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2007年  第28卷  第4期

光电工程
基于猫眼腔镜损耗调节的激光横模演示系统
任成, 周鲁飞, 郭宏, 张书练
2007, 28(4): 385-387.
摘要:
提出一种基于猫眼腔镜损耗调节的新型激光横模演示系统。采用半外腔He-Ne激光器,利用由分立的可进行五维微调的凸透镜和凹面镜组成的猫眼逆向器构成损耗可调激光谐振腔,通过调节猫眼逆向器改变激光谐振腔的损耗比,实现改变激光横模状态的作用。利用CCD进行图像采集,计算机实现图像存储,从而得到20多种结构清晰的高阶横模花样图片。
基于SPIHT的改进图像压缩算法
赵米旸, 陈卫东, 卢晓燕
2007, 28(4): 388-391.
摘要:
针对渐进式图像传输算法都受限于庞大的内存空间和计算复杂度,提出一种基于SPIHT的改进型算法——静止图像编码方法,即对变换后的小波系数高频区块进行细分,并对不同频率图像块分别设置阈值,采取新的阈值判别策略,减少了链表的结点数。使用MATLAB 6.5开发环境对上述改进编码方法进行仿真。仿真结果表明: 通过对原算法构架进行改进,减少了内存空间占用,降低了计算复杂度,取得了较好的压缩效果。
双缝光幕靶设计
蔡荣立, 倪晋平, 杨敏, 王铁岭
2007, 28(4): 392-396.
摘要:
针对动力源火工品速度测试,设计了一种双缝光幕靶,实现对低速运动的火工品零件测速。与常规的单缝光幕靶不同,文中设计的双缝光幕靶将2个发射和接收装置融进一个单体结构,形成2个光幕。2台双缝光幕靶安装在同一个带有滑轨的固定架上,靶距可以任意调节。设计的双缝光幕靶可以替代传统的铜片测速方法,有效地提高了测量精度和实现了测量自动化。经过实弹射击和火工品试验验证,设计的双缝光幕靶测试系统可靠,测试数据准确。
目标探测的信噪比分析
陈新锦, 袁艳, 李立英, 肖相国, 刘辉
2007, 28(4): 397-400.
摘要:
从黑体辐射理论出发,分析空间目标超光谱探测时的影响因素。计算太阳对目标的表面辐射,利用大气传输模型分析软件——MODTRAN分析计算在可见光到近红外范围的天空漫反射辐射,给出了成像光谱仪接收到的目标辐射能量和背景辐射能量的计算方法,同时考虑探测器得到噪声的种类,给出主要噪声源的计算方法,从而推导出光谱仪接收到的以电子数为基本单位的信噪比一般表达式。通过分析表达式中的各种因素对信噪比的影响,提出得到较高信噪比的可行方法,从而更清楚地分辨物体。
激光显示中光学系统研究
康玉思, 刘伟奇, 冯睿
2007, 28(4): 401-405.
摘要:
为了满足机械转镜扫描要求(转镜转速每分钟不少于3万转)及光束与水平信号的行场同步要求,提出采用面阵空间光调制器及多像素并行扫描方式。采用“面阵空间光调制器”对激光束进行选通和光强调制,使覆盖多像素的激光束在高速扫过面阵空间光调制器时,光强按视频图像的强弱进行调制,从而形成激光视频图像。由于采用了多像素并行扫描、新型二维扫描转镜和积分器光路,扫描速度大大降低,由每分钟几万转降低到3000转,解决了扫描式激光显示的技术瓶颈和激光干涉条纹问题,获得了很好的显示效果。
一种新型的空气扰动探测方法
王程, 刘劲松, 刘时雄, 郑子薇, 张绘蓝, 张光勇
2007, 28(4): 406-411.
摘要:
基于光折变材料的二波耦合特性提出了一种新型的空气扰动探测方法。空气中的微扰导致入射到光折变材料中两束光的光程差发生改变,干涉条纹随之发生变化。由于光折变体相位栅建立时间比较长,体相位栅不能及时跟随干涉条纹发生变化,导致干涉条纹与体相位栅间的相移将随空气扰动信息的变化而变化。相移角的改变将导致瞬态能量转移,输出两束光的能量在瞬态能量转移作用下将实现对空气扰动信息的光调制,并且这种调制过程是一种差分调制方式。在接收端采用电差分检测方法便可解调出空气扰动信息。这种利用光折变体相位栅的差分探测方法在未来的探测领域将有广泛的应用前景。
光学设计
多波段空间推扫相机光学系统设计
张祥翔, 傅雨田
2007, 28(4): 412-415.
摘要:
空间推扫相机的光学系统要求具有大视场、大口径、低F数等特点,据此设计了一种3波段光学系统。在参考国内外各种扫描或推扫相机结构的基础上,根据像差理论和系统要求,采用有效的分光方式和紧凑的光路结构,对不同的波段采用不同的像差校正方法,以及对系统优化组合后,最终得到了一个实用的光学系统。该系统包括可见、中波红外和长波红外波段,视场达到2.93°×0.3°,可见波段的F数为3.8,中波和长波波段的F数为1.9。从设计结果可以看出,系统3个波段的光学调制传递函数(MTF)都接近衍射极限。
水下变焦镜头的设计
翟学锋, 董晓娜, 王国富, 陈良益
2007, 28(4): 416-420.
摘要:
通过对光在水中传播特性的分析,讨论水下摄影中需要特殊考虑的关键因素,如光能衰减、镜头视场损失和内腔防水等,分析普通相机加隔水窗后在水中拍摄时像质变差的规律。为了适应深水探测,获得清晰成像质量,基于光焦度分配公式,提出了水下变焦镜头设计思想。用实例说明水下镜头的设计方法,设计的镜头相对孔径为F/1.6。设计结果表明:该镜头克服了普通镜头水下使用像质变差和最大视场渐晕等缺点。
制备温度对TiO2基膜表面非晶态ZnO薄膜发光特性影响的研究
沈华, 史林兴, 王青, 何勇, 朱日宏
2007, 28(4): 421-425.
摘要:
利用电子束热蒸发镀膜的方式,以高纯度的ZnO和TiO2颗粒为原料,以Si为基底在有氧的气氛中制备ZnO/TiO2复合薄膜。研究制备温度对ZnO/TiO2薄膜的结构以及发光性能的影响。通过拉曼(Raman)谱和X射线衍射(XRD)谱分析了ZnO/TiO2薄膜的结构,表明所制备的ZnO薄膜为非晶态。用光致发光 (PL) 谱表征了它的发光特性,数据表明在250℃时制备的非晶态ZnO薄膜在波长389nm处具有极强的紫外光发射,在波长431nm处发出很强的紫光,在波长519nm处发出较强的黄绿光。
夜视技术
红外图像空间噪声分析和预处理方法改进
邹前进, 冯亮, 汪亚
2007, 28(4): 426-430.
摘要:
讨论了基于天空背景下红外图像空间噪声组成,分析了各种空间噪声的形成原因,给出了红外图像噪声类型及其对图像质量的不同影响。分析结果认为红外图像空间噪声主要为高斯噪声和椒盐噪声。综合考虑均值法和中值法在处理噪声类型上的不同,提出了一种基于简单阈值的改进型中值法。对于不同的阈值,其算子有所不同。而M×N处理区域内每一点算子的权值取决于区域灰度中值,该点灰度越接近中值权值越大。处理后的图像背景更平滑,信噪比和改进的峰值信噪比提高了1.2dB以上,表明改进型中值法优于传统滤波方法。
利用红外波段的大气消光特性测量大气水汽总量
王术军, 张保洲, 李子英
2007, 28(4): 431-434.
摘要:
大气总水汽量是天文观测和气象科学领域最为重要的参量之一。介绍一种测量大气水汽总量的新方法和仪器。该仪器采用电荷耦合器件(CCD)制作的光谱仪来测量日光或月光通过大气后在750nm~1000nm近红外波段的光谱,进而计算出935nm水汽吸收带相对于889nm背景的剩余强度,再根据R=0.59W函数模式求出大气水汽含量。最后讨论了水汽测量仪的定标方法、性能及其优缺点,给出了测试结果。测试结果表明:该测量仪器测量水汽方法直观,性能稳定。
光纤技术
基于菲涅耳微透镜的光学加速度传感器原理研究
孔维军, 贾书海, 杨佳
2007, 28(4): 435-438.
摘要:
目前航空业惯性导航系统中广泛采用的加速度传感器存在抗电磁干扰(EMI)和电磁冲击(EMP)能力差等缺陷,针对此提出了一种基于菲涅耳衍射微透镜的光学加速度传感器,它能够有效地解决上述问题。该传感器的传感原理是把一个反光膜平行地置于微透镜的后方,根据微透镜前方汇聚点处光强的变化来敏感加速度的大小。通过Fresnel-Kirchhoff衍射公式详细推导了传感器的光学原理,并且对光纤的偏移对光强的影响进行了计算机模拟分析。结果表明:光纤接收的光强对反光膜的位置具有纳米级的灵敏度,并且对光纤沿微透镜焦平面方向的偏移极其敏感,当此偏移超过2μm,光强就会下降至不足理想情况下的50%。验证性实验结果表明这种传感器的原理是正确的。
LD泵浦掺铥(Tm3+)光纤激光器的数值分析
黎大军, 杜戈果, 闫培光
2007, 28(4): 439-444.
摘要:
首先从掺铥光纤激光器的速率方程和光传输方程出发,建立数学模型,通过Matlab软件进行数值计算,分析了泵浦光和激光沿光纤的分布以及各能级离子数的变化。在不同掺杂浓度下,研究了小信号增益与入纤泵浦功率的关系以及泵浦光和激光功率与增益介质长度的关系。在不同泵浦功率下,研究了输出功率与输出耦合镜反射率的关系。进一步对不同泵浦吸收系数,研究了斜率效率和泵浦阈值与光纤长度的关系。分析结果表明:存在最佳光纤长度和最佳耦合输出透过率,使得激光输出功率达到最佳值。
马赫-曾德尔光纤干涉仪型梳状滤波器优化计算
王小力, 朱益清, 朱拓
2007, 28(4): 445-448.
摘要:
提出了一种具有方波形输出谱的级联马赫-曾德尔光纤干涉仪型梳状滤波器的优化计算方法。利用传输矩阵法将级联马赫-曾德尔光纤干涉仪的输出光谱表示为显式函数,采用独特的递推方法将理想的梳状滤波器的方波型输出函数展开,当这2个函数的系数对比时,有时候没有精确解,此时利用Matlab,通过特别的优化计算,可以得到级联马赫-曾德尔光纤干涉仪的近似结构参数,使其输出谱近似为方波。设计实例表明:此种优化计算方法非常方便、灵活和有效。
激光技术
脉冲半导体激光器时基脉冲的实验对比测量
杨毅彪, 王云才, 梁伟
2007, 28(4): 449-453.
摘要:
以脉冲半导体激光器为例,对3种测量激光脉冲时基抖动技术进行了对比实验。这3种测量技术分别是:基于宽带取样示波器的时基抖动测量技术;基于相位比较检相器的相位噪声测量技术和基于频谱仪的谐波频谱分析技术。对比研究发现:基于宽带取样示波器的时基抖动测量技术适用于脉冲宽带及脉冲抖动较大的光脉冲;基于频谱仪的谐波频谱分析技术适用于低重复频率光脉冲的抖动测量;基于相位比较检相器的相位噪声技术测量精度高、动态范围大、结果可靠,对于高重复频率的超短光脉冲,建议选用相位噪声测量技术测量激光脉冲的时基抖动。
激光引信中半导体激光器的准直及其测试
谭佐军, 薛松, 康竟然, 陈海清
2007, 28(4): 454-457.
摘要:
在理论上分析了单级单透镜光学系统对激光高斯光束发散角的影响。用单个平凸透镜对激光引信中的半导体激光器进行了准直,达到了激光引信光束准直的要求。通过CCD成像方法对准直后的光束发散角进行了测量,利用二阶矩算法计算出光束发散角。实验测得2个方向的发散角分别为θx=7.03°和θy=0.69°,验证了准直系统达到激光引信要求的θx<10°和θy<1°技术指标。
腔内波片产生的Nd∶YAG激光纵模分裂规律研究
刘芸, 焦明星
2007, 28(4): 458-461.
摘要:
简要介绍了激光纵模分裂的基本原理,研究了腔内含有1个和2个1/4波片时产生Nd∶YAG激光纵模分裂的规律。实验结果表明:在1064nm Nd∶YAG激光的腔内放置一个1/4波片时,每一激光纵模分裂为2个正交的线偏振模,在波片表面垂直于激光光线的条件下,纵模分裂量(即频率差或波长差)恰好等于激光纵模间隔的一半;当在Nd∶YAG激光腔内沿垂直光线方向平行放置2个1/4波片时,也能产生纵模分裂现象,其纵模分裂量取决于2波片快(慢)轴之间的夹角。在0°~ 90°范围内调节角度,可使纵模分裂量在一个激光纵模间隔内线性调谐。实验结果与理论分析相吻合。
部分相干光的轨道角动量及其谱的分析研究
刘义东, 高春清, 李丰, 高明伟
2007, 28(4): 462-467.
摘要:
针对光束轨道角动量的研究主要集中在相干光束的研究,而对于部分空间相干光束的轨道角动量研究较少,依据部分相干光的Wigner分布函数推导出部分相干光的轨道角动量表达式,分析了部分相干光的轨道角动量谱特性。采用Mercer展开法得到了轨道角动量谱,计算了给定部分相干光束的轨道角动量谱,讨论了部分相干性对轨道角动量谱的影响。研究结果表明:部分相干光和相干光具有相同的轨道角动量表达式,部分相干光的轨道角动量谱随着相干性的变差而愈发弥散,携带轨道角动量的部分相干光束的轨道角动量谱比不携带轨道角动量的部分相干光束的轨道角动量谱更容易受相干度的影响。
超短激光脉冲二倍频理论分析
韩耀锋, 杨爱粉, 宁自立, 杜高社
2007, 28(4): 468-471,.
摘要:
采用快速傅里叶变换(FFT)算法和Rung-Kutta法对KDP晶体中超短激光脉冲二倍频过程作了研究。详细讨论了群速度失配、群速度色散和三阶非线性相位调制效应对倍频光脉冲波形、光谱及转换效率的影响。研究结果表明:在超短激光脉冲二倍频中,三阶非线性相位调制效应可使二倍频光脉冲形状发生畸变,光谱明显展宽且转换效率降低;当入射基频光功率密度大于100GW/cm2时,三阶非线性效应是影响倍频过程的主要因素。
理论研究
旋转不变二值化联合变换相关识别方法
刘宏利, 邵磊, 金飞华, 樊兴明, 黄福祥, 贺顺忠, 蒋诚志
2007, 28(4): 472-474.
摘要:
介绍一种基于二值化联合变换相关的综合鉴别函数算法,用等相关峰及Gram-schmidt展开获得的综合鉴别函数对迭代算法进一步优化,获得了适用于二值化联合变换相关的综合鉴别函数。采用这种算法制作的综合鉴别滤波器既有相关峰值高和相关峰尖锐等特点,又能识别旋转图像。计算机模拟结果表明:这种相关器在信噪比、光能效率、相关峰尖锐度和鉴别能力上都有一定程度地提高,实现了较高鉴别率旋转不变光学模式识别。
用光线量子论研究掺铒磷酸盐玻璃微球发光的形貌共振
张靓, 梁伟, 吕景文, 陈亚孚
2007, 28(4): 475-478.
摘要:
介绍微腔研究理论的发展和微球腔中的光线量子论。测试了488nm激光激发下掺铒磷酸盐玻璃微球的1533nm荧光光谱,分析其谱线中的形貌共振现象及形成机制,并将掺铒磷酸盐玻璃微球的荧光光谱和掺铒磷酸盐体玻璃的荧光光谱进行比较。从实验中得到了掺铒磷酸盐玻璃微球产生的单模振荡幅度。
一维光子晶体结构参数对禁带带隙的影响研究
刘兵, 竺子民
2007, 28(4): 479-482.
摘要:
采用平面波法(PWM)计算一维光子晶体的带隙结构。分别就构造一维光子晶体结构的高低折射膜层的介电常数及填充比(高折射膜层的厚度与晶体周期长度的比值)对禁带带隙宽度的影响作出分析。通过最小二乘曲线和曲面拟合得到带宽与介电常数或带宽与填充比的函数关系图,以确定最佳的禁带带宽,从而设计一维光子晶体的周期结构。对高低折射膜层为GaAs/空气组成的一维光子晶体,介电常数比约为13/1,当填充比为0.16时,计算得禁带带宽为0.2564×2πc/Λ,禁带的中心频率为0.3478×2πc/Λ,与实验数据吻合。
物光的偏振性对全息记录质量的影响
刘小平, 李栋宇, 张志友, 张正贺, 邓焕林
2007, 28(4): 483-487.
摘要:
通过对菲涅耳三维漫反射全息记录光路中物光与参考光偏振状态的实验检测,发现线偏振的激光被不同表面材料的物体散射和漫反射后变成“部分偏振光”,几乎所有目标物都有显著的消偏振现象,全息干板上实际记录的是线偏振的参考光与“部分偏振”的物光形成的相干度较低的干涉条纹。物光偏振度的大幅度下降影响干涉条纹的衬比度,并增加全息图的噪声。给出实验方案和检测光路,采用在参考光路中插入1/4波片的方法,可充分利用非偏振物光各个振动方向的光能,提高条纹的衬比度。
计量测试
具有高空间分辨力的整形环形光式差动共焦测量法
冯政德, 赵维谦, 邱丽荣
2007, 28(4): 488-495.
摘要:
提出一种新的具有高空间分辨力的整形环形光式差动共焦测量方法。该方法通过整形环形光式共焦测量法和锐化爱里斑主瓣,改善系统横向分辨力;通过差动共焦测量法改善系统的轴向分辨力,最终达到提高系统空间分辨能力的目的。理论分析和实验表明:整形环形光内孔归一化半径ε越大,横向分辨力改善越明显,量程扩展范围越宽;当入射光波长λ=632.8nm,物镜数值孔径取NA=0.85,ε=0.5时,该系统的横向分辨力优于0.2μm,轴向分辨力优于2nm。该方法为光触针测量系统空间分辨力的提高提供了1种新的方法,可广泛应用于超精密三维微细结构工件的超精密测量。
具有位移和绝对距离测量能力的回馈干涉系统
李铎, 万新军, 张书练
2007, 28(4): 496-500.
摘要:
提出一种基于半导体激光器泵浦Nd∶YAG微片激光器的回馈干涉系统,适合于非配合目标的位移和绝对距离测量。该测量系统包括移频回馈干涉光学系统,基于泵浦调制的微片激光器调频系统和相敏检波信号处理系统3部分。介绍了移频回馈干涉的原理,给出了位移测量和绝对距离测量应用的原理和测量方法,分析了测量的分辨率。实际测量了发黑工件表面的位移和绝对距离。实验结果表明,该回馈干涉系统灵敏度高,对被测表面反射率的要求很低,兼有对非配合目标的高分辨率位移测量和绝对距离测量的能力。
一种彩色图像边缘检测方法
朱代先, 王晓华
2007, 28(4): 501-503.
摘要:
研究了基于小波的彩色图像多尺度边缘检测的方法。选择了感知性强的YUV色彩空间,根据小波理论用多分辨分析的张量积代替小波函数的张量积,建立了二维的Mallat算法以实现快速小波变换。并对1个标准图样进行了多尺度的小波分解,得到各尺度下的边缘检测结果。可以看出,在较高尺度和较低尺度检测时,实验结果与理论分析相吻合,效果较好。
基于针孔目标物的调制传递函数测试
黄震, 舒朝濂, 马卫红, 杨利红, 孙国斌
2007, 28(4): 504-507.
摘要:
为了有效测试物镜或光学系统的调制传递函数,采用CCD自动扫描针孔像,并分析系统及环境对目标像的影响因素;系统通过连续采集多幅目标物图像进行平均后,再减去当时的背景图像进行图像处理,选取包含目标物所有信息的合适积分区域,然后通过子午和弧矢方向的积分得到一维的线扩散函数,再经数据处理后由离散傅里叶变换求模得到较可靠的调制传递函数。结果表明:该方法能够快速测量出被测物镜的调制传递函数。
现场激光能量计量技术的研究
杨冶平, 黎高平, 杨斌, 王雷
2007, 28(4): 508-512.
摘要:
由于激光能量计传感器的灵敏度与温度条件有关,在温差较大时,有的传感器灵敏度偏差可达到16%,因而在靶场、野外现场温度条件下,现有的激光能量计无法进行准确测试。为了解决这一问题,研制了一种新型的现场激光能量计。在现有激光能量计的基础上,通过选择相对透明、吸收层相对较厚(毫米量级)、热敏面不易损伤的激光吸收材料,对激光能量计内置温度传感器及数字处理电路进行了重新设计,满足了不同温度条件下现场能量测量的需求。
LED光学参数测试方法研究
吴宝宁, 李宏光, 俞兵, 曹锋, 邝自力
2007, 28(4): 513-516.
摘要:
通过分析LED(发光二极管)发光机理和封装特点,选择了LED需要测试的光学参数:光通量、亮度、发光强度、空间光强分布、相对光谱功率分布及色度,进而研究了每个光学参数的特点。根据其特点,制定了每个光学参数的测试原理以及相应的计算公式,最终确定了各参数的测试方法。设计了LED光通量测量系统、亮度和发光强度测量系统、发散角及空间光强分布测量系统、相对光谱功率分布及色度测量系统。实际应用表明:这些系统均能满足目前工作需要。
标准园地
光学薄膜折射率和厚度测试仪检定规程解读
杨照金, 王雷, 黎高平, 许荣国
2007, 28(4): 517-519.
摘要:
简要介绍光学薄膜折射率和厚度测试仪检定规程的构成,被检测量仪器的技术指标、主要检定参数和检定方法等。该规程适用于光谱椭偏法测量光学薄膜折射率和厚度的仪器,在从事光学薄膜研究、生产和使用的单位具有广泛的应用前景。