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2011年  第32卷  第5期

光电系统与工程
消畸变成像折反射全景成像系统设计
范志刚, 王方博, 陈守谦, 冯俐铜
2011, 32(5): 817-821.
摘要:
单视点折反射全景成像系统畸变较大,通过计算反射镜面型可有效地实现折反射全景成像系统消畸变成像。在反射镜入射角与反射角呈线性关系的基础上,推导适用于消畸变折反射全景成像的反射镜面型公式。为说明反射镜面型的准确性,设计了F#为3.3,视场为138的消畸变成像折反射全景成像系统,并利用实际像平面和虚拟像平面间的坐标映射关系,实现了系统的消畸变设计。各视场MTF在奈奎斯特频率下均达到0.6, 边缘视场相对畸变小于4 %。结果表明:该面型可实现消畸变折反射全景成像,反射角光线追迹法适用于折反射全景成像系统畸变评价,为折反射全景成像系统消畸变设计提供了必要的模型和计算方法。
高精度光电弹道测量系统
寿少峻, 陆培国, 柳井莉, 刘小强, 邢军智
2011, 32(5): 822-827.
摘要:
利用光电跟踪系统实时测量导弹类飞行目标已成为靶场测试手段的发展趋势之一,光电跟踪系统需要具备高精度跟踪高速飞行目标、实时输出目标飞行轨迹数据以及目标飞行姿态等实时图像信息。提出一种新型车载光电弹道测量系统,应用高强度轴承改善角位置输出的稳定性;利用再生反馈控制技术抑制跟踪快速目标时产生的滞后误差,提高光电弹道系统的测量精度;将测量数据归一化为垂线测量坐标系中的测量值,以20 ms的刷新率对外输出;提出模拟航路检测方式,可在野外条件下完成对光电设备性能检测,实际稳态跟踪精度可达到0.21 mrad。
大相对孔径数字化X射线成像系统的光学设计
陈宝莹, 唐勇, 柴利飞, 孙浩, 张远健, 林森
2011, 32(5): 827-830.
摘要:
针对60 mm45 mm尺寸碘化铯荧光屏,设计一个用于牙科诊断的X射线数字化成像光学系统。选用有效尺寸4.8 mm 3.6 mm的CCD作为接受器件,光学系统结构型式为复杂化双高斯型,相对孔径和全视场角分别达到F/0.9和35,有效焦距9 mm。全视场MTF 在空间频率56 lp/mm时高于0.75,全视场畸变为1.8%, 边缘视场照度与中心视场照度之百分比达到80%。从设计结果可以看出,整个系统的像差得到了较好的校正,满足数字化X射线成像系统的使用要求。
探测器频带对光声成像分辨率的影响研究
谭毅, 黄新民, 任亚杰
2011, 32(5): 831-834.
摘要:
为了研究探测器频带对光声成像分辨率的影响,采用有限元仿真实验,得出不同探测器频带与分辨率之间的经验公式,即对于mm量级的吸收体,探测器的截止频率大于2 MHz时,重建图像分辨率变化不明显,当探测器的截止频率小于2 MHz时,分辨率降低非常明显。该研究结果对光声成像探测器的选择、成像效果评估具有参考价值。
机载角反射器阵列设计
李建超, 高明, 苏俊宏
2011, 32(5): 835-839.
摘要:
低轨目标目前流行的类半球状布阵方式的远程角偏小,测距盲区较大。对角锥棱镜进行研究分析,依据角反射器光束入射角度允许变化范围,合理分布角反射器,设计了一机载激光反射器装置,外形尺寸为119 mm88.8 mm,共有15个角锥棱镜,底面切割成正六边形,底面边长为15.5 mm,底面对边距为26.87 mm,有效通光口径为25 mm,高为19 mm。考虑到角反射器的速差效应及其补偿要求,角锥棱镜最大角误差为5,面形最大误差为5。通过合理设计,比较单层角反射器,增加了入射光允许的角度范围,大大减小了低轨目标的测试盲区。
一种曝光可控折转式双波段成像系统设计
程蕾, 何俊华, 闫亚东, 卢卫涛
2011, 32(5): 840-844.
摘要:
设计一种工作波段可切换,曝光时间从0.1 s~99.9 s可控,操作方便的折转式1∶1成像系统,通过转向棱镜连接前后镜组,替换不同厚度的滤色片以实现双波段成像。该系统将高分辨率折转式1∶1成像镜头与电子快门结合,光学系统视场范围17 mm,分辨率达到8 m,工作距离55 mm,系统用转向棱镜折转90成像,克服了一般镜头本身不能控制曝光时间的缺点,使曝光时间和光的导向能够精确控制,改善了化学发光免疫分析的试验条件,有望在临床中的化学发光免疫分析,以及环境科学、光化学等领域得到应用。
38×变倍比宽波段电视镜头光学系统设计
胡际先
2011, 32(5): 845-848.
摘要:
针对大视场高变倍比宽波段光学系统的特点,运用换根方式机械补偿光学系统设计技术和hhp图及孔径图分析法,实现了38变倍比,解决了大视场宽波段系统的初、高级像差难以平衡的难题,同时提出运用凸轮程序公式编程计算不齐焦段的补偿组实际位移量,对Code V的凸轮曲线设计值进行修正的方法,保证了高变倍比光学系统的齐焦性。
车辆寻北车长镜的设计与实现
邓宏林, 郭栓运, 扈宇姝, 李彰, 梁庆仟, 周国良
2011, 32(5): 849-853.
摘要:
描述了一种车辆寻北车长镜的设计,采用2个光纤陀螺和2个加速度计,解决了惯性测量组件力学编排结构设计与寻北、瞄准线稳定共享陀螺信息的问题,设计系统控制流程和组合算法,在保障车长镜瞄准线稳定精度的同时,增加了车体方位平台非调平状态下任意位置的寻北功能,寻北方法是:车长镜方位固定四位置转动,每个位置点停止、延迟、数据采样、存储,四位置转动完毕后,对存储数据组合、滤波、解算,输出寻北结果。对方案设计、实现途径和解算推导方法作了详细论述,性能测试验证设计实现达到预期效果。
利用合成谱在计算全息图中编码多个物体的方法
郭荣礼, 路绍军, 韩军, 于洵, 侯瑞宁
2011, 32(5): 854-859.
摘要:
提出在迂回位相傅里叶变换计算全息图中利用合成谱记录多个物体的方法。该方法利用多个物体合成的傅里叶频谱,代替传统的迂回位相型计算全息图中的单一频谱,在一幅计算全息图中完成多个物体的编码。再现时多个物体同时再现在同一衍射级的周围,并且再现像的形式可以多种多样。采用液晶空间光调制器(LCSLM)完成计算全息图的光学再现,实验验证了方法的有效性。结果表明:该方法可有效提高计算全息图的信息容量。
LED阵列光源的舞台灯变焦透镜系统
王红印, 张军, 陈哲, 周冬花
2011, 32(5): 860-866.
摘要:
针对国内大功率LED阵列光源舞台灯具在光束角度不可变和光能利用效率低等问题,提出利用透镜组变焦原理来设计阵列光源变焦透镜系统。基于透镜组变焦原理设计了单颗LED光源的变焦透镜组,高级光学系统分析模拟软件ASAP的计算结果显示:调焦范围为0~10 mm时,出光角度(1/10峰值角)的变化范围为18.5~38.7,光能利用效率在调焦距离为10 mm时达到78%以上。在此基础上,将单颗LED光源的变焦透镜组扩展为Red、Green、Blue各12颗共36颗LED的变焦透镜系统,进一步分析36颗LED阵列光源在不同排布方式下的出光角度及混色效果。ASAP计算结果显示:在调焦范围与单颗LED相同的情况下,LED阵列光源变焦透镜系统的出光角度(1/10峰值角)的变化范围为21~38.6,且3种颜色LED交叉排列的混色效果较好。由LED阵列的计算结果可知,与国内现有的大功率LED舞台灯具相比,在出光角度的变化范围和光能利用效率方面都得到了提高。
大粘度复合纳米材料面投影微立体光刻系统的分辨率研究
周庚侠, 班书宝, 孙天玉, 顾济华, 吴东岷
2011, 32(5): 867-871.
摘要:
基于数字微反射镜的动态掩膜面投影微立体光刻技术是一种基于快速原型制造思想的新型微细结构加工手段,其系统中常用树脂槽和涂覆装置使得其无法适用于粘度大的固化材料。为实现粘度大的复合纳米材料的固化制造,构建了新型的基于数字微反射镜技术的动态掩膜微立体光刻系统,该系统的加工横向分辨率由系统的光学分辨率与树脂特性共同决定。当单层树脂固化厚度超过临界值时,系统的横向分辨率将降低。根据实验中测量光学系统的分辨率以及树脂的工作曲线,得到本系统的最高横向分辨率可以达到14 m。
光电信息获取与处理
推扫式线阵TDI CCD扫描调制传递函数分析
杨永明, 李昕阳, 赵嘉鑫
2011, 32(5): 872-877.
摘要:
根据线阵TDI CCD离散采样的特点,以采样间距内成像调制度均值为基础,构建了推扫成像模式下线阵TDI CCD扫描方向的调制传递函数。该调制传递函数的数值分析表明:对于像元为10 m的线阵TDI CCD,行转移驱动时钟相数为4, 3或2时,Nyquist频率处调制传递函数值分别为0.363,0.333或0.255;行频误差为1%及3%时,不同积分级数下调制传递函数变化曲线表明,增大行频误差及增加积分级数将使调制传递函数值减小,图像分辨率降低。成像实验结果符合所构建调制传递函数的定量分析结论。
基于相位相关性的傅里叶变换光谱数据的相位误差修正方法
王彩玲, 李玉山, 刘学武, 胡炳樑
2011, 32(5): 878-882.
摘要:
相位误差的校正是傅里叶变换成像光谱仪数据处理的重要环节之一。针对干涉曲线的对称性特征,利用相位相关性计算方法,提出一种新的傅里叶变换光谱数据的相位校正的方法。将相位相关性拟合为Sinc函数,计算亚像素的偏移量,采用离散余弦变换转换到光谱域。使用标准光谱库中的源光谱数据作为原始数据,将通过离散余弦变换仿真的干涉数据与该方法得到的结果进行比较和验证,并与Mertz方法进行了对比。结果表明:该方法精度优于Mertz方法,并且计算简单。
数字全息技术中散斑噪声滤波算法比较
潘云, 潘卫清, 晁明举
2011, 32(5): 883-887.
摘要:
在数字全息测量记录过程中,其所记录的全息图易受到散斑噪声的污染造成分辨率下降,同时也严重影响数字全息再现的效果,因此研究适用于数字全息技术中散斑滤波的算法具有重要的实用价值。介绍了中值滤波、Lee滤波、Kuan滤波和SUSAN滤波这四种常用的散斑滤波算法,并将它们运用于数字全息实验所记录图像和数字再现图像的散斑噪声滤波处理中,然后对这四种算法的处理结果进行评价。结果表明,在数字全息技术中使用SUSAN滤波算法进行处理,既明显抑制了散斑噪声,又有效保证了再现图像信息的完整性。
离子束抛光工艺中驻留时间的综合算法
郭伟远, 成贤锴, 梁斌
2011, 32(5): 888-893.
摘要:
在离子束抛光工艺中,驻留时间的求解是很关键的。通常求解驻留时间的时候,是用理想的高斯函数来近似实际的加工函数。如果使用实际的加工函数仿真加工,加工的效果不好。运用系数法和消去法的综合算法来提高采用实际加工函数仿真加工镜面面型的精度,首先多次用系数法得到比较理想且平滑的镜面面型,然后再用消去法精修面型。这种算法运算速度快,得到的面型精度高且较平滑。对这种综合算法进行仿真分析,比较了理想高斯函数与实际加工函数加工后的差别,同时比较了运用消去算法与综合算法得到的镜面面型,PV值由83.63 nm减小到46.92 nm,镜面精度提高了很多。
螺旋锥束CT中两种解析重建算法的研究
王勃, 薛迎, 蔚慧甜
2011, 32(5): 894-898.
摘要:
研究了锥束螺旋Katsevich和FDK重建算法,并对这两种算法进行比较。实验结果表明:当投影数据没有噪声的时候,FDK算法和Katsevich算法均能取得较好的效果,当对实际物体进行重建的时候,投影数据含有噪声, Katsevich算法需要对投影数据求导,而它对投影数据的噪声较敏感,重建质量有所下降。
高双折射Sagnac环透射特性的理论与实验研究
李海兰, 王燕, 张兴娇, 叶志清
2011, 32(5): 899-903.
摘要:
采用传输矩阵分析法、数值模拟和实验研究相结合的方法研究了由光耦合器(OC)、偏振控制器(PC)和保偏光纤(PMF)组成的高双折射Sagnac干涉环的透射特性。理论分析了PMF特性和PC状态对输出特性的影响,并通过数值模拟得到了PMF长度、双折射率(n)和PC状态不同时所对应的透射光谱。最后通过实验验证得出了波长间隔只由PMF的长度和双折射率n决定,透射率大小只由PC状态决定,而透射谱的峰值位置由PMF和PC状态共同决定的规律。实验结果与理论分析结果非常一致,对Sagnac环透射规律的研究对这种可调谐滤波器在多波长光纤激光器中的应用具有一定的参考价值。
基于积分图像的人体肢体检测算法
陈华, 胡春海
2011, 32(5): 904-908.
摘要:
为了实现视频序列图像中运动人体肢体的检测,提出了一种基于积分图像和类哈尔特征的检测方法,类哈尔特征(Haarlike feature)因其固有的特点,适用于检测矩形或类矩形的图像区域,积分图像的特点是可以利用类哈尔特征快速定位人体肢体在图像中的位置。积分图像用于表示视频中的原始图像,边缘检测模板与原始视频每一帧进行卷积之后,通过累加计算可以得到该图像的积分图像,然后利用类哈尔算子,根据设定的阈值,即可以准确定位人体肢体位置。实验结果表明:该方法较背景减除法检测人体肢体准确。
光学计量与测试
基于无衍射光的表面粗糙度三角测量及其灰色评定方法
王中宇, 王倩, 孟浩, 王雪
2011, 32(5): 909-912.
摘要:
激光三角法是表面形貌非接触测量中的一种常用方法,在几何测量领域应用广泛。传统的激光三角法采用高斯光束作为指示光源,在机械扫描机构的配合下,通过对被测表面逐点扫描完成表面形貌的测量。采用新型的无衍射光替代传统激光光源,解决了普通高斯光束存在的焦深问题,简化了机械结构。并采用基于灰色系统理论的灰色滤波进行表面形貌的分离与评定,克服了原有方法对测量数据样本量和统计特性的依赖,并通过实验表明该系统能够准确地完成表面形貌的三维测量,所提出的灰色评定方法能够比较有效地进行表面形貌的分离与评定。
基于天幕靶的六光幕立靶测量原理
董涛, 倪晋平
2011, 32(5): 913-916.
摘要:
为了能够同时测量弹丸在斜入射时的速度和着靶坐标,基于天幕靶的六光幕交汇立靶测量原理,利用6套天幕靶在空中形成6个探测光幕,当弹丸以一定的角度入射并依次穿过6个光幕时,由信号采集与处理系统测得弹丸穿过各个光幕的时间间隔,再根据各时间间隔值和系统结构参数,便可以求出弹丸的速度、弹道俯仰角、弹道方位角。给出了测量原理及公式,并对测量误差进行了分析,结果表明,该方法具有精度高且易于工程化的优点。
光电系统多光轴平行性校准方法的研究
马世帮, 杨红, 杨照金, 郭羽, 康登魁
2011, 32(5): 917-921.
摘要:
比较了目前常用的几种多光轴平行性测试方法。在大口径平行光管法的基础上,结合CCD技术提出了新的光轴平行性校准方法。该方法采用ZYGO干涉仪精确定焦,通过比较目标靶在CCD上共轭像的中心坐标和被测系统激光光斑中心坐标之间的差异,即可计算出红外或者可见光轴与激光轴的平行性误差。分析了该方法中大口径离轴抛物面镜焦面的确定与激光光斑中心定位等问题。讨论了该方法的测量不确定度,得到测量不确定度小于5。
照明系统对图像检测精度影响的研究
田原嫄, 谭庆昌
2011, 32(5): 922-925.
摘要:
光源是影响摄像质量十分关键的因素,采用不同的照明方法和光源分别进行实验。用CCD摄像机拍摄标准块规,然后利用递推平均滤波算法对采集到的图像进行滤波处理,减少噪声对边缘检测的干扰,利用一维灰度矩亚像素算法搜索标准块规上下两边缘,用求平均值法算出每幅图片中标准块规的厚度。实验结果表明,随着光源选择的变化,照明系统对图像检测精度的影响不同,采用背光照明并使用医用观察灯照明误差最小。
大气风场和温度场星载探测光谱仪的星上定标技术
石大莲, 白清兰, 冯玉涛, 汶德胜
2011, 32(5): 926-930.
摘要:
大气风场和温度场是重要的大气基本参数,由于应用领域广泛,其探测技术在很多国家已发展成熟,中国对该探测技术的需求也日趋强烈。大气风场和温度场测量是利用高精度的光谱仪,通过测量大气中特征谱线的多普勒频移和展宽,来确定大气的温度分布场和风向风速场。星上定标技术是大气风场和温度场星载探测光谱仪进行高精度测量的基本保障。文中就几种重要的大气风场和温度场探测光谱仪的星上定标技术进行分析和总结,为大气风场和温度场探测技术发展提供参考,打下基础。
基于偏振分束成像的旋光角度场测量技术
蒋琦, 徐贵力, 李开宇, 田裕鹏
2011, 32(5): 931-936.
摘要:
为了精确地测量旋光效应中偏振光的旋光角度及其分布,提出了基于偏振分束成像的旋光角度场测量新方法。分析和推理论证了旋光角度场测量理论基础,设计构建了光电检测验证系统,即根据偏振光分束原理,借助于高清晰度CCD采集图像,由计算机对图像进行中值滤波和基于奇异值的匹配处理,再采用差除和信号处理以消除光源波动的影响,得到检测结果。实验结果表明,与传统的测量方法相比,该方法不受光源波动的影响,能精确、快速地检测旋光角度二维分布场,并具有很好的线性,数据的均方差仅为传统测量方法的40%。
宽光谱膜厚监控系统中光谱实时测量技术研究
尚小燕, 韩军, 李琪, 王松
2011, 32(5): 937-941.
摘要:
在宽光谱膜厚监控系统中,利用光栅光谱仪分光,线阵CCD接收,完成光谱的一次性快速扫描来控制膜层厚度,达到实时监控的要求。而系统光谱扫描的准确性,直接影响膜厚实时监控的有效性。为了得到准确的光谱信息,首先确定CCD像素和光波波长的对应关系,基于特征谱线的离散关系,采用最小二乘拟合法建立了光谱标定函数,经实验,标定波长均方根误差为0.037 nm;对于CCD实时输出的光谱监控信号,利用小波阈值优化算法抑制信号中的随机噪声,保留了光谱信号的细节成分,峰值误差的最大值为1.0%,峰位误差的最大值为0.3%,满足了监控中光谱分辨率的要求。
激光量热计不确定度分析
刘浩, 马平
2011, 32(5): 942-948.
摘要:
基于激光量热平台,对ISO 11551涉及的3种弱吸收数据处理方法指数法、脉冲法和梯度法进行了不确定度分析。从回归分析的角度对拟合参数和A等进行了不确定度评估,采用Matlab软件进行不确定度的计算。采用B类评定法对质量、功率等测量参数进行不确定度评估。随机选取样本进行多次测量,验证了本文不确定度评估的有效性。分析和实验表明,拟合偏差是弱吸收测量不确定度的主要来源。指数法的相对不确定度约为0.0129,脉冲法的相对不确定度约为0.0029,是最优的数据处理方法,梯度法采用的样本点过于单一,相对不确定度约为0.0961。提高量热计精度的可行途径是改进数据处理方法和提高激光功率测量精度。
目标落点的视觉测量方法研究
刘美莲, 蔡慧敏
2011, 32(5): 949-954.
摘要:
针对传统视觉测量方法不能用于远距离和大场域目标测量的问题,提出了一种简单的视觉测量方法,可精确地测量远距离、大场域内目标落点的位置。利用简单的现场标校方法,使两相机的横向核平面水平且重合。在此基础上,根据视觉测量原理,建立了简化的落点坐标视觉测量模型。利用该模型,在250 m350 m的测量区域内对遍布相机视场的44个目标点进行了视觉测量实验。实验数据显示:各点的综合相对测量误差小于0.3%,达到了较高的测量精度,完全适用于远距离、大视场的目标落点测量。
基于图像处理的莫尔条纹测量的CCD亚像素标定
吴玲玲, 王星, 陈靖, 武继安, 张维光
2011, 32(5): 955-959.
摘要:
Talbot-Moir技术是目前长焦距测量研究的热点。利用Talbot-Moir技术测量长焦距时,很多都需要测量莫尔条纹的宽度或斜率,而CCD的标定精度直接影响测量精度,因此需要对CCD精确标定。文中提出采用光栅作为系统的自基准进行标定,再用图像处理的方法标定CCD。为了检验该方法的精度,在MATLAB中生成一个标准条纹图案,用图像处理和灰度拟合对其进行亚像素定位。经过对标准条纹的标定,验证了采用该文的定位方法条纹中心定位误差小于0.1个像素。最后用光栅为自基准标定了CCD,并与量块的标定结果进行了对比,证明该文的标定方法不但简单可行,而且精度较高。
微光夜视器件与成像
硅微通道板的研究进展
黄永刚, 黄英, 张洋, 刘辉, 李国恩
2011, 32(5): 960-966.
摘要:
基于微通道板(microchannel plates, MCP)高性能与绿色制造的要求,探索铅玻璃微通道板(lead silicate glass microchannel plates, LSG-MCP)的替代材料已成为MCP研究的热点。近20年来,以硅为替代材料的微通道板研究取得显著进展,并成为最具应用前景的微通道板类型之一。综述了硅微通道板(Si-MCP)的研究进展,主要概述Si-MCP的基底材料、制备技术、性能和应用领域,尤其是微孔阵列及其内壁表面功能层的成形技术。并将其与传统LSG-MCP比较,分析了Si-MCP制备技术与性能的优劣。最后,展望了Si-MCP的进一步发展方向。
光学元件与制造
光学元件表面频谱分布影响因素的分析方法
陈伟
2011, 32(5): 967-970.
摘要:
精密光学系统对光学元件的表面频谱误差的分布提出了控制要求,在加工中如何检测和控制光学元件表面的频谱分布成为一个新的问题。利用功率谱密度对频率的定量化描述功能,对检测数据进行样条插值,在同一极坐标系下计算功率谱密度,求取功率谱密度比值信息,分析小磨具技术的加工工具性能、形状及其运动方式对光学元件表面的频率分布影响。指出在加工中合理地改变加工参数可以快速有效地控制元件表面频谱的分布特征。在670 mm大口径非球面镜加工中做了验证。
一维矩形刻槽相位栅的减反特性与结构优化
马志博, 忽满利, 李文慧, 廖春艳, 赵佩
2011, 32(5): 971-975.
摘要:
为了得到一种结构简单、便于制作的可应用于可见光波段的减反射膜,利用等效介质理论研究了表面具有矩形刻槽周期分布形式的介质膜的减反射特性,比较了4种不同基底材料的减反特性,选用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为基底分析了一维单层矩形光栅结构的减反射膜的占空比、蚀刻深度、入射波长和入射角度对减反射特性的影响;给出了可见光波段的减反射膜的结构设计参数。研究结果表明:当入射角小于30时,可见光中的短波段(0.4 m~0.55 m)反射率低于2%;当入射角小于10时,该减反射膜可以使0.4 m~0.8 m可见光的反射率低于2%。
LED照明的透射-全反射型复合曲面二次光学透镜的设计
刘欣
2011, 32(5): 976-980.
摘要:
二次光学元件是LED照明灯具的关键组成部分,其决定了灯具的光学效率和配光特征。依据斯涅尔定律、边缘光线原理、光束扩展度守恒等原理,根据照明灯具在X、Y方向的非对称配光的要求,提出一种复合曲面的数值设计方法,建立起LED 光源出射光线的角度与照明平面上的照明点的坐标的对应关系。根据对应关系迭代计算出复合曲面上其他点的空间坐标,把点坐标值导入CAD软件进行曲线重构,结合中间的凸透镜,就可以建立全反射复合曲面透镜的三维实体模型。在光学软件中对三维实体模型进行照明模拟,结果表明:通过复合曲面二次光学透镜作用于LED,可以在路面上形成均匀照明的矩形光斑。
加偏压中心对称双光子光折变晶体中多变量空间灰孤子
吉选芒, 姜其畅, 刘劲松
2011, 32(5): 981-986.
摘要:
为了得到有偏压的中心对称双光子光折变晶体中存在多变量空间灰孤子的结果,基于中心对称双光子光折变晶体中空间灰孤子的基本理论,采用数值方法推导出了中心对称双光子多变量空间灰孤子归一化包络解的积分形式,并对其特性进行研究。结果表明:这种多变量空间灰孤子是由多束偏振方向和波长都相同的互不相干光束耦合形成的。当多变量空间灰孤子只包含有1个或2个光束分量成分时,它自动退化到中心对称双光子空间灰孤子或中心对称双光子非相干耦合灰灰空间孤子对的情况。当这一多变量空间灰孤子在有偏压的中心对称双光子光折变晶体中传播时,各分量成分光束都能稳定传播。
红外技术
红外搜索系统中弱小目标检测算法研究
陈志学, 罗蓓蓓, 孔鹏, 宫经珠, 王奇
2011, 32(5): 987-991.
摘要:
复杂背景下低信噪比弱小目标的检测是红外搜索系统中的重点和难点,为解决红外搜索系统中杂波干扰多、目标信噪比低等问题,提出一种模板匹配滤波的目标检测方法。该算法在预测背景的同时,通过对图像背景灰度值进行动态的阈值处理,自适应地进行背景抑制。当背景包含较多复杂因素时,采用模板匹配滤波的目标检测方法,消除背景抑制后的残留杂波,实现弱小目标的提取。试验结果表明:当场景较复杂且图像信噪比较低时,使用该算法处理后可使图像信噪比达到4 dB以上,从而提高了弱小目标的检测概率。
激光参数对红外成像系统干扰效果影响的实验研究
车进喜, 王东, 张恒伟, 张蕾蕾, 张雷, 董泽俊
2011, 32(5): 992-997.
摘要:
针对激光对红外成像系统的干扰效果是光电对抗领域的一个研究热点,采用波长10.6 m的CO2调谐脉冲激光器,通过漫反射板反射激光能量到像元数为320240的多晶硅非制冷焦平面红外热像仪上进行激光干扰红外成像系统的实验。在实验中研究了干扰激光能量、重复频率、波长、光斑大小等激光参数对干扰效果的影响,并从图像质量的角度分析了激光参数对干扰效果的影响。结果表明,随着干扰激光能量密度、重复频率、波长和光斑的增大,干扰效果提高。此外,漫反射干扰的效果证明这种干扰方式是可行的,该方式可避免干扰源成为未来将出现的反辐射光电制导武器的诱饵,为CO2激光干扰装备提供一种新的战术配置方法。
基于新型MRTD模型研究扫描型红外热像仪的视距
张鹏, 吴平, 贾全涛, 曾辉
2011, 32(5): 998-1002.
摘要:
基于人眼视觉系统可感知的阈值信噪比,提出预测红外热像仪最小可分辨温差(MRTD)方法。该方法根据频谱理论和红外热成像系统的二维调制传递函数,并结合匹配滤波器的概念,描述4条带标准靶的空间频谱函数。利用此空间频谱函数研究了4条带标准靶经过红外热成像系统的调制传递之后人眼视觉系统的感知信噪比。基于人眼视觉系统可感知的阈值信噪比,建立一个新的MRTD模型。依据此MRTD模型和视距模型,实现红外热像仪视距的预测。仿真结果表明,该方法预测的视距与实验数据有很好的一致性。
激光技术
基于激光回馈的波片在盘位相延迟测量系统
李浩昊, 张书练, 谈宜东, 李岩
2011, 32(5): 1003-1008.
摘要:
利用激光回馈测量波片相位延迟精度高的优越性,以激光回馈技术为基础,实现光学波片的在盘测量,即在加工过程中,波片光胶于光胶盘的状态下测量波片位相延迟,以提高波片生产效率和成品率。采用凹面镜作为回馈镜以提高回馈信号调制深度,对激光回馈内、外腔长进行稳定,提高了系统可靠性;研究了波片与光胶盘光胶对波片测量的影响,提出并验证了在光胶盘上开孔,在打孔的光胶盘上光胶、加工、测量波片的新工艺,最终实现了波片在盘测量,测量长期重复性优于1,经过激光频率分裂系统校正后,系统精度优于0.5。
端面抽运板条介质抽运光束不均匀性及改善方法研究
雷呈强, 汪岳峰, 黄峰, 侯军燕, 殷智勇, 段欣涛
2011, 32(5): 1009-1015.
摘要:
基于Zemax软件下的非序列模式(non-sequential mode)光线追迹法,分别模拟复合结构板条介质抽运端面和掺杂介质区工作端面上的光强度分布。由追迹结果可知,经过整形,在抽运面强度分布均匀的抽运光束经过非掺杂介质区传播到掺杂介质工作端面后光束分布均匀性大大降低。研究表明复合结构板条介质中非掺杂介质区影响了抽运光束,即抽运光在非掺杂介质区传播过程中发生全内反射,导致部分光束在实际工作端面的部分区域发生叠加,从而致使实际工作端面抽运光束分布不均匀。最后,依据平面波导匀化理论,从改变非掺杂介质区长度和入射光束发散角大小角度出发,提出改善抽运光束均匀性的思路,并进行了模拟验证。
一个非晶硅薄膜太阳能电池制备用激光刻线系统
肖光辉, 覃海, 蓝劾, 叶健, 杨明生, 潘龙法
2011, 32(5): 1016-1021.
摘要:
非晶硅薄膜太阳能电池制备过程中的激光刻线工艺要求刻线宽度在30 m~50 m之间,死区范围小于300 m,刻线深度符合工艺要求。这不仅要求激光器具有较高的光束质量,而且要求光学系统具有较高的成像质量和较宽的焦深。设计了单激光器四分光路的激光刻线系统。采用设计的激光刻线装置,在1 400 mm1 100 mm3.2 mm玻璃基板上进行刻线试验,分别得到刻线P1,P2,P3的线宽为35 m,50 m和45 m,死区范围(P1至P3的距离)为287 m,最终深度分别为0.98 m,0.24 m和0.58 m,刻线宽度和深度均符合薄膜太阳能电池制备工艺要求。
机械抖动激光陀螺的高分辨率信号处理
粟荣涛, 胡绍民, 樊振方, 周天宇
2011, 32(5): 1022-1026.
摘要:
机械抖动激光陀螺(MDRLG)信号是两路相位差为/2的正弦拍频信号,一般采用4倍频鉴相输出计数脉冲,利用FIR滤波和抖动剥除等方法解调抖动信号,从而得到外界输入的角速度信息。高速采集MDRLG信号,并细分为相位依次相差/16的16路信号,实现MDRLG的8倍频、16倍频和32倍频鉴相输出。输出角速率的均方差随着倍频数的提高而减小,信号处理的分辨率得到提高。实验测试和Allan方差分析表明:32倍频时的量化误差Q从4倍频鉴相时的0.327减小到0.170,增加MDRLG信号鉴相的倍频数可以减小量化误差。在对MDRLG信号进行抖动剥除解调时,由于量化误差是主要误差源之一,高分辨率信号处理能够有效提高MDRLG角速度测量的精度。
激光等离子体闪光高速摄影法实验研究
周军, 冯伟利, 刘勇, 徐振华
2011, 32(5): 1027-1031.
摘要:
通过对激光等离子体进行诊断,可以获取激光等离子体重要的参数和演变规律。使用高速CCD对激光等离子体闪光进行拍摄,研究了不同激光能量下激光诱导空气击穿产生的等离子体的形状、大小、颜色以及激光等离子的发展变化特性。实验表明:等离子体在空间上呈发光液滴状,且逆着激光束的方向膨胀。随着激光能量的增大,等离子体在水平方向和竖直方向的尺寸逐渐增大,增大趋势逐步变小。
InGaN基白光LED光谱特征和结温相关性研究
陈超, 夏明飞, 杨鸿儒, 占春连, 卢飞, 李正琪, 吕春力, 吴磊
2011, 32(5): 1032-1036.
摘要:
以InGaN蓝光+荧光粉的白光LED为研究对象,在恒定环境温度下改变驱动电流,利用光谱仪测得不同LED结温下的光谱曲线。通过分析实验数据,得出光谱特征与该型LED结温的关系。结果表明:InGaN基白光LED蓝光和荧光的峰值波长与结温没有明显的线性关系;蓝光的光谱线宽以及荧光和蓝光峰值强度的比值与结温具有良好的线性关系。
大气云层分布的偏振激光后向散射研究
赵继芝, 江月松, 路小梅, 叶继海
2011, 32(5): 1037-1043.
摘要:
利用大气激光后向散射垂直剖面图与消偏振度相结合的方法,分析CALIPSO卫星偏振激光雷达的后向散射信号。以2008年11月23日和24日的CALIPSO卫星数据为例,研究了北京地区大气中云层在可见光和红外光波段的垂直和水平分布特征。利用交互式数据语言IDL(interactive data language)得到大气后向散射强度的垂直分布及其消偏振度,根据垂直剖面图可以直观地观测大气中各成分(如气溶胶、低空云和卷云等)的空间分布情况,并且能清楚地显示大气边界层的高度,由消偏振度可准确获得云层的分布高度及厚度。观测数据的处理结果表明:在海拔高度3 km~7 km存在厚度为2 km~2.5 km的云,其消偏振度约为0.2。
579 nm外腔式拉曼激光器传输耦合方程的数值计算
郭家锡, 陆宝乐, 张韧剑, 惠丹, 张豪磊, 任兆玉, 白晋涛
2011, 32(5): 1044-1048.
摘要:
为了提高以KGd(WO4)2晶体为拉曼介质的外腔式拉曼激光器的输出功率和转化效率,采用面积求和法编制matlab计算程序,对该激光器的传输耦合方程进行数值求解。计算得到了一至三阶斯托克斯光输出光强随时间的变化规律和受激拉曼散射的弛豫振荡过程。得出:拉曼谐振腔输出耦合镜对一阶斯托克斯光的反射率越高,拉曼谐振腔内的一阶斯托克斯光功率密度就越高,越有利于泵浦光向二阶斯托克斯光的转换。
基于Hopkinson杆的高g值加速度传感器的动态特性分析
王华军, 王燕, 李新娥
2011, 32(5): 1049-1052.
摘要:
基于Hopkinson杆激光干涉冲击试验台,分析了高g值加速度传感器的动态特性,主要分析了实现高g值加速度传感器的幅频特性的原理及可行性。该方法采用Hopkinson杆作为高g值加速度信号发生器,并应用激光光栅干涉仪可以精确地获得高g值加速度脉冲的激励波形,再与加速度计的输出联合处理得出传感器的动态校准结果。并用988压电传感器的动态校准结果加以说明。