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激光损伤阈值测量装置同步触发模块研究
杨科, 杨斌, 贾波, 白宣庆, 于东钰, 康臻, 赵俊成, 陈娟, 陈超
摘要:
损伤阈值测量装置是强激光技术的重要技术指标,主要用于强激光光学元件的研制和测试,同步触发模块作为模块之间时序的控制器,是研制损伤阈值装置的关键技术之一。介绍了一种用于激光损伤阈值测量装置的同步触发模块及方法。设计了基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)为主控芯片的硬件方案,通过上位机操控软件设置同步触发参数,来控制各路输出同步信号的宽度,和各路信号之间的时序,可极大提高同步触发的精度和效率。通过实验验证,同步脉冲信号之间的调节精度为2 ns,同步脉冲信号的最小宽度为10 ns,满足激光损伤阈值测量装置的需要。
高功率激光器光束质量测量的衰减缩束实验研究
单小琴, 李天昊, 朱日宏
摘要:
针对目前光束质量分析仪只能用于小口径、低功率激光器光束质量评估的问题,开展了高功率激光器光束质量测量的衰减缩束技术实验研究。搭建了缩束激光的波像差及光束质量测量装置,开展了缩束组件装调误差对光束质量影响的实验。实验结果表明,随着装调视场角度的增加,1/3倍缩束组件在1.2°视场处\begin{document}${M^{\text{2}}}$\end{document}测量偏差小于5%。搭建了偏振分光装置,研究了衰减组件对光束稳定性的影响。实验结果表明,随机偏振的准单模激光器的稳定性比多模激光更易受到衰减组件退偏的影响。搭建了高反式与楔板式高功率激光光束质量测量装置,对1 kW准单模激光进行光束质量测量。实验结果表明,在高反式测量装置中,待测光束通过高反镜时产生了退偏,从而导致光束质量测量结果偏小,楔板式测量装置的测量结果更能准确反映待测光的光束质量。
高损伤阈值激光薄膜的制备方法综述
袁世豪, 徐均琪, 苏俊宏, 卢嘉锡, 任森
摘要:
近年来,随着大功率、高能量激光系统的需求和发展,光学薄膜的抗激光能力成为制约激光系统向高质量发展的瓶颈之一。基于不同的制备方法及工艺参数对薄膜的损伤阈值会产生重要的影响,就薄膜镀制前、镀制中以及镀制后三个方面对提高损伤阈值的方法进行综述,其中包括膜料优选、膜系设计、溶剂清洗、离子束清理、制备方法、离子束后处理、激光后处理等方面。
高精度激光告警参数提取算法研究
张子暄, 张瑞, 张卓奇, 牛家麒, 郝瑞昌, 王志斌, 李孟委
摘要:
激光告警系统通过提取来袭激光的相关参数来进行告警定位,其角度定位精度直接与战场生存能力相关。为了有效提高激光告警系统的角度定位精度,基于光栅衍射型激光告警原理,提出一种高精度测量来袭激光参数的算法。对激光告警系统进行标定,用高斯拟合法精确提取出衍射光斑标定图片的0级光斑中心,将来袭激光角度与对应的角度的光斑中心进行拟合,根据拟合结果确定任意角度的光斑衍射图像对应的来袭激光角度参数。实验结果表明,方位角测量误差优于0.29°,俯仰角测量误差优于0.38°。该算法有效提高了激光告警系统的测算精度。
基于激光振镜的高稳定辐照度定标光源
林雨辰, 董航, 叶新, 费义艳, 张程睿, 方伟, 衣小龙
摘要:
获取高均匀性、高稳定性的光源是太阳绝对辐射计辐射照度定标的关键技术,实验室现有光源无法同时满足均匀性与稳定性。因此本文提出通过振镜扫描的方式来获取高均匀、高稳定的面光源方案。首先,建立二维的激光扫描模型,设计以快速扫描振镜和离轴抛面镜为核心的光学系统;其次,根据振镜扫描系统建立驱动,开发控制软件,设计三种扫描路径;最后,选取合适的扫描路径进行实验验证并开展其均匀性、稳定性等方面的测试。实验结果表明:振镜扫描光斑的不均匀性优于±1%,发散角小于±0.26°,光源稳定性优于0.02%。验证了激光振镜扫描光源可作为绝对辐射计辐照度定标光源的可行性,为实现高精度太阳辐照度定标提供关键技术支撑及实验依据。
透射式能见度仪校准装置的研制及测量结果分析
李勍, 张瑛欣, 张帆, 台宏达, 何华阳, 李奕
摘要:
为了解决国内外能见度参数量值无法绝对法溯源的问题,利用透射式能见度仪的工作原理、结构特点以及环境条件,提出了溯源至几何量的量值复现方法,设计了一套高透射比量具作为主标准器,实现了对透射式能见度仪的校准,促进了能见度参数量值溯源体系的发展。主标准器遮光体采用精密机械加工工艺,遵循几何量参数测量的绝对溯源法,可大幅减小透射比量值的测量不确定度;主标准器滤光片根据几何量测量和光学透射比参数测量相结合的溯源链,解决了现有技术中高透射比无法复现和准确测量的问题。此外,使用锥形遮光体,可避免引入除旋转因素外的其他不确定度来源,大幅提升了能见度仪分辨率的校准能力。
Nd:YAG调Q激光器下能级寿命对激光脉冲性能的影响
马富强, 路远, 王石语, 李兵斌, 尚佩瑾, 李锦诱, 李哲远
摘要:
在对Nd:YAG调Q激光器进行分析和设计时,研究人员通常选择忽略激光下能级寿命对脉冲波形的影响。当激光脉宽远大于激光下能级寿命时,这种近似一般不会带来太大偏差,而当脉宽达到纳秒量级时,Nd:YAG 晶体约30纳秒的下能级寿命对脉冲波形的影响会变得非常严重。本文建立了Nd:YAG下能级寿命对输出脉冲波形影响的理论分析模型,并对窄脉宽的Nd:YAG调Q激光器的输出波形进行仿真研究。研究结果表明,在窄脉宽激光输出情形下,激光下能级寿命会导致调Q脉冲在主峰后出现尾峰,尾峰能量可达主峰能量的一倍以上。同时建立了Nd:YAG声光调Q激光器实验系统,在与仿真计算近似的条件下测量调Q脉冲波形,观察到与仿真结果一致的尾峰现象,实验验证了理论模型的正确性。
基于分数阶PID的连续变焦控制系统设计与实现
张雅琼, 徐阳, 周伟, 郭建都, 刘义, 田继文
摘要:
连续变焦系统是一种能够进行连续视场变换的光电成像装置,可对目标进行连续探测和识别,具有快速、稳定的特点。针对其高精度,高稳定控制需求,提出一种分数阶PID(proportion integration differentiation)控制器设计方法,该方法利用内模控制策略构造含有3个整定参数的分数阶PID控制器,且这3个参数通过给定系统穿越频率和相位裕度获得,大大简化了分数阶PID控制器的设计,同时提高了控制器的可实现性。在Matlab平台同传统整数阶PID进行了控制效果对比,仿真结果表明:分数阶PID控制器将稳态误差由0.1 mm提升至0 mm,具有抗干扰性强、鲁棒性强、数字实现后无超调、静差小的特点。最后将数字分数阶PID应用于实际的连续变焦系统,系统可获得清晰稳定的图像,验证了控制策略的有效性。
基于DMD的超短焦微型投影镜头设计
丁纬, 阳结根, 胡枫, 邹林儿
摘要:
针对现有的大多数超短焦投影设备成本高、体积大、垂轴色差和畸变校正困难等问题,设计了一款基于DMD芯片的超短焦微型投影镜头,并对其进行了公差分析和热分析。系统由7片镜片组成,大大简化了结构并降低了成本。系统的F数为1.7,焦距1.65 mm,光学总长79.39 mm,投射比达到0.16,具有大孔径、大视场、小型化等特点。设计结果表明:系统全视场的调制传递函数(MTF)在空间截止频率93 lp/mm处均大于0.65,接近衍射极限;系统的垂轴色差控制在1.2 μm以内,最大畸变为−2.17%,全视场相对照度大于0.95,满足设计要求。
折反式激光粒度测量方法
魏永杰, 王清, 李慧, 葛婷婷, 王浩然
摘要:
激光粒度仪因其快速、非接触等优点被广泛应用于各领域的粒度分布测量,但颗粒散射光的角分布与粒度大小关系复杂。为了获得不同粒度下的相对精度一致,会造成粒度分布测量范围小、无法满足宽分布粒度测量要求等问题。根据Mie散射近似的菲涅尔原理,提出采用折反式光路,将颗粒散射信号由分光镜分成两束,经两组组合式镜头和2个光电探测器分别采集透射和反射的散射信号,将信号组合后反演得到颗粒粒度分布,从而提高可测粒度范围。采用两种标准粒子及其混合物进行了实验,结果表明,单种标准粒子测量结果的体积中位径D50的测量相对误差都不大于7.9%;对混合粒子也能够得到正确的峰值分布。
倒立式三视场施密特望远镜关键技术研究
赖新华, 李金鹏, 彭润富, 杨永兴, 王鑫蕊, 石旺舟
摘要:
研制了基于三分区镜的倒立式三视场施密特型望远镜,对其关键技术进行了分析。利用正三棱锥的几何对称性,推导了3个视场的视轴夹角与分区镜面夹角之间的关系式,设计了用于实现多视场观测功能的三分区镜;通过有限元法分析了倒立式施密特望远镜主镜重力形变对像质的影响;阐述了检测光路关键参数对施密特修正镜加工误差的影响程度;采用蒙特卡罗法对该光学系统的杂散光进行了分析。最后对整个光学系统进行了实验检测,检测结果表明:实际研制的三分区镜镜面之间的夹角为133.08°,可同时对相互垂直的3个视场进行观测;该望远镜光学系统的\begin{document}${\text{PV = 0}}{\text{.614}}\lambda $\end{document},RMS = 0.105 λ(λ = 632.8 nm)。该系统可用于地球空间姿态测量,拓展了施密特望远镜的应用范围。
基于物理水平基准的组合式高程测量方法研究
王清和, 赵国柱, 马国鹭, 朱目成, 宗建宇, 王立斌, 彭小武
摘要:
针对空间坐标点相对于测量基准的高程测量准确性问题,提出一种基于物理水平基准的组合式高程测量方法。利用激光三角测量原理及其测量光路的几何特性,搭建了物理水平基准的高程测量系统,在朗伯散射光场中,分析了倾角变化对激光光能质心偏移量的影响,建立了相应的误差修正模型,利用倾角传感器实现了高程测量的倾角误差补偿,自主研制了标定平台对本文提出的高程测量系统进行标定验证试验。结果表明:本文提出的组合式高程测量方法能够在500 mm测量量程下将重复性测量误差控制在±20 μm的波动范围内,相较于单一激光位移传感器测量方式,其组合式高程测量误差波动量大幅度降低,能够适应空间坐标点在任意姿态下的精准测量,有效改善激光位移传感器在高程测量领域的性能,使其测量结果更为真实有效。
基于光纤镀膜探针的固体介质中应力波粒子速度测量技术
杜睿, 杨军, 廖斌斌, 卢强, 郑行, 丁洋, 史国凯, 李进, 徐海斌, 张锁麒, 张德志
摘要:
粒子速度是分析固体介质中应力波传播规律的一个重要参数。结合激光多普勒效应和全光纤干涉测速系统,提出了一种基于光纤镀膜探针的固体介质中应力波粒子速度的测量方法。将光纤镀膜探针嵌入有机玻璃(PMMA)中距爆心同一半径处,采用0.125 g TNT当量的微型炸药球作为爆炸源,进行填实爆炸产生应力波,通过采集光纤探针端面的运动信息,基于短时傅里叶变换的时频分析方法,解调出端面运动速度,进而反推出粒子速度。实验结果表明,不同光纤镀膜探针测得的速度分别为22.648 m/s、23.505 m/s,反推的粒子速度与传统的圆环型电磁粒子速度计方法获取到的数据进行对比,两者的相对偏差低于5.00%,验证了光纤镀膜探针测量固体介质中应力波粒子速度的可行性。
子孔径范成法铣磨半球及超半球光学整流罩
叶斯哲, 王朋, 张昊, 回长顺
摘要:
为攻克高陡度球面光学零件成型技术,以半球及超半球红外光学整流罩为研究对象,提出了一种子孔径铣磨加工方法。对传统范成法铣磨成型理论进行拓展,将球面离散为一系列子孔径环带,砂轮沿环带“步进”运动,拼接成型得到完整的球面。分析了成型球面与三轴机床位置坐标之间的转换关系,对加工运动轨迹进行仿真,开展半径误差补偿验证实验及变速进给参数优化实验,提出变半径铣磨法解决超半球加工材料过切问题。对长径比分别为0.5(半球)和0.55(超半球)的热压硫化锌、镁铝尖晶石整流罩开展成型工艺试验,加工表面各点矢高差<4 µm,表面粗糙度Ra<1.5 µm。实验结果表明该方法具有可行性,为高陡度球面加工提供了有效的解决方案。
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摘要:
基于PDMS薄膜的等离子体光栅仿真分析
陈壮壮, 王志斌, 李克武, 吴笑男
摘要:
为了实现对等离子体光栅共振波长的测量,研究光栅参数对应力的响应敏感程度,提出了一种新型的应力敏感型聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜等离子体光栅。利用时域有限差分法(FDTD)原理,建立了一种周期性等离子体光栅结构仿真模型。借助周期边界条件,通过对光栅施加应力,改变等离子体光栅参数(即周期、占空比及Au膜厚度)来实现共振波长的测量,研究光栅参数对力的响应敏感程度;并将仿真结果与理论值相比较得出相对误差。结果表明,当光栅周期为0.7 μm,占空比为55%,金膜厚度为0.02 μm时,此时对力的响应最敏感;其次,将仿真所得不同周期时的共振波长与理论值相比较可知二者结果相吻合;周期为0.7 μm时,共振峰的波长为1.251 μm,理论与仿真所得相对误差都小于2%,结果较为准确。此方法在单色仪、光谱仪和传感等领域中具有重要作用。
高灵敏光纤光栅加速度检波器理论模型研究
刘钦朋, 何雪, 贾振安, 傅海威, 高宏, 禹大宽
摘要:
针对两点封装,建立光纤光栅加速度检波器通用模型,理论推导加速度检波器灵敏度和谐振频率的解析表达式,深入研究加速度灵敏度和谐振频率的影响因素,讨论封装光纤刚度系数与检波器结构刚度系数之比对检波器响应特性的影响,并分析刚度比分别在0~1、0~100范围随着等效质量的增大(0~100 g),加速度灵敏度和谐振频率的制约关系,及在0~500 Hz(中低频)和0~1 200 Hz(中高频)范围内灵敏度的变化规律。此外,分别以封装光纤长度为10 mm和60 mm举例分析长度对上述二者的影响,各项仿真中灵敏度均会高达~1 000 pm/G,并引入品质因数的概念。所提理论研究对FBG加速度检波器的设计和综合性能的评价具有重要的指导意义,为器件参数优化提供理论依据。
混合残差学习与导向滤波的图像去雾算法
陈清江, 张雪
摘要:
为解决雾天场景图像恢复过程中图像清晰度和对比度下降的问题,提出了一种结合残差学习和导向滤波的单幅图像去雾算法。使用雾天图像与对应的清晰图像构建残差网络;采用多尺度卷积提取更多细节的雾霾特征;利用导向滤波各向异性的优点,对残差网络去雾后的图像进行滤波以保持图像边缘特性,得到更加清晰的无雾图像。实验结果表明,与DCP算法、CAP算法、SRCNN算法、DehazeNet算法和MSCNN算法相比,在合成雾天图像上,峰值信噪比值最高达到27.840 3/dB,结构相似度值最高达到0.979 6,在自然雾天图像上的运行时间最低达到了0.4 s,主观评价和客观评价均优于其它对比算法。所提去雾算法不仅去雾效果较优,而且速度较快,具有较强的实用价值。