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2007年  第28卷  第1期

夜视技术
像元间距为25μm、160×120元无热电制冷器的非致冷非晶硅探测器(英文)
J.L.Tissot
2007, 28(1): 1-6.
摘要:
介绍用非晶硅微型辐射热量计制成的160×120元非致冷红外焦平面阵列的特点和性能,该阵列集成在一个无铅芯片载体封装中,像素间距为25μm,适合于大批量生产。 25μm像元结构得益于较小的热时间常数,该技术使我们能够设计出更高的热隔离性能,从而能以35μm技术为基础开发出25μm技术。通过采用新的像素设计和更进一步推动设计方法,在没有采用复杂昂贵的双层结构的前提下,保持了较高填充因子。从读出集成电路结构、封装、可操作性和光电性能入手对该探测器进行了介绍。为该探测器设计了一种新型集成读出电路。可以通过串行链接对增益、图像翻转和积分时间等高级功能进行操控,降低电气对接的数量。研制的小型无铅芯片载体封装便于大规模生产探测器,主要用途为便携式摄像机或头盔摄像机。
基于NiosⅡ的非制冷红外图像处理系统研究
孙恋君, 张俊举, 谌巧, 常本康, 钱芸生
2007, 28(1): 7-11.
摘要:
设计一个非制冷红外图像处理系统,该系统放弃了目前普遍应用的数字信号处理器(DSP)+现场可编程门阵列(FPGA)的系统构架,采用基于FPGA的NiosⅡ嵌入式处理器的系统构架,实现了系统的小型化。提出一种基于流水线结构的信号处理方法,并利用NiosⅡ嵌入式处理器软硬件开发工具,实现了在该系统上对非制冷红外焦平面阵列非均匀性进行校正和盲元补偿的实时处理,降低了系统的工作频率。实验结果表明:该系统能够对非制冷红外图像进行实时处理,工作性能稳定,处理效果良好。
Ga1-xAlxAs/GaAs光阴极光谱响应向短波延伸的机理分析和实验研究
郭晖
2007, 28(1): 12-15.
摘要:
为了实现光阴极光谱响应向短波延伸,分析了Ga1-xAlxAs/GaAs三代微光光阴极光谱响应向短波延伸的机理,提出了准禁带宽度的概念,讨论了Ga1-xAlxAs的禁带宽度随铝组份x值的增加而逐渐变宽的变化规律,计算了不同铝组份下光阴极光谱响应的短波限。通过提高光阴极材料的铝组份,做出了宽光谱响应像管,并给出了相应的光谱响应曲线。通过与标准三代微光像管光谱响应对比,发现:所得光谱响应曲线不仅向短波方向得以延伸,而且理论设计与实验结果吻合很好。
一种玻璃成分优化的微通道板
潘京生, 苏德坦, 刘术林, 邓广绪
2007, 28(1): 16-19.
摘要:
降低微通道板(MCP)的离子反馈噪声、提高像增强器的成像质量和工作寿命是MCP玻璃成分优化研究的主要目标,指出通过调整碱金属氧化物的引入种类和总量,并采用高温氢还原工艺获得一种玻璃成分得到优化的MCP,可提高玻璃的转变温度,耐500℃以上的高温烘烤且电性能相对稳定。该方法改善了通道内壁表面结构和MCP的耐电子冲刷能力,降低了气体吸附量且易于去除气体。文章最后给出了优化MCP玻璃成分所需开展的工作:在玻璃成分优化上增加SiO2的引入量,调整芯皮玻璃的温度粘度匹配及酸溶速率比,以及开展体导电玻璃MCP和硅MCP的研究。
紫外指纹识别照相系统视场中心亮斑的产生原因及分析
石峰, 程宏昌, 贺英萍
2007, 28(1): 20-23.
摘要:
针对紫外指纹识别照相系统是目前从事公安刑侦工作者进行指纹识别和提取犯罪鉴定的一种重要手段,而其视场中心亮斑严重影响着指纹图片的质量,分析了该系统视场中心亮斑产生的原因,指出其中心亮斑主要是由系统轴外杂散光引起,通过对这些原因进行分析,有针对性地提出了采用消光性能良好视场的物镜系统或者合适的视场光阑尺寸及位置;或者给阴极输入面有效直径之外区域涂敷紫外吸收膜的方法,消除了视场中心亮斑,用以满足公安刑侦指纹识别、存储及其他领域对指纹、脚印等的识别与提取。
光电工程
科学级CCD并联过采样低噪声模拟信号通道
邱虹云, 刘阳, 章恩耀, 孙利群, 田芊
2007, 28(1): 24-29.
摘要:
根据CCD相机模拟通道噪音的非相关性,提出通过并联多个相同的模拟通道来降低模拟通道噪音的方法,并对此进行实验研究。通过实验测定实验装置中噪音的分布情况,得出并联双通道和并联三通道时噪音的改善因子为1.354和1.65,符合理论值。实验还显示,改善因子随模拟通道中可编程增益放大器增益的增加而减小,并对此现象进行分析。通过对改善因子与理论值的偏差进行分析,指出电源噪音、较高的转换速度及温升是造成偏差的主要原因。
空间光通信APT探测技术中位置敏感器件(PSD)的研究
袁纵横, 张文涛
2007, 28(1): 30-32.
摘要:
鉴于空间光通信系统中分辨率在很大程度上影响着整个通信系统的性能,而PSD(position sensitive detector)作为APT(acquisition, pointing and tracking)子系统常用的探测器件,具有分辨率高,无盲区,响应速度较快的优点,分析了PSD的基本结构和定位原理,研究了使用PSD作为空间光通信APT子系统粗跟踪技术的位置分辨率,并指出了提高PSD分辨率的着手点。用实验方案对PSD的分辨率进行了具体的实验分析。通过对实验数据分析可知,PSD的平均位置分辨率达到12.6μm,该值与理论分辨率吻合得较好。这说明PSD作为APT子系统精跟踪探测器的可行性。
图像跟踪系统中机动目标预测的实现
陈东炎, 张玘, 王艳玲, 罗诗途
2007, 28(1): 33-37.
摘要:
针对装甲车上的图像跟踪系统,提出一种机动目标预测方法。将目标的运动分解为2部分,即全局运动和局部运动,并根据各自的动态特性分别进行预测。文章以局部运动预测为重点,通过对机动目标跟踪技术的研究,建立起性能优良的跟踪滤波器,并将其扩展到预测滤波器中对目标的未来运动状态进行预测,从而提出“交互式多模型预测算法”,并对该算法进行仿真,给出速度均方根误差的仿真结果。仿真结果表明:该算法预测精度高、自适应能力强。最后还给出了预测门的计算方法。
用Zernike多项式实现光机分析的技术方法
李福, 阮萍, 马小龙, 赵葆常
2007, 28(1): 38-42.
摘要:
由于光学软件不能直接利用有限元分析的结果,而Zernike多项式的各项与光学像差有对应关系,因此常用Zernike多项式作为光机接口。针对目前常用轴向位移作为拟合量描述拟合面形的不足,给出了几种常用的表面位移校正方法并说明了其优缺点。用具体实例比较各校正位移,并对其进行Zernike多项式拟合,从拟合系数的差异可以看出,曲率比较大的表面必须采用校正位移进行拟合。最后指出:在不知道初始表面方程的情况下,轴向和法向校正位移均采用从初始表面出发的方法,如果已知初始表面方程,则轴向校正位移采用从变形表面出发的方法,法向校正位移仍采用从初始表面点出发进行计算。
空间光学遥感器主反射镜轻量化及支撑设计
续强, 王延风, 周虎, 董吉洪, 李威, 徐抒岩
2007, 28(1): 43-46.
摘要:
为了得到某空间光学遥感器主反射镜合理的结构及支撑方式,检验新型光学材料SiC的光学性能,尤其是应用于空间光学系统的可行性,通过建立该空间光学遥感器主反射镜组件的虚拟样机,采用有限元仿真的方法,分析主反射镜在背部采取不同形式轻量化情况下的质量及质心位置。建立几种主反射镜的有限元模型,采用合理的MPC约束边界条件,用有限元方法分析主反射镜在加工、测试状态下自身重力作用对反射面面形精度的影响。经过仿真比较及轻量化优化设计,得到一种主反射镜及支撑的合理化结构,轻量化率达到75.6%,反射镜面RMS值为12.53nm,Pv值为54.52nm。最后的分析结果表明:质量、刚度及反射镜面精度均满足工程要求。
多视点自动立体液晶屏的研制
陈瑾, 麻金继, 叶为全
2007, 28(1): 47-50.
摘要:
为了研制出不需要立体眼镜,且兼容平面显示的自动立体显示屏,利用液晶制作出透光狭缝,放在面板和背光源之间,使之加上电压时只有狭缝透光,背光变成一排平行的线光源,照射液晶屏时每个光源对应4列子像素,左右眼只能看到不同像素,进而产生立体感。不加电压时背光变成面光源,和普通液晶显示屏一样显示平面图像。为了减少面板表面防眩偏振片的影响,用减反射涂层覆盖防眩偏振片。通过改变普通液晶屏的背光,以及对普通液晶屏表面进行处理,制作出了4个视点的立体显示屏,实现了立体显示和平面显示的切换。该技术方案可满足批量生产的要求。
FDLC薄膜的化学结构对光学性能的影响
刘雄飞, 张德恒, 齐海兵
2007, 28(1): 51-54.
摘要:
研究氟化类金刚石(FDLC)薄膜化学结构对光学性能的影响,用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法在玻璃基底上沉积氟化类金刚石(FDLC)薄膜,用俄歇能谱、傅里叶红外光谱(FTIR)、紫外可见光分光光度计 (UV-VIS)对薄膜进行分析。分析结果表明:沉积薄膜是典型的类金刚石结构,薄膜中氟主要以C-F2键存在;随着沉积温度的提高,C-F2含量先增后减;随着F含量的增加,FDLC薄膜的sp3含量减少,sp2含量增加;光学带隙与sp2键含量密切相关,sp2含量越大,薄膜的光学带隙越小。
光学设计
相对孔径为1∶1镜头的光学系统设计
周华鹏, 陈文建, 唐绍凡
2007, 28(1): 55-57.
摘要:
介绍一种相对孔径为1:1的光谱摄像镜头。利用非球面光学表面将复杂化的Petzval型结构形式改进为3片结构,其主要光学参数f′=120mm,F=1,τ≥90%,系统MTF=0.85时的成像质量所对应的空间频率大于20lp/mm。结合非球面加工工程化研究需要对该镜头的结构进行优化,给出了多种像差曲线及MTF数据,并对未来可进行的进一步改进进行了探讨。
LCoS背投光学引擎中变焦投影物镜设计
宋家军, 何平安
2007, 28(1): 58-62.
摘要:
设计出变焦投影物镜,能满足相同光学引擎、相同屏幕位置下不同屏幕尺寸的需要。考虑到所设计的系统为大相对孔径、中等视场和小变焦比,从变焦理论出发,采用正组补偿的机械补偿法,对变倍组进行合理的倍率选段,求出了高斯解;然后分组元选用合理的初始结构,利用ZEMAX光学设计软件进行优化设计,解决了变焦系统畸变难以控制的问题,并使用调制传递函数对整个系统进行了综合评价。设计结果表明:该变焦投影物镜系统的光学性能和成像质量均满足设计指标要求,能应用于101.6~177.8cm的大屏幕电视。
激光技术
抽运光对激光束空间分布影响程度的估算方法研究
王石语, 王欣媛, 过振, 蔡德芳, 文建国, 李兵斌
2007, 28(1): 63-67.
摘要:
为便于评价两种光场空间分布之间的偏离程度,引入一个数学参数δ进行研究。将该参数应用到谐振腔内分析了抽运光空间分布对基模振荡光光束质量的影响。这种影响主要表现为:若抽运光在激光介质中引起非均匀的增益分布,基模振荡光将偏离高斯分布。利用δ参数对这种影响的程度进行了定量估算。定量研究表明:δ参数可以直观地反映泵浦光分布对激光器光束质量的影响程度,而且在激光器的设计中δ参数的大小可衡量泵浦光分布的优劣。对于端面泵浦二极管泵浦固体激光器(DPL),稳恒运转下最理想的抽运光分布形式是高斯型抽运光,其半径等于谐振腔的基模高斯振荡光半径。
基于激光诱导击穿光谱的波长校准法研究
裴楠楠, 刘国荣
2007, 28(1): 68-71.
摘要:
基于线列光探测器件的光谱仪具有多光谱通道探测的优点,以及其在物质光谱分析中担当的重要角色。分析了基于线列光探测器件光谱仪的波长准确度问题,提出利用激光诱导击穿原子光谱丰富波长校准特征波长谱线的思想。实验选用光谱波长范围为200nm~600nm的凹面光栅光谱仪、2048元焦平面的CCD器件和低压汞灯,分别对铜、铝、镁、钙、硅等5种样品进行了激光诱导击穿光谱试验;利用选取的10条激光诱导原子光谱波长数据并结合低压汞灯的10条特征谱线对光栅光谱仪重新进行波长校准,获取的试验数据有力地证明了这种思想的可行性。
几种常见波段脉冲激光峰值功率综合测试技术研究
王呈阳, 陈志斌, 卓家靖, 侯章亚
2007, 28(1): 72-76.
摘要:
针对几种常见波段脉冲激光发射机所发出的脉冲激光波长、功率和宽度等特点,进行了激光峰值功率参数的综合测试技术研究。采用多波段光电探测和集成化组合式光学设计及先进的电路设计技术,并利用自行开发的信号通道和量程及采样频率可控的通用测试平台,对不同波长,选择了相应灵敏度高的探测器;对不同功率量程范围选择了合适的衰减片;并对宽度较窄的激光脉冲设计了合适的展宽放大和快速放电电路。实验结果表明:这项技术是实现多波段脉冲激光峰值功率综合测试的有效方法,具有良好的推广应用前景。
光纤技术
温度不敏感光纤光栅压强传感器
陈建军, 张伟刚, 涂勤昌, 邹玉姣
2007, 28(1): 77-81.
摘要:
提出了一种新颖的高灵敏度温度不敏感光纤光栅压强传感器。该传感器主要由开口环传感机构和铝箔管组成,根据光纤布拉格光栅带宽调谐原理,首次采用开口环机构和利用带宽编码技术,实现了温度不敏感压强感测。实验结果表明:该传感器在低压范围内具有很高的压强传感灵敏度系数,可达2.50×103nm/MPa,实验结果与理论分析基本相符。通过选择不同材料的开口环和铝箔管的材料以及改变其结构参数,可灵活设计并调节压强传感灵敏度系数及压强感测范围。
光孤子传输演化的分步傅里叶法研究
王志斌, 李志全
2007, 28(1): 82-85.
摘要:
光孤子传输的数值仿真研究对其实用化及系统设计具有重要意义。本文详细介绍了分步傅里叶法的基本原理和仿真步骤,并用Matlab语言对光孤子在光纤中的传输演化进行了仿真。讨论了光纤损耗对光孤子传输的影响,并说明当光孤子对在光纤中传播时,距离太近将会产生强烈的相互作用,导致孤子形状发生畸变。最后对掺铒光纤放大器对孤子能量补偿作用做了探讨,指出光孤子通信中主要是色散受限,采用980 nm光源泵浦的EDFA具有较好的效果。
干涉型光纤传感器信号检测技术的研究
王泽锋, 罗洪, 胡永明
2007, 28(1): 86-91.
摘要:
光纤传感器是一种高灵敏度传感器,而信号检测技术是它的关键技术之一。介绍了干涉型光纤传感器的信号检测方法。首先简单分析了干涉型光纤传感器相位衰落现象产生的物理机制,然后分别介绍了各种抗相位衰落信号检测方法的基本工作原理和特点,着重讨论了其中几种主要的方法,详细分析了它们的优缺点、应用场合以及技术难点。最后对各种检测方法的主要性能进行了比较,并对它们的发展前景做了展望。
计量测试
一种新的数字散斑振动定量分析系统
贾书海, 李以贵, 谭玉山
2007, 28(1): 92-96.
摘要:
在数字散斑干涉(DSPI)测量方法中,数字散斑时间平均法测量振动时得到的是贝塞尔条纹,其定量分析比较困难。该文采用贝塞尔条纹准相移技术进行数字散斑振动定量分析,即在参考光路中引入和物体同频率的偏置参考振动,当参考振动的相位改变时,振动条纹会产生移动,这相当于静态余弦条纹的相移,可以采用相移算法对数字散斑振动测量的贝塞尔条纹进行定量分析。文中开发了一种新的数字散斑振动定量分析系统,研制了一种低压光学相移器和测量控制电路,给出了圆周固定圆片和四周固定方铜板的振动测量结果。实验结果表明:采用本系统可以方便地定量测出物体的振动模态。
利用自混合干涉效应的条纹计数法对扬声器振动特性的实验研究(英文)
季新昕, 刘劲松, 王程, 张雯
2007, 28(1): 97-101.
摘要:
基于半导体激光器的自混合干涉效应,通过实验研究了扬声器的振动特性。实验中,用粘在扬声器振膜上的反射镜作为目标物体(该反射镜的反射率为95%,扬声器用50Hz的正弦波驱动),然后通过条纹计数法获得扬声器的振幅。实验结果表明,在一定范围内,扬声器的振幅与驱动电压呈线性关系。该实验装置极其简单紧凑,自混合干涉信号也十分清晰,实验方法迅速,价格低廉,易实现,而且不需要专用电源,也不需要其他的光学仪器,这一系列优点充分表明自混合干涉技术在振动测量领域具有广阔的发展前景。
光电倍增管在检测水泥浆液密度中的应用
徐力生, 陈伟, 李建中, 胡芳龙
2007, 28(1): 102-104.
摘要:
为了高精度、非接触动态地检测灌浆工程中水泥浆液的密度,采用CR105型光电倍增管作为感光器件,设计了一种检测装置。该装置选用Cs-137作为光源,光电倍增管作为感光器件,196KB单片机作为微处理器,通过自行设计的模块化软件以及信号处理电路、显示打印输出电路实现对γ射线的检测、数据分析与处理。实验结果表明:该装置能够在恶劣环境下准确、快速地检测水泥浆液的密度;测量值不受浆液的流速、压力、温度、粘度和腐蚀等因素的影响;探测部分安装在高温、潮湿、高灰尘的灌浆工程施工现场仍能正常工作。
光谱法测定室内空气中甲醛浓度
程望斌, 黄鹰
2007, 28(1): 105-108.
摘要:
为了对甲醛的浓度进行快速而有效的检测,设计了一套光栅式光谱检测系统。该系统主要包括光学系统、光电信号采集系统和计算机处理系统。系统硬件电路包括前置放大滤波电路、A/D转换电路及单片机的数据采集和发送电路。对酚试剂分光光度法测定空气中甲醛浓度的实验条件进行了研究,分析了影响实验结果的因素,得出了光谱检测实验的实验结果,并对相关结论进行了分析和论证。通过所设计的系统,可直接测出甲醛分析液的透射光光谱,从而得出相应的甲醛浓度。
理论研究
不同因素对可调节人工晶体屈光调节力的影响
朱海丰, 方志良, 刘永基, 张昊
2007, 28(1): 109-114.
摘要:
首先以Hwey-Lan Liou眼模型为基础,根据等效性原则,保持该眼模型中自然晶状体屈光度不变,对无穷远点成像。然后利用ZEMAX实现光线追迹的方法,将自然晶状体替换为可调节人工晶状体(accommodative intraocular lens,AIOL),结合对人眼成像质量影响的分析,研究了AIOL在眼内的移动度、材料、中心厚度、结构、光学面非球面性等因素对其屈光调节力的影响。结果表明:AIOL移动度对其调节力贡献最大,材料、中心厚度、结构对调节力基本无影响;具有非球面光学面的AIOL调节力相对较大。
形体细胞的MCEM模型及其光散射分布特征
王亚伟, 崔青义, 卜敏, 洪云, 刘莹, 吴大建
2007, 28(1): 115-120.
摘要:
针对光散射细胞微粒测量中真实形体细胞的取向对测量结果的影响问题,基于Rayleigh-Debye-Gans理论和双椭球核式(CEM)模型在应用中的差异,建立了CEM的修正模型(MCEM),根据此模型系统讨论了细胞在不同入射角变化情况下其光散射强度分布所产生的变化,得到了不同入射角下有核细胞光散射强度分布与有核细胞相关物理特征量的动态响应关系;此外,对有核细胞光散射强度分布进行拟合,得到了有核细胞光散射强度分布函数。误差分析表明:拟合结果可有效地应用于真实细胞光散射测量中的数值反演计算。