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2024, 53(4): 20240116.
doi: 10.3788/IRLA20240116
短波红外具有穿透烟雾的特性，可在低光照环境或恶劣天气条件下成像，在军事、安防、环境监测等多个领域展现出重要应用价值。硅基热电子短波红外探测技术因具备与CMOS半导体工艺兼容、响应波段灵活可调等独特优势，已成为当前研究的热点。文中系统地回顾了该领域的国内外研究进展，剖析了与光电转换效率密切相关的热电子产生、传输与注入等物理过程中的能量损耗机制。在此基础上，总结了针对性的改进策略，包括通过光学吸收增强和热损耗抑制来增加热电子的产生效率；通过精确调控热电子的初始位置、能量、动量分布及自由程来优化其传输过程；以及利用肖特基结和界面调控等技术来提高热电子的注入概率。此外，文中还讨论了暗电流的抑制方法，以期提升探测器的整体性能。最后，展望了硅基热电子红外光电探测器未来的发展方向。
2024, 53(4): 20240122.
doi: 10.3788/IRLA20240122
随着人工智能时代的到来，同时获得反映目标辐射特性和纹理特征的高分辨率强度图像以及反映目标和所处场景的三维空间信息的稠密点云数据/三维图像的激光相机雷达技术已成为激光雷达的发展趋势。传统的摄像机与激光雷达复合的技术方案存在异源数据融合问题，尤其是在雾雨雪天气条件下以及水下等传输链路中存在严重散射的情况时难以有效工作。激光距离选通三维成像技术利用单一门控成像器件可同时获得高质量二维强度图像和高分辨率三维图像，其二维图像中的像素和三维图像中的体素一一对应，并继承了激光距离选通成像透散射成像的技术优势，具有实现高性能激光相机雷达的技术潜力。论文系统综述了步进延时扫描、增益调制、距离能量相关等激光距离选通三维成像技术的研究进展，介绍了该类技术的国内外典型应用情况，最后分析了该领域所面临的挑战及进一步发展方向和应用前景。
2024, 53(4): 20240012.
doi: 10.3788/IRLA20240012
红外探测与遥感是气象观测的核心技术，红外辐射探测仪作为气象卫星的重要载荷，主要用于大气温度、湿度的定量化探测，其探测精度取决于光谱和偏振测量的通道数。常见的技术方案是通过组合滤光片与偏振片转轮实现光谱和偏振的探测，这造成了系统体积大、功耗高、通道数少的问题。发展片上集成式偏振光谱成像器件是解决上述问题的有效方法，已有研究主要采用薄膜谐振腔或共振微结构的阵列化方案，但二者都无法兼顾光谱和偏振选择的要求。有鉴于此，提出了一种基于薄膜微结构耦合调控的设计新思路，以13 μm附近的大气红外波段为例，实现了片上集成式的偏振光谱成像，6个通道的平均透过率和消光比分别达到了94%和30。该器件有望在将来被广泛应用于偏振光谱成像领域中，同时，由于该器件对基底折射率并不敏感，基底的选择也会更加自由。
2024, 53(4): 20230701.
doi: 10.3788/IRLA20230701
基于量子力学基本原理的量子密钥分发（QKD）系统具有信息论安全的水平，单光子探测器是QKD系统的重要组成，其后脉冲对QKD系统的安全成码率和安全成码距离均有重要影响。文中根据InGaAs/InP高速正弦门控探测器的后脉冲概率随时间呈现指数递减分布的规律，提出了一种基于时间测量的后脉冲抑制方案，采用“Start-Stop型”时间间隔测量方式对探测脉冲进行测量，通过对探测事件进行时间标记并舍弃一段时长内探测脉冲的方法降低了后脉冲概率。实际验证了某型号单光子探测器的后脉冲概率随舍弃时长的关系，在500 ns舍弃时长条件下，后脉冲概率2.46%，增加舍弃时长至5 μs可降低后脉冲至2%以下。同时，分析了100 ns舍弃时长条件下的典型探测脉冲计数分布，指出了主要后脉冲分布区域以及未过甄别阈值的雪崩脉冲引起的后脉冲机理。进一步地，指出基于时间测量方式区分探测脉冲的到达时间不仅可用于降低单光子探测的后脉冲概率，还可以根据探测脉冲的到达时间识别雪崩过渡区攻击事件、门外攻击事件，从而丢弃被攻击区域的探测脉冲来提升QKD系统抗量子黑客攻击的能力，可支撑高速正弦门控单光子探测器应用于实用化的QKD系统。
2024, 53(4): 20230693.
doi: 10.3788/IRLA20230693
通过构建谐振腔模型，分析了各向同性固体激光器中两个本征模式相干叠加后的光斑奇异特征。并且实验验证了在不使用任何特定的腔内光学偏振选择元件的情况下，在二极管泵浦的准连续c切Er,Yb:YAl3(BO3)4激光器中可以有效操控1.6 μm输出激光的偏振态。实现了从部分偏振态转化成稳定的线偏振态，其线偏振方向为可切换的正交特殊情况，均具有21 dB的偏振消光比。同时通过光斑对比，验证了激光器的线偏振输出来源于两个正交本征模式的相干叠加。文中为c切Er,Yb:YAl3(BO3)4激光器线偏振光的直接输出与偏振态的调控提供了可靠的方案。
2024, 53(4): 20230713.
doi: 10.3788/IRLA20230713
面向半导体激光器温控系统的高精度、高速与高集成化的需求，设计了一款高精度、快速响应、高集成化、低成本的数模混合架构温控系统。该系统以FPGA为控制核心，硬件部分包括由三线制惠斯通电桥、仪表放大器、模数转换器组成的温度信号采集与调理模块，全桥降压电路驱动模块，热电制冷器模块等。针对热敏电阻和电桥的非线性误差，提出了一种可变控温零点的温度信号调理方法，该方法基于迭代与多目标最优化算法，提高了控温精度，同时降低了仪表放大器与模数转换器的指标要求，从而降低了系统成本。针对温度滞后大、延迟高的特点，控温策略采用了抗饱和积分的PID(AWPID)自动控制方法，从而降低超调，加快收敛速度。测试结果表明，该温控系统在−45~75 ℃的温度范围内，实现了±0.02 ℃的控温精度，相较于固定控温零点的温控系统最大0.1951 ℃的控温精度提高了89.7%。与传统PID控制算法相比，AWPID控制算法将超调从9.13%降低到1.5%，将稳定时间从41 s降低到30 s。稳定性测试表明，该温控系统能够在长时间内保持±0.02 ℃的控温精度，满足稳定性要求。该系统具有高精度、快速响应、高集成化、低成本的特点，为半导体激光器的复杂应用场景提供了高精度的温度保障。
2024, 53(4): 20230689.
doi: 10.3788/IRLA20230689
在激光无线能量传输中，由于瞄准系统误差和物体遮挡的影响，光电池阵列接收到的激光辐照分布不均匀，导致光电池阵列组串内的电池间出现电流失配，输出功率下降。针对该问题，采用分布式最大功率点追踪（Distributed Maximum Power Point Tracking, DMPPT）技术，减少光电池阵列组串内的电池间电流失配，并用并联型Boost（PT-Boost）电路替代传统Boost电路，降低DC/DC转换器的输入电流纹波，使DMPPT系统获得高追踪效率。实验结果表明，相较于传统Boost电路，PT-Boost电路的追踪效率提高3.6%，达到93.5%。在上述研究的基础上，设置了遮光率分别为0%、25%和50%的激光无线能量传输场景，DMPPT系统整体效率分别达到了93%、92.6%和90.3%。该研究结果对激光辐照不均匀场景下激光无线能量传输的最大功率点追踪指导意义。
2024, 53(4): 20230700.
doi: 10.3788/IRLA20230700
高能激光在打击低小慢目标时，目标容易燃烧产生火光烟雾，传统的可见光和红外探测方式对目标的跟踪和瞄准在火光烟雾干扰的情况下易受影响进而导致目标失跟。提出了一种基于主动激光雷达体制的高精度探测和瞄准方法。首先，对火光烟雾条件下无人机表面的激光反射特性进行理论分析和仿真模拟，以此设计了基于APD的单光子激光雷达探测系统，获得了仿真探测概率随激光脉冲能量变化的理论曲线；其次，构建了基于InGaAs-SPAD的光子成像探测系统，进行了无人机室内实验。实验结果表明：在无火光烟雾条件下，基于距离像跟踪的目标质心位置相较于基于可见光图像跟踪的目标质心位置平均角偏差小于0.55 mrad，基于距离像序列的跟踪轨迹与基于可见光图像序列的跟踪轨迹基本一致，证明了Mean-Shift跟踪算法用于距离像的跟踪的可行性。在距离30 m处的模拟烟雾干扰条件下，采用选通延时滤除烟雾干扰能够获得轮廓清晰的目标距离像。在模拟火光干扰条件下，跟踪框中心X、Y坐标偏离目标质心约为0.58 mrad和0.39 mrad。
2024, 53(4): 20230663.
doi: 10.3788/IRLA20230663
相较于车载、舰载设备，机载设备受体积及工作环境的限制，发展较为缓慢。针对机载设备的轻小型化要求，系统采用“光路堆叠”思想，提出笼屉式分层结构，实现了系统体积的要求。因光学中舱中包含精跟踪及主激光支路，温度变化时各支路间的光轴一致性难以保证，导致跟踪目标发生偏移，主激光支路无法对目标进行精确打击，严重影响系统的工作。为解决上述问题，对光学中舱进行有限元仿真分析，研究光学中舱在20±5 ℃情况下各镜片的变形。对镜片变形中影响光轴偏折的刚体位移进行提取计算，计算出单个镜片的偏转角度。根据反射棱镜安装误差理论对各支路间的光轴偏移量进行计算，分析精跟踪支路与主激光支路光轴一致性偏差。经过仿真分析，系统精跟踪支路与主激光支路光轴方位偏差为109.634 μrad，俯仰偏差为132.952 μrad。在实验室中进行25 ℃温度实验，结果表明，系统精跟踪支路与主激光支路光轴方位偏差为104.019 μrad，俯仰偏差为125.009 μrad，与仿真结果误差分别为5.40%、6.35%，验证了仿真结果的合理性。
2024, 53(4): 20240002.
doi: 10.3788/IRLA20240002
高重频激光干扰是对脉冲式激光测距机的一种有效干扰手段，为探究高重频激光对测距机干扰效能的影响因素及规律，开展相关的理论分析与试验研究。试验研究了干扰激光的功率、重复频率及干扰距离对测距机干扰效能的影响。结果表明：存在一个与干扰激光频率相关的最小干扰距离，干扰激光的重复频率越高，最小干扰距离越小，有效干扰距离范围越大。当实际干扰距离大于最小干扰距离时，若干扰激光的功率不足，则无干扰效果；干扰成功后继续增大干扰激光功率，则被干扰后测距结果会趋于正态分布，且干扰激光功率越高，测距结果正态分布中心越趋近于最小干扰距离，但受干扰的测距结果最小值会始终分布于测距机盲区附近。
2024, 53(4): 20230695.
doi: 10.3788/IRLA20230695
基于激光雷达方程和天空背景噪声估算公式推导出近红外空间碎片激光测距探测成功概率的计算公式，仿真研究了该公式中大气透过率和天空背景噪声的影响因素，经数据拟合，得到空间碎片激光测距探测成功概率的归一化表达式。在此基础上，仿真分析了太阳高度角、目标天顶角、目标轨道距离和目标横截面积对目标探测成功概率的影响。结果表明：目标探测成功概率随太阳高度角升高而减小，随目标轨道距离的增加而减小，随目标天顶角的增大而减小，当目标天顶角增加到70°时，目标探测成功概率开始急剧下降；目标轨道距离固定的情况下，目标探测成功概率随目标横截面积的增大而增大。该研究对提高空间碎片的观测效率具有一定的应用价值。
2024, 53(4): 20230645.
doi: 10.3788/IRLA20230645
针对临近空间激光雷达所使用的离轴抛物面反射镜在低温下会发生形变导致反射光耦合进光纤时效率下降的问题，通过研究自调焦技术，设计了自动补偿激光雷达组件，用于抵消温度对系统的影响。利用有限元法分析了接收系统在热载荷作用下的变形，获得镜面离散变形数据，使用Zernike多项式拟合镜面变形后的面形，通过光学设计软件模拟得出该激光雷达接收系统优化后的焦距变化与温度呈线性关系，经过光学设计软件确定补偿位置。使用温度自适应调整机构降低热变形带来的离焦量影响。分析结果表明，补偿后均方根半径从26.495 μm下降至15.93 μm，光斑半径减少39.9%，耦合效率提升至80%以上。
2024, 53(4): 20230657.
doi: 10.3788/IRLA20230657
随着我国遥感卫星对地观测分辨率的不断提升，空间遥感相机的有效口径逐步增大，为有效应对相机在地表装调时的重力误差干扰，大口径遥感相机的装调方式逐步从光轴水平形式转变为光轴竖直形式，与之对应的，相机主反射镜支撑结构与装配需求也在不断革新。为满足反射镜支撑与减重需求，在1 m及以上口径的反射镜支撑形式中，Bipod结构是较为常见的一种结构形式，不同于传统的框式支撑形式，它在光机结构粘接与结构位置标定需求上都有了巨大变革。为保证Bipod支撑结构下反射镜的装配定位精度和面形变化满足系统指标要求，提出了一种结合多目标空间位置转换和Stewart结构运动反演的大口径反射镜组件装调方法，该方法可在有效保证光机结构粘接点精度的同时，仅依靠反射镜自身支撑结构，实现反射镜与主承力板之间的高精度六维调节，系统装调误差可控制在0.04 mm左右。在遥感相机的实际装调过程中，通过分析主反射镜在系统中的装调误差区间，并以此为标准制定了反射镜Bipod结构的定位、粘接、调整和检测方案，实践结果表明该方法可有效控制反射镜的装配定位精度和面形误差，装调结果能够满足大口径遥感相机的系统成像需求。
2024, 53(4): 20230722.
doi: 10.3788/IRLA20230722
针对中长波共光路小型化光学系统设计需求，建立了基于高斯光学与初级像差理论且尺寸受限下的二次成像结构光学指标分配模型。主镜因其边缘光线高度高和承担的光焦度小，其球差、色差和二级光谱是该系统像差的主要来源，为矫正二级光谱，可使用“−、+、−” 结构形式的高、中、低相对色散材料的透镜组合作为主镜结构，此时主镜的残余像差较小，采用场镜降低中继镜组光线高度以及非球面矫正球差等方法平衡主镜残余像差。最后开展实例设计，对提出的小型化设计思想进行验证，设计了中波波长3.7～4.8 μm、长波波长7.7～9.5 μm的共光路双波红外小型光学系统，总长不大于135 mm，结构小巧紧凑，光学传函接近衍射极限，工作温度范围−40～60 ℃，且对温度不敏感。实现了基于二次成像结构光学指标分配模型的中长波共光路小型化光学系统分析及设计，满足中长波共光路小型化光学系统需求。
2024, 53(4): 20230672.
doi: 10.3788/IRLA20230672
针对目前发射率测量方法只是对某一单一物质进行接触式测量，难以获得复杂目标的发射率三维分布问题，提出一种基于M8激光雷达回波的非接触式发射率三维分布测量方法。首先基于激光雷达传输距离方程分析回波强度特性，通过M8激光雷达对95%标准漫反射板进行扫描，叠加多帧单线点云，得到具有反射光谱特性的雷达强度三维点云像；运用分段多项式模型拟合距离-强度及入射角-强度之间的关系，基于得到的分段多项式模型校正距离和入射角度影响下的回波强度，使不同距离与入射角情况下所测回波强度能够真实地反映目标的反射光谱特性，校正结果显示，标准漫反射板回波强度变异系数分别从0.2676和0.3438降低到了0.0420和0.0412，回波强度一致性分别提高了84.31%和88.02%，使雷达所测得强度值能直接反映目标材料的反射光谱特性，验证了强度校正模型的有效性；最后基于得到的分段多项式校正模型对带有反射率真值贴片的缩比卫星模型雷达强度三维点云像进行强度校正，利用校正后的回波强度的反射光谱特性，计算出目标表面的反射率，运用反射法进一步推导其发射率，得到缩比卫星模型发射率的三维分布，三组卫星模型表面贴片的发射率平均偏差均分别能控制在3.33%、4.84%和4.44%。为目标识别、低空可探测技术等提供技术支持。
2024, 53(4): 20230670.
doi: 10.3788/IRLA20230670
针对工业生产线上或集成设备中线阵相机内参数定期检校困难且成本高的问题，提出一种基于2.5D标定扇的线阵相机内参数标定方法。设计了一款特定的2.5D标定扇，构建包含镜头畸变的线阵相机内参数标定模型，顾及了标靶相对相机的两个姿态角，通过方程线性变换法解算模型参数初值，利用改进的Levenberg-Marquardt (L-M)算法加速优化相机参数的求解过程，给出了详细的解算步骤和数据处理过程，并通过仿真和实测数据验证了方法的可行性。结果表明：该线阵相机标定方法简单灵活，可得到大量分布规律的特征点对，参数标定精度不受相机移动精度和特定移动方向的限制；在扇骨面与靶面间夹角小于10°时，可以获得高精度、高一致性的相机内参数，特征点重投影误差的最大值优于0.28 pixel，平均RMSE为0.11 pixel，标准差仅0.01 pixel。
2024, 53(4): 20230661.
doi: 10.3788/IRLA20230661
为从双波长莫尔条纹中提取合成波长干涉信息以扩展测试量程，提出了时空域共轭干涉复函数耦合算法。利用干涉图间时域相移与空域载频的转换，低载频时分离频谱以获取时空域复函数，经共轭耦合提取合成波长干涉图，且不引入其他干涉信息。干涉图组内单波长π/2与组间合成波长π/2的双重移相策略，实现了合成波长干涉图提取后的直接解调。与传统空域傅里叶变换方法相比，考虑波长间相移偏差，算法所需载频数值仅为前者的0.077。仿真峰谷值为74.2 nm的波面在莫尔条纹包络数目为1时，恢复偏差峰谷值优于0.5569 nm。实验中，7.8 μm高度台阶样品在低载频时，阶跃高度的相对误差仍优于0.94%。仿真与实验数据验证了算法的可行性，为实现双波长干涉中低频干涉信息的获取提供了新的思路。
2024, 53(4): 20230660.
doi: 10.3788/IRLA20230660
圆结构光系统测量深孔（通孔）圆度时存在激光器、相机和深孔难以保持平行或同轴的问题，导致无法测量准确的圆截面，从而产生系统误差。搭建了基于圆结构光的测量系统，分析了系统误差的产生机理并提出了一种基于圆结构光系统测量圆度的方法，可对系统误差进行一定补偿：首先，获取待测深孔的内表面高分辨率三维点云，拟合点云轴线，通过刚体变换将三维点云变换到深孔轴线与相机光轴平行的位置；然后，选定一个测量截面，搜索该截面上的点和与该截面范围较近的点作为圆度评定点；最后，采用网格搜索算法完成圆度评定。测量实验的结果表明，该方法对于圆度误差的补偿效果良好，其中测量不确定度为4.78 µm。
2024, 53(4): 20230702.
doi: 10.3788/IRLA20230702
光学三维测量中的相位偏折测量术以其快速、高精度、稳定抗干扰的优点，在光学表面测量、快速检测等领域得到广泛应用。透明物体因其上下表面的折射和反射，导致相机采集到不同表面反射叠加的混合条纹，传统的相位偏折测量术难以对其进行有效的三维测量。为解决该问题，文中提出一种基于多频相移的相位偏折法测量透明物体的表面三维形貌。首先，显示屏显示多种不同频率与多步相移结合的正弦条纹，从另外一个角度相机采集物体表面反射的混合条纹。然后，利用最小二乘法迭代将混合条纹进行分离，得到上下表面折叠相位并展开。接着，通过梯度标定确定相位与梯度的关系，根据梯度积分恢复透明物体表面的三维形貌。最后，实验证明所提方法能够有效实现混合条纹的分离，实测透明玻璃板上表面的平均误差从32.4 μm减少到5.1 μm，结果验证了混合条纹分离方法的有效性，提升了透明物体表面三维形貌测量精度。与已有方法相比，文中方法可以有效避免初始相位值偏差较大带来的影响，缩短计算时间，适用于不同形状透明物体表面三维形貌的测量。
2024, 53(4): 20230721.
doi: 10.3788/IRLA20230721
宽角度位相调控反射镜是下一代中高轨量子通信系统中的核心元件，用于宽角度范围内信号光的高效传递与偏振态的精确调控。基于等效多层膜理论，采用介质反射膜堆加非规整位相调控膜的膜系结构，设计了一种宽角度位相调控反射镜。选择Nb2O5和SiO2分别作为高、低折射率薄膜材料，通过误差分析，优化沉积工艺，采用电子束蒸发结合离子辅助沉积的方式，在德国莱宝Lab900-plus设备上制备出该薄膜元件。研制结果表明，反射镜在780 nm处、45°±7.5°入射范围内，其反射率大于99.3%，位相差控制在3°以内，满足量子通信系统的反射率及位相差控制要求，且通过相关环境模拟实验，满足可靠性要求，为该类偏振调控薄膜元件在下一代中高轨量子卫星中的工程应用打下了坚实的基础。
2024, 53(4): 20230723.
doi: 10.3788/IRLA20230723
红外热成像技术具有高度实用性、灵敏性和可靠性等优点，在航空、医疗等多个领域发挥着重要作用。相较于其他类型的非制冷红外探测器，测微辐射热计(Microbolometer)具有工作范围宽、响应速率快且器件结构简单等优点。相较于非晶硅和氧化钒等常见热敏层材料，立方尖晶石结构的过渡金属氧化物锰钴镍氧化物（Mn-Co-Ni-O，MCNO）具有更高的TCR系数。使用磁控溅射法-电子束蒸发复合法在蓝宝石（Al2O3）衬底上制备MCNO薄膜，结合XRD、SEM和电学性能测试，分析和探讨了工艺条件对其性能的影响。研究结果表明，在450 ℃沉积 5 h得到厚度为450 nm的MCNO薄膜样品，随后在真空腔内原位退火1 h，再使用管式退火炉在空气氛围中进行60 min 850 ℃后退火，MCNO薄膜呈现出良好性能，（111）晶相的XRD半峰宽为0.48，晶格常数为8.71 Å(1 Å=10–10 m)，晶粒平均大小为81.7±24 nm。使用四探针法测试MCNO薄膜室温下电阻率为642.19 Ω·cm，室温下（295 K）电阻温度系数（Temperature Coefficient of Resistance, TCR）系数为−4.20%/K。在6~8.5 μm波长范围内，最高吸光度为1.50。研究结果验证了所提出的多层复合方法用于制备MCNO薄膜的可行性，为进一步优化MCNO薄膜组份与掺杂配比以及结构-性能关系提供了新思路。
2024, 53(4): 20230671.
doi: 10.3788/IRLA20230671
现有的FBG高速解调方法都各有优缺点，其中扫描式光谱分析系统通用性好、成本较低，在速度和精度上的表现较为均衡。针对扫描激光器型光纤布拉格光栅波长解调仪在实际应用中调谐次数多、扫描耗时久等问题，设计了一种变步长扫描策略，使用较少的波长调谐次数实现光谱局部峰值的检出。实验表明，在通道内只有单个光栅的情况下，使用变步长扫描策略需要扫描的点数降低了至少90%，扫描耗时减少了90%，解调速度提高至10倍。在上位机对传输的局部光谱数据进行高斯拟合解调，并对变步长扫描策略进行信噪比仿真实验测试，仿真证明变步长扫描策略适用于信噪比高于9.23 dB的情况且对后续解调的精度和平均误差几乎没有影响，具有一定的应用价值。
2024, 53(4): 20230731.
doi: 10.3788/IRLA20230731
从大气光信道中可以提取两个合法通信方用来加密其传输的机密信息的公共密钥。首先，为了打破湍流引起的光学波动的相关时间对每秒提取的不相关光信道测量样本的数量限制，提出了为合法通信双方配备随机调制的方法，并针对其实现测量样本去相关性进行了理论分析；其次，利用OptiSystem软件仿真分析了大气光信道水平路径传输距离为1 km，中湍流，调制方式为幅度调制条件下，合法通信方在无调制、单调制、双调制三种不同调制的情况下对光信道测量样本自相关性的影响。针对单调制的情形，分析了不同大气光信道传输系数相干时间、伪随机码生成速率、传输距离和信噪比对光信道测量样本自相关性的影响。结果表明，对比无调制情况，在相同采样间隔内，观测到的光信道测量样本的测量数据变化次数增多；同时施加随机调制的发射光信号，在小于湍流引起的光学波动的相关时间的采样间隔下，观测到的光信道测量样本，在滞后100个样本的延迟时间后的自相关性，从无调制情况下的0.676降低到单调制情况下的0.083和双调制情况下的0.035。
2024, 53(4): 20230680.
doi: 10.3788/IRLA20230680
机载激光通信中通信光束散角小、系统跟踪精度高，光学窗口的气动光学效应会引起远场光斑形状和位置发生变化，降低通信性能。为此，通过Fluent对共形和平面两种光学窗口整流罩在不同飞行高度、速度、方位角下的外流场进行稳态仿真分析，利用相位屏分析远场自由衍射光斑变化。结果表明，共形窗口在俯仰、高度和速度变化中的流场更加稳定，呈现更为一致的变化趋势，且在远场衍射中表现更好。平面窗口在方位转角变化大与低速的飞行工况下，RMS值低于共形窗口。远场光斑发生偏移和弥散的程度与波面畸变成正相关，但在波面畸变较大的情况下，RMS值不能完全定义其对光学系统的影响。同时，当俯仰角靠近机体表面、降低飞行高度、增加飞行速度均会增强波面畸变。
2024, 53(4): 20230720.
doi: 10.3788/IRLA20230720
对谱域光学相干层析系统(SD-OCT)进行成像深度扩展，能清晰地探测到更深层次的样品信息。提出结合去除复共轭镜像和焦平面叠加的方法来提高探测深度。首先通过光束偏移振镜中心，对样品添加载波频率，基于希尔伯特变换滤除负频信号，去除复共轭镜像，再对样品不同深度聚焦成像，实现聚焦平面的叠加，最终扩展成像深度。基于去复共轭成像系统测量不同样品的图像，验证了该方法的有效性和可靠性。针对透明片材料，系统有效成像范围扩大一倍，从1.97 mm达到3.94 mm，针对结肠组织，有效成像深度从0.51 mm扩展到0.65 mm。结果表明，深度扩展技术能够提升成像范围，同时也突破了焦深限制，样品深层结构信息也清晰可见。
2024, 53(4): 20240094.
doi: 10.3788/IRLA20240094
光学多普勒差分流速仪在测量海水流速时，由于信号微弱和噪声干扰，接收信号信噪比很低，信号解调面临挑战，可能导致较大的测量误差。为了准确解调埋藏在噪声中的信号并获取速度信息，需要对获取的海试测量数据进行进一步算法处理。采用自适应滤波算法有效降低了多普勒信号中混杂的高频噪声干扰，提高了海试原始数据频域信号的信噪比，并利用寻峰算法更准确地获取了谱峰值。结果表明，与直接读取原始数据的谱峰值相比，经过该算法处理后，激光差分多普勒流速仪与声学多普勒流速仪比测的流速拟合度平均误差为0.2163 cm/s，误差降低了25.5%，表明该算法对激光多普勒测速信号解调是有帮助的。
2024, 53(4): 20240096.
doi: 10.3788/IRLA20240096
温度传感器在长时间温度测量中会出现性能漂移导致测量误差，为现场实时校准温度传感器实现长期稳定的高精度测量，需要基于国际温标ITS-90规定的温度固定点，对传感器进行无人自主原位校准。水三相点是水、冰、气三相平衡共存的温度点，其温度为国际温标中的0.01 ℃固定点，是对传感器进行校准的最常用的固定温度点。水三相点瓶是再现水三相点的关键装置。相较于传统的玻璃外壳水三相点瓶，金属外壳的水三相点瓶更为耐用，更适用于自动原位校准。为了实现水三相点的自动浮现，根据高纯水自发相变原理，设计了一种基于半导体帕尔贴效应快速稳定复现水三相点的自动控制系统及其控制方法。利用热电制冷器（TEC）和温度控制器为金属水三相点瓶提供过冷环境，在基于模型的制冷调度算法控制下，实现了较长时间保持稳定的水三相点状态。实验室测试表明，该控制系统可以在150 min内达到0.01 ℃的温坪，并保持稳定的三相点温度20 min及温度波动度±1 mK。温度原位在线自动校准系统可以为深海、深空及偏远地区的高精度温度测量提供校准服务。
