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主 管 单 位 中国电子科技集团公司

主 办 单 位 华北光电技术研究所

编 辑 出 版 《激光与红外》编辑部

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国 内 发 型 北京报刊发行局

邮 发 代 号 2-312

国 外 发 行 中国国际图书贸易集团有限公司

期刊简介
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  • 《激光与红外》杂志1971年创刊,是国内创刊最早的光电技术期刊之一,也是中国光学光电子行业协会、激光与红外专业情报网、中国电子学会量子电子学与光电子学分会的联合刊物。《激光与红外》杂志是报道以激光与红外为重点的光电子领域最新技术进展、成果应用、产业动态为主要内容的综合性技术期刊。

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  • 近日,本刊2020年第1~4期纸质版已通过邮局寄出.

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当期目录
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  • 激光减阻机理研究进展

    石继林, 王殿恺

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.07.001

    Abstract:

    激光等离子体减阻技术对于高超声速飞行器减阻隔热和提高飞行器性能具有重要意义。介绍了脉冲激光减阻研究的数值计算模型和实验研究方法;总结了激光等离子体减阻机理;讨论了入射激光能量、能量沉积位置和流场马赫数等关键参数对减阻性能的影响规律。针对目前研究现状,提出通过等离子体热核建立关键参数与激光减阻效果间联系的建议。

  • 被动锁模光纤激光器中实时动力学特性的研究进展

    李惠杰, 沈洪斌, 张书敏

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.07.002

    Abstract:

    超快、非重复现象的实时测量在很多领域具有较强的挑战性,新兴的色散傅里叶变换(DFT)技术克服了传统光学仪器扫描速率的限制,使实时光谱测量成为可能。本文介绍了基于DFT技术的被动锁模光纤激光器实时动力学特性的研究进展,其将有助于研究者对激光器中孤子爆炸、脉动孤子、孤子产生和消亡、类噪声脉冲等各种动力学现象的深入理解,对其优化光纤激光器特性具有重要启示。

  • 激光等离子体烧蚀推力的机理研究

    马真艳, 张兴强

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.07.003

    Abstract:

    随着航天空航空天技术的发展,激光等离子体推进受到了人们的普遍关注。基于激光与物质相互作用产生等离子体的空间分布,本文从微观、宏观和简化模型推导了碳靶的烧蚀压与激光强度的幂函数关系,幂指数分别是0.60493、2/3和2/3。实验测得碳靶的最大偏移量与激光能量的幂函数关系,幂指数为0.61936。实验与微观模型的幂指数相对相差大约仅有约2.32,而与宏观或简化模型的幂指数相对相差大约达到了约7.64,这表明了微介模型的合理性。然而,在误差允许的范围内,宏观或简化模型也是适用的。激光等离子体烧蚀推力的机理分析对开展工程研究具有一定的指导意义。

  • 基于3DSIFT和BSHOT特征的点云配准方法

    刘雷, 柏艳红, 王银, 孙志毅

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.07.004

    Abstract:

    针对点云配准过程中易产生错误匹配点、配准时间长、配准精度低等问题。提出了基于三维尺度不变特征变换(3DSIFT)关键点检测方法,结合二进制方向直方图描述子(BSHOT)构建点云匹配对的配准方法。该方法首先利用差分高斯模型在三维尺度空间上检测SIFT关键点,其次在关键点的邻域构建局部坐标系来计算SHOT描述子,并将SHOT描述子转化为二进制描述符。然后利用随机采样一致性算法去除误匹配的点云,初步估计点云的变换矩阵。最后在精配准上利用ICP算法估计最优的变换矩阵。在数据集的实验中验证了本文算法的快速性,同时在两个点云重叠率较低时,配准精度较高。

  • 基于尖τ型DS证据理论的机载LiDAR地物分类方法

    马泽亮, 杨风暴

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.07.005

    Abstract:

    针对机载激光雷达扫描与测距系统(LiDAR)应用于复杂地物分类场景时难以兼顾高精度和实时性的局限,提出一种基于尖τ型信任分配函数的LiDAR数据快速地物分类方法。首先,在基本DS证据理论的基础上引入模糊集理论,根据不同地物特性构建尖τ型信任分配函数以及模糊类别,对不同特征数据进行信任分配和融合决策;其次,利用圆形区域均值滤波对源数据噪声和分类过程中引入的噪声进行处理;最后,采用两组不同LiDAR数据集对该方法进行实验。实验结果表明,该方法分类精度达到88.50以上,运行时间小于0.28s。

  • 超高速激光熔覆头非稳态追踪粉末流场研究

    杨卫红1, 2, 张雪1, 孔敏2, 罗惜照3

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.07.006

    Abstract:

    超高速激光熔覆技术取代电镀铬,可解决电镀铬工艺重金属铬离子(Cr6+)重金属污染,被禁止或限制的工业应用问题。金属工件表面镀硬铬,集耐蚀性防护、装饰于一体,有着巨大的应用前景。 我国超高速激光熔覆技术的研发,主要侧重点在于设备集成与工艺实验研究,缺少熔覆过程仿真模型。本文以超高速激光熔覆环形熔覆头为研究对象,利用FLUENT建立了基于非稳态粒子追踪技术的CFD仿真模型,开发了一种针对环形熔覆头激光熔覆粉末流场模型。针对超高速激光熔覆工艺进行了实验与分析;建立了该过程的理论模型。通过仿真结果发现超高速激光熔覆环形熔覆头可以形成半径0.8mm的粉斑,熔覆头下方15~19mm空间内粉末浓度最高,并通过实验对比验证了模型的可行性。

  • 全双工直接调制激光器光网络单元的优化研究

    陈芯蕊1, 楚广勇1, 2

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.07.007

    Abstract:

    光放大器是光通信的关键组成部分。对半导体光放大器的算法模型进行优化与测试,系统的分析了建模运放的增益和噪声指数。测试结果表明,半导体光放大器的最佳幅度调制条件是输入-5dBm的功率与选择100mA的偏置电流,最佳相位调制条件是输入-20dBm的功率与选择100mA的偏置电流。分析并搭建了通信速率为2.5 Gb/s的20km双向传输通信系统,对半导体光放大器和分布反馈激光器集成的光网络单元进行了上行链路和下行链路的双向与单向传输测试。在前向误码率要求为2.4×10-4时,双向传输的上行接收灵敏度达到 -22.4dBm,下行接收灵敏度达到 -31.4dBm;单向传输的上行下行接收灵敏度分别达到 -22.7dBm 和-31.6dBm。

  • 激光工艺参数对H13钢粉末单道成形特性的影响

    王岳亮, 钟永华, 李福海, 马文有, 陈兴驰, 卢冰文, 刘敏

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.07.008

    Abstract:

    为了解激光工艺参数对H13钢表面再制造成型H13粉末层几何特征的影响规律,设计研究了工艺参数(激光功率、光斑直径)对单道成形层几何特征(成形层高度、宽度、基体熔化深度与宽度)影响的实验,根据实验结果归纳了工艺参数对成形层几何特征的影响规律,并采用极差分析了各几何特征的主要影响因素,同时利用了激光再制造形成层几何特征模型对实验结果进行了分析。结果表明光斑尺寸对熔覆层宽度、基体熔化区宽度、深度影响更明显,而激光功率、光斑尺寸对熔覆层高度的影响无显著差别;此外,粉末综合利用率随辐照激光能量密度的增大先增大后维持基本不变。

  • SRS对基于FWM的光纤参量放大器增益性能的影响

    巩稼民1, 张丽红2, 郝倩文2, 张晨1

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.07.009

    Abstract:

    为了研究受激喇曼散射(SRS)对基于四波混频(FWM)的光纤参量放大器(FOPA)增益性能的影响,本文采用四阶龙格库塔法求解SRS和FWM共同作用下的稳态非线性耦合波方程,并针对泵浦间隔、泵浦功率、非线性系数、泵浦中心波长、零色散波长、色散斜率等因素分析SRS对基于FWM的FOPA增益性能的影响。研究结果表明,当光纤非线性系数γ≤2.5km-1·W-1时,SRS使FOPA增益降低,即SRS对信号放大起消极作用;当γ>2.5km-1·W-1时,SRS使FOPA增益谱更加平坦,即SRS对信号放大起积极作用。

  • 单谐振腔光纤激光器输出特性优化实验研究

    张培培, 张鹏, 梁小红

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.07.010

    Abstract:

    基于单谐振腔结构,搭建了千瓦级掺镱全光纤激光器,实验研究了增益光纤长度、盘绕半径、制冷温度几种不同参数对输出激光特性的影响。经过参数优化,最终选用镱纤长度16m,盘绕半径6cm,制冷温度25℃,在泵浦功率为1348.3W时,实现了1135W的连续激光输出。激光中心波长1080nm,光-光转换效率84.2,斜率效率87.7,光束质量M2为1.2,实现了准单模输出。该激光器连续工作72 h,其功率不稳定性为1.38。该实验研究对高功率光纤激光器的研究具有一定的指导意义。

  • 异质结构InSb-APD中波红外探测器的设计与表征

    萧生1, 叶伟1, 边宁涛2, 张琦1

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.07.011

    Abstract:

    制冷要求仍然是制约中红外探测器应用的主要因素。设计了一种异质pin结构的InSb雪崩光电二极管。采用宽禁带、低复合率的材料GaSb和InP形成异质结,并将I区设计成吸收、倍增层分离的雪崩区域。该异质结构有效地抑制了扩散电流,在300K时,JAuger被显著抑制在大小为1×10-7 A/cm2的水平。器件的主要限制是SRH复合和带对带隧穿。为了优化器件的性能,详细讨论了暗电流机理,证明了较低的杂质浓度有利于雪崩过程。在300K时,吸收峰位于5.1μm附近,光响应度为2.16 A/W,其增益为5.7,比检测率为2.866×109cm·Hz1/2·W-1。

  • 单兵光电类手持设备的人机工程学应用研究

    姜云娜, 张晓亮, 石彰

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.07.012

    Abstract:

    以人机工程学为指导对单兵光电类手持设备进行设计研究,旨在提升该类设备的人机性能,加强设计中人机学的应用。通过对人机数据关系、人机界面设计、造型设计、色彩与材料等进行分析提出具体有效的设计原则,并对手持热像仪进行设计优化。人机工程学的应用可有效优化人机关系,使设备安全舒适、操作简便,从而提升用户体验。

  • 高速动态ZnS玻璃力学性能测试及分析

    温庆荣, 李想, 魏梦琦, 刘宏旭, 胡建飞

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.07.013

    Abstract:

    ZnS玻璃作为重要的红外光学材料,在高速动态下其力学性能会有不确定性,无法直接用正常参数进行计算和分析。本文通过设计试验对玻璃样件进行了模拟力学性能的测试,完成了试验数据的分析,得出具体的材料力学性能参数。该分析结果能使红外光电设备的力学仿真分析更加接近真实状况,并可以有效的缩短产品的研制周期。

  • 基于改进蚁群算法的卫星光网络波长分配方法

    王蔚龙1, 李勇军1, 赵尚弘1, 辛宁2, 赵海燕1

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.07.014

    Abstract:

    路由与波长分配是下一代光网络的需要解决的核心问题之一。本文采用智能蚁群算法,研究了卫星光网络的路由与波长分配问题,为通信请求寻找最优的数据传输光路径。基于请求区域受限策略(Restricted Request Area,RRA)和链路波长负载平衡策略,建立了考虑传输延迟和波长连续性约束的双主星分布式星群节点结构光网络系统模型。利用智能蚁群路由和波长分配(Smart Ant Colony Routing AndWavelength Assignment,SAC-RWA)算法求解系统模型,以找到具有稀疏波长转换的卫星光网络中最小成本波长路径。所提出的算法允许单个蚂蚁同时完成路由和波长分配,仿真结果表明,RRA能够明显改进卫星光网络的性能,以略微增加拥塞率的代价显著降低了计算复杂度。

  • 一种12倍频全双工RoF系统

    卢智嘉, 杨蓓, 王现彬

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.07.015

    Abstract:

    为提高光载无线(RoF)通信系统倍频系数,提出了一种基于集成双平行马赫曾德尔调制器(MZM)和抑制载波光双边带调制的12倍频光生毫米波方案。理论分析了光生毫米波信号产生机理,讨论了相关参数对光生毫米波信号的影响,理论分析与仿真结果基本吻合。在此基础上设计了一种基于该方案的全双工RoF系统,通过调整基站(BS)线偏振器(Pol)偏振角度即可恢复出下行数据和上行载波。仿真结果表明,在误码率(BER)为10-9时,传输90km后上行链路功率代价为0.86dB,相同条件下下行链路功率代价仅为0.47dB。

  • 箔片转动数学建模及仿真分析

    付俊博1, 金忠庆2

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.07.016

    Abstract:

    针对箔片在运动过程中存在变角速度的转动现象,对箔片的转动问题进行了研究。首先分析了气动阻尼对箔片转动的影响,建立了箔片的运动模型及转动模型,并应用CFD计算箔片的气动力系数。然后,通过高速相机计算了箔片的转动角速度并与转动模型的仿真结果进行对比,验证了模型的准确性。最后对箔片的转动特性以及箔片云的运动扩散过程进行仿真分析,得到了箔片的转动影响箔片的运动过程并决定着箔片云的运动扩散性能的结论。

  • 一种高灵敏度数字化TDI型红外焦平面读出电路

    袁媛1, 李敬国1, 胡月2, 于艳1, 徐长彬1

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.07.017

    Abstract:

    数字化红外焦平面探测技术作为第三代红外焦平面技术成为近年来被研究的热点。本文提出了一种将像素级数字化技术与TDI技术相结合的红外焦平面读出电路,使得电路实现大动态范围的同时满足低功耗设计。文中在0.18μmCMOS工艺模型下,对电路进行设计仿真,该读出电路电荷处理能力可达到5.04Ge-,动态范围最高达到101.5dB,在典型长波积分电流应用下电路功耗仅95.8mW。

  • 一种可实现非均匀校正和盲元补偿的像元ADC

    曾岩, 黄文刚, 马敏舒, 高炜祺

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.07.018

    Abstract:

    像元ADC可将红外探测器的电流信号直接转换成对应数字量,在像元阵列之间以数字的方式进行传输和最终输出。本文设计了一种可实现非均匀校正和盲元补偿算法的像元级ADC,避免了在算法级进行非均匀校正和盲元补偿的方式,降低了后续图像处理算法实现的难度,减少了图像处理算法消耗的资源。所提出的像元ADC基于64×64探测器阵列进行了红外焦平面读出芯片的设计,并采用40nm CMOS工艺进行了流片,单个像元级ADC面积≤30μm×30μm,读出芯片面积约4.5mm×4.5mm。流片测试结果表示该像元ADC可实现非均匀校正与盲元补偿,非均匀校正范围可达到34。

  • 基于SIFT特征点结合ICP的点云配准方法

    荆路, 武斌, 方锡禄

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.07.019

    Abstract:

    在点云配准过程中,针对迭代最近点(ICP)算法对点云初始位置依赖性强且迭代速度慢的问题,提出一种基于尺度不变特征变换(SIFT)特征点结合ICP的点云配准方法。首先利用SIFT算法提取待配准点云和目标点云的特征点;接着计算出特征点的快速点特征直方图(FPFH)特征;然后依据该特征使用采样一致性初始配准(SAC-IA)算法求出初始变换矩阵,从而完成初始配准;最后在初始配准的基础上利用ICP算法对两片点云进行精配准。实验表明,与ICP算法相比,该方法具有较好的配准精度,同时效率也有明显的提升。

  • 一种改进的二维ICP点云配准算法

    谢小鹏1, 古家威2

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.07.020

    Abstract:

    为解决传统ICP算法存在的运行不稳定、处理速度慢等问题,本文分析了传统ICP算法的缺点并对其进行了改进。首先,针对传统ICP算法容易出现的迭代方向错误问题,本文打乱了目标点集的点序号,然后在目标点寻找最近点时选择一对一的方式进行。算法的处理速度上,本文通过设置动态阈值,剔除了误匹配点对,减少了ICP算法的迭代次数,进而提高了算法的处理速度。

  • 基于天空区域识别暗通道算法的红外图像去雾

    邵明省

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.07.021

    Abstract:

    为了提高红外图像去雾的效果,提出天空区域识别暗通道算法。首先通过双阈值把有雾图像划分为天空区域、非天空区域、交叉区域;接着天空区域、非天空区域、交叉区域的大气光值、透射率采用不同的方法计算,避免了暗通道算法的局限性;最后给出了算法流程。实验结果表明,本文算法对含有天气区域有雾图像的去雾结果清晰,平均梯度、综合评价相比其他算法较好,本文算法对天空区域与非天空区域有比较复杂的交叉区域的红外图像去雾后的平均梯度值相比暗通道算法提高了28.02,综合评价值提高了19.88。

  • 一种多主星模型的多视场星图识别方法

    金杰1, 谢俊峰1, 2, 李响1

    2021, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.07.022

    Abstract:

    甚高精度星敏感器往往需要小视场、大面阵以确保较高的角分辨率,然而视场小容易导致星图识别可靠性降低。针对多视场甚高精度星敏感器,本文提出了一种多主星模型的多视场星图识别方法。该方法首先以某一视场星敏感器为基准,利用星敏感器之间的相对安装关系,将其他视场星敏感器探测到的星点转换到基准坐标系下的矢量,然后在每个视场中各自确定一个主星,以主星为基准,利用角距信息,星等信息作为识别标识,构造多个基准三角形模型,利用分段拟合的查找方式,实现多个视场联合星图识别。以高分七号卫星国产双视场星敏为对象,利用下传的原始星图进行试验,结果表明,相对于传统多视场星图识别算法而言,本文所提出的星图识别方法识别率达到99.6,可靠性更好。

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