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2007年  第28卷  第2期

夜视技术
半导体玻璃微通道板的研制
易家良, 牛丽红, 阔晓梅, 周军兰
2007, 28(2): 121-124.
摘要:
介绍了半导体玻璃微通道板的主要性能,并与传统铅硅酸盐玻璃的相关性能进行了比较。阐述了半导体玻璃的研制工艺,研究了利用半导体玻璃材料制备微通道板的工艺途径,开发了靠玻璃本身体电导性质而无需氢还原工艺的微通道板,即半导体玻璃微通道板。研制出孔径为20μm、外径为12mm的半导体玻璃微通道板,实验利用紫外光电法测试了微通道板的增益、闪烁噪声和成像性能。结果表明新型微通道板具有明显的电子增益和低的闪烁噪声,并且通道表面稳定;利用磷硅酸盐玻璃材料可以实现体导电微通道板的制备。
CCD在微光夜视瞄准镜检测系统中的应用
高有堂, 常本康, 田思, 邱亚峰, 乔建良
2007, 28(2): 125-128.
摘要:
多环境试验条件下的微光枪瞄检测技术一直是军备生产所关注的问题。由于在振动、射击、冲击、跌落和高低温环境等载荷作用下,微光枪瞄机械、光学和电性能结构及参数会发生改变,致使微光枪瞄不能正常工作和使用,所以设计了多环境试验条件下的微光枪瞄检测与测试系统。对测试系统的光路进行了规划,即对被检查对象(微光枪瞄)的安装要求是微光枪瞄的物镜应置于平行光管出射光口的“较近处”。给出了由CCD组成检测系统的工作原理,分析了系统成像的详细过程。通过对平行光管和CCD变焦镜焦距计算,并结合实际工程应用,使该检测系统的测量精度(≤0.05密位)和测量范围(≥40密位)均满足了项目使用要求。
防离子反馈Al2O3膜对三代夜视成像器件性能的影响
徐江涛, 尹涛
2007, 28(2): 129-132.
摘要:
为解决三代微光管寿命问题,采用电子显微镜和质谱仪对微通道板输入面溅射蒸镀的Al2O3膜质量进行了分析,研究了膜层对器件性能的影响,并就Al2O3给三代微光夜视成像器件带来的成像质量问题进行了讨论。研究结果表明:尽管Al2O3薄膜可以有效地防止离子反馈,但给管子成像质量带来了严重影响,使得图像模糊,信噪比降低等。提出了从本质上解决器件寿命问题的有效措施是将光电阴极与显示屏进行真空隔离,以实现光电阴极无离子反馈的轰击。
DMA在高速红外图像实时处理系统中的应用
王会峰, 汪大宝, 刘上乾
2007, 28(2): 133-137.
摘要:
针对某红外成像定位系统对红外序列图像处理和诸如图像去噪、非均匀性校正、图像自适应分割、图像测量、数模解算等算法的实时性能要求,提出采用DSP DMA(存储器直接访问)方式处理系统中的转移和大量交换高效方案。以AD21062和EP1C6组成的数字图像处理系统为例,介绍DMA操作在高速红外实时图像处理系统中的应用,并给出具体的设计。实验表明,该设计方案可以使DSP从大量的数据搬移操作中解脱出来,专门的图像处理算法操作能够有效地提高数字图像处理系统的实时性,解决了系统的瓶颈问题。
一种新的热红外图像生成方法研究
秦建飞, 沈均平, 胡江华, 曾朝阳, 智军
2007, 28(2): 138-141.
摘要:
针对目标与背景热红外辐射特性的描述是否精确将直接影响到红外导引头对目标的发现、识别和跟踪水平,在分析热红外图像再现技术原理的基础上,按照所需再现热图像的灰度分布特征制成相应透射水平的热图底片,提出了一种利用不同透射能力涂层生成热图像的方法。借助热红外图像再现实验和图像相关系数算法,证明该方法能较好地再现目标以及背景的热红外辐射特征和细节。它不仅可用于热红外导引头和热成像仪性能的检测及评估,同时也为军用目标的热红外隐真和示假方法提供了一种新的技术途径。
基于灰度聚类算法的红外图像增强研究
陈国群, 付冬梅
2007, 28(2): 142-145.
摘要:
根据红外灰度图像的特点,提出了一种基于K-均值聚类的图像增强的新算法。该算法首先根据具体图像确定K值,其次对红外图像的辐射温度数据进行统计学习,把不同温度值按升序排列,然后按等差原则选取温度值作为初始聚类中心,再依据初始聚类中心采用K-均值聚类算法对温度进行聚类,最后由聚类结果对图像进行自适应增强。通过对红外灰度图像进行实验,得到了满意的结果: 对比直方图均衡,具有更丰富的图像细节信息和层次感,视觉效果更好。
光电工程
离散分数阶傅里叶变换快速算法的DSP详细实现
陈鹏, 侯朝焕, 梁亦慧, 马晓川
2007, 28(2): 146-150.
摘要:
为满足在数字信号处理器DSP(digital signal processor)上进行离散分数阶傅里叶变换DFRFT(discrete fractional fourier transform) 实时计算的要求,通过对多种DFRFT计算方法进行比较,选择Ozaktas提出的DFRFT快速算法进行基于DSP的详细实现处理。在对该快速算法进行理论分析的基础上,将快速算法的计算过程进行优化配置,并给出完整的计算量统计结果。在保证精度要求的情况下,提出的详细实现方法将快速算法的实数乘法计算量减至最小。工程实际应用表明:该方法满足DSP运算精度和实时性要求。
红外中带滤光片的结构、带宽估算及调整
查家明, 李斯成, 唐乾隆
2007, 28(2): 151-155.
摘要:
中波红外波段在航天、气象、遥感等领域有着重要的应用,为了提高信噪比,系统中经常使用高质量的红外中带滤光片。相对带宽是红外中带滤光片重要的指标,主要取决于光学薄膜的膜系结构和具体设计。首先给出双截止组合型、F-P型、多半波型等几种膜系结构,归纳了相对带宽估算公式。同时从实用性出发,对一些具体膜系结构进行了相对带宽估算和综合分析,结果表明多半波结构最为可行。针对多半波结构,提出了间隔层膜料和光学厚度的选择、采用等效膜、调整膜层折射率等相对带宽调整的方法。最后,利用上述相对带宽调整方法对红外中带滤光片进行了设计,给出了实际镀制结果,滤光片相对带宽指标满足设计要求。
光电稳瞄系统装调的关键技术
姜峰, 白波, 张锦亮, 张燕
2007, 28(2): 156-158.
摘要:
鉴于光电稳瞄系统的复杂性和科研开发的不可预见性,传统装调技术远不能满足产品科研设计发展的需求。着重分析探讨了光电稳瞄系统中各探测器光谱范围的差异性、光学平台结构的复杂性、光学轴系与回转轴系的一致性带来的精度难以实现的关键技术问题。通过多组自准直仪架设空间过渡基准,采用特定的大口径光轴调校装置,解决了光轴平行性调校问题。以调校光学轴系与机械回转系统的同步精度为出发点,确定了各部件之间的装配及装配误差的影响。通过设计的方位/俯仰天顶测量仪,解决了回转轴系正交性精度调校难题,实现了传统工艺方法和普通调校装置无法达到的设计指标和精度要求。
一种新型真空型紫外成像探测器
张宣妮, 赵宝升
2007, 28(2): 159-164.
摘要:
针对紫外告警的关键元器件——紫外探测器,简述了紫外告警的特点及发展,紫外辐射的大气传输特性和紫外探测器的发展。详细介绍了一种新型响应波段为105nm~300nm的真空型紫外成像探测器,其光电阴极具有“日盲性”,管型采用近贴聚焦结构,从而使得弥散和像差得以减小。探测器读出系统有光耦合读出和电耦合读出2种读出方法:光耦合读出系统能实时响应;电耦合读出灵敏度高,分辨力强,探测距离远。采用自动门控BSP电源,可实现大动态范围探测,并对光电阴极和微通道板起到保护作用。
惠更斯次波法在遥感图像去云和云影中的应用
江兴方, 潘国卫, 陶纯堪
2007, 28(2): 165-168.
摘要:
针对在遥感图像中有云和云影的区域无法获取信息的情况,提出一种对遥感图像局域增强的新方法,即采用惠更斯次波法寻找遥感图像中有云覆盖的区域和有云阴影的区域,进而采用邻域平均法,将有云覆盖的区域和云阴影区域与大尺寸的平滑卷积核进行卷积得到具有较宽的渐变边缘,再对原图像中有云覆盖的区域和云阴影区域的亮度进行补偿,从而获得原图中被云覆盖的区域和云阴影区域的信息。这种半自动提取地物的方法,对在有云和有云影的遥感图像中提取地物信息具有辅助作用。
正交偏振光谱微循环成像方法及装置
陈蕾, 章恩耀, 孙利群, 郭宏
2007, 28(2): 169-172.
摘要:
鉴于微循环图像成像质量的提高是微循环检测仪器实用化的关键,提出一种新的微循环检测方法及装置。利用基于该原理的正交偏振光谱成像仪器进行了实验,得到对比度清晰的甲襞微循环图像。用线性偏振光聚焦照射被测生物组织时,从组织表面反射回来的光保持了其偏振态,被放置在CCD前的偏振方向垂直的检偏器屏蔽掉;从组织内部返回的光发生复散射后退偏,通过检偏器成像。选择光源波长,使其落在红血球的吸收谱范围内,即可得到清晰的生物活体浅表面微循环图像。
光学设计
基于四元数方法的光学系统可视化建模与仿真
宋文超, 贾建援, 王迎昆, 陈贵敏
2007, 28(2): 173-176.
摘要:
以四元数方法在光线传输计算中的应用为理论基础,推导出一套基于四元数方法的光线传输运算公式,采用Visual C++ 和OpenGL建立一个光学系统可视化仿真平台,用于振动环境下光学系统的辅助分析。给出光线追迹运算流程与图形可视化实现关键技术,并对仿真平台的整体结构与功能进行了介绍。通过对某光学系统的仿真分析,成功仿真出图像经过光学系统产生的枕形畸变,证明四元数方法在光线传输运算中的正确性与可行性,为复杂光学系统的空间光线传输计算提供了另一种方法。
神光-Ⅲ 3ω光路自动准直系统设计
翟学锋, 王国富, 达争尚
2007, 28(2): 177-180.
摘要:
基于闭环反馈控制理论,对神光-Ⅲ 3ω光源自动准直系统进行设计,分析系统的工作原理、控制算法和软件控制流程。对准直过程中电动控制对于控制结果影响的变化规律建立了数学模型,旨在克服俯仰和方位相互联动对准直精度的影响。采用二维镜架自动准直方案,使准直偏差在预定调整范围内不断收敛。神光-Ⅲ调试现场的准直结果证明:该自动准直系统达到了设计要求,即自动准直系统在半小时内完成8路光束的光束准直,其角度误差≤5.0%/空间滤波器小孔直径,平移误差≤1.0%(光束近场直径精度)。
LCD投影系统光学引擎的计算机仿真分析
沈华, 何勇, 朱日宏
2007, 28(2): 181-186.
摘要:
光学引擎是决定LCD投影系统色度、光度品质的核心部件之一。根据投影系统光学引擎的结构特点,结合色度学原理,利用光路追踪法编制了光学引擎的色度、光度仿真分析软件。仿真分析软件具有双向功能:对引擎的光学系统可进行色度光度计算,并可根据色度、光度指标优化光学引擎结构。将仿真与实际的光学引擎进行了对比实验,得到多组投影视场的色坐标对比数据,最后用软件优化了一个光学引擎,得到该引擎结构的优化数据。实验结果表明:该软件可提高光学引擎的设计效率。
磷化铟纳米晶的制备及光学性质研究
王红理, 王东, 陈光德, 刘晖
2007, 28(2): 187-190.
摘要:
阐述了目前国内外的磷化铟纳米晶研究状况。用有机溶剂回流退火法制备出了磷化铟纳米晶,并通过XRD谱计算出平均粒径为55nm。喇曼光谱表明:由于纳米颗粒的量子尺寸效应, 2个散射峰都向低能量方向发生了较大的移动。UVVIS表明样品的吸收边相对于体块InP(970nm)发生了显著的蓝移,说明带隙变宽,表现出明显的量子尺寸效应。PLE谱在380nm时,PL谱峰在573nm时,相对于体块InP的红外区的荧光光谱发光峰发生了显著的蓝移,说明磷化铟纳米晶在光电子器件领域和非线性光学领域有非常好的应用前景。
激光技术
飞秒激光在透明介质中诱导光学微腔的实验研究
王先华, 陈烽, 杨青, 陈涛, 梁松
2007, 28(2): 191-194.
摘要:
鉴于飞秒激光脉冲持续时间极短且峰值功率极高,将其紧聚焦到透明介质体内部时,易引发双光子效应、碰撞电离、雪崩击穿等一系列非线性过程,在焦点处产生微爆,从而形成微腔结构。提出采用25fs的激光脉冲在透明介质内部诱导形成微腔结构。分析了微腔的能量阈值。结合三维精密位移台,制备了三维微腔点阵。探讨了超短激光脉冲在透明介质内部形成微腔结构的方法与基本实验参数。试验发现:采用更短脉宽的飞秒脉冲时可以降低微腔形成的能量阈值;通过调整飞秒激光功率、脉冲作用次数和光束聚焦情况等因素,可以有效改变微腔的纵深比;在数值孔径较低时因无法实现紧聚焦,故不能形成微腔。
大气消光特性与机载激光雷达眼睛安全关系的研究
刘厚通, 李超, 王珍珠, 周军
2007, 28(2): 195-200.
摘要:
依据美国ANSI标准,定量分析了气溶胶、卷云和沙尘的垂直消光特性对机载激光雷达激光脉冲眼睛安全最大阈值能量的影响;以地基激光雷达探测得到的合肥上空沙尘暴为例,定量给出了大气中各成分消光特性对飞机眼睛安全最低高度的影响;模拟计算了各种大气成分的消光特性对激光脉冲眼睛安全系数的影响随高度的变化规律。计算结果表明:沙尘层对激光脉冲眼睛安全最大阈值能量的影响幅度可达几十毫焦。该结果为我国第一台机载大气探测激光雷达激光脉冲能量设置提供了基本依据。
紫外激光通信中PPM与Turbo联合编码调制研究
曹付允, 徐军, 朱桂芳, 李喜来
2007, 28(2): 201-204.
摘要:
为提高紫外激光通信系统中的编码效率和频带利用率,提出采用PPM(pulse position modulation)调制和Turbo编码相结合的技术来提高效率。此方法不仅能提高频带的利用率,也能提高码间抗干扰能力、纠错能力和降低误码率,并对PPM调制模式下的Turbo码译码公式进行了推导,最后利用Matlab软件实现了该技术的仿真,仿真结果表明:在紫外激光通信中采用PPM和Turbo统一调制编码的技术能进一步降低系统的效率和误码率。
激光光斑漂移的检测
王春阳, 李金石
2007, 28(2): 205-208.
摘要:
针对激光光斑漂移设计了一套光斑漂移检测系统。利用该系统实现了对He-Ne激光器出射光束漂移的检测。它采用CCD摄像头和图像采集卡采集激光器输出光斑,通过专门软件对数字图像进行处理,得出光斑漂移的大小;另外,利用几何光学方法得到了激光光束在X方向、Y方向以及空间立体角上的漂移大小。分析了引起光束漂移的原因。结果表明:He-Ne激光器出射光束的指向主要受温度、环境振动、空气扰动和激光器自身结构的影响。该系统能准确地测量出激光器出射光束的漂移大小,实现光束漂移的控制。
光纤技术
耐高温光纤Bragg光栅的响应特性研究
乔学光, 李婷, 王宏亮, 贾振安, 刘钦朋, 王向宇
2007, 28(2): 209-211.
摘要:
以耐高温光纤光栅和普通的光纤光栅为实验研究对象,研究了其高温特性。普通的FBG,当温度超过300℃以上,光纤光栅已变黑变脆,虽然有传感特性,但已不能在实际中应用;通过对耐高温光栅裸栅进行300℃以上的高温实验,发现耐高温FBG处于20℃~350℃之间时反射波长与温度之间有着良好的线性关系,且光栅性能良好,没有出现被碳化现象,灵敏度为0.01nm/MPa;随着温度进一步升高,FBG反射波长与温度开始呈现非线性关系。实验结果表明,耐高温光栅适合于高温油气井下应用。
极窄带宽的布拉格光纤光栅光谱特性研究
毕卫红, 李林, 陈俊刚, 李靖
2007, 28(2): 212-215.
摘要:
根据理想模展开下的耦合模方程,对光纤布拉格光栅的峰值反射率公式进行了数学推导,得到了布拉格光纤光栅的光谱反射率表达式。全面讨论了光栅周期、光纤栅长、光致折射率微扰最大值等参数与光纤光栅反射光谱的关系。仿真结果显示了固定参数下布拉格光栅的极限窄带宽,得到的反射率为1、带宽为0.02nm的窄带宽布拉格光栅,比现今分布式传感系统中使用的布拉格光栅的带宽窄1个数量级。这种布拉格光纤光栅用于分布式传感系统,可大大提高分布式传感系统中光源的带宽利用率,消除各信号间的相互串扰,提高传感光栅复用数目,降低解调系统成本。
计量测试
基于纠缠光子方法测量光电探测器量子效率的研究
李健军, 郑小兵, 张伟
2007, 28(2): 216-220.
摘要:
光辐射传感器的定标是保证遥感数据精度及可利用价值的基础支撑技术。现行辐射定标方法都需要建立高精度初级标准及标准传递链,传递环节是误差的主要来源。纠缠光子理论为实现“无标准传递”的辐射定标开辟了崭新的技术途径。报道了在光子计数模式下利用非线性光学的非经典效应绝对定标光电探测器的新方法,测量是通过BBO非线性晶体的参量下转换形成的702nm简并的纠缠光子方法来实现的。实验测得光电倍增管在该波长处的量子效率,结果显示有0.1%的偏差。该方法本身具有绝对性,不依赖于任何外部定标的辐射标准。
电子散斑干涉条纹骨架线提取的新方法
金雪峰, 饶芮菱, 鲁怀伟
2007, 28(2): 221-225.
摘要:
电子散斑干涉条纹的强噪声特性使其信噪比过低,常用的图像二值化、细化等算法对散斑干涉条纹的骨架提取都存在一定的不足,文章在对散斑条纹图像平滑去噪、对比度增强的预处理基础上,对其进行边缘提取、填充、细化,从而得到干涉条纹的中心骨架线,提出一种基于MATLAB的散班图像自动处理算法。结果表明:文中提出的干涉条纹的细化方法可以准确地找到骨架线,为获得面内位移场的等位移线图提供了一种新方法。
数字电视的光色计量及其装置
徐英莹, 陈赤, 王捷, 殷玉喆
2007, 28(2): 226-230.
摘要:
结合市面上常见数字电视器件CRT,LCD,PDP等的显示原理及特性,具体讲解光色计量指标测量方法及原理,系统量值传递是通过国家色度和亮度基准标准灯来完成的。利用虚拟仪器技术建立的数据采集及分析系统,可对待测仪器的参数进行实时数据检测和数据分析。整个测试系统亮度和色坐标不确定度小于2%和0.005. 通过对市场主流电视产品的集中检测,将其相对光谱功率分布、亮度、色坐标、亮度不均匀性及对比度等综合参数进行对比,给出了测试结果及各种电视性能分析,为数字彩色电视计量工作提供了参考。
台阶状面形的投影栅线法测量技术
伏燕军, 杨坤涛, 何兴道, 邹文栋
2007, 28(2): 231-235.
摘要:
采用光栅投影式三维轮廓术测量物体三维形貌时,当物体是台阶状物体时,物体表面的光栅条纹有阴影,导致后面的叠相还原过程无法进行。为了解决这一问题,将被测物体放在精密的旋转平台上。通过2次成像后,对2幅图像进行图像拼接,得到清晰的被光栅调制的物体图像。在图像拼接时,引入区域黑白对比度概念,区域的黑白对比度最大位置就是黑白区域的分界线。从而精确确定中间块2个边界的位置,然后进行图像拼接。最后采用双频光栅的傅里叶变换轮廓术来实现物体的三维形貌重建。结果表明:本方法简单、精度高,可以成功解决投影时具有阴影物体的三维形貌重建问题。
理论研究
微细笔直写聚合物条形光波导的研究
李金洪, 董林红, 王泽敏, 许德胜, 朱大庆, 曾晓雁
2007, 28(2): 236-239.
摘要:
提出一种采用微细笔直写技术直写聚合物光波导的简便方法,利用该技术成功直写出了氟化聚酰胺条形光波导,并着重研究了气体压力和直写速度对波导宽度的影响规律。实验结果表明:直写获得的条形波导的边缘整齐、表面光滑,而且不存在小孔等缺陷或杂质。当其他工艺参数不变的情况下,波导宽度随着气体压力的增加而增大,随着直写速度的增大而减小。微细笔直写获得的条形光波导成功地实现了通光,在波长为1550nm处的最小传输损耗为0.59dB/cm。
温度对闭路光伏明空间孤子演化和自偏转的影响 (英文)
张光勇, 刘劲松, 刘时雄
2007, 28(2): 240-244.
摘要:
通过考虑扩散效应的影响,采用数值方法研究了温度对光伏光折变介质中的明空间孤子演化和自偏转的影响。结果表明,当晶体温度变化时,明孤子可以呈现为稳定态、较大周期的压缩和膨胀态,或塌陷态。同时,明空间孤子中心偏转距离随温度增加而增加,在一个特定温度处达到最大值,之后随温度增加而减小,在高温和低温区域此偏转距离趋于零。孤子的最大偏转距离和对应的特定温度随入射孤子波强度的增加而增加。进一步采用微扰方法研究了明孤子自偏转过程,其结果与数值方法获得的结果一致。