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2006年  第27卷  第5期

理论研究
一种跳频扩时码的构造及性能分析
安晓强, 邱昆, 张崇富
2006, 27(5): 363-368.
摘要:
以一维二次同余码(QCC)作为扩时模式,以光正交码(OOC)和QCC码作为频域跳频模式,通过时域和频域的组合,构造了适用于光码分多址(OCDMA)系统的QCC/QCC和QCC/OOC 2种跳频扩时码,并对码的容量及其相关性进行了分析。与一维QCC码相比,QCC/QCC跳频扩时码的容量扩大了p1倍(p为码重),相关性得到改善,并且码字异相自相关限λa=1,互相关限λc=2;QCC/OOC跳频扩时码具有更大的码容量和更好的相关性,码字异相自相关限λa=0,所有码字按一定规律可分成p1组(p为码重),每组内码字的互相关限λa=1,不同组间码字的互相关限λa=2。所得结果为光码分多址系统中跳频扩时码的构造提供了一种新的方法。
分数傅里叶变换滤波优化算法及滤波器设计
姚红玉, 刘粤钳
2006, 27(5): 369-375.
摘要:
分数傅里叶变换(FrFT, fractional Fourier transform)是经典傅里叶变换的一种表现形式,可理解为在时频平面中坐标轴系以原点为轴逆时针旋转一定的角度。通过数学推导,对能否利用分数傅里叶变换进行信号滤波,滤波的优化算法如何,以及滤波器有哪些设计结构等问题进行深入的研究,指出分数傅里叶变换适用于非平稳信号滤波。采用Matlab进行了数值仿真实验。实验结果表明:在信号滤波方面,由于傅里叶变换在处理某些数据时有局限性,因此分数傅里叶变换与傅里叶变换相比具有显著的优势。最后给出FrFT滤波器的设计思想。
不同晶格常数光子晶体构成的光量子阱中的共振模
葛祥友, 李平, 王效杰, 陈晓寒, 冯传胜
2006, 27(5): 376-379.
摘要:
用基于平面波的传输矩阵法分析由具有不同晶格常数的光子晶体材料构成的光量子阱结构中的共振模,发现湮没于垒层的阱层能带分离成共振模,且共振模的数目随阱层的厚度变化而改变。提出一种新型的非对称量子阱结构模型,由2块晶格常数不同的光子晶体材料和夹在光子晶体材料中间作为阱层的均匀介电材料构成,并对其中的共振模进行了分析。指出当阱层厚度达到构成垒层的光子晶体晶格常数的一半时出现一个共振模,若继续小量增加阱层厚度将使共振模频率出现红移。最后给出一种基于平面波的传输矩阵法,且对于不同晶格常数的光子晶体量子阱结构均有效的数值模拟方法,可用于研究由三维光子晶体材料或者色散材料组成的光子晶体量子阱结构。
载频调制大剪切电子散斑干涉系统
孙平, 韩青, 王晓凤
2006, 27(5): 380-384.
摘要:
大剪切电子散斑干涉技术不需要引入参考光,具有条纹质量好等特点。提出将干涉场的载频调制技术引入到大剪切电子散斑干涉中,可形成具有载频调制功能的新的电子散斑干涉系统。该系统具有对测量环境的隔振振动要求低,能方便定量求解物体的变形场等优点。首先讨论大剪切载频的调制机理,然后利用中心加载、周边固定的圆盘进行典型实验,设计了可用计算机控制且可对参考物进行精确偏转的步进电机系统,进而实现了对电子散斑干涉场的自动控制调制。最后,利用傅里叶变换法对调制条纹进行解调,解调出变形场的相位,并通过相位与位移的转换计算,得到精确的物体变形场。实验结果证明,该系统能够调制电子散斑干涉场,求解物体的位移场。
高聚物与光场相互作用的微观机制
薛春荣, 马丽
2006, 27(5): 385-389.
摘要:
分析光场与高聚物相互作用的微观机制,介绍高分子与小分子在光场作用下的极化过程。对在窄束光场作用下,高分子链极化后链上各处极化程度的分布情况进行研究,指出对于高度拉伸的聚合物薄膜,电偶极子模型不适合准确解释高分子与光场相互作用的微观机制。为此,采用符合实际的天线模型分析高分子天线与窄束光场的相互作用,从理论上推导出天线模型高分子链上一小段的极化公式,并用离散变分方法——DVM(discrete variational method)计算一个高分子链的极化分布,验证了文中推导出的分式的合理性。最后,将极化分布看作是电流在天线上的分布,计算了天线的次级辐射在空间中的角分布,得到天线模型对电偶极子模型的修正因子。
光电工程
光子晶体在座舱罩雷达散射截面减缩中的应用
银燕, 袁乃昌
2006, 27(5): 390-393.
摘要:
提出一种金属介质型光子晶体薄膜,用传输矩阵法计算这种光子晶体薄膜的反射率和透射率。计算结果表明,这种光子晶体薄膜对毫米和厘米量级的微波的反射率高达99%以上;对于波长为微米量级的可见光,平均透光率为50%。分析了介质单元厚度、金属单元厚度、金属层总厚度对透射率的影响,给出这种光子晶体薄膜的材料选择和结构设计应遵循的原则。指出这种光子晶体薄膜涂镀在飞机座舱玻璃上,可以有效地减小座舱罩的雷达散射截面。
微扫描对空间分辨率的影响
彭富伦, 冯卓祥
2006, 27(5): 394-399.
摘要:
在详细分析使用微扫描技术减少混淆效应的基础上,给出一种利用微扫描技术进行空间分辨率影响分析的像素传递函数(PTF)方法,并基于2×2和4×4两种微扫描形式对该函数进行分析计算和讨论。计算结果表明,在焦平面阵列给定的情况下,微扫描技术能适当提高焦平面空间的分辨率,有效减小图像混淆,明显改善成像质量。指出在没有高空间分辨率成像器件的情况下,利用微扫描技术和低分辨率成像器件来获得较高空间分辨率的图像是完全可能的。
光电位置敏感器件的非线性分析及应用
李田泽, 王生德, 卢恒炜, 王雅静
2006, 27(5): 400-404.
摘要:
阐述光电位置敏感器件(PSD)的结构、特性和工作原理,并根据PSD的原理和特性分析其产生非线性的几种主要因素。导出PSD的输出信号与光强无关的位置方程。设计出一种低温漂高精度的PSD非线性硬件调制电路。分析了插值算法、神经网络优化法以及解析法等对PSD的非线性进行修正的有效性,并对给出的部分实验数据进行了分析。最后对PSD在光学三角法测量、自动检测以及高精度测量中的应用作了进一步的讨论与展望。
稳瞄炮长镜加装CCD摄像机技术分析
吴鸣镝
2006, 27(5): 405-408.
摘要:
分析在炮长镜现有位置基础上加装CCD摄像机的可行性,提出加装CCD 摄像机的原则和方案。通过选择恰当的CCD摄像机安装位置和结构布局,满足了炮长镜潜望高度保持不变,炮长瞄准镜的内部结构改动量较少,加装成本整体降低的要求。借助有关理论,讨论了CCD摄像机选型、光路计算、激光发射光路镀膜的变化等问题。最后指出,炮长瞄准镜在加装CCD摄像机后,若再配备具有数据处理功能的自动跟踪组件,还可实现视频自动跟踪,而其原有的可见光观瞄功能仍然保持不变。
光学设计
红外耦合光学系统设计
丁旭明, 熊望娥, 於崇真, 梁志毅
2006, 27(5): 409-411.
摘要:
红外目标模拟器由红外目标图像发生器和投影光学系统组成。该红外光学系统是一个要求与2个导引光学系统的光学技术参数相匹配的长焦距、大视场和具有像方远心光路的中红外光学系统。叙述用于红外目标模拟器的红外耦合光学系统的设计原理,提出它与导引光学系统一起可组成放大倍率M=4.5×的红外投影光学系统,并指出IRCRT产生的图像通过红外投影光学系统可成像在导引接收器上。针对给出的红外耦合光学系统的设计特点和技术要求,光学材料选取硅(Si)锗(Ge)硅(Si),采用简单的柯克三片式结构完成光学系统设计。设计评价结果表明,该系统的光学性能和成像质量均满足设计指标要求。
一种新型激光周视引信光学系统
王涛
2006, 27(5): 412-414.
摘要:
通过对一般激光器的发光特点及柱面镜的光学特性进行分析,提出一种新型激光周视引信光学系统——柱面镜系统,即采用2个弧矢面正交的柱面镜组来改善激光束散角,以4个扇区来完成空间的周视功能。由于在半径为0.5~10m的圆周上光能量均匀性非常好,且系统光路具有可逆性,因此可用于大视场发射和接收的导弹引信中。该系统结构紧凑,易于加工和安装。靶场试验证明了该光学系统的可行性和实用性。该光学系统可代替目前仍在使用的反射式光学系统。
短波通滤光片膜系设计
赵兴梅, 师建涛, 郭鸿香
2006, 27(5): 415-418.
摘要:
详细介绍用等效折射率概念设计短波通滤光片的原理和计算方法。根据原理和方法,选择二氧化钛(TiO2)作为高折射率材料、二氧化硅(SiO2)作为低折射率材料。首先从理论上计算出用这2种材料设计的波长λ=950~1150nm的短波通滤光片所需要的周期数,然后给出短波通滤光片的主膜系和光谱曲线。由于据此周期数设计出的膜系光谱曲线在750~810nm处的透过率不符合要求,因此对该膜系进行了改进。依照改进的设计进行多次制备,最终制备出了符合要求的短波通滤光片,找到了最佳制备工艺和方法。最后,对制备出来的短波通滤光片薄膜进行了各种环境实验。实验结果表明,膜层的各项指标符合设计要求。
红外技术
红外图像伪彩色编码和处理
刘缠牢, 谭立勋, 李春燕, 马刚
2006, 27(5): 419-422.
摘要:
利用红外热成像系统可将物体的热分布转化为可视图像,并在监视器上以灰度级或伪彩色显示出来,从而得到被测目标的温度分布场。根据热成像测温原理以及红外图像的特点,在对室温热成像系统研究的基础上,对红外图像伪彩色编码进行了研究,提出一种新的伪彩色编码方法,即自动阈值法。利用自动阈值法可以在室温环境下,对目标的温度及其分布进行测量。在TMS320C6202和FPGA室温热成像系统中对提出的方法进行了验证。实验结果表明,该方法可使红外图像层次分明,容易分辨出不同的温度区域。
激光技术
激光微细熔覆快速原型制造的厚膜电容组织性能
李慧玲, 曾晓雁
2006, 27(5): 423-427.
摘要:
针对传统工艺制备的厚膜电容尺寸有限、容量低、损耗大,仅限于一些特定的应用领域,提出采用激光微细熔覆快速原型制造技术在陶瓷基板上制备电容,它具有速度快,不需要掩膜等特点。着重分析电容器的组织性能以及电容、介电常数、品质因数和绝缘电阻等电器性能,并对电容器的形成机理进行了研究。实验证明,激光微细熔覆快速原型制造技术比传统烧结工艺制备的厚膜电容容量大、再现性好,其组织致密、均匀,不存在界面成分的扩散。
超短激光脉冲对宽带光学物质的微加工
刘青, 陈钧均, 郭丽丽
2006, 27(5): 428-431.
摘要:
通过讨论超快飞秒激光脉冲和长脉冲宽度的激光脉冲紧导致宽能隙透明电介质的损伤机理和比较超短激光脉冲与长激光脉冲对宽能隙透明电介质的损伤程度,得出超短激光脉冲是一种可对透明宽带电介质进行加工的有效工具的结论。当波长为800nm,脉冲宽度为150fs的激光脉冲紧聚焦到不同的宽能隙透明电介质(K9玻璃和ZK6玻璃)体内时,可制作不同光栅常数的光栅,并在波长为635nm的He-Ne连续激光的垂直照射下,对光栅的远场相对衍射效率和光栅的衍射效率进行了测量。
光纤技术
基于小波变换的蓝宝石荧光光纤温度计
王书涛, 车仁生, 王玉田, 王冬生, 崔立超
2006, 27(5): 433-437.
摘要:
采用激光加热小基座法生长出掺Cr3+的蓝宝石光纤荧光温度传感头,它具有结构紧凑,耐高温等特点,测温范围从室温到450℃。使用基于小波变换的数据处理方法,有效去除信号中的噪声,提高了信噪比。在对荧光测温机理和有关光纤技术进行分析的基础上,采用与调制荧光信号相关的双参考源相位锁定测量方案,可在无激励光干扰的情况下对荧光寿命进行实时测量。根据噪音和信号在小波变换下表现出的不同性质,提出以小波变换为基础的温度信号特征提取及消噪方法。与其它处理方法相比,小波变换方法可以克服傅里叶变换对突变信号不起作用的缺点,同时又比Gabor变换具有可变窗口的优点。该方法可以缩短测量时间,提高测量分辨率。
用光纤光栅传感器测量外压力的动态调制方法
朱军, 屈彬, 焦生杰, 胡志新
2006, 27(5): 438-441.
摘要:
为了提高光纤布拉格光栅压力传感器的精度和降低系统成本,提出一种使用光纤双布拉格光栅测定压力的测量方法,即在外界压力作用下,传感光纤布拉格光栅反射波长的飘移被转变成在交变力策动下发生弯曲的等强度悬臂梁调制的扫描光栅的反射光脉冲间隔的变化。实验结果表明:光纤布拉格光栅反射波长漂移的测量范围为0~3nm,波长测量的不确定度为1pm;压力传感器的量程为0~6MPa时,压力的测量不确定度为0.005MPa。
计量测试
光栅扭矩动态测量系统设计及实现
喻洪麟, 朱传新, 杨张利
2006, 27(5): 442-445.
摘要:
机械主轴在各种载荷和工作环境下的扭矩测量,国内外一直没有比较好的解决方案。针对这一现状,提出通过在主轴2端安装圆光栅及指示光栅,采用对光栅莫尔条纹计数及细分的方法实现主轴扭矩非接触式动态直接测量。其方法是在将莫尔条纹进行光电转换后,采用集成可编程模拟器件对信号进行放大、滤波和比较,然后利用软核微处理器实现数据采集、处理和控制,从而取代FPGA+MCU的方式。实验中,测量系统采用1200条刻线的圆光栅,在主轴转速为0~1500r/min的范围内测量其扭矩,扭转角精度小于0.001°。实验结果表明,采用圆光栅莫尔条纹可以达到主轴扭矩高精度测量的要求,为机械主轴测量提供了一种新的非接触式测量方法。
子孔径拼接法检验大口径光学镜面精度分析
张明意, 李新南
2006, 27(5): 446-449.
摘要:
介绍子孔径拼接检测大口径光学镜面的原理,即用小口径的平面干涉仪检验大口径平面的一部分,通过改变2者相对位置获得覆盖到整个被检验镜面的子孔径检测数据。提出利用最小二乘法对相邻2个子孔径重叠部分的检测数据进行计算来确定实际所有子孔径之间的位置关系,进而得到拼接而成的整体面形信息。并对子孔径拼接成的面型与实际面型的误差进行分析,建立了对子孔径拼接全口径波面恢复精度的评价指标。根据子孔径拼接原理完成了实验,并对多组子孔径数据拼接后的波面恢复精度进行了分析。实验证明,子孔径拼接检测大口径光学元件综合误差小,重复精度高。
移相式干涉仪在锥体棱镜角度测试中的应用
郭仁慧, 何勇, 朱日宏, 高志山
2006, 27(5): 450-454.
摘要:
为了实时、高精度地测试光学零件,对移相式数字波面干涉仪在锥体棱镜角度测试中的应用进行了研究。通过锥体棱镜二面角偏差计算方法得到了二面角偏差和干涉波面之间的关系,分析了干涉波面的形状与锥体棱镜综合误差的关系,编写了锥体棱镜角度和综合误差测试程序,并且在移相式数字波面干涉仪和ZYGO干涉仪上分别对锥体棱镜进行测试,给出了2者的比较测试结果。结果表明,移相式数字波面干涉仪测量锥体棱镜二面角偏差的误差在0.3″范围内,RMS值的测量误差在λ/50内;提出的方法可实现检测过程的自动化。
燃烧产物组成激光诱导荧光光谱的测量
陈锐, 周霖
2006, 27(5): 455-459.
摘要:
对激光诱导荧光(LIF)光谱技术在燃烧过程中的应用进行研究,介绍测量燃烧过程中常见自由基OH和NO的LIF光谱的实验方案,以及采用激光诱导荧光光谱技术测量小分子荧光光谱的方法,利用YAG激光器、染料激光器、CO2激光器、光谱仪、ICCD等设备对燃烧产物中常见小分子自由基OH和NO进行了测量,从实验中得到了自由基OH和NO的荧光光谱。实验结果表明,荧光光谱与激发波长无关,但是激发波长改变后,荧光强度因离开最佳波长而有所下降,这符合分子荧光光谱的特征。与其他光谱技术相比,激光诱导荧光光谱技术具有极高的选择性和灵敏度。
红外探测器光谱响应度测试技术研究
范纪红, 侯西旗, 杨照金, 尹涛, 秦艳, 刘建平
2006, 27(5): 460-462.
摘要:
光谱响应度是探测器的重要技术参数之一,随着红外探测技术的发展,精确测量红外探测器的光谱响应度变得越来越重要。首先对红外探测器光谱响应度的测试技术进行分析,然后建立红外探测器相对光谱响应度测量装置,并用腔体热释电探测器在该装置上进行红外探测器光谱响应度校准实验。通过对红外探测器相对光谱响应度进行重复测量,给出测量结果的平均值,最后对影响测量结果的不确定度进行分析。由于该装置的测量范围是1~20μm,因此还可以实现InSb探测器和HgCdTe探测器相对光谱响应度的测量。不确定度分析结果表明,InGaAs探测器光谱响应度的测量精度较高。
CCD测量转速的新方法
韩伟, 张玉存
2006, 27(5): 463-466.
摘要:
为了测量瞬时转速,对旋转体转速在空间坐标系中的关系进行了研究,并建立了旋转机械瞬时转速测量模型。利用线阵CCD技术设计了一种新型光学瞬时转速测量系统。该系统采用3级流水线结构对测量数据进行实时处理。测试结果表明,该方法解决了旋转机械瞬态性能分析中瞬态转速测量存在的缺陷,克服了传统转速测量方法在测量瞬时转速方面存在的不足,为瞬时速度测量提供了另一种思路。