体中Zn组分可调和Zn值的组分均匀分布,成分标准偏差可控制在0001～0002范围内,此参数可与定向生长的Zn值分布均匀性相媲美。但不同退火工艺对碲锌镉晶体的红外透过率存在影响,会导致长波波段红外透过率下降,不能满足长波和甚长波红外探测器对衬底的要求,通过退火技术二次改进,最终实现了25～25μm全波段红外透过率≥65,同时夹杂尺寸和密度未发生明显改变。

摘要:为研究变电站复杂多物理场耦合环境对红外热像仪的影响规律,利用多物理场耦合传感器测试平台,施加温度、湿度、电场、磁场和振动物理场,分别在单一参量和多个参量耦合情况下对红外热像仪进行了测温实验。对实验数据处理得到测量误差和各物理场变量间的拟合函数和测量误差的变化规律,定量分析了各物理场对红外热像仪测量误差的影响。研究成果可为多物理场耦合影响下的变电站红外热像仪测量误差补偿提供依据,以提高测量准确性。

摘要:基于猫眼效应的激光主动探测技术以其精度高、直观性强、受地面杂波干扰影响小等特点,在光电对抗,快速侦察定位和目标信息获取等军事领域得到广泛研究和应用。然而,因光电目标的工作波段不同,现有激光主动探测装备无法对红外瞄准具进行有效探测。本文通过实验和理论仿真研究了红外瞄准具的激光主动探测效果,结果显示使用红外激光光源可以有效探测到1km处的红外瞄准具目标,探测距离与理论计算结果基本一致,同时分析了激光功率和发散角对探测距离影响趋势,本工作为红外瞄准具的激光主动探测效能研究和工程样机研制奠定基础。

摘要:针对脉冲激光引信接收系统对雪崩光电二极管(APD)反向偏置电压高升压比和低纹波特性的需求,在传统高升压比电路升压机理基础上,提出了基于Boost变换器和电荷泵升压机制的小型APD高压偏置电源。采用升压转换器LT8365搭建了输出电压可调且低纹波的APD电源升压模块,建立了电路仿真模型进行数值仿真分析,结合电路实测实验,结果显示:电路模块尺寸为3cm×2cm,输入电压9 V,输出电压可在80～240 V范围内调节,输出电压纹波不超过38mV,小于最大输出电压的00016,在契合了系统狭窄空间体积小型化需求的基础上,满足脉冲激光引信接收系统APD内部高增益所需反向偏置电压的要求。

摘要:针对机载光电系统传统整体稳定加快反镜组合稳定平台,控制系统占用有效体积大,空间利用率低,传感器光路设计受限的问题。设计了一种三轴三框架的稳定平台,采用第一级反射镜粗稳定和第二级万向架下快速反射镜精稳定的组合稳定控制方法,实现机载光电系统瞄准线高精度稳定。粗精双反射镜稳定技术,简化了传统整体稳定加快反镜组合稳定控制对象,仅需要稳定光路中的两块反射镜。依据控制系统结构布局,推导了稳定控制原理,理论分析了二级稳定控制的补偿依据。通过仿真和实验验证,结果显示本控制方案可有效提升系统稳定精度,达到机载稳定平台指标要求。

摘要:目标识别算法是智能光电系统的核心支撑,红外热像仪利用目标热辐射主动成像的原理,避免可见光设备在夜间和目标遮挡环境下无法成像的限制。然而机载光电系统成像距离较远,目标在图像中占据的像素数少,给目标识别带来了极大的困难。因此,本文提出一种机载红外图像目标识别模型ST YOLOv5,针对红外图像存在的小目标识别问题,增加了小目标检测分支、卷积注意力模块以及双向特征金字塔网络结构。ST YOLOv5降低了红外小目标的漏检率、误检率,显著提升了识别效率,Precision提高了34,Recall提高了39,mAP提高了35。在此基础上,基于Atlas 200I A2板卡部署了该算法用于实际场景中红外目标识别。实验结果表明,ST YOLOv5模型在HIT UAV数据集上具有较好的性能,并可以部署在实际场景中用于目标识别。

摘要:针对红外人体关键点检测精度低的问题,提出一种基于深度残差网络的改进卷积姿态机(Convolutional Pose Machines,CPMs)姿态估计模型。首先,基于ResNet 18网络提取初始特征,并在特征提取层引入通道注意力机制。然后,采用跨阶段置信图融合策略增强阶段性输入特征图的空间特征信息,以缓解模型梯度消失的问题,提高骨骼点检测精度。最后,级联目标检测模型实现自顶向下的红外人体多目标姿态估计。研究结果表明,基于深度残差网络的红外人体姿态估计模型检测精度达到了873,相较于CPMs提高了27。

摘要:红外和可见光图像融合旨在结合红外热辐射信息和可见光纹理,生成新图像。传统和深度学习方法通常将两种模态分开处理,限制了模态间的信息交互,难以有效区分互补与冗余信息,导致融合图像容易出现模糊、伪影和细节不清晰等问题。为了解决此问题,本文设计了一个基于特征交互的融合网络模型,该模型利用特征交互模块FIM使模态间的特征信息能够进行交互。同时,为了使交互后的互补信息得到充分地利用,设计了交叉注意力融合模块CAFM。为验证所提方法性能,分别在3个数据集中与其他6种方法进行对比实验,实验结果表明,所提方法在视觉效果上纹理清晰,没有出现明显伪影,在定量评估中各指标排名都位于前列。

摘要:针对温度对大型光纤陀螺仪和高精度水平仪测量过程的缓慢趋势影响,提出了一种基于温度趋势变化的误差补偿方法。实验数据分析显示,温度数据、水平仪倾斜数据与光纤陀螺仪数据之间趋势呈现显著正相关关系。因此,可采用温度趋势补偿的方法对大型光纤陀螺仪输出数据和高精度水平仪倾斜数据进行误差补偿。通过对地球自转角速度观测数据在补偿前后的残差分析,结果表明该补偿方法显著提高了大型光纤陀螺仪测量值与IERS参考值之间的残差精度,使残差精度提升了一个量级。