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2011年  第32卷  第6期

光电系统与工程
基于液体光学补偿自动定向基准的研究
张磊, 郑阳, 贺文俊, 王加科, 郑建平
2011, 32(6): 1053-1058.
摘要:
用理想倍率元件进行匹配,对4种液体光学补偿通用构架模型分析推导,得出如单液面、双液面、液体中的反射及透射等诸多平行光路中补偿光学结构的数学模型。设计和演变的光学结构是在液体中置反射镜,光线两次通过液体自然表面,再与理想倍率的平板或施密特棱镜匹配所构成的,水平定向和坡度定角精度能够达到0.01。给出液体补偿方式匹配表对文中未举例的其他液体光学补偿结构的构成和演变方式具有指导意义。最后对设计的结构补偿误差进行分析和实验验证,给出水平补偿曲线、横摆补偿曲线和像旋补偿曲线。
水下目标光电探测技术及其进展
陈超, 杨鸿儒, 吴磊, 黎高平
2011, 32(6): 1059-1066.
摘要:
随着电子技术、激光技术和信号处理技术的发展,光电探测技术应用于水下目标探测方面的研究重新成为热点。介绍了距离选通、激光线扫描、条纹管成像、载波调制、布里渊散射、偏振差分成像技术的原理、特点以及国内外发展现状,重点分析和比较了国内外已有水下目标光电探测系统的性能水平和应用前景,指出水下目标光电探测技术的最新进展以及发展趋势。
某光电雷达稳定平台关键部件转板的动态特性分析
薛珊, 曹国华, 杨浦良, 刘晗, 宋玉龙
2011, 32(6): 1067-1071.
摘要:
转板是光电雷达稳定平台的关键元件之一。为了更好地设计和分析某光电雷达稳定平台的转板,运用ProE软件对其进行三维实体建模,合理简化后,进入Ansys软件界面建立有限元模型。应用有限元理论和Ansys软件对其进行动态特性分析,得到了转板前八阶模态的固有频率和振型,以及要求范围内的谐响应。对比了不同方法划分网格的网格质量,采取不同材料得到了不同模态。分析结果表明:设计的转板在关心的频段0~50 Hz,2 000 Hz~8 000 Hz内不发生共振,符合设计要求。
直升机载光电稳瞄系统可靠性研究与分析
吴斌, 程刚, 郭亮, 徐红伟
2011, 32(6): 1072-1076.
摘要:
稳瞄系统可靠性对直升机载武器系统可靠性具有重要影响。通过对产品可靠性概念和军用光电系统可靠性、直升机载稳瞄系统的功能和组成单元的阐述,给出了舰载直升机光电稳瞄系统的可靠性框图和数学模型。研究了舰载直升机稳瞄系统的可靠性影响因素和系统故障模式,探讨了稳瞄系统结构、光学和电气可靠性,提出通过计算机仿真对稳瞄系统可靠性进行预计分析的方法。某舰载直升机稳瞄系统在96 h可靠性试验过程中出现故障2次,达到MTBF32 h的可能性指标要求。对系统可靠性提前进行预估并采取相应的设计措施,保证产品可靠性达到设计要求,提高设计质量,缩短研制周期。
透射式光学相关器小型化设计
王海燕, 苗华, 陈宇, 沈羿
2011, 32(6): 1078-1082.
摘要:
针对光学相关器的技术指标,对其光学系统进行小型化设计。傅里叶透镜组与准直扩束系统均采用摄远型式结构,在满足其长焦距的前提下缩短了系统的光学筒长;采用直角反射棱镜折叠空间光路充分利用空间,使系统布局更紧凑;利用计算机辅助设计软件ZEMAX对光学系统结构进行优化,最后研制出的小型化透射式光学相关器总长在150 mm以内,总宽在130 mm以内,实现了小型化目的。改进后的光学系统结构为双光路处理结构,具有实时性强的优点。经实验验证,该装置具有较好的相关探测性能,并且噪声小、探测精度高。
超广角大工作面f-theta镜头的光学设计
付敏敏, 陈培锋, 王英, 蒋红阳
2011, 32(6): 1083-1087.
摘要:
目前国内用于激光标刻机的f-theta镜头的视场角一般小于60。采用望远镜结构,利用视觉放大率增大视场角,得到了超广角90镜头。该方法具有简洁、可靠、易实现等特点。通过初级像差分析,确定系统的初级结构参数,利用ZEMAX软件优化得到了大工作面为285 mm的f-theta镜头,镜头线性畸变误差值不超过1 %,在半径为698 m的圆内,能量集中度为80%,聚焦性能接近衍射极限。
基于非球面透镜的光分束器设计
吴华君, 吴云峰, 赵新才
2011, 32(6): 1087-1092.
摘要:
针对目前532 nm波长光的分束技术在光电测控系统(如激光干涉测速)等领域的广泛应用,提出一种光分束器的设计方法,此分束器可将光纤入射的532 nm绿光分成接近等比的多束光(包括一分二、一分三、一分四)。此系统首先用非球面透镜将光纤入射的光束准直,再通过分光片分光后用同样的透镜将光束耦合进光纤,达到了77%的通光效率,附加损耗约1 dB。详细介绍了非球面透镜的设计、分束器的结构、装配及其实验结果,并对实验结果以及研制过程中影响分束器效率的各种因素进行分析。
空间双折射干涉滤光器的主动补偿研究
张鹏斌, 毛伟军
2011, 32(6): 1093-1097.
摘要:
空间太阳望远镜中的双折射干涉滤光器对于温度的变化十分敏感,传统的滤光器在空间环境中很难做到高精度的温度控制。改进传统滤光器的结构,在每一单级中加入LCVR(液晶位相延迟器),通过LCVR主动引入的附加位相延迟补偿由于温度波动引起的晶体位相延迟,可使滤光器透过率峰值波长始终保持稳定。以Lyot滤光器为研究对象,通过理论计算和模拟分析证明了该方法的可行性。该方法应用到空间双折射干涉滤光器可以使滤光器在卫星制造部门提供的环境温度下不使用任何温控系统依然正常使用,成功解决了空间双折射干涉滤光器温控精度的问题。由于摒弃了传统的两级温控装置,有效减小了滤光器的体积,减轻了滤光器的质量,使其更符合空间有效载荷的使用要求。
近紫外-可见光宽波段复消色差显微物镜设计
陈姣, 焦明印, 常伟军, 康文莉, 胡博, 张凤娟, 崔海云
2011, 32(6): 1098-1102.
摘要:
设计了波段300 nm~500 nm,放大倍率为10,NA=0.3的近紫外-可见光显微物镜,用于观测激光照射核聚变的成像过程。该系统采用透射式结构,通过P、W设计方法和CODE-V软件的优化,实现了系统的复消色差,较好地解决了紫外光学材料种类少、折射率低带来的像差校正困难和光学系统效率不高的问题。
用菲涅耳理论研究衍射光路可逆性
刘云, 王朴, 彭双艳
2011, 32(6): 1103-1109.
摘要:
用菲涅耳衍射理论研究了光栅及双光栅成像系统衍射光路的可逆性。首先用菲涅耳衍射理论分析单片光栅衍射光的复振幅分布,根据其复振幅分布的相位关系研究其可逆性;再根据单片光栅衍射光路所具有的结论来分析双光栅衍射成像效应的衍射光路可逆性,得到了光栅衍射光路及双光栅成像系统光路具有部分可逆性;应用衍射光路的部分可逆性诠释了双光栅成像效应的本质及光栅的汇合光谱特性是色散光谱特性的逆效应,并根据衍射光路具有部分可逆性的特性实现了图像处理。
TE激励下金属光栅电荷振荡的异常透射及其表面波分析
田相龙, 王先凯, 孟增辉, 姜守望
2011, 32(6): 1110-1115.
摘要:
利用时域有限差分法,对TE偏振光(电场平行狭缝方向)激励下,不同结构和参数的带电介质亚波长一维金属光栅的光场分布进行了数值模拟实验。根据金属表面电荷分布理论和表面波理论对此现象进行了物理机理分析,通过分析可以得出在金属狭缝处产生柱面表面波,这种表面波可以突破衍射极限,从而引起异常透射;并且根据Ag的表面电荷分布及其激发机理分析,得到了透射峰位置与介质覆层厚度变化的动态响应以及金属薄膜厚度改变时透射率与波长变化的动态关系,确定了柱面表面波是该异常透射现象产生的一个重要原因。理论分析与模拟实验结果一致,从而为TE偏振光激励下的异常透射机理深入研究和结构参数的选择提供了较好的理论依据。
基于转镜的激光触发系统设计
刘美莲, 李科杰, 姚光明, 朱炜
2011, 32(6): 1116-1120.
摘要:
设计了一种新的基于转镜的光电触发装置。电机带动反射镜转动,形成转镜,激光光线经转镜反射形成扇形光幕,利用光电接收装置接收经被测目标和转镜两次反射的反射激光,产生触发信号,由采集模块对触发信号进行采样,将模拟信号转化为数字信号,并通过传输模块传送到被控设备,实现触发。
基于ZEMAX软件的DLP微型投影镜头的设计
李维善, 陈琛, 张禹, 刘宵婵
2011, 32(6): 1121-1125.
摘要:
利用ZEMAX光学软件设计出了一款适用于0.55单片DLP微型投影机的广角数字微型投影镜头。镜头结构由6组8片镜片组成,具有结构简单、体形小、易加工、成本低等特点。镜头的有效焦距为8.25 mm,相对孔径为1/2.2,全视场角为80.5,最大口径小于24 mm,光学总长控制在40 mm,后工作距离为24 mm。镜头有较好的成像质量,在镜头的分辨率66 lp/mm处,所有视场的MTF值均大于0.45,全视场畸变量的绝对值小于0.7%,垂轴色差小于0.5个像元大小。
高温环境中光触发开关的设计
赵鹏芳, 张志杰, 王代华
2011, 32(6): 1126-1129.
摘要:
针对在高温环境中测试仪器的供电方式问题,利用光敏二极管响应时间短并对光灵敏的优点,将其作为供电电源的开关,吸收高温辐射源发出的红外光信号,通过光电转换,使电源导通,达到开关的效果。文中阐述了这种光控的供电方式的理论依据和实现方式,排除了日光等因素的干扰,并对该方法进行了验证。通过试验证明,该方法操作简单,实用性强,很适用于一些不适合人为操作的场合。
边带耦合光子晶体滤波器反射谱特性分析
张兴娇, 肖永江, 文如泉
2011, 32(6): 1130-1133.
摘要:
为研究边带耦合光子晶体滤波器的性质,利用耦合模理论(CMT)和传输矩阵方法(TMM)分析了谐振器腔体的周期,Q值和腔体的个数对滤波器反射谱的影响。仿真结果表明:相移为n/2,反射谱才具有对称性;Q值增加,反射峰带宽减小;N增大,反射峰带宽相应增大,旁瓣也随之出现。针对为实现增加带宽而出现的旁瓣增加的现象,采用了类似一维光子晶体滤波器的方法啁啾和级联技术实现了旁瓣的抑制。为设计具体光子晶体滤波器提供指导和依据。
光电信息获取与处理
基于目标识别的红外与微光图像融合方法
张俊举, 崔东旭, 贺峻峰, 聂伟乐, 韩亦勇, 袁轶慧, 常本康
2011, 32(6): 1134-1138.
摘要:
为了在融合图像中突出运动目标,提出了一种基于动态目标检测和识别的图像融合算法。先对红外图像序列中的运动目标进行检测和提取,同时对红外和微光图像进行融合,最后将提取到的红外目标与融合图像进行二次融合。试验结果表明,该算法获得的融合图像不仅具有普通融合算法信息丰富的特点,还具有鲜明的红外目标指示特性。
点阵式上转换板在激光光斑采集中的应用研究
陈志斌, 刘羽翔, 薛明晰, 侯章亚, 刘宝华
2011, 32(6): 1139-1144.
摘要:
通过在镜头前加装上转换板,利用其快速的红外上转换功能可以提高CCD对于低频窄脉冲光斑的采集效率。然而在利用传统面阵式工艺制成的上转换板采集光斑的过程中,普遍存在因上转换材料内部漫反射及局部饱和效应造成的光斑形状和光强分布的失真。针对上述问题,提出了一种新的点阵式上转换板制作工艺,并设计了点阵式上转换板光斑采集成像质量对比实验。实验结果表明,点阵式上转换板对低频窄脉冲光斑有更好的采集效果。为评价点阵式上转换板所采集光斑的成像质量,建立了相应的评价模型。
近邻点一致性的随机抽样一致性算法
钟灵, 章云, 许哲民
2011, 32(6): 1145-1149.
摘要:
随机抽样一致性算法是计算机视觉领域中应用广泛的多视几何图像参数估计方法之一。为提高在高噪声条件下原算法计算效率,提出基于匹配点对邻近点集合一致性的过滤方法,可提高原初始匹配点对集合的内点比例,减少使用RANSAC时寻找参数时的抽样次数。宽基线图像极线几何计算的多组实验表明:提出的算法能够保持与原RANSAC一致的结果,并有效地提高计算速度。
基于BP神经网络的图像质量评价参数优化
范媛媛, 桑英军, 沈湘衡
2011, 32(6): 1150-1155.
摘要:
在基于噪声图像的无参考峰值信噪比质量评价方法中,为了得到最优的阈值参数,提出以图像块均方误差阈值threshold1、噪声检测阈值threshold2为输入因子, 以Pearson相关系数和Spearman等级相关系数为输出因子, 以实验值为样本建立[2 7 2]单隐层BP神经网络模型,应用BP神经网络的泛化能力实现对相关阈值参数的预测优化,为阈值参数的选择提供理论依据。实验结果表明,所建立的数学模型可靠,预测结果与试验值的偏差小,训练好的BP神经网络能够比较准确地预测不同阈值参数下的相关系数。优化后,选取threshold1=101,threshold2=4,Pearson相关系数达到了-0.895 0,Spearman等级相关系数达到了-0.913 6,评价效果得到提高,且节省大量时间。
相移数字全息子图拼接研究
陶叶晗, 徐先锋, 李文, 赵佳旖
2011, 32(6): 1156-1160.
摘要:
将全息图拼接技术应用到相移数字全息术中,改善再现像的质量。用全息图强度相关原理进行全息图拼接,再通过标准四步算法对拼接后的全息图进行运算,恢复原始物光。作为对比,对没有拼接的全息图进行了同样的操作。计算机模拟实验证明该全息图拼接技术可明显提高再现像的质量。同时,通过对光学实验获得的全息图进行零填充和拼接对比研究证明,前者只能提高系统成像的细节显示能力,后者能够提高再现像的分辨率和视场大小。
光学计量与测试
三光栅单色仪标定方法研究
何煦, 向阳, 马军
2011, 32(6): 1161-1165.
摘要:
单色仪是一种分光仪器,它通过色散元件的分光作用,把一束复色光分解成不同波长的单色光。文章提出了针对三光栅扫描色散机构单色仪的标定方法。对于采用正弦扫描机构的单色仪多采用多项式拟合方法实现波长标定,其精度高低取决于标定点数的多少。在全波长范围内,多项式拟合标定方法的精度有限。文章根据三光栅扫描单色仪的实际设计方案,采用正弦曲线拟合方法。光栅方程本身符合正弦规律,少量的标定点就可以满足拟合精度要求。适当选取待定参数,可以大幅度减少拟合运算过程中的计算复杂性。根据仿真软件的分析结果,其波长拟合偏误差小于0.5 nm。
大口径空间反射镜高精度面形检测的支撑技术研究
彭扬林, 戴一帆, 陈善勇, 王建敏, 郑子文
2011, 32(6): 1166-1172.
摘要:
由于空间失重状态与地面状态不同,大口径空间反射镜在地面检测时需要通过特殊支撑结构对其重力进行卸载,同时严格控制支撑力引入的反射镜变形,以满足反射镜高精度面形检测的要求。通过对一口径750 mm的空间SiC非球面反射镜进行检测,对比分析检测结果和有限元仿真结果,研究支撑结构对反射镜面形所造成的影响。主要针对吊带支撑和中心支撑进行详细的检测验证,分析其不能实现该反射镜高精度检测的原因;通过改进支撑方案,最后提出背板支撑,改善支撑变形的影响,不同角度下测量重复性达到纳米级,收到较好的检测效果,为该反射镜加工质量和加工效率的提升奠定了基础。
便携式泰曼格林型干涉仪装调方法研究
申劭萌, 马军, 何煦
2011, 32(6): 1173-1179.
摘要:
为满足光学系统对高精度检测的要求,依据一种新型便携式干涉仪的设计方案,研究了装调方法。该型干涉仪基于改进的泰曼-格林光路结构,其设计测试精度达到/10(P-V,=630 nm),具有参考镜离轴、体积小巧、便携、精度较高、成本低及便于批量装备等新特点。针对该新型干涉仪的结构特点,研究了以两个互相垂直的光轴为基准对整体结构进行装调的新方法,并用装调完善的干涉仪进行了实测试验和比对试验。试验结果表明,该新型干涉仪器对已知面型精度为/10(P-V,=630 nm)的标准球面镜进行检测,其精度可达到0.09 ;在相同的测试条件下进行比对实验时,该新型干涉仪对普通标准球面镜的检测结果为0.053 (RMS,=630 nm),ZYGO干涉仪的检测结果为0.051 (RMS,=632.8 nm),两者测量能力较为接近。采用新装调方法进行装调的该新型便携式干涉仪的实际检测精度达到了设计要求,新装调方法可以满足该新型干涉仪的指标要求。
标准白场仪及视角测量方法的研究
陈赤, 刘文德, 徐英莹, 樊其明, 张静
2011, 32(6): 1180-1183.
摘要:
针对目前主流彩色电视与平板显示器,建立了能够溯源到国家光谱辐射度、光度与色度基准的标准白场仪装置,可用于显示器光色特性参数测量。对该装置进行了定标,提供了标准白场仪光谱、稳定性以及光色参数。应用该标准装置对主流的液晶显示器进行了视角研究,主要考虑了测量过程中所忽略的被测发光面积因素对视角特性的影响。结果表明,基于绝对亮度的视角阈值方法,差别可达8%以上,是测量过程中需要考虑和避免的。
光学元件高反射比、高透射比测试技术研究
范纪红, 侯西旗, 袁良, 杨斌, 秦艳, 宋金鸿
2011, 32(6): 1184-1188.
摘要:
为了实现光学元件、光学薄膜等高反射比、高透射比的测量,以单次反射测量法为基础,并结合激光稳功率技术、双光路测量技术以及精密探测技术,建立了一套精密测试系统,实现对光学元件632.8 nm和1 064 nm两个波长下高反射比与高透射比的测量。实验和测量不确定度分析验证测试系统在632.8 nm波长下高反射比与高透射比的测量不确定度优于0.008%,在1 064 nm波长下高反射比与高透射比的测量不确定度优于0.015%。
海上对空炸目偏差测量原理和方法探讨
郝继平, 李昕泽, 杜成功, 郝利锋
2011, 32(6): 1189-1192.
摘要:
舰炮武器系统精度试验常常需要分析炸目偏差,通过记录鞭炮爆炸时声光信号到达时间及输出幅度等,用声光方法验证可测量小当量炸药爆炸信号。在5 m距离爆炸时,光波和声波到达的时间差为14-7 ms;传感器不同角度的试验距离为8 m~20 m。通过爆炸声光信号的到达时间及试验距离检验,验证了用声光测量炸药爆炸信号可行。结合弹目偏差测量脱靶量数据,该方案可完成炸目偏差数据的统计分析。
相位恢复算法用于光学面形检测的实验研究
姜昌录, 黎高平, 范琦, 郭羽
2011, 32(6): 1193-1196.
摘要:
针对相位恢复测量中遇到的初始相位估计、传播因子和收敛判断等问题,以柱面透镜的光学面形为恢复对象,应用迭代相位恢复算法完成了对柱面透镜的光波波前的相位恢复实验,并对实验结果进行了分析。实验结果表明:根据被测对象的光波形态选择最接近的初始相位能够加快收敛速度,避免局部收敛,是保证结果准确与可靠的重要条件。通过对两个记录面上的光强之和做求比值运算计算传播因子 ,并应用到传播公式中,能够消除激光光束本身稳定性与探测器响应均匀性等因素对计算结果的影响。
原向反射屏剩余发散角测试
章晓眉, 赵冬娥, 丁江霞
2011, 32(6): 1197-1201.
摘要:
提出了玻璃微珠原向反射屏的剩余发散角概念和测试方法:将激光光束投射到原向反射屏,其反射回的激光光束成像到硫酸纸(接收屏)上。利用相机拍摄不同距离下原向反射屏的成像光斑,得到光斑的图像数据;并处理相应图像数据,计算出剩余发散角。通过实验测得所用的玻璃微珠原向反射屏的剩余发散角为0.447 8。
光学元件与制造
TiAlON系薄膜材料的椭偏研究
刘文德, 陈赤, 杜淼, 郝雷, 徐英莹, 樊其明, 张静
2011, 32(6): 1202-1205.
摘要:
对新型太阳能用薄膜材料TiAlON材料进行了椭偏研究。采用Cauchy,Lorentz和Tauc Lorentz模型对绝缘性TiAlON薄膜的椭偏测量结果进行了模拟,得到了薄膜的光学常数。通过比较色散模型及薄膜结构在不同波段的应用情况,说明Tauc Lorentz模型更适合于从紫外到近红外宽光谱的拟合。结果表明光谱椭偏术可以作为表征TiAlON材料系的可靠手段,是进一步表征多层膜系光学性质的基础。
射流抛光材料去除机理及影响因素分析
马占龙, 刘健, 王君林
2011, 32(6): 1206-1211.
摘要:
采用Fluent软件对射流抛光材料去除机理进行了流体动力学仿真研究,通过对射流流场压力、速度和工件表面剪切力的分析可知材料去除量应与表面剪切力的分布相对应,去除函数呈现W型;随后采用正交法对入射速度、工作距离和磨料浓度等工艺参数对抛光效果的影响进行了综合分析,结果表明:去除效率随入射速度和磨料浓度的增大而增大,随工作距离增大而减小,并且工作距离对去除率具有显著影响,为实验研究中工艺参数的选取提供了一定的指导意义。
红外技术
离轴三反红外双波段景象模拟器光学系统设计
杨乐, 孙强, 郭邦辉
2011, 32(6): 1212-1216.
摘要:
针对红外双波段成像系统性能测试与评估的应用需求,设计了3 m~5 m和8 m~12 m红外双波段视景仿真用离轴三反光学系统。在共轴三反光学系统成像理论基础上,分析了孔径光栏远离主镜的离轴三反系统像差特性,研究了大出瞳距、大相对孔径条件下离轴三反光学系统的结构设计和像差平衡方法。系统焦距为330 mm,F#为3,视场为64.5,出瞳距为750 mm,在空间频率10 lp/mm 处,中波红外MTF0.65,长波红外MTF0.4,接近衍射极限。具有大视场、大出瞳距、高分辨率、结构紧凑等特点。
一种新的红外焦平面阵列非均匀性代数校正算法
贺明, 王新赛, 路建方, 吴强, 徐华亮
2011, 32(6): 1217-1221.
摘要:
针对传统红外图像非均匀性代数校正算法收敛速度慢、运动估计精度不高的缺点,提出一种多尺度光流帧间运动估计的非均匀代数校正算法。通过时域低通滤波,采用多尺度光流估计下一帧图像,将所得图像对进行代数校正。该方法性能在自主研发的热像仪中得到验证,和传统的红外图像非均匀性代数校正算法相比,算法收敛速度从60帧提高到25帧,提高一倍左右,运动估计精度从校正后图像方差76.539减少到32.482。
红外波段复合消色差1/4波片的优化设计
郑春红, 朱化凤, 宋连科
2011, 32(6): 1222-1226.
摘要:
在三元复合式消色差波片设计的基础上,对拓宽消色差范围的重要因素单波片延迟量和复合角度进行了进一步分析和测试,提出了优化设计方案;利用石英晶体设计了适用于红外光通信波段的复合消色差波片。理论和实验均表明:通过调整单波片延迟量或改变复合角度可使该波片在中心波长为1 400 nm的900 nm~1 800 nm波长范围内最大延迟偏差5%,而在光通信波段(1 200 nm~1 600 nm)该复合波片的最大延迟偏差只有3.2%。
大相对孔径长波红外光学系统无热化设计
张续严, 姜瑞凯, 贾宏光
2011, 32(6): 1227-1231.
摘要:
针对目前许多军工仪器红外成像系统的结构简单、体积小、质量轻的无热化设计要求,采用光学被动式方法对8 m~12 m波段、相对孔径为1的红外光学系统进行了无热化设计。具体光学系统参数:F=1,f=60 mm,2=11.4。设计结果:在-40℃~60℃工作范围内,该系统的调制传递函数(MTF)接近衍射极限,空间分辨率在20 lp/mm处,中心视场传函接近0.7,边缘视场传函大于0.6。其设计结果满足系统的无热化设计要求。
激光技术
漫反射激光的全向激光告警空间位置关系分析
张维安, 王龙, 周玉龙
2011, 32(6): 1232-1237.
摘要:
为了实现漫反射激光全向激光告警过程中定位敌方激光源的目的,采用软件方法,结合几何光学原理及机器视觉概念,引入R、、、d、、、、等8个未知参量描述典型战场环境下敌方激光源、照射于某平台平面上的漫反射激光光斑以及我方全向激光告警系统鱼眼镜头三者之间的空间几何位置关系,推导像面上光斑轮廓曲线的解析形式,再结合像面上光斑坐标信息,反推得到具体情况下的8个参量,从而可以确定这种空间位置关系,并定位敌方激光源位置,达到激光告警的目的。通过实验验证,结果显示全向激光告警设备能够实现对漫反射激光光斑的告警。
成像型激光探测系统动态范围扩展技术研究
周中亮, 周冰, 何永强, 应家驹
2011, 32(6): 1238-1244.
摘要:
针对成像型激光探测系统动态范围不足的问题,以现有广角远心鱼眼透镜和CMOS摄像器件为硬件基础,提出通过图像处理的方法扩展系统动态范围。系统采用帧相减技术滤除背景干扰和噪声,进而进行激光光斑的识别和定位。在此基础上,针对接收激光能量的不同,提出采用不同方法扩展动态范围。当激光能量较低时,激光信号可能淹没在噪声中无法准确判读和精确定位,通过滤波技术排除噪声,提高图像信噪比,从而提高系统探测灵敏度,即扩展探测下限。对于探测上限,即当强激光入射时,由于鱼眼光学系统内会产生反射干扰光,有可能在成像面形成不规则的干扰光斑,通过光斑匹配模式识别的方法排除杂光干扰,提高识别上限。实验结果表明,该方法使系统动态范围从为70 dB提高到89 dB,提高近30%,有效扩大了探测系统的作用范围。
ANSYS仿真激光切割氧化锌纳米线
张恭轩, 李静, 焦扬
2011, 32(6): 1245-1250.
摘要:
以脉冲高斯激光为光源,直径在500 nm~1 000 nm、长度10 m的一维氧化锌材料为对象,采用有限元分析软件ANSYS建立了激光切割氧化锌纳米线的热力学仿真模型,并采用生死单元技术对超过熔点的单元进行处理,得到不同激光工作参数和氧化锌纳米线直径下的温度分布场和切割形貌。讨论了纳米线直径和聚焦光斑相对纳米线的位移对切割的影响,纳米线直径越大允许的激光离焦量越小;当无离焦或负离焦较小时,切割纳米线产生的形貌较为理想。
多类目标样片激光散射特性研究
陈玉丹, 张维安, 陈玉成, 王海涛
2011, 32(6): 1251-1256.
摘要:
对战场上几种常见目标的激光散射特性进行了实验研究,通过实验测量,得出6种类型目标平面样片的大量数据。在此基础上,应用两种BRDF经验模型,采用遗传算法对BRDF模型中的未知参数进行了优化求解,并使用SSE和R-square评价指标参数对各经验模型的适应性进行了评估。最后得出:基于Torrance-Sparrow模型的五参数半经验统计模型适应性最强,它对6种类型目标平面样片的实验数据均能很好地拟合。
三倍频熔石英激光损伤的吸收前驱体
欧阳升, 刘志超, 许乔
2011, 32(6): 1257-1262.
摘要:
在三倍频熔石英激光损伤研究中,吸收前驱体的存在是造成熔石英材料表面损伤阈值远低于体损伤阈值的主要原因。以吸收作为主线,建立吸收前驱体引起的熔石英表面损伤模型,并讨论吸收前驱体与熔石英表面损伤的联系。针对金属元素微粒残留理论模拟了激光辐照过程中微粒周围温度场的变化,结果表明在脉冲时间内微粒周围温度很快到达损伤判据所给出的临界温度,通过激光损伤实验,证实吸收性微粒含量与损伤密度有密切联系。针对亚表面裂纹,建立一维模型计算受激后裂纹表面附近自由电子密度分布。计算结果和实验结果均表明:金属元素微粒和亚表面裂纹是熔石英激光损伤中重要的吸收前驱体,金属元素微粒对激光能量的吸收致使周围材料温度在脉冲时间内达到损伤判据温度2 000 K;受激后裂纹表面的自由电子密度达到1021 cm-3的水平,可导致对后续激光的强烈吸收;两种吸收前驱体极大降低了熔石英材料的表面抗损伤性能。
光纤传感和光通信
卫星光通信系统中CCD器件的空间辐射特性研究
侯睿, 赵尚弘, 幺周石, 胥杰, 吴继礼, 李勇军, 占生宝
2011, 32(6): 1263-1269.
摘要:
为了提高卫星光通信系统中电荷耦合器件(CCD)空间抗辐射性能,分析了空间辐射环境对CCD器件造成的电离辐射效应和位移辐射效应。通过理论分析和数值模拟计算研究了不同辐射源、不同沟道类型以及不同偏置状态对CCD电荷转移效率(CTE)的影响,结果表明,空间辐射主要在暗电流密度和电荷转移效率两方面影响CCD器件的工作性能。卫星光通信系统中的CCD器件应该选择P沟道CCD,并且在系统不工作时尽量使其处于非偏置状态。
高速空间激光通信系统在空天信息网中的应用
胡鹤飞, 刘元安
2011, 32(6): 1270-1274.
摘要:
针对高速空间激光通信系统应用时面临的主要问题:节点高速运动的跟踪瞄准和与组网载荷协同工作,提出将高速空间激光通信系统作为节点主要通信载荷的双通信载荷结构,并设计了高速空间激光通信系统与组网载荷协同工作机制和协议模型,依据协议模型进行了原理样机开发与试验。试验结果表明,提出的协同工作机制与协议模型能很好地适用于高速空间激光系统,支持超高速率数据传输,最高MAC层协议数据速率可达1.772 Gb/s,平均处理时延20 s。
6.25 Gbps×12通道小型甚短距离并行光收发模块的研制
高巍, 万里兮, 李志华, 李宝霞, 宋见
2011, 32(6): 1275-1281.
摘要:
介绍了一款基于系统级封装技术的低成本、收发一体、可带电热插拔的12通道小型光模块的研制。该光模块采用850 nm垂直腔面发射激光器阵列及其驱动器作为发射端,光电探测器阵列及其跨阻放大器作为接收端,通过光路无源对准实现了低成本光互连。高速度、高密度封装下的瞬态同步开关噪声、芯片间电磁干扰、通道间串扰、反射等电学问题是实现模块整体性能的难点。基于埋入技术的新型滤波器的使用实现了封装尺寸小型化且改善了电源网络的完整性;基于电磁场、传输线理论的信号完整性设计减小了通道间串扰且通过补偿阻抗不连续结构增加了通道带宽。模块背靠背眼图测试结果显示6.25 Gbps速率下系统传输零误码。
温度不敏感的光纤布拉格高压传感技术研究
刘钦朋, 乔学光, 贾振安, 刘颖刚, 高宏, 禹大宽, 邵敏
2011, 32(6): 1282-1285.
摘要:
为了实现单一光纤光栅对压强精确测量,设计了一种温度不敏感的光纤布拉格高压传感器。对该传感器的温度特性及压强响应特性进行研究。给出了该传感器的结构及封装方法。从理论上分析了该传感器的温度去敏原理,推导了该压强传感器的光纤布拉格光栅中心波长与压强的关系,得到了该传感器的压强响应灵敏度的解析表达。通过实验分析传感器的温度特性及压强响应。实验结果表明,在21℃~260.8℃的范围内,实现了温度补偿,平均波长漂移量为0.75 pm/℃,在0~44 MPa的范围内,获得了-0.054 8 nm/MPa的压强响应灵敏度,是裸光纤布拉格光栅压力响应灵敏度的18.27倍。该传感器的压强响应具有很好的线性和重复性,实验值与理论值吻合得很好,该传感器能够通过一只光纤布拉格光栅实现压强的精确测量。
利用TeO2减少多模光纤出射场散斑干扰的研究
石友彬, 陈春雷, 刘加存
2011, 32(6): 1286-1290.
摘要:
为了减少多模光纤出射光场的散斑干扰,提出了把声光布拉格衍射效应所形成的不同衍射级耦合到多模光纤中,由于衍射级具有不同的偏振态,消弱了光场相干条件,进而在出射光场中消弱了散斑场的对比度,并通过对改变声场频率后得到的散斑场对比度的分析,证实了利用各向异性晶体TeO2能够控制散斑场对比度,改善出射场的高斯分布,得出了可以利用布拉格衍射效应减少散斑场干扰的可能性。
一种数话同传的激光通信系统的实现
毕博瑞, 陈胜石, 侯风乾, 薛常佳, 张晓辉, 李军芳
2011, 32(6): 1291-1294.
摘要:
针对传统通信模式易被干扰和保密性差的缺点,设计了一种可以同时传送语音和数据的无线激光通信系统。在保证语音不失真的前提下,采用AMBE语音压缩算法,将语音压缩到4 800 bit/s的数据率,和数据混合编码后驱动激光器发光;接收端接收激光后经光电转换、解码处理将语音和数据还原,通过2.5 km的通信试验,表明该系统具有传输距离远、语音清晰、数据稳定的特点,在未来的空对空、空对地、地对空、地对地通信中将得到广泛的应用。