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2014年  第43卷  第11期

激光与光电子技术
全固态调Q激光器产生脉冲Bessel光束
王涛, 杜团结, 庄凤江, 吴逢铁
2014, 43(11): 3505-3509.
[摘要](267) [PDF 313KB](180)
使用连续式输出的砷化镓半导体激光器泵浦的掺钕钒酸钇激光器作为光源,被动式通过轴棱锥产生Bessel光束.在激光谐振腔内加入Cr4+:YAG晶体调Q产生脉冲Bessel光束.理论模拟了1 064 nm波长光束经过轴棱锥之后的三维传播图和截面光强分布.通过实验得到了1 064 nm波长脉冲Bessel光束的脉冲宽度和脉冲重复率,并计算得到了单脉冲Bessel光束的能量和峰值功率.利用光束分析仪记录了1 064 nm波长Bessel光束的截面光强分布,并测量了中心光斑的直径,得到的数据与理论计算基本吻合.
基于激光吸收光谱技术的超声速气流参数测量
宋俊玲, 洪延姬, 王广宇, 潘虎
2014, 43(11): 3510-3515.
[摘要](226) [PDF 406KB](140)
采用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术,针对超声速直连台隔离段内超声速气流温度、组分浓度、速度和质量流量进行了测量.选择H2O的两条吸收谱线7 185.597 cm-1和7 454.445 cm-1,采用直接吸收-分时扫描方式,测量流场静温为899 K,并结合吸收面积得到H2O的组分浓度20.7%.根据安装在流场上游和下游成60的两条光路,测量流场速度为1 205 m/s,结合壁面压力传感器,测量流场的质量流量为1 500.49 g/s,较真实值偏差为5.23%.TDLAS测量系统实现了对超声速气流多参数快速线测量.
可调谐全正色散掺镱光纤激光器
朱晓军, 许小梅
2014, 43(11): 3516-3520.
[摘要](226) [PDF 420KB](145)
利用相位长周期光纤光栅作为光谱滤波器,熔接于全正色散掺镱光纤激光系统中,从而实现了具有波长可调谐的连续激光输出和被动锁模激光脉冲输出,可调谐激光波长范围分别为11.4 nm和10.5 nm.通过调节偏振片改变激光腔内的偏振状态,输出锁模脉冲实现脉冲宽度的可调谐,其调谐范围为3.6~1.2 ns.在530 mW的最大泵浦功率下,得到了重复频率为2.5 MHz、最大单脉冲能量为38.9 nJ的锁模脉冲输出和最大输出功率为124 mW的连续激光输出.
激光冲击波加载金属材料中心压应力缺失效应
王波, 陈东林, 周留成, 何卫锋
2014, 43(11): 3521-3526.
[摘要](195) [PDF 497KB](110)
纳秒脉冲、千兆瓦级激光辐照金属材料产生高压等离子体冲击波,作用于金属材料表面并向内传播,产生残余压应力场.但在单次冲击加载时,残余压应力场中心出现的残余压应力值小于加载边缘,应用理论分析和实验测试的方法解释了这一过程,并结合激光诱导冲击波Fabbro方程和TC4钛合金动态响应模型,建立了不同形式冲击波加载TC4钛合金的数值仿真模型,分析了冲击波压力、作用时间和加载形式对中心压应力缺失的影响.
激光仿真系统中非理想光源的模拟方法
王静, 张宇, 吕品, 孙全
2014, 43(11): 3527-3532.
[摘要](174) [PDF 511KB](156)
利用数值仿真的方法对激光系统进行研究时,一般使用理想的平面波或高斯波作为光源,而实际的激光传输系统光源通常不满足理想光束的条件,甚至具有恶劣的光束质量,从而造成仿真结果与实验结果存在很大的偏差.从波像差与光束因子的关系出发,讨论了非理想光束的一种数值模拟方法.该方法使用等效相位屏作为光源的初始像差,等效相位屏的强度与待模拟光源的光束质量有关.将该方法分别应用到平面波和高斯波,根据给定的因子仿真出光源的光场,然后计算光场的因子并与设定值进行对比.结果表明:该方法可以准确的模拟出具有给定因子的光源.
被动锁模光纤激光器中增益支配孤子的腔至峰值功率钳位效应
葛颜绮, 罗娇林, 张书敏, 唐定远, 沈德元, 赵鹭明
2014, 43(11): 3533-3539.
[摘要](397)
通过实验和数值模拟研究了全正色散被动锁模光纤激光器中增益支配孤子的产生.实验观测和数值模拟结果分别证实了由腔导致的峰值功率钳位效应的存在.激光器性能对腔的结构的依赖性得到研究.研究结果表明:在光纤激光器中,能否获得具有更高脉冲能量的增益支配孤子是由腔的结构例如腔内非线性管理和输出比率选取决定的.
光刻用准分子激光器能量稳定性影响因素分析
石海燕, 赵江山, 宋兴亮, 沙鹏飞, 单耀莹, 王倩, 翟晔, 周翊
2014, 43(11): 3540-3546.
[摘要](278) [PDF 466KB](182)
以Cymer公司为例归纳总结了ArF准分子激光器双腔放大结构及相应的脉冲能量稳定性的发展历程,讨论了双腔能量放大机制对脉冲能量稳定性的影响,重点分析了MOPRA结构较MOPA结构在能量稳定性方面的优缺点.着重阐述了放电腔内工作气体成分、配比、电极间流速对脉冲能量稳定性的影响以及相应的改善措施,并结合影响脉冲能量稳定性的因素简述能量控制系统在稳定脉冲能量上的应用.
积分球在瑞利测风激光雷达中的应用
高园园, 舒志峰, 孙东松, 夏海云, 张飞飞, 韩於利, 上官明佳
2014, 43(11): 3547-3554.
[摘要](177) [PDF 665KB](142)
入射到标准具上的光斑强度分布影响标准具透过率曲线的形状,进而影响风速反演.将激光入射进积分球后在腔壁上发生漫反射,出射激光光斑变均匀,从而使标准具的透过率曲线更准确.同时出射激光脉冲的宽度在时域上变宽,提高了探测的信噪比,扫描得到的标准具的透过率曲线也更稳定.同样的道理,锁定通道的锁定过程也由于这两点改变而更精确.积分球的这两点特性用于355 nm瑞利测风激光雷达系统中将大大提高探测的稳定性和信噪比.将激光通过积分球后扫描透过率曲线,在风速大小为100 m/s的范围内计算得到的风速误差最大值为0.061 m/s,平均值为0.054 m/s.
全光纤结构超短脉冲超连续谱的产生及其特性研究
于峰, 孙畅, 高静, 匡鸿深, 张晶, 高鹏坤, 葛廷武, 王智勇
2014, 43(11): 3555-3558.
[摘要](223) [PDF 568KB](239)
超连续光谱以其光谱范围宽、平坦度好、空间相干度高和可实现的较高功率,被广泛应用于相干成像技术、光谱分析、干涉测量等诸多领域.理论上超连续光谱可由超短脉冲通过高非线性介质来实现,期间伴随着自相位调制(SPM)、受激拉曼散射(SRS)、四波混频效应(FWM).随着光纤技术的发展,利用峰值功率高、光光转换效率高、体积小、结构紧凑的掺Yb超短脉冲光纤激光器作为泵浦源,高非线性的光子晶体光纤作为非线性介质来产生超连续光谱.采用主振荡功率放大结构(MOPA),自行搭建了全光纤锁模脉冲放大器,并通过熔接的方式将其耦合进入长为10 m、零色散点为1 040 nm的光子晶体光纤,在对熔接过程中放电时间、放电间隔、熔接损耗等参数进行优化后,获得了8.14 W的超连续光谱.
条带模式合成孔径激光雷达不依赖PGA的高分辨率成像演示
吴谨, 李斐斐, 赵志龙, 杨兆省, 王东蕾, 唐永新, 苏园园, 梁娜
2014, 43(11): 3559-3564.
[摘要](188) [PDF 583KB](170)
合成孔径激光雷达(SAL)能实现远距离目标的高分辨率成像.然而,由于所用激光波长很短,SAL系统中微小机械振动都可能在目标回波信号中引入巨大相位误差,所以,SAL很难实现稳定的相位史数据,高分辨率SAL图像的形成往往要应用额外的相位误差消除技术,特别是相位梯度自聚焦(PGA)技术.演示了一个运转良好的条带模式SAL实验室成像装置.采用一台1 550 nm波段的线性调波长激光器作为探测光源,该装置能够形成聚焦良好的高分辨率图像.通过细致的系统设计,基本抑制了在回波信号中产生相位误差的各种振动.该装置产生的相位史数据非常稳定,高分辨率图像的形成仅需简单遵照标准的SAL成像理论,无需额外借助PGA.采用点目标定标,测量得到该成像装置的方位和距离分辨率接近其理论估计.详细给出了2.4 m距离上多种目标的良好聚焦图像及相应的稳定相位史数据.
光纤弯曲对掺镱光纤激光器光束质量的影响
董繁龙, 赵方舟, 葛廷武, 王智勇
2014, 43(11): 3565-3569.
[摘要](197) [PDF 629KB](364)
通过改变F-P腔全光纤激光器中的光纤盘绕半径,对输出激光光束质量进行了研究.搭建了百瓦级全光纤激光器.最大泵浦功率为436 W的条件下,获得了300 W波长1 080 nm的激光输出.光束质量M2=1.13.光-光转换效率为69%.理论分析并计算了20/400 m大模场面积双包层光纤中的两种导波模式LP01模和LP11模沿光纤径向的功率分布和弯曲损耗;利用光纤弯曲选模方法,实验上探究了光纤弯曲半径对输出激光模式及光束质量的影响.实验发现,通过光纤弯曲方式可以有效地消除高阶模式,再经过包层光剥除可以获得更好的光束质量M2=1.06.
瑞利散射多普勒测风激光雷达系统误差分析
唐磊, 吴海滨, 孙东松, 舒志峰
2014, 43(11): 3570-3576.
[摘要](209) [PDF 721KB](222)
系统全面地分析了各种影响因素对瑞利散射多普勒测风激光雷达系统误差的影响,确定了透过率曲线校准精度对系统测量误差起主要作用,同时必须考虑激光频率锁定误差、气溶胶及大气温度估计误差对系统测量误差的影响.实验结果表明:温度和后向散射比相同时,由校准参数差异引起的系统误差比理论值增加10倍以上;后向散射比相同时,系统误差随温度估计误差和多普勒频率增大而增大;大气温度估计误差5 K,校准误差产生的径向速度测量误差随高度和多普勒频率变化,在18 km左右达到峰值,最大值1.4 m/s
光电测量
采用UKF的光学捷联导引头刻度尺误差补偿方法
宗睿, 林德福, 刘泰然, 兰玲
2014, 43(11): 3577-3584.
[摘要](245) [PDF 744KB](140)
针对光学捷联导引头刻度尺误差带来的隔离度问题,提出了一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)的刻度尺误差实时补偿方法.分析了刻度尺误差引起隔离度问题的机理,由弹目相对运动方程以及光学捷联导引头量测方程建立了考虑刻度尺误差影响的非线性滤波模型,采用UKF滤波算法,对刻度尺系数进行估计,并用所提出的补偿方法进行实时补偿,最后进行了数学仿真及半实物仿真验证.仿真结果表明:所提方法能够有效地估计出刻度尺系数,经补偿后改善了系统的稳定性,同时提高了制导精度.
机载光电平台自主引导精度分析
王增发, 孙丽娜, 李刚, 张建华
2014, 43(11): 3585-3591.
[摘要](195) [PDF 717KB](137)
航空侦察是为获取敌情、地形和有关作战情报而采取的重要手段,各种电磁信号侦察、光电信号侦察在同一飞机平台的应用越来越广泛,电磁信号侦察以及地面其他系统发现目标后,通过目标的位置信息引导光电侦察系统对目标进行搜索、跟踪、查证的应用也越来越多.当机载光电平台接收到目标的坐标值后,自行接收GPS和惯导信息,并实时解算出被测目标在光电平台坐标系下的方位角和俯仰角,引导目标进入光学载荷视场内,并用图像视频跟踪的方法捕获和跟踪目标.针对飞机平台对地面固定目标或者运动目标的引导进行研究,将目标点坐标从大地坐标系转换到光电平台载机坐标系,并建立自主引导测量方程,利用蒙特卡罗统计的方法分析自主引导测量方程中各个误差因素对最终引导精度的影响,针对如何提高引导精度提出了一些建议.并在某光电平台上进行飞行试验验证,目标均能很好地进入跟踪视场内,完成捕获、跟踪功能.
光纤耦合技术的星图模拟技术研究
段洁, 孙向阳, 安志勇
2014, 43(11): 3592-3596.
[摘要](171) [PDF 698KB](106)
针对深空导航敏感器的地面标定对多星等、高星等的技术要求,提出一种基于光纤耦合技术的星图模拟新方法,创新性的运用了OLED面光源和光纤耦合机构配合高精密靶标的技术来模拟星图.结合所设计星图模拟器指标,重点对光纤面光源耦合和OLED面光源亮度双调制技术进行了深入研究,分析了光纤面光源的耦合技术的关键条件,为实现较高的光耦合效率,选择数值孔径为0.6的大芯径聚合物光纤(POF)与自聚焦透镜组成耦合机构,设计结果表明聚光斑100 m,纤芯轴向光能量利用率大于80%;所研究的面光源双调制技术在星等模拟中的设计结果说明:该技术可解决单一的电气灰度调制或空间灰度调制无法实现5~10等星精确模拟的的技术难题.
基于多准直光的六自由度测量方法
吕勇, 冯其波, 刘立双, 耿蕊, 吴思进
2014, 43(11): 3597-3602.
[摘要](252) [PDF 729KB](297)
提出了一种利用三个CCD探测三路准直光束位置以实现被测物六自由度测量的方法.测量系统包括两部分:一个反射镜和通过连接杆连接的两个CCD为移动部分,固接在被测物上;固定部分的光源、光开关和三个光学准直器产生三路准直光束.其中两路分别投射到两个CCD上,第三路经移动部分的反射镜反射回并由第三个CCD探测.被测物发生六自由度变化时,移动部分同步变化,三个CCD探测的光斑位置也随之变化,通过特定算法可解算出被测物六自由度运动.构建了一个可以表征六自由度测量特性的四自由度测量系统.测量结果表明:在相应测量范围内,与双频激光干涉仪或光电自准直仪测量值相比,系统偏摆角最大差值为1.27,滚转角最大偏差为1.03,两个平动位移最大偏差均小于1 m.
激光导引头跟踪回路的设计与半实物仿真
范世鹏, 林德福, 路宇龙, 王广帅, 臧路尧
2014, 43(11): 3603-3607.
[摘要](363) [PDF 721KB](247)
首先,为实现激光半主动导引头光轴的快速跟踪目标,根据光轴与弹目视线的误差角大小,将光轴进动速率分为线性区、过渡区和非线性区.为解决角速率的不连续性问题,采用Hermite方法设计了有约束条件下的导引头跟踪回路的进动方案.其次,介绍了激光制导武器的半实物仿真平台,建立了室内环境下的几何数学模型.最后,将未解锁的导引头搭载于五轴转台,以五轴转台的两自由度模拟导引头光轴的进动,其余三自由度模拟弹体姿态运动,通过在远、近边界初始条件下,通过弹道的半实物仿真试验,可以验证,导引头跟踪回路的设计方案在末制导段飞行过程中安全可靠,可以实现精确命中目标.
嵌入式系统的制冷CCD相机
朱启明, 王立强, 袁波
2014, 43(11): 3608-3614.
[摘要](245) [PDF 727KB](210)
根据天文摄影中CCD的工作特性,提出了基于嵌入式技术制冷CCD相机的新方法,以ARM微处理器为硬件平台设计了嵌入式制冷CCD相机,并在低照度下的天文观测中取得了良好的效果.基于天文制冷CCD的具体特性和对信号数据输出的要求,选用CXD1267和AD9826分别设计CCD的列转移驱动时序和CCD的水平读出时序.通过微处理器定时中断,实现对CCD制冷温度的实时控制.分析了科学级CCD噪声的种类及来源,通过实验得到了温度、曝光时间与暗电流噪声的关系以及CCD的读出速率与读出噪声的关系.进而在硬件和软件上采取了相应的措施有效地降低了CCD的噪声.
数字全息显微测量中相位畸变的矫正方法
王添, 于佳, 杨宇, 闫高宾, 王金城
2014, 43(11): 3615-3620.
[摘要](190) [PDF 750KB](189)
针对微尺寸(1 mm)透射型物体的数字全息显微测量中存在的相位畸变问题,提出一种相位矫正方法,通过改进预放大离轴菲涅耳数字全息记录光路以及全息图的卷积再现算法,消除了相位分布的一次畸变和二次畸变.使用该方法测量USAF1951分辨率板,成功矫正了其再现像的相位畸变,并得到了横向尺寸0.25 mm区域的清晰相位分布三维重建图.该方法的优点在于通过对记录光路和再现算法的改进,矫正相位畸变,直接得到正确的再现像相位,简化了相位补偿计算的步骤,很大程度地降低了相位重建过程的复杂程度,有利于对物体进行实时探测和快速重建.
红外线阵探测器盲元定位与补偿
徐世伟, 魏东, 王大鹏, 刘万成
2014, 43(11): 3621-3626.
[摘要](177) [PDF 772KB](156)
为减少红外线列探测器的条纹噪声与非均匀性噪声受环境温度和探测器工作时间的影响,提出了一种处理盲元的综合算法.首先依据探测器最终数据输出来检测盲元通道;然后依据通道位置与数量调整偏移量值,并根据探测器的阵列结构特点,对4806个像元完成精确的盲元定位;最后完成对含有盲元通道的非均匀校正.以FPGA处理模块为核心,完成了红外探测器实时采集与处理.图像校正效果良好,具有良好的实时性和可移植性.
接触线几何参数CCD交汇测量分辨率及精度分析
潘雪涛, 高晓俭, 谷牧, 孟飞, 蔡建文
2014, 43(11): 3627-3632.
[摘要](204) [PDF 821KB](182)
采用双CCD交汇测量技术对电力机车接触导线磨损面边界点进行精确定位,可以实现导线高度、拉出值、磨损宽度等几何参数的非接触实时测量,而边界点定位精度及分辨率会受测量系统的光学参数、结构参数等的影响.基于交汇测量机理,推导出了接触线几何参数测量的表达式,详细分析了分辨率和测量精度与边界点位置、CCD像元尺寸、成像镜头焦距、两CCD之间的距离、交汇仰角等参数之间的关系,并进行了数值模拟.在此基础上,结合测量条件及技术指标完成了各参数的优化设计,得到了理论上能达到的最佳测量精度和分辨率,同时对测量装置的制作和安装提出了合理化的建议.
PLS的红外无损检测电磁激励的数学模型
周建民, 蔡莉, 杨君, 符正晴, 胡林海, 李鹏
2014, 43(11): 3633-3637.
[摘要](180) [PDF 756KB](100)
主动式电磁激励红外无损检测中,电磁激励参数的选择是决定无损检测效果的重要因素之一.研究首先通过正交实验分析了激励功率、线圈总长、线圈等效直径、提离距离、激励时间等电磁激励参数对材料激励热效应的影响;基于偏最小二乘构建了各参数与材料激励热效应的数学模型,并分析了二者之间的关系;最后利用15组验证样本对模型进行了验证.研究结果表明;所构建数学模型的平均误差为9.79%,各激励参数中,提离距离对材料激励热效应的影响最大,其次分别为线圈总长、线圈等效直径、激励时间和激励功率.
红外技术及应用
MODIS的HJ-1B红外通道星上定标系数交叉验证
刘李, 傅俏燕, 史婷婷, 潘志强, 韩启金
2014, 43(11): 3638-3645.
[摘要](198) [PDF 792KB](199)
HJ-1B卫星自发射以红外通道共进行了7次星上黑体定标,针对星上定标系数的验证工作开展较少,以MODIS第31、32通道为参考源,分别基于光谱响应差异和线性统计关系两种方法对HJ-1B红外通道星上定标系数进行验证.首先,计算两个传感器表观辐亮度的匹配关系,进而计算出HJ-1B红外通道的等效离表亮温,通过与HJ-1B红外通道基于星上定标系数反演得到的离表亮温进行比较,实现对星上定标系数的验证.通过半高宽法、矩方法和查找表法这三种不同的方法计算得到了2009年9月14日星上定标系数.结果表明:三种方法中,查找表法精度较高, 且HJ-1B查找表法星上定标系数反演亮温与基于光谱响应差异和线性统计关系计算的等效亮温偏差较小,分别为0.02 K和0.81 K.这两种交叉验证方法的精度均在1 K以内,证明了该方法的可行性,且基于光谱响应差异的验证方法精度更高.该研究为光学载荷在轨辐射定标的验证提供了理论基础.
远程红外探测系统瞄准线高精度稳定技术
胥青青, 刘伟, 纪明, 杨光, 尹明东, 李红光
2014, 43(11): 3646-3650.
[摘要](235) [PDF 783KB](273)
瞄准线稳定精度是远程红外探测系统的关键指标之一,主要由伺服环路带宽和隔离度决定.介绍了远程红外探测系统的组成,分析了基于FSM的二级稳定技术的原理,建立了粗级稳定平台机电模型、精级稳定平台机电模型和光学传递函数模型,最终搭建了二级稳定伺服控制系统数学模型,通过分析带宽和隔离度传递函数,提出了扰动全补偿的边界条件,同时分析了影响稳定带宽和隔离度的主要因素,对比了二级稳定和传统稳定的稳定效果.仿真结果显示,系统速率稳定回路带宽提升至200 Hz,1 Hz隔离度可达-66 dB,实际测试稳定精度达到12 rad,满足远程红外探测系统对于稳定精度的要求.
多点标定的自适应非均匀性校正方法
张红辉, 罗海波, 余新荣, 丁庆海
2014, 43(11): 3651-3654.
[摘要](256) [PDF 740KB](222)
为了实现对红外焦平面阵列(IRFPA)获取图像的实时高精度非均匀校正,提出了一种基于多点标定的自适应非均匀性校正算法,该算法假定在环境温度变化时,校正后输出图像数据的差值与已标定的数据存在线性关系,对其进行分块并配对,采用最小二乘法,以平方和最小为准则,自适应修正校正系数,以达到实时调整非均匀校正的校正系数,对环境温度变化引起的非均匀性进行补偿的目的.实验结果表明,该方法既提高了非均匀性校正的精度又能满足实时性要求,可广泛应用于光电火控、红外成像制导等对实时性和成像质量均有较高要求的应用场合.
应用图像方向和宽度谱检测机场跑道
倪维平, 严卫东, 吴俊政, 张晗, 芦颖, 郑刚
2014, 43(11): 3655-3662.
[摘要](177) [PDF 985KB](152)
为有效解决成像制导中的机场跑道检测问题,提出了一种基于方向和宽度谱分析的处理方法.首先归纳了机场跑道形态和灰度特性,进而根据局部灰度特征进行跑道区域预分割,然后以Sobel算子提取边缘信息,再利用局部PCA计算边缘方向,并对各方向值出现频次进行累积,形成方向谱.通过分析方向谱的显著峰信息得到跑道的主方向,在此基础上,确定正交宽度谱的扫描计算模式.结合宽度谱显著峰信息的分析和跑道主方向进行跑道区域的指示和几何宽度值的计算.对机场跑道图像的处理结果显示,文中方法具有较高的检测精度,同时对跑道形状畸变显示出良好的鲁棒性.
基于变换域多合成规则的双色中波红外图像融合
杨风暴, 蔺素珍
2014, 43(11): 3663-3669.
[摘要](196) [PDF 844KB](174)
为了综合多个合成规则的优点,取得更好的双色中波红外图像融合效果,提出了基于变换域多合成规则的融合方法.采用支持度变换分别获得两个中波细分波段图像的低频成分图像和支持度图像序列;根据像素值最大法、区域特征最大法、区域特征加权法等合成规则的特点,提出了低频成分图像三个合成规则的组合方法;根据支持度图像的能量最大法、区域特征加权法等合成规则的特点,提出了支持度图像序列两个合成规则的组合方法.与单一合成规则的方法相比,融合后的图像局部标准偏差、局部粗糙度和融合质量参数分别提高了6.77%、4.86%和9.59%,实验结果证明了该融合方法的有效性.
湍流退化红外图像校正算法
张士杰, 李俊山, 杨亚威, 张姣, 李海龙, 郭毅
2014, 43(11): 3670-3675.
[摘要](226) [PDF 884KB](144)
针对高速湍流场引起的红外图像模糊问题,提出了一种基于改进增量Wiener滤波的复原校正算法.首先,基于先验知识对湍流退化图像的降晰函数进行辨识并得到复原图像的起始估计;其次,提取起始复原图像中的强边缘并平滑边缘区域;最后,利用改进的增量维纳滤波算法迭代复原图像.实验结果表明:该算法与传统的迭代盲复原算法及基于Fuzzy滤波器的后期去振铃算法相比,复原图像的振铃测度有较大下降,同时提高了复原图像的质量,降低了算法的时间复杂度.
光通信与光传感
大气激光通信系统中频域解卷积抑制乘性噪声的研究
邓莉君, 柯熙政, 谌娟
2014, 43(11): 3676-3682.
[摘要](214) [PDF 725KB](153)
大气湍流引起的乘性噪声会导致大气激光通信链路性能的恶化,引起误码率增加.在Gamma-Gamma湍流信道模型下,采用频域解卷积滤除4PSK调制大气激光通信系统中的乘性噪声.通过计算机仿真对4PSK大气激光通信系统的星座图和误码率进行分析,结果表明在不同天气条件下采用频域解卷积可以滤除系统的乘性噪声,有效地抑制了大气湍流对大气激光通信系统的影响,减小了大气激光通信系统的误码率.
利用衍射锥镜降低卫星光通信探测器位置精度要求的方法
俞建杰, 胥全春, 周彦平, 马晶, 谭立英
2014, 43(11): 3683-3687.
[摘要](188) [PDF 841KB](220)
针对卫星光通信系统中接收系统对探测器位置的精度要求,提出利用扩大焦深范围的方法降低探测器的轴向位置精度要求.并根据接收光学天线存在中心遮挡的实际情况,采用切趾圆环对数型衍射光锥实现光束强度的轴向均匀分布.利用能量守恒法获得了衍射锥镜的位相分布函数和振幅透过率函数.计算机仿真结果表明,利用该光锥实现光强轴向均匀分布的能力远大于普通透镜,它将有效提升卫星光通信系统捕获、跟踪、通信性能的可靠性.
高精度环形谐振腔的结构设计及优化
刘耀英, 薛晨阳, 郑华, 安盼龙, 崔晓文, 卢晓云, 刘俊
2014, 43(11): 3688-3693.
[摘要](245) [PDF 863KB](295)
环形谐振器作为谐振式光学陀螺的核心敏感部件,其精细度的大小直接影响光纤陀螺的灵敏度,所以研究光纤环形谐振器的特性及其精细度是优化陀螺设计和制造及提高性能的关键.通过对比分析不同耦合器结构的耦合原理,系统分析了在一定激光器线宽的基础上,谐振式光学陀螺系统灵敏度和谐振腔光路中各参数的间的关系及耦合器耦合系数与各损耗参数间的关系.设计优化R-MOG系统的主要参数.最终在同时考虑到谐振腔的高精细度和高Q值得前提下,得到当腔长尺寸为21.4 cm时,精细度达170,Q值为3.34107,此时,灵敏度为0.48 ()/h,并且,通过建立一个R-MOG闭环实验系统,对系统双路转动的闭环响应进行了测试,这为陀螺系统的构建提供了理论和实验基础.
三种载波抑制归零码光调制格式性能
王现彬, 李宁, 卢智嘉, 杨洁, 曹鹤飞
2014, 43(11): 3694-3698.
[摘要](248) [PDF 902KB](157)
首先分析了基于载波抑制归零码的光载波抑制归零-开关键控(CSRZ-OOK)、载波抑制归零-差分相移键控(CSRZ-DPSK)和载波抑制归零-差分正交相移键控(CSRZ-DQPSK) 三种光调制格式的时域和频域特性,并数字仿真了其在40 Gbit/s单信道光纤系统中的传输性能.以Q值、眼图和误码率(BER)作为性能评价指标,研究了这三种调制格式对色散(CD)、偏振模色散(PMD)和非线性效应的抑制作用.结果表明:CSRZ-DQPSK相对于CSRZ-OOK、CSRZ-DPSK对色散、偏振模色散和非线性效应有非常好的容忍能力.
PDH技术中F-P腔特性对鉴频曲线的影响
李海成, 冯丽爽, 王俊杰
2014, 43(11): 3699-3703.
[摘要](249) [PDF 728KB](175)
详细介绍和分析了基于Pound-Drever-Hall(PDH)方法的激光器稳频技术.仿真分析了法布里-珀罗(F-P)腔镜面反射率及腔内损耗对鉴频曲线的影响,当反射率为0.2、不考虑腔内损耗时,鉴频曲线线性动态范围和灵敏度分别为9.6 MHz和0.2 MHz-1.与此同时,当腔内损耗为1%时,线性动态范围和灵敏度变化为14.5 MHz和0.05 MHz-1.结果证明了镜面反射率及腔内损耗都会对鉴频曲线产生显著影响.
满足0.2级的光纤电流互感器信噪比分析
王熙辰, 周卫宁, 秦億
2014, 43(11): 3704-3708.
[摘要](236) [PDF 674KB](127)
电流比值误差和相位误差是检验互感器的重要指标,噪声对其有较大影响.光纤电流互感器不同于传统电流互感器的重要特征之一即是存在较大噪声,在测量小电流时表现尤为显著,已经成为阻碍光纤电流互感器实用化进程的重要难题.分析了高斯白噪声背景下电流比值误差和电流相位误差的统计特征,研究了0.2S级下电流互感器数字输出信号信噪比所需满足的条件,探讨了电流互感器信噪比的计算方法以及影响信噪比的因素,并设计实验验证了理论分析的正确性.分析表明,为满足0.2S级光纤电流互感器信噪比需达到136,在额定电流以及数据更新率一定的情况下,仅有通过降低噪声以及增加敏感线圈缠绕圈数的方法可以提高系统信噪比.
非相干变频转换实现室温下红外单光子源
江萍, 郭蒙蒙, Tim Schroeder, Oliver Benson
2014, 43(11): 3709-3712.
[摘要](180) [PDF 814KB](129)
纳米金刚石中的NV-center(Nitrogen-Vacancy center)是目前室温下具有高发射率和稳定性的可见光波段单光子源,而如何实现及优化红外单光子源则是未来实现量子信息和量子通信应用的一大挑战.介绍了一种近期提出的实现红外单光子源的新型机制.该方法以金刚石中的NV-center作为可见光波段的单光子源,利用非相干变频转换实现室温下近红外波段稳定、无闪烁的单光子源.具体的实施方案为在中空芯光子晶体光纤中选择性地填充含有量子点的溶液,以可见光波段的单光子源作为激励源,选择合适的量子点即可得到红外波段的单光子源.中空芯光子晶体光纤保证了较高的单光子吸收效率以及荧光收集效率.该方案的实施在理论上可以达到26%的转换效率,而初步的实验得到了0.1%的转换效率.进一步分析了一些影响转换效率的因素,并提出了一些解决方案.
光电器件与材料
复合材料在热真空下的尺寸稳定性测试方法
岳丽清, 张继友
2014, 43(11): 3713-3717.
[摘要](242) [PDF 870KB](164)
航天光学遥感器在轨运行时的环境与地面装调时有很大差异,对于采用复合材料的遥感器而言,在轨运行时由于材料受湿气解析的影响其几何尺寸将发生变化,进而影响遥感器的成像质量.因此,模拟在轨环境下复合材料几何尺寸稳定性测试,分析其在轨条件下的几何尺寸变形是十分必要的.提出了一种在热真空环境下,采用激光双频干涉原理对复合材料几何尺寸变形量的高精度测试方法,对该方法进行了方案验证与精度分析.针对采用碳纤维蒙皮/铝蜂窝夹层结构复合材料的某相机前镜筒进行了实际的热真空环境下几何尺寸变形量测试.结果表明,试验数据与理论数值在数量级上相同,提出的测试方案可行,为复合材料模拟在轨环境下几何尺寸变形量提供了一种测试手段.
掺镱光子晶体光纤纤芯材料制备及光纤数值模拟
王玲玲, 郭艳艳, 谭芳, 卢敬娟, 韩科选, 于凤霞
2014, 43(11): 3718-3723.
[摘要](175) [PDF 904KB](123)
基于掺镱多组分玻璃光子晶体光纤具有较高的离子掺杂浓度和大的受激发射截面以及宽的发射带宽,同时能够允许更高的泵浦功率密度和工作温度,因此其非常适合于作为高功率光纤激光器的增益材料.通过对采用高温熔融法研制的一种掺镱硅酸盐光子晶体光纤新材料的物理性能及光谱性能进行的测试,其较大的受激发射截面和较长的荧光寿命的特性得以验证.以其作为光子晶体光纤的纤芯,设计出了纤芯为正六边形掺镱光子晶体光纤,并利用有限元理论等模拟软件对设计的光纤结构进行了数值模拟,实验研究和数值模拟结果均表明该材料非常适合作为光子晶体光纤的芯体材料.
基于Talbot效应的电光调制位相阵列器
张进宏, 陈云琳
2014, 43(11): 3724-3728.
[摘要](188) [PDF 939KB](230)
利用周期极化反转的铌酸锂晶体设计与制备圆形周期单元六角结构排列的可调位相阵列器,对位相阵列器的Talbot效应光衍射成像进行理论和实验研究,得到了不同位相差和不同分数Talbot距离条件下阵列器近场衍射的理论仿真和实验观测图像,实验结果与理论研究相符.计算衍射场取样区域内平均强度,获得取样区内强度随位相差和Talbot距离变化的曲线,揭示了位相差和衍射位置对阵列器衍射强度分布的影响.
高孔隙水压力下裸光纤光栅应变测试
柏东良, 杨维好, 黄家会, 张文
2014, 43(11): 3729-3734.
[摘要](171) [PDF 921KB](117)
裸光纤光栅与电阻应变计相比具有体积小、防水、抗电磁干扰等优点,利用其在高压孔隙水环境下进行应变测试理论上是可行的.以相关课题试验研究为背景,进行了高孔隙水压下裸光纤光栅应变测试的研究.首先通过试验研究,根据裸光纤光栅应变灵敏度系数与长期稳定性选择合适的胶黏剂,在此基础上利用裸光纤光栅对高孔隙水压力下的模型井壁外缘切向应变进行测量,通过与井壁内缘的电阻应变计测值对比发现,二者测值非常接近,试验表明高水压下裸光纤光栅应变测试是可行的,具有足够的灵敏度与精度,同时发现粘贴工艺的标准化、胶黏剂的选择以及裸光纤光栅的存活率是影响测试成败的重要因素.
新型高精度空间折转光管的设计方法
尹逊龙, 吴易明, 吴璀罡, 姚震
2014, 43(11): 3735-3739.
[摘要](174) [PDF 878KB](125)
星模惯测组合装置在标调过程中,要求测量星模拟器出射光束与惯组棱镜反射光束的方位夹角,两光束不仅方向相反且存在空间平移,为了实现单台经纬仪对该角度的测量,该系统中需要加入特定的折转光管.提出了一种新型的空间转折光管的设计方法,能够实现光路的180折转和垂直于星模拟器光轴的平面内的二维平移,设计中采用了直角屋脊棱镜与斜方棱镜,很好地消除了安装误差;为了消除由于棱镜加工误差带来的折转光管传递偏差,设计中加入双光楔结构.折转光管的光路通过双光楔机构可以发生一定的偏转,该偏转可以抵消折转光管各个部分带来的传递偏差.实验结果表明,该设计方法可以很好的实现光路折转地要求,同时在保证折转光管的传递精度的基础上,降低了整个光管的加工成本.
星敏感器组件的热设计
江帆, 王忠素, 陈立恒, 吴清文, 郭亮
2014, 43(11): 3740-3745.
[摘要](227) [PDF 947KB](203)
根据高分辨率卫星上星敏感器的特点和任务需求,通过仿真分析与试验相结合的方法对星敏感器组件进行热设计.首先,根据热变形分析确定星敏感器支架的热控指标为183 ℃.其次,根据轨道参数及结构布局获得3只星敏感器及其安装支架的外热流,同时考虑内热源分布及多层隔热材料表面参数的退化等因素,选用被动热控和主动热控相结合的热控模式.然后,通过仿真分析,得到星敏感器支架在低温工况和高温工况下的温度范围为17.0~19.1 ℃.最后,通过热平衡试验及在轨温度测试验证热设计,星敏支架在各试验工况下的温度范围为17.3~18.7 ℃,与分析结果相符;在轨测试星敏支架的温度范围为16.0~19.0 ℃,满足热控指标要求183 ℃.热设计合理有效,满足任务需求.
SiO2薄膜TO与LO振动模式的数值研究
刘华松, 罗征, 刘幕霄, 姜玉刚, 王利栓, 季一勤, 张锋, 陈德应
2014, 43(11): 3746-3750.
[摘要](230) [PDF 984KB](184)
对Si-SiO2基底薄膜系统进行数值实验,将SiO2薄膜的能损函数与透过率光谱和反射椭圆偏振光谱进行对比,讨论了在红外透过率光谱和反射椭偏光谱中激发的SiO2薄膜TO和LO振动模式.在正入射的红外透过率光谱中,仅能发现SiO2薄膜的TO振动模式;在倾斜入射的s偏振透过率光谱中没有激发的LO模式;在倾斜入射的p偏振透过率光谱中,当入射角小于60时,三个TO振动模式全部被激发;当入射角大于60时,三个LO振动模式都被激发,而TO模式仅能激发两个.在反射椭偏光谱中,TO模式未被激发,仅能激发LO模式.在透过率光谱和反射椭偏谱中,振动频率分别具有向高波数和低波数方向频移的现象.
信息处理
城市街区星载光学遥感图像车辆目标自动检测方法
李昭慧, 张建奇
2014, 43(11): 3751-3755.
[摘要](212) [PDF 969KB](235)
针对星载光学遥感图像城市街区复杂背景问题,提出一种车辆目标自动检测方法.首先,利用场景中植被背景的物理属性,通过多光谱波段抑制场景中的植被背景,然后,在分析城市街区地物形态反射率特性的基础上,利用全色波段并结合二值形态学方法抑制场景中的建筑物,最后,引入著名的RX算法对抑制后的图像进行车辆目标检测.将文中提出的方法应用于实际Quickbird影像的车辆目标检测,结果表明所提出的方法具有鲁棒性强,执行效率高,不需要人工辅助等方面的特点,可用于城市街区车辆目标的自动检测.
基于GPU的星图配准算法并行程序设计
陈茜, 邱跃洪, 易红伟
2014, 43(11): 3756-3761.
[摘要](187) [PDF 920KB](187)
星图配准是星图处理应用中的一个重要步骤,因此星图配准的速度直接影响了星图处理的整体速度.近几年来,图形处理器(GPU)在通用计算领域得到快速的发展.结合GPU在通用计算领域的优势与星图配准面临的处理速度的问题,研究了基于GPU加速处理星图配准的算法.在已有配准算法的基础上,根据算法特点提出了相应的GPU并行设计模型,利用CUDA编程语言进行仿真实验.实验结果表明:相较于传统基于CPU的配准算法,基于GPU的并行设计模型同样达到了配准要求,且配准速度的加速比达到29.043倍.
采用混合粒子群算法的星图识别方法
毛海岑, 刘爱东, 王亮
2014, 43(11): 3762-3766.
[摘要](215) [PDF 924KB](144)
为提高大视场高灵敏度星敏感器的星图识别速度和识别成功率,提出了一种基于混合粒子群算法的星图识别方法,该方法首先根据星图中星点的灰度信息确定候选识别主星集合;然后选择该集合中的一个星点为圆心,以一定角距为半径画圆,将圆内的所有星点构成特征数据集合;然后利用混合粒子群算法对圆内的星点进行快速路径寻优;最后利用最优路径长度进行索引,并利用最优路径中前三个星点间的角距以及它们的星等信息进行匹配识别;实验结果表明,与现有识别方法相比,该方法具有高的识别率,良好的实时性和鲁棒性,且所需的导航星库容量小.
典型场景彩色融合图像颜色协调性的主观评价
苏宇, 高绍姝, 金伟其, 贾晓婷, 潘定平, 刘佳妮, 金凯佳
2014, 43(11): 3767-3774.
[摘要](233) [PDF 1087KB](145)
彩色夜视技术是当前夜视技术发展的前沿,但如何实现对彩色夜视图像质量的客观评价仍然是当前困扰人们的问题.针对北京理工大学高绍姝提出的颜色协调性模型主观评价实验人数不足的问题,按照国际视觉实验标准重新设计并进行了颜色协调性的主观视觉评价实验,主观评价测试的彩色融合图像分成绿色植物、海天和城镇建筑物三类典型场景,主观实验人数提高到52人;对主观评价实验结果的回归分析结果表明:高绍姝提出的颜色协调性评价模型在三类场景与主观评价结果均具有较好的一致性,明显优于其他评价模型,可以有效地对不同场景彩色融合图像的颜色协调性进行客观评价.
基于信息散度的雷达/红外数据关联算法
孔云波, 王华兵, 冯新喜, 鹿传国
2014, 43(11): 3775-3782.
[摘要](169) [PDF 1076KB](139)
针对基于多维分配模型的雷达与红外数据关联算法在构造关联代价函数时未考虑最大似然估计引入的误差的一问题,提出了一种基于信息散度的雷达与红外数据关联算法.该算法首先利用无迹变换获得伪量测的统计信息.然后在构造关联代价函数时,将真实量测数据的极大后验分布和伪量测的概率密度函数的之间的Kullback-Leibler散度(KLD)作为关联代价,继而代入多维分配模型求解关联.最后进行了仿真分析,结果表明该算法具有良好的关联性能,其关联代价可更精准地反映数据关联的可能性程度.
小波不变矩的低空风切变识别
蒋立辉, 陈红, 庄子波, 熊兴隆
2014, 43(11): 3783-3787.
[摘要](215) [PDF 960KB](153)
针对微下击暴流、低空急流、顺逆风以及侧风低空风切变样本图像间的形状特性关系,主要研究了小波不变矩的特征提取技术在风切变识别中的应用.首先,采用基于三次B样条的小波不变矩提取风切变图像的形状特征.然后,将提取的特征通过Fisher线性判别分析(LDA)降低维数,实现风切变有效特征的提取.最后,采用三阶近邻分类器分类识别四种低空风切变.实验结果表明,该算法与应用Hu矩和Zernike矩特征进行分类识别相比,识别结果更加稳定,且平均识别率得到了较大提高,能够有效用于风切变图像的类型识别中.
改良型MACH滤波器算法的形变目标识别
刘洪志, 陈宇, 霍富荣, 郑丽芹
2014, 43(11): 3788-3793.
[摘要](174) [PDF 737KB](121)
联合变换相关器可用于精确识别与定位目标,其瓶颈在于如何在复杂背景中识别形变目标,这也限制了目标模式识别技术的发展.为解决这一问题,提出了一种改良型的最大平均高度(MACH)滤波器算法.该算法对于旋转形变及尺寸形变目标均有很强的识别能力.根据大量的实验结果分析,对合成滤波器的控制参数进行了优化,使得该滤波器具有较高的形变识别容差,并能有效抑制复杂噪声.通过将频域中改良的MACH滤波器返回至空域,可获得含有目标多种不同状态的MACH参考模板.利用该模板,能有效增强相关峰亮度,扩大复杂背景中形变目标的识别范围.作为实例,对复杂背景中的战舰目标进行了计算机模拟实验与光学实验.实验结果证明了该算法的可行性和实用性.
采用热核特征的SAR图像目标识别
杨绪峰, 林伟, 延伟东, 温金环
2014, 43(11): 3794-3801.
[摘要](293) [PDF 1108KB](332)
为了解决SAR图像受相干斑噪声干扰和震后发生形变而识别率偏低的问题,提出了一种新的仿射、形变不变特征-热核特征,并将该特征用于SAR图像目标识别.首先采用推广的核模糊C-均值方法分割SAR图像,提取SAR图像目标形状;接着对目标形状进行Delaunay三角剖分,采用余切权重法对Laplace-Beltrami Operator离散化,通过离散化Laplace-Beltrami Operator特征值、特征向量求每一点热核特征;然后采用谱距离公式对点点间热核距离计算,转化为距离分布表示目标形状的热核特征;最后采用L1相似性准则对图像进行相似性度量,得到识别结果.实验表明:与经典的Hu不变矩方法相比,对于仿射变换和发生形变的SAR图像,该方法都具有更高的识别率.因此,基于热核特征的SAR图像识别方法是一种更加有效的识别方法.
扩展的多类别信息熵的粗糙集连续属性离散化新方法
杨新锋, 杨东芳, 刘克成, 辛玉林
2014, 43(11): 3802-3806.
[摘要](169) [PDF 957KB](184)
提出了一种标准粗糙集约简时连续属性离散化的新方法.采用标准粗糙集进行属性约简时,要求属性为离散的,而大多数情况下属性是连续的,因此需要进行离散化处理.首先介绍了原有的信息熵算法并指出其局限性;其次,对多类别信息熵进行扩充,将距离因素引入到该信息熵的计算中;最后给出了扩展信息熵计算的两个基本准则,利用证据理论完成信度的上聚焦.仿真显示了该方法的有效性.
利用多数据处理方法提高LIBS谱信号质量
杨崇瑞, 汪家升, 盛新志, 娄淑琴
2014, 43(11): 3807-3812.
[摘要](257) [PDF 959KB](173)
基于分段光谱特征值提取法和小波变换算法等多个数据预处理方法,分别针对分段基线差异及光谱噪声等严重影响激光诱导击穿光谱(LIBS)信号质量的主要影响因素,开展光谱信号预处理研究.基于实验室LIBS实验装置,通过实验验证,基于多通道光谱仪不同波段光谱特征值提取,提出了一种简单易行的多组数据中特征值点连接的方法,有效地提高了LIBS光谱信号的基线平直度,并得出以小波变换算法进行LIBS谱线信号去噪的最佳算法参数.在上述工作的基础上,使用基于误差反向传播的人工神经网络方法,实现了纯铜和不锈钢等物质种类的有效识别,研究结果表明,综合利用多数据处理方法进行LIBS技术中光谱信号处理可以有效提高谱线分析和识别的质量.
先进光学
紫外-近红外高光谱探测仪扫描镜拓扑优化设计
曹佃生
2014, 43(11): 3813-3819.
[摘要](199) [PDF 970KB](151)
为了研究某紫外-近红外高光谱探测仪扫描镜工作在运动状态的轻量化问题,提出了以扫描镜动态面形为设计约束的拓扑优化方法.对设计约束进行了有效的简化,降低了计算的复杂程度.使用拓扑优化方法得到了在转动条件下扫描镜的最优轻量化形式.分析结果表明,拓扑优化后的扫描镜轻量化率为47.3%,动态面形PV值和RMS值分别为19.36 nm和5.65 nm,比优化前分别提高了18.45%和17.40%,同时,扫描镜的一阶频率提高了113.8 Hz.分析结果说明了以动态面形为设计约束进行扫描镜拓扑优化的合理性.
SiC轻量化主镜液压whiffletree支撑系统的改进
邵亮, 吴小霞, 杨飞, 范磊, 李剑锋
2014, 43(11): 3820-3824.
[摘要](161) [PDF 991KB](216)
针对2 m SiC轻量化主镜设计了液压whiffletree被动支撑系统,通过在轴向液压支撑点处并联杠杆配重机构的方式,实现了不同支撑圈上轴向支撑力的优化分配,将轴向支撑下主镜的镜面变形RMS值从7.1 nm优化到4.8 nm.针对SiC主镜热膨胀率大的特性,提出了采用具有热解耦能力的切向连杆结合液压whiffletree的侧向支撑系统,并借助于有限元法预算出主镜光轴水平状态下侧向支撑引起的镜面变形误差RMS值为39.7 nm.当温差为20 ℃时,轴向和侧向支撑结构作用下的主镜镜面变形误差RMS值仍保持在4.8 nm,验证了侧向支撑良好的热解耦能力.
扩束系统设计与分析
何秉高, 安志勇, 高瑀含
2014, 43(11): 3825-3831.
[摘要](175) [PDF 764KB](145)
随着光电传感技术的快速发展,对于红外干扰技术的要求也越来越高,常规系统已经无法满足能量高度集中、隐蔽性好的新要求.基于此原因,提出了一种离轴双反射式激光干扰扩束系统的设计方案,并对系统主要部件包括离轴双反射式镜组、平面反射镜及固定支撑结构进行了详细的设计与分析.为了缩小系统尺寸,采用了一种新的平面反射镜支撑结构;为减小镜面变形,离轴双反射式镜组及平面反射镜均采用微应力固定设计.仿真实验结果显示,系统一阶固有频率为45.68 Hz,其固定支撑结构应力远小于材料屈服强度.测试结果表明,系统的两轴一致性误差小于等于0.3 mrad,并可以实现1:12.01的扩束比,满足设计指标要求.
结构函数在大口径光学系统评价中的应用
杨飞, 刘国军, 安其昌
2014, 43(11): 3832-3836.
[摘要](188) [PDF 937KB](206)
为了降低大口径望远镜在研制和使用过程中的技术风险,将从结构函数的角度对大口径望远镜光机系统评价方法进行分析和研究.首先通过理论计算得出结构函数与光机系统评价的常用指标斯特利尔比以及系统波像差均方根的关系,并对于结构函数的具体求解方法进行了讨论;然后对于低阶Zernike项对应的系统低频波像差以及Kolmogorov谱反演代表的高频系统波像差进行了分析,得出结构函数在不同的评价尺度下系统斯特利尔比的变化趋势.由于大气相干长度与系统结构函数有直接关系,且直接影响到大口径光学系统的使用效果,最后基于极大似然估计提出了一种大气相干长度估计方法.
摄远型红外8~12μm波段消热差物镜设计
高铎瑞, 付强, 赵昭, 钟刘军
2014, 43(11): 3837-3842.
[摘要](215) [PDF 1010KB](287)
介绍了一种摄远型长波红外消热差物镜的设计方法.将摄远物镜模型与消热差模型相结合,推导出之间的光焦度分配关系,并将二者统一起来,直接得到摄远型消热差物镜的光焦度分配关系式.首先,根据摄远物镜的设计方法进行物镜的设计,在满足远摄比的情况下结合像差理论合理选择最优的前组和后组光焦度解;然后采用光学被动消热差方法,进行消热差设计,选择材料组合,分配组元内部各透镜的光焦度;最后利用计算机辅助软件进行像差校正.为了验证该方案的可行性,设计了一个工作于8~12 m,焦距100 mm,F数为2.0,全视场角为6,远摄比达到0.8的长波红外消热差光学系统.在-40~60 ℃温度范围内,成像质量稳定,调制传递函数(MTF)接近衍射极限,并且体积小、结构简单,质量轻.所设计系统优化后的光焦度分配值和初始计算值非常接近.
太赫兹技术及应用
碳纳米管束/介质界面表面波激发与传输特性
王玥, 何雨霖, 张丽颖, 王暄, 童一静, 吴群
2014, 43(11): 3843-3848.
[摘要](223) [PDF 1048KB](192)
基于表面等离子体波产生的物理机理和其新颖特性,设计出能够激发太赫兹表面等离子体波的两种圆柱体周期性光栅结构模型.通过研究周期性阵列结构中表面等离子体波的色散关系,理论预测了表面等离子体波的共振频率,并在仿真实验结果中得到验证.通过观察表面等离子波电场的变化,结合理论详细分析了界面处表面波随各因素的变化规律.研究结果表明,垂直结构的碳纳米管束半径为24 m,栅周期为95 m时,激发的表面等离子波最强;而对于水平结构,半径为25 m,栅周期为120 m时,所激发表面等离子波最强.其研究结果对利用等离子波探测THz信号和THz传感器的设计有重要指导意义.
基于太赫兹亚波长超材料的偏振不敏感调制器的理论研究
崔海林, 焦磊, 李丽娟, 何敬锁
2014, 43(11): 3849-3853.
[摘要](209) [PDF 820KB](266)
对太赫兹波超材料调制器的偏振响应进行了研究.提出并计算仿真了两种特殊结构的调制器,包括中心十字结构和双开口环结构.传统的开口环结构的调制器是偏振敏感的,而所研究的两种结构都是偏振不敏感的.中心十字结构是一个完全对称的金属结构,并具有完美的偏振不敏感特性.对于双开口环结构,它没有达到完全的偏振不敏感,但从太赫兹偏振透射率曲线来看,这种差别可以忽略不计.此外还模拟了双开口环的表面电流分布,并提出了产生两个谐振吸收波谷的主要机制.
应用于THz波的非对称双开口环传输特性研究
曹小龙, 姚建铨, 车永莉
2014, 43(11): 3854-3858.
[摘要](202) [PDF 975KB](234)
设计并制备了一种适用于太赫兹波段的非对称双开口环结构,数值仿真和实验测量了其传输性质.结果表明,垂直极化时样品在低频的0.540 THz和0.925 THz处存在谐振点,来源于左右两开口环的LC谐振,电流和电场分布主要集中在两开口环的开口处;而在高频处(1.885THz)谐振点的表面电流具有相反的两个环流方向,电流和电场分布于整个样品表面,此处的谐振来源于两开口环耦合后的偶极子谐振.当太赫兹波平行极化该样品时,原来两个低频的LC谐振消失.实验测量结果与数值仿真具有很好的一致性.此结构超材料的传输特性研究对太赫兹波调制器、滤波器、吸收器及偏振器等器件设计和制备具有一定的指导意义.