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2008年  第29卷  第3期

光电工程
可变温条件下材料表面的双向反射分布函数测量
戴景民, 赵忠义, 李颖
2008, 29(3): 321-325.
摘要:
基于双向反射分布函数单一参考测量法的测量原理,研制了一套测量温度最高可达500℃的双向反射分布函数测量系统。系统利用转角装置来实现不同角度位置的变换,用加热炉对试样进行加热,采用模糊PID控制器进行温度的控制。在25℃~500℃的温度范围内,对铜表面的双向反射分布函数进行了测量实验,光源采用可见光波长0.6328μm,功率约8mW的He-Ne激光器,选用Si1336-5BK光电探测器。实验表明:随着试样表面温度的升高,铜表面的BRDF测量值发生了改变;在温度上升或下降到同一温度时,铜表面的BRDF测量值不同。最后,对实验现象的形成机理进行了深入分析。上述实验结论对材料表面空间反射特性的研究具有重要意义。
反射式TDICCD光学遥感器波段选择
赵贵军, 李宪圣, 任建伟, 万志, 任建岳
2008, 29(3): 326-329.
摘要:
光谱波段是光学遥感器设计中需要考虑的一个重要指标。首先对探测海洋目标的反射式TDICCD光学遥感器需要选择的光谱波段进行分析,应用LOWTRAN 7软件对0.4μm~1.0μm波段的大气透过率进行了计算,同时对典型的海洋目标(如船体)、海水的光谱反射率及其对比度进行分析,最后对遥感器的入瞳辐射亮度和信噪比进行了估算。计算结果表明:遥感器光谱波段选择0.5μm~0.9μm波段,在入瞳辐射亮度和信噪比等方面优于选择0.5μm~0.8μm波段。这一结论为实用系统的波段选择提供了依据。
相位光阑对光学系统中焦深的影响
高秀敏, 王健, 顾海涛, 胡松
2008, 29(3): 330-335.
摘要:
焦深在高密度光盘存储系统中具有十分重要的作用,大焦深可以使调焦伺服系统容易跟踪盘面。采用标量衍射理论和基于德拜近似条件的矢量衍射理论,分别在低数值孔径和高数值孔径两种情况下,系统研究相位光阑对聚焦光学系统的轴向光强分布和焦深的影响。研究结果表明:相位光阑对光学系统的焦深影响很大,高数值孔径系统中,选择适当的相位光阑几何尺寸可以使焦深提高约6倍。
基于柱坐标系下的空心高斯光束的分数傅里叶变换
蒋成安, 李宾中, 张廷蓉
2008, 29(3): 336-338.
摘要:
推导出分数傅里叶变换基于柱坐标系下的解析表达式,应用此解析表达式对空心高斯光束进行分析,得到其分数傅里叶变换的解析表达式。讨论其在分数傅里叶变换平面的光强分布与各种光束参数之间的变换关系,并进行数值计算,从而得出基于柱坐标系下的空心高斯光束的分数傅里叶变换的传输性质。所得结果为分析和计算这种光束的分数傅里叶变换提供了方便,同时对此类光束的传输控制提供了基础理论支持。
用于探测生物芯片的制冷型ICCD系统
王红球, 蒋硕
2008, 29(3): 339-342.
摘要:
利用光锥耦合的ICCD系统探测荧光染料标记的生物芯片,并对CCD芯片和像增强器制冷,以提高探测灵敏度。基于实验分析结果,指出背景噪声的主要来源为杂散光和生物芯片基底所发的荧光,指出用镜头成像限制了系统探测灵敏度的提高,可采用低荧光物质作为生物芯片的基底对系统加以改进。
基于背景噪音谱分析的匹配滤波器设计研究
沈学举, 王永仲, 姚广涛
2008, 29(3): 343-346.
摘要:
在空间匹配滤波器设计过程中,为抑制输入场景中背景噪音对输出相关平面上相关点的影响,通过比较匹配滤波函数和背景噪音的傅里叶谱,根据两者差值的量级对匹配滤波函数的振幅进行非线性调制,在匹配滤波过程中使设计的空间匹配滤波器对强噪音的傅里叶谱处透过率降低,而尽量保持输入图像傅里叶谱的高透过率,从而增加输出相关平面上的信噪比,实现相关点的正确探测。计算机模拟和实验结果表明:与纯相位匹配滤波器相比其抗噪能力得到较大改善。
基于伽利略结构的二级激光扩束系统的设计
郑盼, 杨应平, 郜洪云, 陶艳
2008, 29(3): 347-350.
摘要:
针对高倍率扩束系统设计要求(即轴上和轴外像差都得到较好的校正),从三级像差理论出发,设计了一种新型的40×高倍率激光扩束系统。该系统是基于简单的伽利略结构并通过二级扩束系统来实现的,系统包括4片透镜,通过引入2个二次非球面、 2个反射镜或1个棱镜来折叠光路。利用CODE V光学设计软件给出了该系统的光学结构参数和外形结构图,并进行了像质评价。结果表明:该系统结构简单,设计难度小,成本较低,像质好,性能优良,是一种可以被广泛采用的高倍率激光扩束系统。
夜视技术
双近贴聚焦微光像增强器分辨力理论极限问题研究
向世明
2008, 29(3): 351-353.
摘要:
分辨力和MTF是微光像增强器的2个重要参数。根据线性系统傅里叶频谱理论,分析了微光像增强器的MTF和分辨力特性。 计算出理想条件下,基于光阴极/MCP/荧光屏3部件结构以及带内电子增益机制的光阴极/荧光屏2部件结构的近贴聚焦像管的理论极限分辨力。它们分别是96.6lp/mm和98.1lp/mm。该结果可供人们改进像管MTF及分辨力特性时参考。
飞机夜视兼容照明技术
门金凤, 程海峰, 陈朝辉, 楚增勇
2008, 29(3): 354-359.
摘要:
飞机夜视兼容照明技术作为保证飞机上微光夜视仪正常使用的军用光电子高新技术,其在现代高新技术局部战争和夜间战争中具有重要的作用和地位。在对国内外微光像增强器技术的发展现状、关键技术和主要发展趋势简要介绍的基础上,详细分析了普通光源对微光夜视仪的干扰,说明飞机夜视兼容照明技术存在的重要性,介绍了飞机夜视兼容照明技术的主要实现手段、测试方法及国内外发展现状。结合我国目前技术水平的现状,指出国内飞机夜视兼容照明技术的发展方向和重要的关键技术。
低磁控溅射率MCP防离子反馈膜工艺研究
朱宇峰, 张太民, 聂晶, 师宏立
2008, 29(3): 360-363.
摘要:
为消除反馈正离子对三代微光夜视器件光阴极的有害轰击,提高微光像增强器的工作寿命,开展了低磁控溅射率法沉积微通道板(MCP)Al2O3防离子反馈膜的工艺研究。通过优化制备工艺,获得了制备MCP防离子反馈膜的最佳沉积条件:溅射电压1000V,溅射气压(4~5)×10-2 Pa,沉积速率0.5nm/min等。研究结果表明:在此工艺条件下,能够制备出均匀、致密且通孔满足质量要求的MCP防离子反馈膜。如果偏离这一最佳工艺条件,制备出的MCP防离子反馈膜膜层疏松、不连续,且通孔不能满足要求。
一种无人值守设备的红外弱小多目标自动判读方法
刘文, 杨伟威, 李瑛, 张蕴奇
2008, 29(3): 364-367.
摘要:
提出了一种实用的适用于无人值守设备的红外弱小多目标自动判读方法。通过判别图像序列段累积信号量的变化进行目标段自动定位,对定位后的目标段运用轨迹预测关联的方法进行目标识别。给出了目标图像序列的处理结果,证明该自动判读方法可以在保证目标识别率的同时大大缩短图像判读时间,能够满足光电测量中快速提供测量结果的需求。
循环侧抑制网络的红外图像预处理FPGA实现研究
贺明, 王新赛, 李坚, 李志军
2008, 29(3): 368-373.
摘要:
在红外成像预处理中,循环侧抑制网络具有很好的增强图像边缘反差、突出边框的功能。由于循环侧抑制网络处理运算的复杂性,如何实时实现循环侧抑制网络的红外图像预处理成为关键问题。根据简化的循环侧抑制网络处理算法,并结合硬件计算特点,提出一种适合于硬件实现循环侧抑制网络的并行处理结构,采用流水线设计方式在FPGA中实时实现。试验证明:该算法在FPGA内具有与视频流同步的实时性,达到了增强反差、突出边框的效果。用于图像目标实时跟踪系统时,极大地提高了目标的跟踪精度和稳定性。
计量测试
新型动态多光学目标模拟装置研究
马军, 何煦, 韩冰
2008, 29(3): 374-379.
摘要:
介绍了多光学系统观测平台的检测方法现状,列举了现有检测用光电靶标的局限性。叙述了动态光学靶标的功能原理,提出一种新的检测设备,即双光源动态光电目标模拟装置的设计方案。并对其进行了理论分析和可行性论证。着重对坐标变换过程进行了演算,证明基准转换的正确性。结合理论基础和现有的工程设计经验,论述了该新型双光源动态光电目标模拟装置的工程化设计方案。最后对该设计方案的最终精度进行了分析,验证了该设计方案可以满足多光学系统观测平台的综合检测和标定需求。
小视场长焦距镜头畸变高精度测量研究
赵建科, 周艳
2008, 29(3): 380-384.
摘要:
利用由精密测角仪、显微摄像测量系统、微型双光栅平面干涉仪、平行光管以及星点组成畸变测量系统,对小视场长焦距的镜头进行畸变测量。在计算镜头畸变中,利用中心视场区域内畸变设计无穷小,采用三次多项式拟和的方法,计算镜头理论焦距;在边视场采用像高高次方和视场角正弦高次方加权平均的方法对测量偏差角进行修正,得到各视场的相对和绝对畸变。通过实际测量和计算验证,镜头全视场畸变测量精度可达到0.02%。
模拟退火算法与遗传算法在光谱椭偏数据处理中的应用比较
周全, 黄云
2008, 29(3): 385-389.
摘要:
分别利用模拟退火算法和遗传算法在MATLAB 6.5中编写了一个数据处理程序,用来处理VASE椭偏仪在光谱范围为500nm~900nm所测得的椭偏数据。根据VASE椭偏仪的光度法原理,对评价函数方程进行了改进,并选择合适的退火参数和遗传参数进行计算,得到的数据处理结果与仪器处理结果基本一致。最后对两种算法在解决该类问题上的优劣进行了比较。
双气室气体检测系统的研究
褚衍平, 张景超, 管立君, 肖长江
2008, 29(3): 390-393.
摘要:
基于气体的近红外吸收机理,研究了一种双气室光纤气体检测系统。通过光纤光栅和压电陶瓷对宽带光源LED进行波长调制,获得了与气体吸收峰对应的窄带反射出射光,检测二次谐波,实现气体浓度的较高灵敏度测量。利用测量气室和参考气室的二次谐波的比值来消除吸收系数随环境的变化、光源光功率的波动和光路干扰对测量精度的影响。利用该系统对CH4气体进行了实验研究,实验表明该系统的测量灵敏度可以达到0.2×10-6。
远拍摄距离数码望远镜分辨率测试及自动判读方法研究
鲁进, 陈伟民
2008, 29(3): 394-397.
摘要:
数码望远镜实现了数码相机与望远镜的有机组合,因此可用评价数码相机成像质量的指标——分辨率来评价数码望远镜的成像质量。但国际标准的数码相机分辨率检测如果不加改进,很难直接应用于数码望远镜的分辨率检测中。为此,提出了采用平行光管来测试数码望远镜分辨率的新方法,并在理论推导可行的基础上对单个数码望远镜进行了重复实验,最后采用自行编制的软件自动判读分辨率,测得数码望远镜的水平分辨率均值为814LW/PH,标准差为24LW/PH。结果表明,实验重复性好、可靠性较高,且采用软件自动判读分辨率比人工目视判读更客观、准确。
量热式激光能量计热损失系数测定方法的研究
吴遥, 黎高平, 于帅, 吴磊
2008, 29(3): 398-402.
摘要:
在长脉冲激光照射下,由于热损失的影响,致使传统数据处理方法所得到的量热式激光能量与实际激光能量有较大的差距。以能量计探头在激光照射下的温度变化分布为实验模型,考虑热辐射和热传导等因素,提出一种表征能量计热损失程度的热损失系数的测定方法,并用实验验证了该测定方法的正确性。所得的热损失系数可作为评价量热式激光能量计性能的一个重要参数。
目标探测距离相关分析的设计与应用
郝继平, 徐立群, 李刚, 郝瑞云, 李军
2008, 29(3): 403-407.
摘要:
为解决目标探测距离参数之间相关特性统计分析的难题,对大量数据的样本协方差、相关系数及等级检验进行了实时分析,得出了探测距离与参数类别和海空目标高度相关,与海空不同目标低相关或弱相关以及不同设备对不同海空目标非相关的结论。建立了检测的相关分析规范。该规范有助于提高检测质量和缩短检测周期。
激光技术
激光声源特性研究及海洋应用
宗思光, 王江安, 王雨虹, 苗海
2008, 29(3): 408-411.
摘要:
激光声作为水下声源的一种新的激发方法,具有高声强、窄脉冲、宽频谱等优点。基于激光声激发的线性及非线性理论,建立了激光声信号特性的初步模型,研究了激光在水中激发声波的特性,研究表明:在热膨胀激发状态,增大激光光强可以提高激光声的转换效率;光强大于击穿阈值后,激光声的激发机制为非线性的光击穿机制。激光声具有的高距离分辨能力和海洋抗干扰能力,对水下目标探测、空载平台等领域有着较广的应用前景。
LD激光束准直整形模块的研制
张宪亮, 严高师
2008, 29(3): 412-417.
摘要:
SDL-5400型号GaAlAs LD激光器产生的是单模高斯光束,在相互垂直方向上光束发散角不相等,且存在像散。为得到共腰的圆形光斑,由复参数q和ABCD定律,设计出两相互垂直的柱面透镜和棱镜对准直整形模块,通过CCD标定方法,得到经准直整形后的LD激光束在弧矢方向上的远场发散角为0.53mrad,子午方向为0.64mrad。
阿达玛变换在激光告警技术中的应用
王建宏, 王志斌, 张记龙
2008, 29(3): 418-423.
摘要:
系统信噪比一直是制约激光探测武器性能的关键性因素之一。为提高系统探测信噪比,利用阿达玛变换方法,在计算模板大小(17.48×17.48mm)和码元数N=255的基础上,详细介绍了Sn循环矩阵的生成,最后选择液晶空间光调制器充当编码模板。通过在液晶面板上不同位置施加不同的电压,利用旋光效应对通过的激光衍射条纹进行控制,按其通过与否(1/0)进行编码。在这一方法指导下进行了系统的仿真实验研究并获得成功。实验结果表明:将阿达玛变换应用于激光光谱测量,在不增加测量次数的情况下,可以有效地提高系统的信噪比。
用特征矩阵法研究一维激光全息光子晶体的禁带特性
于志明, 周静
2008, 29(3): 424-427.
摘要:
介质中传播方向相反的2束激光干涉可形成具有一维周期结构的体积全息图,而这种全息图可以看作一维光子晶体,称为一维激光全息图光子晶体,用特征矩阵法研究了一维激光全息图光子晶体的透射谱中的禁带随入射角、记录波长、介质折射率、折射率调制度的变化规律。结果表明:当入射角变大,激光波长、介质折射率及介质折射率调制度变小时, 禁带的位置向短波方向移动, 禁带宽度减小。
单模激光Lorenz系统反同步控制研究
栾玲
2008, 29(3): 428-432.
摘要:
提出了一种实现异结构混沌系统反同步控制的方法。根据Lyapunov 稳定性理论给出控制器的结构。以单模激光Lorenz系统和Rossler系统为例,验证了这种控制器的有效性。进一步研究了不确定混沌系统的反同步,并以不确定单模激光Lorenz系统和Rossler系统为例,实现了混沌反同步控制,同时系统中不确定参数得到识别。仿真模拟结果验证了这种方法的有效性。设计的反同步控制方法可用于任意混沌系统,具有一定的普适性。
Raman激光雷达探测气溶胶消光系数求解新方法
闫顺生, 胡顺星, 胡欢陵, 范广强
2008, 29(3): 433-435.
摘要:
利用Raman激光雷达测量的回波数据求解气溶胶消光系数,选用美国标准大气模式时,反演结果有可能会产生较大的误差。提出一种采用温度模式求解Raman激光雷达回波方程探测对流层大气气溶胶消光系数的新方法,并对这种新方法进行了详细的理论推导。通过与利用无线电探空仪测量数据计算的结果进行对比,发现二者具有较好的一致性。理论和实验均表明:通常情况下,采用温度模式方法求解Raman激光雷达方程探测对流层大气气溶胶消光系数是可行的。温度模式方法包含了探测地点的季节和地理海拔因素,较直接采用美国标准大气模式更加符合实际,可以减少反演结果的误差。
光纤技术
HDMP 1022/1024在高速光纤数据传输中的应用
王会川, 吴琦, 曹战民, 吴慰
2008, 29(3): 436-440.
摘要:
介绍了Agilent公司的G-link芯片HDMP 1022(TX)/1024(RX)的结构和工作原理以及2种芯片和PECL逻辑电平输入/输出光发射模块/接收模块的接口电路。给出了用上述芯片组合构成点对点双向全双工光纤数据传输系统及单向传输系统的具体电路。叙述了这2种典型系统的启动和同步过程。该系统可用于高分辨率数字电视信号和其他高速数据信号的光纤传输系统。
光纤光栅漏油传感器在石油工业健康监测中的应用
程树春, 张艳平
2008, 29(3): 441-443.
摘要:
光纤光栅漏油传感器作为石油工业健康监测的智能器件具有很好的发展前景。设计了一种应用于石油工业健康监测的光纤光栅漏油传感器。通过实验得出:该光纤光栅传感器漏油报警线为1.0nm,响应时间小于3min,且该传感器具有良好的综合性能和安全使用性,能够在石油工业健康监测中起到积极的作用。
理论研究
中段目标的可见光辐射特性计算研究
张小英, 朱定强, 蔡国飙
2008, 29(3): 444-447.
摘要:
中段目标的可见光辐射特性对目标的探测、跟踪与打击具有重要的指导意义。提出计算中段目标可见光辐射特性的方法,计算了目标表面的二向性反射,并考虑太阳的可见光辐射和云层背景反射太阳的可见光辐射情况下,计算了白天从同步卫星、低轨卫星和中轨卫星观测中段目标在可见光波段的辐射特性。研究结果表明:在可见光波段,目标对同步卫星辐射的光谱变化规律与太阳直射辐射的光谱变化一致,低轨卫星上观测目标的光谱辐射热流比同步卫星上观测的结果大3个数量级,中轨卫星上观测目标的光谱辐射热流比同步卫星上观测的结果大1个数量级。
基于神经网络的粗糙表面双向反射分布函数建模
李良超, 吴振森, 杨瑞科, 魏庆农
2008, 29(3): 448-451.
摘要:
分析粗糙表面双向反射分布函数的测量方法,提出一种使用人工神经网络技术建立目标表面材料双向反射分布函数模型的方法。给出测量样品多个入射角度下的BRDF随散射角变化的曲线,从中选取部分曲线输入到神经网络,使用贝叶斯正则化方法训练网络,最终获取双向反射分布函数和入射角、散射角的映射关系模型。使用网络模型计算参与训练和未参与训练的输入角度的散射分布曲线,与实验测量曲线进行比较,结果表明:建立的模型正确,具有应用价值。
光控二维光子晶体光开关
谭春华, 黄旭光
2008, 29(3): 452-457.
摘要:
提出了一种调节液晶光子晶体光子带隙的方法。二维三角介质柱形光子晶体位于2块熔凝石英片之间,在介质柱之间填充各向同性排列的液晶,受偏振紫外光照射后,光诱导液晶分子定向排列,通过光诱导液晶分子取向改变液晶的折射率。数值模拟结果表明:通过外界光场控制所填充的向列相液晶分子的方向可以对这种二维三角形介质柱光子晶体的禁带结构进行调节。该可调光子晶体可控制波导中TM模和TE模的选择性传输,因而可应用于制作全光光开关。
二氧化硅准一维纳米团簇的弯曲振动
陈亮, 徐灿, 张小芳, 曹娟, 张耀南, 罗立辉
2008, 29(3): 458-463.
摘要:
运用密度泛函理论,计算了4~24个单元的准一维单链、双链、三元环、四元环管状构型SiO2团簇的振动频率。在不同构型的红外光谱中,侧重研究了频率小于300cm-1的低频处的弯曲振动。该类振动的频率和强度有很强的尺寸效应,频率与团簇长度呈指数关系,并且指数随直径变化表明它依赖于团簇的几何维数。实验发现此类红外振动只存在于长度0.8nm~5.5nm的SiO2团簇中,揭示出实验和理论上可用于表征特定长度范围的纳米团簇。
雾对无线激光通信系统的影响
马保科, 郭立新, 张强, 常红芳
2008, 29(3): 464-468.
摘要:
从雾的物理特性出发,对激光在雾媒质中的传播衰减特性进行了理论研究。分别给出了无线激光通信系统的信号模型、噪声模型和透过率,并给出了不同激光波长、能见度、测量距离和接收器视场角对无线激光通信系统的影响。最后,以工作波长为10.6μm的激光为例,利用衰减率与透过率之间的关系,给出了平流雾及辐射雾中激光雾衰减随能见度、接收器视场角等的变化关系。数值分析表明:激光波长、雾的能见度、测量距离和接收器视场角对无线激光通信系统均有较大的影响。
光路几何配置对体全息存储角度复用度的影响
王小怀
2008, 29(3): 469-472.
摘要:
利用耦合波理论对体全息存储角度复用方式的基本原理进行了讨论,分析了对称写入、非对称写入及邻面写入等不同光路几何配置对角度复用度的影响。考虑存储介质临界角的限制,推导出最大角度复用度的计算公式。理论分析及数值模拟表明:非对称入射光路比对称入射光路更有利于提高系统的角度复用度;邻面入射光路的角度复用度最高且与参考光入射角改变量成正比,邻面入射光路是最佳的角度复用存储光路。
离散泡沫的光学衰减原理研究
赵军, 潘功配, 陈昕
2008, 29(3): 473-480.
摘要:
为研究泡沫的光学干扰原理,基于几何光学原理和电磁波传输理论,对离散泡沫的光线折射及吸收等现象进行了分析,从光线传播方向和透射能量变化的角度研究了泡沫对光线的衰减,建立了衰减模型。通过计算和红外光谱及热成像试验,发现:泡沫结构和泡沫材料是造成光线强烈衰减的重要原因。结果显示:泡沫溶液的溶质/溶剂的消光能力、浓度等对特定波段光波的吸收产生关键影响;泡沫通过改变光线的传播方向,大大分散出射光线的能量密度;随着光线穿过泡沫液膜界面的次数增多,透射光强迅速衰减,透射能量迅速下降;其漂浮运动还将导致出射光线方向和能量密度分布的不确定性。