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2006年  第27卷  第1期

综述
光学计量技术在月球探测工程中的作用
梁燕熙
2006, 27(1): 1-4.
摘要:
月球探测工程是一项复杂的多学科高技术集成的系统工程。整个工程实施阶段,光学探测系统占据着重要地位。各类光学传感器和系统精确的计量和测试,对确保整个工程顺利进行有着不容忽视的作用。该文从任务需求入手,叙述了国防科工委光学计量一级站已具备的条件和存在的差距,并提出了针对月球探测工程应开展的工作和研究方向。
理论研究
大气闪烁对无线光CDMA通信系统性能的影响
谭庆贵, 胡渝, 周秀丽
2006, 27(1): 5-8.
摘要:
将光CDMA技术应用到无线光通信中。提出了基于脉冲位置调制的二维大气无线光CDMA通信系统,并分析了该通信系统的性能。考虑多用户干扰、APD噪声以及热噪声等干扰因素的影响,采用数值分析的方法,详细分析了大气湍流引起的大气闪烁对二维无线光CDMA通信系统误码率的影响。结果表明,大气闪烁是影响二维无线光CDMA系统误码率性能的一个重要因素;当大气闪烁的对数方差较小(如σ2s=0.1)时,该系统可以实现高速率通信;当大气闪烁的对数方差较大(σ2s≥0.2)时,在有限的光功率条件下,该系统难以实现通信,需要采用信道编码技术来提高系统的误码率性能。
物理参数对光限幅效应的影响
刘晓杰, 尹海涛
2006, 27(1): 9-11.
摘要:
为了对抗日益严重的激光武器威胁,需要了解激光防护材料的光学性能。该文根据非线性吸收模型,推导出光限幅阈值表达式。并以表达式为理论依据,利用配位聚合物[Cd(L4)(SO4)(H2O)2]n在波长532nm、脉冲宽度为40ps的条件下所获得的实验数据,分析研究非线性吸收参数、线性透过率和有效激发态吸收截面等物理参数对光限幅效应的影响。以此为基础,研究了激光防护材料的非线性光学特性和光限幅特性,为制备光限幅材料提供了理论和实验依据。
系统工程
一种基于灰度变换的红外图像增强算法
邸慧, 于起峰, 张小虎
2006, 27(1): 12-14.
摘要:
针对红外图像,采用双门限分割法进行图像分割,然后采用分段灰度变换法进行图像增强。根据具体图像,通过人机交互的方式确定2个阈值,将图像分割为目标区、过渡区和背景区3部分;按照每一部分的特点,设计不同的灰度变换,对图像进行分段线性增强,得到感兴趣目标区的最佳视觉效果。通过对16位红外图像进行实验,得到了满意的结果。实验表明,该算法灵活便捷,在增加对比度和去除噪声的同时,还抑制了背景,达到了预期的效果。
BP神经网络在光学相关器相关峰识别中的应用
王永仲, 张勇, 冯广斌, 薛蕊, 华文深
2006, 27(1): 15-18.
摘要:
光学相关识别是图像识别的重要方法,有效识别相关器输出平面的相关峰信号是保证光学相关器图像识别准确性的关键。由于激光器输出功率的波动、光学系统本身的误差以及SLM器件本身带来的噪声,采用一般的阈值方法很难达到理想的效果。该文提出对相关器的输出平面进行预处理,充分考虑相关信号的形状信息,提取感兴趣区域(ROI),采用BP神经网络对输入矢量进行计算,可达到对相关峰信号和噪声的有效分类识别,从而提高了光学相关器识别的可靠性,降低了误判的概率。
基于分形几何边界提取的图像跟踪方法
罗诗途, 王艳玲, 罗飞路, 孙宏亮
2006, 27(1): 19-22.
摘要:
为了满足现代武器装备对图像跟踪系统的实时性和跟踪可靠性的双重要求,针对武器装备所跟踪目标的特点,将基于分形几何的边界提取方法用于图像跟踪系统,提出了一种基于运动区域和边界图像的目标跟踪方案。文中的边界提取方法不仅能提取出目标的轮廓,还能较好地保留其内部细节,这样通过模板匹配得到的最佳匹配位置更加可靠。同时,基于运动区域的边界提取,尤其是对于远景的目标跟踪大大减少了计算量。此外,在利用边界图像进行匹配的基础上,采用了自适应模板更新策略,目的是尽可能地克服形变、光照等影响,使跟踪过程准确可靠。仿真实验表明,该方法运算量小,能满足武器装备实时性要求。
双通道三端口反射式光环行器 结构与特性分析
田燕宁, 方强, 王永昌
2006, 27(1): 23-27.
摘要:
为了降低广泛应用于光通信系统的光环行器的制造成本和占空比,增强系统中各器件的功能复用,提出一种功能复用反射式光环行器设计方案,利用透镜和反射镜组成光的空间交叉功能来实现功能复用以及光束方向传输引导,从而达到反射式光环行器输入输出多尾纤之间的对应耦合。利用琼斯矩阵,从理论上对其主要性能进行了分析。分析结果表明,设计的光环行器在功能复用基础上具有低插入损耗、高隔离等特性,达到了光环行器的性能指标,在低插入损耗、高隔离的基础上具有功能复用效用。
一种新型光交叉连接器的设计
王建忠, 张萍, 刘永智
2006, 27(1): 28-31.
摘要:
由于光交叉连接器(OXC)在密集波分复用(DWDM)网络中起关键作用,文中提出一种采用双向环行器的新型光交叉连接器设计方案。其基本结构由一个双向环行器与一个光纤布拉格光栅(FBG)组成,构成一个2×2光交叉连接器,再根据这一基本结构设计出可满足实际需要的N×N光交叉连接器。此方法具有结构简单、体积小、价格便宜及所需环行器数量少(比传统的少67%) 等优点。最后,把新型光交叉连接器的插入损耗与传统结构连接器的插入损耗进行了比较。仿真结果表明,新结构比传统结构具有更小的插入损耗。
光学设计
中波红外变焦距系统的光学设计
张良
2006, 27(1): 32-34.
摘要:
由于红外探测系统具有环境适应性好、隐蔽性好、抗干扰能力强,能在一定程度上识别伪装目标,且设备体积小、重量轻、功耗低等特点,在军事上被广泛应用于红外导航、红外侦察和红外制导等方面。近年来,随着红外光学技术的长足发展及其实际应用范围的不断扩展,对红外连续变焦光学系统的需求日益增强。本文介绍了一种采用凝视型焦平面阵列探测器的中波红外变焦光学系统的设计,该系统利用了反射镜的折叠光路,其工作波长范围为3~5μm,变倍比为20∶1。最后用CODE V光学设计软件对其像质进行了评价。
银纳米膜的电化学制备方法及性能表征
安茂忠, 栾野梅, 乐士儒, 张文吉
2006, 27(1): 35-39.
摘要:
采用电沉积方法在表面活性剂与电解液的界面上制备了银纳米膜。通过对甲磺酸银体系和硝酸银体系中纳米银膜的电沉积速率及纳米银膜颗粒进行比较发现,相同条件下硝酸银体系得到的纳米膜晶粒粒径比较小,膜的生长速率较快。选定硝酸银体系为电沉积体系。考察了槽压、电解液的浓度和温度及溶液的pH值对制备银纳米膜的影响,确立了制备银纳米膜的最佳工艺条件为硝酸银浓度5mmol/L,槽压4V,pH3.0,硬脂酸的质量浓度0.2g/L。实验表明,最佳工艺条件下制备的银纳米膜晶粒粒径均匀,平均粒径在20nm左右,近似球形。本方法制备的银纳米膜将在非线性光学材料方面得到应用。
掺杂透明导电半导体薄膜的光电性能研究
葛春桥, 郭爱云, 胡小峰
2006, 27(1): 40-42.
摘要:
掺杂氧化锌透明导电膜(AZO)是一种重要的光电子信息材料,其制备方法有真空蒸镀法、磁控溅射法,化学气相沉积和脉冲激光沉积法等。该文采用溶胶凝胶(solgel)工艺在普通玻璃基片上成功地制备出Al3+掺杂型ZnO透明导电薄膜。将这种薄膜在空气和真空中以不同的温度进行了退火处理,并对薄膜进行了XRD分析和光电性能研究。结果表明,所制备的薄膜为钎锌矿型结构,在c轴方向择优生长,真空退火有利于薄膜结晶状况的改善,并使薄膜的载流子浓度大幅度地增加而电阻率下降,并且真空退火对薄膜的透射率影响不大。
激光技术
一种提高激光告警器性能的自适应方法
胥杰, 蒙文, 李玉江, 杨庆华
2006, 27(1): 43-45.
摘要:
激光告警是激光对抗的重要前提和基本手段,如何在复杂背景噪声下识别来袭激光信号,进而准确报警是激光告警面临的首要问题。该文分析了激光告警设备检测概率与信噪比的关系,从关系式可以看出,为了提高激光告警设备的检测概率,需要增加激光信号的信噪比。提出了一种最大信噪比的自适应算法,进行了算法分析,并利用矩阵变换作出了算法简化,从而保证了系统信噪比的最佳化。最后对最佳权向量的求解这个问题,给出了适用于工程化的最佳权向量求解的简单迭代算法。
被动调Q激光器输出特性的实验研究
杨昱冰, 蔡德芳, 王石语, 文建国, 过振
2006, 27(1): 46-50.
摘要:
被动调Q晶体Cr∶YAG对激光器的性能起着重要的作用。对Cr∶YAG被动调Q Nd∶YAG激光器进行了实验研究。着重研究了抽运功率、腔长、输出镜透过率以及初始透过率等因素对激光输出脉冲序列的重复率、脉冲宽度以及输出功率的影响。实验结果表明,抽运功率是影响重复率的最大因素,抽运功率的增大可以提高重复率,并减小脉冲宽度;它对腔长的影响效果刚好相反;存在一个可使输出功率最大的最佳输出镜透过率;不同的初始透过率对输出有一定的影响。分析表明被动调Q技术适用于DPL。
半导体激光器光束准直系统的功率耦合效率
何俊, 李晓峰
2006, 27(1): 51-53.
摘要:
在长距离无线光通信中,接收点光功率密度与光束发散角平方呈反比关系,为了获得小的发散角和大的功率耦合效率,要求准直系统有较大的数值孔径(NA),但数值孔径过大会增加像差,因此合理设计功率耦合效率与准直系统的数值孔径就非常重要。该文对半导体激光器光束准直系统中功率耦合效率进行了研究,给出了半导体激光器光束功率耦合效率与k(孔径半径与孔径处等效光束半径之比)的关系表达式,并结合激光器光束准直系统,给出了半导体激光器光束功率耦合效率与准直系统数值孔径的关系表达式。该研究结论对于半导体激光器光束准直系统设计具有参考作用。
隔环结构的NeH2CuBr激光放电管气体温度径向分布
马涛
2006, 27(1): 54-57.
摘要:
针对溴化亚铜激光器中放电管径向温度不均匀现象,在工程设计中同时采用隔环结构放电管设计方案和溴化亚铜激光放电管充氢方案。对隔环结构及隔环结构同时充氢的CuBr激光放电管温度场进行了分析。利用简化的热流耗散泊松方程,给出了激光放电管内温度场分布的数学模型,获得了激光放电管气体温度场径向分布的解析表达式,明确了温度分布与输入电功率及缓冲气体热传导系数之间的关系,得到了与实验一致的结果,为该类激光器的实用化提供了理论分析依据。
红外技术
扫描镜动态面形变化和模态分析
张卫国, 冯卓祥, 陶忠, 王虎
2006, 27(1): 58-61.
摘要:
为了分析某热像仪帧扫描镜在工作状态下的面形变化和产生2000Hz共振的原因,并提供改进设计依据,根据帧扫描镜运动曲线计算了帧扫描镜的扫描角速度和角加速度,用有限元分析软件IDEAS计算了扫描镜在扫描、加速、减速过程中面型的变化和前10阶固有模态,分析了扫描镜在试验中产生2000Hz共振的原因,并对扫描镜结构进行了改进,重新计算了面型变化和前10阶模态,试验证明消除了共振现象。最后提出了扫描镜设计时应注意动态下的面型变化是否满足要求,以及固有模态要避开驱动力矩中的干扰频率等要点。
光纤技术
改善光纤倒像器的对比度传递特性
潘京生
2006, 27(1): 62-65.
摘要:
光纤倒像器是一种特殊类型的光纤板,可将传递图像直接倒转180°并应用于像增强器。由于光纤倒像器的特殊结构,造成光纤随着距扭转轴心的距离增加,数值孔径和光通量逐渐下降。相对于光纤板,光纤倒像器在透过率和对比度传递特性上均有一定程度的下降。通过改进玻璃系统,在一定程度上降低芯皮玻璃间离子扩散和相互渗透的程度,可提高光纤倒像器的实际数值孔径;通过调节EMA吸收量,既能满足像增强器对光纤倒像器荧光屏透过率的要求,又能保证最大程度地吸收光纤中逸出的杂散光,提高对比度。选择合理的芯皮比,不仅可弥补因扭转拉伸造成的皮层厚度减薄,还可进一步增加皮层厚度,抑制光从光纤中逸出。通过以上改进,可改善光纤倒像器的对比度传递特性。
一种基于外差探测的光纤Bragg光栅温度传感器
李志全, 汤敬, 康健楠, 赵彦涛
2006, 27(1): 66-68.
摘要:
提出了一种基于光纤Bragg光栅的温度传感器,阐述了光纤Bragg光栅的温度传感机理,用2个相同的光纤Bragg光栅构成折叠式MachZehnder(MZ)干涉仪,其中一个光栅作为参考臂,另一个作为传感臂:采用外差探测技术来测量外界的温度物理量。当温度发生变化,Bragg光栅的波长也随之改变。外差探测用来探测传感臂和参考臂由于温度变化引起的输出信号的频率差异。对其动态测量范围和灵敏度也进行了分析。
用于石油罐的光纤传感液位测量系统
王忠东, 王玉田
2006, 27(1): 69-72.
摘要:
许多石油化工企业的油品储存罐仍使用着靠人工读数的浮子式液位测量装置,其工作效率低、误差大,而且无法实现自动化控制和管理。针对这种情况,采用先进的光纤传感技术在人工浮子液位计的基础上研制了一种新型的液位测量系统。该系统利用力平衡原理测量液位,利用光纤传感器探测和传输信号,采用自制的光码盘实现光信号的调节。该系统的现场测试结果表明,系统在测量范围为0~1000mm时,测量误差≤±6mm、相对误差<2%。现场应用表明,该系统的各项性能指标符合生产要求,并且运行稳定,性能可靠。
测试技术
目标探测分布律KP法检验设计及应用
郝继平, 李昕泽, 孙宪全
2006, 27(1): 73-78.
摘要:
对试验数据进行科学合理的误差分析是提高靶场科研鉴定试验质量的一项重要内容。若使用未经分布律检验的试验数据进行精度分析,很可能影响鉴定和定型结论的正确性,该文借助于Excel,Matlab和Origin等最新数据处理、绘图软件技术对大量数据实地研究,取得了如下结论:部分样本和总体标本分段后是符合正态分布的,进一步提出将柯尔莫戈洛夫(Kolmogorov)与皮尔逊(Pearson)χ2两种方法作为靶场目标探测中大量数据分布律检验的统一规范,这样可大幅度提高试验的可信度。合理选择置信水平,可使试验航次数降到原试验航次数的10%~50%。该方法可推广到各类系统和单机试验中去。
高精度偏振依赖损耗自动测试系统
王恒飞, 应承平, 全治科
2006, 27(1): 79-84.
摘要:
光学器件的偏振依赖损耗(PDL)是发展光纤通信必须克服的关键技术之一。该文介绍了一种新型的高精度偏振依赖损耗自动测试系统,系统中采用耦合器和监测功率计,实现了单次接入即可完成偏振依赖损耗的测量,消除了系统光功率稳定性对测试结果的影响。在同一系统中,可实现多种方法测试偏振依赖损耗,采用偏振控制器的延迟补偿技术实现了全波段内的偏振依赖损耗高精度测试。系统工作波长范围为1200~1600nm,偏振依赖损耗测量范围0~5dB,测量不确定度高达0.005dB+PDL×4%,可满足各种光学器件偏振依赖损耗测试需要。