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2007年  第28卷  第3期

光电工程
尾流散射光性质的一维小波变换分析
张建生, 林书玉, 苗润才, 杨万民
2007, 28(3): 245-249.
摘要:
船舶尾流具有特殊的声学、电学、磁学和光学特性。选用一维小波变换含离散小波变换、连续小波变换、小波包变换、复小波变换对测量的尾流光学性质进行了分析,其结果表明:不同条件下尾流散射光信号具有不同的自动阈值,经小波变换后保留的能量比例、小波系数置零比率不同,变换的小波系数染色模式、系数曲线、最大系数线区别明显。一维连续小波变换显示出细节信号具有一定周期性,说明在测量过程存在周期性的干扰因素。通过小波分解的各层细节信号,为在测量结果中消除或降低这些因素的影响指明了方向。一维连续小波变换结果显示,在不同压强下小波系数大小及分布、极大值分布都有明显区别。一维小波包变换的压缩信号保留了原始信号绝大部分的能量,选择的系数可作为不同压强下尾流气泡幕的特征系数,而一维复小波变换变换的模、模角以及系数随时间轴的分布,其相对大小都不相同。经小波分析,可以提取出散射光信号的共性,也可以直观地展示不同散射光信号的区别。
最优控制在车载惯性平台稳定回路中的应用
李红光, 鱼云岐, 宋亚民
2007, 28(3): 251-256.
摘要:
在分析车载惯性平台数学模型的基础上,针对平台的扰动特性,提出了稳定伺服回路的一种改进型线性二次高斯 (LQG) 控制方法。该方法在反馈中加入了积分项,可以消除稳态偏差,并且依据滤波器收敛性的判据,分别利用SageHusa自适应滤波算法和强跟踪Kalman滤波器进行状态估计,既保证了估计精度,又具有跟踪突变状态的能力。仿真和实验表明:该方法在一定程度上降低了对系统模型误差和噪声统计特性误差的要求。
颜色失真二维彩色条形码的自适应阈值机读法
郭宏瑞, 谭吉春, 王晓锋
2007, 28(3): 257-261.
摘要:
采用紫外辐照加速老化方法研究纸基彩色条形码的褪色规律。基于CIELAB模型分析紫外辐照累计时间与二维条形码色差的关系,对4色打印标签的检测结果表明:品红色褪变速率较大,青色、黄色和黑色的褪变速率逐次减小。基于RGB三基色直方图和概率统计原理,提出能有效校正颜色失真、正确机读二维条形码的“自适应阈值法”。实验表明:对于紫外25h加速老化后的褪色条形码,“自适应阈值法”的机读误码率≤0.05%。该研究结果为褪色彩色条形码标签进入实用阶段提供了实验依据。
基于不对称非标准傅里叶变换的光学图像加密
邓晓鹏
2007, 28(3): 262-264.
摘要:
针对以往光学图像加密系统中输入面和频谱面对称性的缺点,在不增加系统元件的基础上,利用球面波照射不对称非标准傅里叶变换系统进行图像加密。通过把相位掩模置于该系统的傅里叶变换平面,利用不对称非标准傅里叶变换系统的输入面和频谱面的不对称性以及频谱面对于点光源相关参数的依赖性,克服了以前光学加密系统中输入面和频谱面的对称性所带来的安全隐患,并且获得了除相位掩模以外的另外四重密匙。理论分析和模拟实验表明:该方法不仅可行,而且多增加了几重密匙,增强了系统的安全性能。
面源电子枪灯丝的热均匀性分析和设计
邱亚峰, 常本康, 钱芸生, 高有堂, 田思
2007, 28(3): 265-268.
摘要:
测试像增强器荧光屏的亮度均匀性,需要能够发射均匀电子的面源电子枪,设计面源电子枪要对灯丝各点发射的电子数量、电场分布、电子轨迹,以及均匀电子垂直轰击荧光屏几个方面进行理论分析和计算。指出在真空系统中面源电子枪灯丝的热均匀性是使灯丝各点发射的电子数量相等的先决条件,也是灯丝造型设计首先要解决的问题。在真空系统中,热辐射是影响面源电子枪灯丝各点温度的主要因素。参考相关资料,对热辐射均匀性进行了理论分析,推导出3种几何形状的热辐射公式;通过计算和比较,得出了锥状螺旋灯丝的热平衡较好的结论,为下一步电场分析和电子轨迹分析做好了准备。
加固机载TFT-LCD的温控技术研究
顾适夷
2007, 28(3): 269-274.
摘要:
论述加固机载TFT-LCD设计中温度控制技术所涉及的问题,实现了机载TFT-LCD显示器在-43℃至71℃的范围内正常工作。在研究TFT-LCD特点的基础上,提出了利用ITO膜加热液晶模块以及采用加热丝加热背光源CCFL灯管的加热方式,设计了加热电路的方法,从而确保了机载TFT-LCD在低温环境下的启动和正常工作。基于热设计的基本方法,分析并提出了加固机载TFT-LCD高温工作时的散热解决方案。作为一个自动温控系统,扩展了机载TFT-LCD的工作温度范围。在实际设计中获得了满意的效果。
激光辐照光伏型光电探测器热效应的有限元分析
刘全喜, 齐文宗, 郝秋龙, 赵方东
2007, 28(3): 275-279.
摘要:
建立了高斯激光辐照光伏(PV)型光电探测器温升的三维物理模型,采用有限元分析方法计算了探测器的三维温度场分布,探讨了辐照时间、胶层厚度和胶层热导率对熔融损伤阈值及热恢复时间的影响。研究结果表明:InSb PV型探测器受到强激光连续辐照时会发生熔融损伤破坏,且最早发生于迎光面的光斑中心;激光的功率越高,造成损伤破坏所需要的时间越短;热导率越大,越薄的胶层对应的损伤阈值越大,但胶层厚度和热导率对熔融损伤阈值的影响在大功率激光辐照时才较明显。为了提高PV型探测器抗激光辐照能力,应选用热导率大且尽可能薄的胶层。采用该模型计算得到10W功率激光辐照下的熔融时间为3.26s,与实验得到的3s基本吻合。
基于机器视觉的火焰颜色采集分析系统
毛翠丽, 马卫红, 孟立庄
2007, 28(3): 280-283.
摘要:
火焰特征是反映火工品燃烧性能的最重要、最直观的因素。通过比较几种火焰采集方法的优缺点,根据火工品火焰燃烧时间短、速度快和非接触性的特点,基于近年来迅速发展的数字图像处理技术建立了机器视觉系统。选取了先进的高精度大容量缓存彩色面阵CCD相机和彩色图像采集卡,进行遥控测量,得到了比较精确的序列火焰图像。并运用数字图像处理技术,根据火焰颜色和形状对火焰图像进行了初步分析,为进一步图像处理分析提供了有力的依据。
光学设计
用矩阵方法设计变焦镜头
赵存华
2007, 28(3): 284-287.
摘要:
传统上,在设计变焦距镜头时都要利用高斯光学求解变焦距的各组元焦距、组间隔。与传统方法不同的是,该文利用矩阵光学理论,建立变焦距镜头的光线传输矩阵,并以此矩阵建立非线性方程组,然后用数学软件对其求解,得到各组元的焦距、组间隔等参数。最后以设计一个普通的摄像物镜为例,演示了矩阵光学在设计变焦距镜头中的应用。
超紧凑型红外折反式光学系统设计
王灵杰, 张新, 杨皓明, 张建萍
2007, 28(3): 288-291.
摘要:
提出一种超紧凑型折反式红外光学系统设计方法,即系统的主、次镜均采用金属镜,后组采用红外透射材料,实现了总长/焦距比为0.55。在设计中重点分析系统的温度效应,并采取针对性设计,以达到准无热化设计的目的。同时对系统进行杂光分析,给出杂光抑制方案,并使用杂光分析软件对系统进行分析。结果表明:系统像面杂散辐射在0.5%以内,光学材料与结构材料的热胀系数配合得当,系统的热效应很好。
头盔式单目微光夜视仪中光学系统的设计
尚华, 刘钧, 高明, 毛翠丽, 孟立庄
2007, 28(3): 292-296.
摘要:
为提高头盔式单目微光夜视仪中光学系统的成像质量,并满足夜视仪结构紧凑、质量小的指标要求,提出在微光夜视仪光学系统设计中引入高次项非球面透镜的设计方法。针对具体的头盔式微光夜视仪,根据微光物镜、目镜系统技术参数计算理论,确定该微光夜视仪光学系统的技术参数,应用光学设计软件ZEMX上机调试,并在光学系统设计中引入高次非球面透镜,使物镜系统镜片数由原来的9片减少为6片,目镜系统由原来的9片减少为7片,简化了结构,并提高了成像质量。设计结果表明:在头盔式微光夜视系统中采用非球面透镜可以提高系统成像质量,简化系统结构。
冰洲石-玻璃组合平行分束偏光镜的设计研究
任树锋, 徐兴磊, 张运海, 吴福全
2007, 28(3): 297-300.
摘要:
为了既节省稀有昂贵的冰洲石晶体材料,又实现偏振光的大剪切差输出,采用冰洲石晶体与光学玻璃组合的方法,设计了一种新型平行分束偏光镜。该棱镜的前后半块分别为ZBaF3玻璃和冰洲石晶体,由大折射率液态胶合剂溴代萘胶合而成。实验测试表明:该棱镜透射的2束平行光的消光比,o光可达10-5;尽管受到光学玻璃的影响,e光的消光比仍优于10-3;透射比均与纯冰洲石晶体材料的棱镜基本相当。理论分析表明:该棱镜自身结构带来的性能影响在一定情况下完全可以忽略,因此具有较好的应用前景。
夜视技术
一种显著提高三代像增强器信噪比的微通道板
潘京生, 苏德坦, 许志清, 刘术林
2007, 28(3): 301-304.
摘要:
鉴于离子阻挡膜保证了三代像增强器的工作寿命,但增加了微通道板和三代像增强器的噪声因子,降低了三代像增强器的信噪比,削弱了NEA光阴极的优势,提出一种最新研制的微通道板。它优化了玻璃成份,提高了玻璃的工作温度,同时还改善了通道内壁工作面结构,且开口面积比达到65%~70%。通过三代像增强器制管试验证实,这种高性能微通道板具有低噪声因子特性,与标准MCP相比,可显著提高三代管的信噪比。最后指出通过进一步试验和改进,实现更高信噪比长寿命无膜三代像增强器的可能性。
紫外像增强器光谱响应特性测量方法研究
程宏昌, 盛亮, 石峰, 王芬芬, 冯刘
2007, 28(3): 305-308.
摘要:
为了能及时测量自制紫外像增强器的光谱响应特性,设计了一套简便的测量紫外像增强器光谱响应的系统。该系统由专用光源室、光栅光谱仪、直流稳压电源、皮安电流计4部分构成。用光栅光谱仪配套软件直接读出光源每个波长对应的辐射功率;用皮安电流计直接测量出各个波长的光照射光阴极时光阴极产生的光电流,然后求出这2个比值并用Microsoft Excel 2003进行处理,得到光电流与波长变化的曲线,即相对光谱响应曲线。从曲线可以看出,该紫外像增强器的光谱响应范围为200nm~340nm,峰值响应在270nm附近,表明该紫外像增强器具有日盲特性。测试结果表明:系统不确定度<10%。
红外成像寻的器技术研究
顾宪辉, 鲍其莲
2007, 28(3): 309-312.
摘要:
为提高精确制导系统中红外寻的器的光电对抗能力,利用玫瑰扫描技术实现了光学系统成像探测。该项技术研究的关键是线阵列探测器和卡氏光学系统的设计。通过引入计算机图像帧处理,实现了目标的解算。在介绍技术方案的同时,对关键技术进行了分析,原理样机已在实验室调试完成。导引头的测试数据和仿真试验结果表明:导引头抗红外诱饵干扰能力大大提高,该技术研究方案是可行的,可用于便携式防空和舰载末端防空等精确制导武器中。
一种近红外探测器的光谱响应率测量
王骥, 郑小兵, 张磊, 林志强
2007, 28(3): 313-316.
摘要:
对近红外辐射功率光谱绝对响应率的定标技术进行了研究。设计了一种制冷扩展波长型的InGaAs探测器,为了使其能够作为功率传递的标准探测器工作在(1.2~2.5)μm波长范围,对探测器的光谱响应率进行了测量。首先在1260nm波长下进行绝对功率传递的标定试验,然后用基于红外单色仪的光谱比较系统(SCF)测量了探测器的相对光谱响应率。结合2个步骤的数据,最终可以得到探测器的绝对光谱响应率。
MODTRAN软件集成环境开发
刘广达, 江月松
2007, 28(3): 317-320.
摘要:
MODTRAN是目前流行的红外辐射传输计算模型。应用FORTRAN语言编写的MODTRAN源代码,集成MODRAN计算软件,设计了MODTRAN软件图形界面。针对FORTRAN语言计算效率高而图形功能弱,Visual Basic (VB) 计算效率低而图形功能强的特点,用VB 和FORTRAN 2种语言混合编程,实现FORTRAN 计算程序资源的再利用。将FORTRAN 程序转化为动态链接库函数,通过函数参数传递使VB程序和FORTRAN动态链接库函数之间交换数据,将FORTRAN的计算结果在VB窗体上显示并进行作图处理,从而实现MODTRAN计算程序的图形界面及计算结果的可视化。设计出MODTRAN的汉化使用界面,有利于MODTRAN在国内推广应用。
激光技术
激光分离脆性材料的研究
周圣丰, 曾晓雁
2007, 28(3): 321-327.
摘要:
传统分离脆性材料的技术由于易产生残余应力、显微裂纹与边部碎屑等缺陷,越来越不能满足半导体工业高精度与高清洁度的要求。激光微细加工技术以无污染、无接触及加工精度高、操作柔性好等优势,正成为一种很有潜力的脆性材料精密加工技术。介绍了用于分离脆性材料的几种典型激光微细加工技术,包括激光烧蚀切割技术、激光诱导张应力控制微裂纹扩展技术与激光剥离技术的工艺原理、特点及研究现状,指出了其存在的主要问题并探讨了其改进措施。最后预测了激光分离技术的发展前景。
双频氦氖激光回馈位移测量系统的实验与应用研究
崔柳, 张书练
2007, 28(3): 328-331.
摘要:
研究了一种全新的纳米尺度位移测量系统。将双折射元件插入He-Ne激光器谐振腔内产生频率分裂效应,使原本单模谐振的激光器输出变成了频差可调的2个正交偏振频率(o光和e光),而形成双频激光器。在激光谐振腔外放置沿激光轴线位移的反射表面,将输出的激光束反射回腔内,以便对激光的光强进行调制,可实现高分辨率非接触式可判向位移测量。提出了一种细分方法,该方法突破了传统干涉系统的衍射极限(1/2波长)。对于633nm波长He-Ne激光,本系统的理想分辨率为1/8波长(约为79nm)。
LD侧泵Nd∶YAG/S-KTP腔内倍频高功率660nm连续红光激光器
徐海萍, 徐海燕, 张鹏, 任兆玉, 白晋涛
2007, 28(3): 332-335.
摘要:
报道了LD侧面泵浦Nd∶YAG/S-KTP腔内倍频高功率660nm连续红光激光器。泵浦组件(呈三角形等间距分布)由9个20W的激光二极管组成,最大泵浦功率为180W。通过对谐振腔参数进行优化设计,用LD连续抽运3mm×65mm Nd∶YAG激光棒时,获得了波长为1319nm的基频光振荡。利用S-KTP II类临界相位匹配腔内倍频技术,当泵浦电流为22A时,获得了6.8W的连续红光激光输出,光-光转换效率为4.3%。
振动对星间相干激光通信的影响
王朝晖, 赵长政, 陈文新, 焦斌亮
2007, 28(3): 336-340.
摘要:
针对星间相干激光通信中卫星平台的振动造成发射天线和接收天线的瞄准角误差,使系统信号信噪比下降,误码率 (BER)增加,该文以瑞利分布作为振动造成的瞄准角误差模型,结合高斯本振光和艾里信号光外差检测模型,以PSK零差通信体制为例分析卫星振动对系统的瞬时误码率和平均误码率的影响,给出误码率仿真计算结果。指出接收天线瞄准角误差对星间光通信质量影响很大,在瞄准角误差的标准偏差σ小于1μrad范围内,系统误码率小于10-6。
计量测试
火焰光谱与图像综合测试系统的设计
韩溟, 林晓春, 安毓英
2007, 28(3): 341-344.
摘要:
针对SR-5000红外光谱仪、AvaSpec-2048紫外光谱仪、高速CCD摄像机和标准火点火平台各个分立设备,设计了一套综合测试系统作为控制平台。该平台在配套的按键面板和操作软件下,能够启动某一设备单独工作,也能完成任何2个或多个设备的同时启动和数据同步采集。示波器测量显示,各个设备之间的同步延迟在50ns以内。通过实验,最终获得目标火焰在全波段范围内的光谱数据,并得到每一帧对应的火焰图像,为全面进行火焰光谱和图像研究以及燃烧特性分析奠定了基础。
基于机器视觉的高速带钢孔洞检测系统
何永辉, 王康健, 石桂芬
2007, 28(3): 345-349.
摘要:
针对宝钢冷轧1420酸轧联合机组带钢孔洞缺陷在线检测需求,结合机组现场条件,自主开发了恶劣危险环境下的高速带钢孔洞检测系统。该系统以机器视觉技术为基础,配置高性能透射式照明光源和高速线扫描CCD图像传感器,能够获得高质量的带钢图像;系统检测软件采用快速高效的目标识别和边缘检测算法,可在30ms内完成1幅图像的处理计算,实时判定孔洞的存在与否,并将检测结果发送至服务器。系统采用C/S模式作为网络架构,实现检测数据在客户端和服务器之间的可靠传递。系统两年多的上线运行证明:该系统在冷轧机出口十分恶劣的环境条件下,可长期连续工作,准确高效地检出带钢孔洞缺陷,具有卓越的检测性能和良好的稳定性。
利用高精度时间间隔测量技术实现光速测定方法的研究
吴刚, 李春来, 朱磊, 刘银年
2007, 28(3): 350-353.
摘要:
为了实现实验室环境下测定光速,采用已知长度及折射率的单模零色散光纤作为传输介质,利用高精度时间间隔测量技术测量了光在该光纤中的传输延时。经过理论推导,求出光速c与作为传输介质的光纤长度L、折射率n及光纤延时τ之间的关系式,从而通过测量得到L,n及τ的值即可计算得到真空中的光速值。与传统的利用天文法及精密仪器测量光速的方法相比,采用比较先进的高精度时间间隔测量技术可使时间分辨率达到125ps,从而在实验室环境下,利用简单仪器得到了高精度的测量结果。最终测量所得光速为299928077m/s,误差为30860m/s。
低压微位移驱动电路及控制方法
朱纪忠, 陈若雷, 陆忠
2007, 28(3): 354-357.
摘要:
讨论了低压微位移驱动电路及控制方法在光电轮廓仪上的运用。采用低压驱动电路驱动压电陶瓷相移器对参考光束进行相移,从而使仪器质量减轻、体积缩小、成本降低。在运用该电路时,为了解决压电陶瓷低电压区非线性误差大的问题,用PC计算机控制压电陶瓷上所加电压的电压值,由摄像头摄取图像并计算出干涉条纹的间隔,然后由PC计算机修改压电陶瓷上所加的电压值,直至干涉条纹相位差达到要求值。该方法的优点是:可消除压电陶瓷低压区的非线性误差,使得开环电路得到闭环的效果;可降低机械零部件的装配难度。
理论研究
非球形粒子散射光的去偏振特性研究
赵一鸣, 江月松
2007, 28(3): 358-362.
摘要:
目标对入射偏振光的散射特性反映了目标的属性信息。在Rayleigh散射理论的基础上,通过单层非球形粒子对入射偏振光的散射数学模型,应用矢量传输方程来计算非球形粒子散射的Mueller矩阵元,求解散射介质的偏振度,讨论在不同介质层厚度、粒子半径和探测角的条件下,非球形粒子散射光去偏振度的变化特性,给出了模拟仿真结果。该方法为研究目标的内部结构、厚度和粗糙度等特征以及目标的探测和识别提供了一种新的途径。
Mie光散射理论的数值计算方法
项建胜, 何俊华
2007, 28(3): 363-366.
摘要:
Mie散射级数的计算速度和精度对颗粒测量结果有着重要的影响。针对不同颗粒直径和相对折射率,一般采用前向递推,后向递推,连分式法等计算Mie散射级数。在这3种方法的基础上提出一种改进算法,即首先通过连分式法计算Mie散射级数的初始值,然后后向递推其余各值。该算法在Matlab中实现时,数据以数组的数据类型存储和调用,程序采用递归算法。通过比较计算结果发现,该算法耗时短且结果不易溢出,具有快速、稳定、不受颗粒直径和折射率范围影响等优点。
LN晶体自散焦到自聚焦转换的耦合理论分析
康轶凡, 王超, 忽满利, 周景会, 高平安, 唐天同
2007, 28(3): 367-370.
摘要:
对铌酸锂晶体进行了三阶非线性折射系数测量的Z扫描实验和光折变非线性系数测量的时间扫描实验。为了分析时间分辨扫描曲线的特点,基于非线性介质中光折变非线性与三阶非线性光学效应的耦合作用,引入非线性折射率随时间变化的表达式,分析了空间亮孤子的形成过程,进而揭示了其在一定条件下从自散焦到自聚焦转换的动态行为的物理机制,得到了与实验现象相一致的结论,并说明了自聚焦光折变晶体中可能存在稳定的暗空间孤子。
Nd∶KY(WO4)2和Nd∶KG(WO4)2晶体吸收光谱性能分析
郭丽花, 杨文琴, 冯尚源
2007, 28(3): 371-375.
摘要:
通过研究分析钨酸盐晶体Nd∶KY(WO4)2和Nd∶KG(WO4)2在室温下的吸收光谱,发现这2种晶体具有作为激光晶体的优良特性。根据Judd-Ofelt理论和测试所得的吸收光谱及数据,用VC++编程计算出晶体的谱线强度、振子强度、吸收截面等,拟合得Nd3+离子的3个晶场调节参数Ωλ(λ=2,4,6)的值,并从理论上计算了自发跃迁几率、能级寿命、荧光分支比和积分发射截面。从计算得出的荧光分支比β可以看出,Nd∶KY(WO4)2(β1060nm=0.4380)和Nd∶KG(WO4)2(β1060nm=0.4618)晶体荧光分支比都较大,计算了该晶体的X=Ω4/Ω6,并将其X值与其他晶体的X值加以比较,Nd∶KY(WO4)2和Nd∶KG(WO4)2均易于实现1.06μm激光输出,适合作为LD泵浦的钨酸盐晶体激光器。
常规综合鉴别函数的改进
甘厚吉, 华文深, 王金玉
2007, 28(3): 376-379.
摘要:
针对常规综合鉴别函数制作的复合匹配滤波器,对不同旋转角度的训练样本输出的相关峰值波动性较大,不便于后续探测和处理等问题,对常规综合鉴别函数到编码匹配滤波器的编码转化过程进行分析,找到导致相关峰值波动的原因,提出改进方法,即在计算综合鉴别函数的线性组合系数时将编码运算也考虑进去,并根据滤波器对各训练样本相关峰值的倒数来确定线性组合系数。计算机仿真结果表明:改进后的方法降低了复合滤波器对不同旋转角度样本输出相关峰值的波动性,提高了相关峰自动判别的准确性。
级联介质的空间排布对光场特性的影响
邓亚红, 罗斌, 潘炜
2007, 28(3): 380-383.
摘要:
基于菲涅尔衍射原理,应用傅里叶变换方法,从理论上推导了高斯光束经级联非线性介质传输后任意位置处光场分布的解析表达式,研究了光场峰值强度、峰值出现的位置以及光束的束宽和调制因子等参量在级联介质中的变化规律。结果表明:随着非线性效应的增强,光场峰值强度逐渐增大,峰值距离逐渐缩短,光束束宽不断减小而调制因子逐渐增大。在介质排布中要尽量错开光束峰值位置,采用均匀排布方案虽然可以降低元件受损的风险,但还需对介质均匀配置的间距进行有效优化。