2019年 第48卷 第7期
2019, 48(7): 702001.
doi: 10.3788/IRLA201948.0702001
Optical phase conjugation(OPC) is a technique that generates a light field with reversed wavefront and identical amplitude distribution as the incident light. It has a unique feature of suppressing the aberration of incident beam induced by inhomogeneous or disturbing medium. Although this technique has been extensively studied since the 1970s, it has become more attractive because of unprecedented achievements and prospective potentials in biomedical applications. OPC-based techniques have been successfully utilized to form a focus through/inside highly scattered biological samples. It opens a new avenue by significantly enhancing the light delivery in biological tissue for high-resolution imaging, diagnosis and treatment of medical diseases. In order to provide insight into its further development, recent progress of OPC techniques for focusing light through/inside biological tissue was summarized.
2019, 48(7): 702002.
doi: 10.3788/IRLA201948.0702002
共形超颖表面可以打破物体几何形状与光学功能之间的限制，使散射波前得到任意的调制。文中展示了一种自适应的共形超颖表面，该超颖表面由非手性镜面对称的型金纳米天线组成，可以集成在任意形状的基底上，在可见光范围内（=450 nm）实现曲面全息。共形超颖表面的相位调制方法依赖于贝里相位，通过旋转纳米天线的方位角，可以在每个亚波长单元中进行连续的相位控制。这种共形超颖表面包裹在曲面拓扑物体上可以用于各种实际应用中，如曲面透镜聚焦、隐身和安全打印技术。
2019, 48(7): 704001.
doi: 10.3788/IRLA201948.0704001
针对现有的宽带k分布模型不适合温度和参与性组分比例剧烈变化的气体的辐射特性计算的问题，建立了多尺度多线组宽带k分布模型（MSMGWB），并针对舰用燃气轮机排气系统远程辐射特性计算面临的高温燃气与环境空气热力学参数，对MSMGWB模型的光谱吸收系数分组进行了优化。一系列一维气体辐射传输算例的计算结果表明：当高温燃气与低温空气的温度和水蒸气、二氧化碳、一氧化碳摩尔比差别巨大时，多尺度多线组宽带k分布模型对3~5 m波段气体辐射传输特性的预测精度远高于原始宽带k分布模型和窄带模型，并且与灰体固壁保持了很好的兼容性。最后，对不同相对风速下舰用燃气轮机引射排气系统的流场、固体温度场及其近、远距离红外成像进行了数值计算，结果表明：气体重力和燃气中的一氧化碳对其3~5 m波段红外成像的影响不能忽略。
2019, 48(7): 704002.
doi: 10.3788/IRLA201948.0704002
针对生物材料FANS 233D，采用显微红外光谱仪测定了材料在2.5~15 m波段的反射光谱，结合Kramers-Kronig （K-K）关系计算了生物材料8~14 m波段的复折射率。利用团簇-团簇模型模拟了不同分形维数的生物凝聚粒子的空间结构，通过离散偶极子近似法计算了具有分形特征的生物凝聚粒子在远红外波段的消光参量，并求出不同条件下生物凝聚粒子的质量消光系数。结果表明：在远红外波段内，相同原始微粒数生物凝聚粒子的分形维数越大，其消光性能越好，当生物凝聚粒子的原始微粒数为50，分形维数为2.00，质量密度为1 120 kg/m3时，质量消光系数最大可达到2.262 m2/g，且凝聚粒子的质量消光系数随着原始微粒半径的增大而缓慢增大。
2019, 48(7): 704003.
doi: 10.3788/IRLA201948.0704003
为了有效地对临近空间高超声速飞行器进行探测预警，计算了星载空间红外探测器的作用距离。全面考虑到目标、背景到探测器之间的大气透过率差异、路径辐射以及点目标成像的弥散效应的影响，推导出新的作用距离模型，同时指出模型中的参数仅是波长的函数，与探测距离无关。基于空气动力学、发动机加力燃烧原理、羽焰温度流场简化模型，计算X-51A蒙皮、喷管及尾焰的红外辐射强度；综合自然环境的影响，建立海面背景的红外辐射模型。仿真指出，在动力段，X-51A的中波红外辐射强度和作用距离均高于长波波段，并且随着飞行速度的增加，中波和长波的辐射强度与作用距离都增大，考虑了成像弥散效应的作用距离明显小于无弥散效应的作用距离。表明使用中波对X-51A的探测能力优于长波，实际探测时弥散效应必须考虑。
2019, 48(7): 704004.
doi: 10.3788/IRLA201948.0704004
目标仿真是一种能够降低武器测试时间与成本的技术。使用长波红外激光器投射光斑到屏幕上进行目标仿真时，往往会在屏幕上产生拖尾现象，使点状目标难以在屏幕上保持原有形状，严重干扰对目标的精确识别，降低测试精度。通过理论分析了激光功率、激光斑移动速度以及屏幕材料等因素对拖尾的影响，并通过系列的对比实验进行验证。首先，在相同的激光斑移动速度下，激光功率越高，拖尾现象越明显；其次，在激光功率相同的条件下，激光斑移动速度越慢，拖尾现象越明显；最后，不同的材料对10.6 m激光的吸收能力有很大的差别，散热性能越差，拖尾现象越明显。结果证明：采用根据激光斑移动速度实时调节激光功率以及使用适当热物理性质的屏幕材料的方法，可以有效消除和减轻拖尾现象。
2019, 48(7): 704005.
doi: 10.3788/IRLA201948.0704005
为了研究新一代舰载红外探测系统在海雾条件下的探测能力，以黄海海雾为实验环境，以非制冷型红外热像仪为探测器，分别在不同强度的海雾中以不同性质的红外辐射源为探测对象进行了成像实验，并结合红外辐射在海雾中的衰减模型进行了量化研究。衰减模型可分为物理模型和经验模型两大类，分别对其在不同强度海雾下的衰减曲线进行了对比分析，并根据实测结果进行了拟合分析，结果表明：在轻雾条件下，实际观测的结果几乎与物理模型一致；在较浓海雾条件下，以经验模型计算的结果与观测结果相差较小；而在特浓海雾条件下，以经验模型计算的结果较接近于实际观测。
2019, 48(7): 704006.
doi: 10.3788/IRLA201948.0704006
干涉式大气垂直探测仪是风云4号气象卫星的重要有效载荷，用于获取大气的多种三维信息。成功设计了一款适用于干涉式大气垂直探测仪的红外焦平面读出电路。电路采用CTIA注入级结构，积分电容4档可选。并且工作方式灵活，同时采用相关双采样结构有效地降低了电路输出噪声。电路使用CSMC 0.5 m 2P3M 5 V工艺流片，电路测试结果符合理论设计预期，噪声小于0.14 mV，动态范围达到85.6 dB。耦合中波HgCdTe探测器测试正常，噪声小于0.43 mV，动态范围达到75.6 dB，符合干涉式大气垂直探测仪红外焦平面要求。
2019, 48(7): 706001.
doi: 10.3788/IRLA201948.0706001
介绍在大气气溶胶污染监测中应用的新型全天时户外型拉曼-米散射激光雷达系统，主要用于对大气边界层结构、对流层气溶胶和云光学特征及其形态进行自动连续观测。该系统在整体结构方面，运用成熟的米散射、偏振和拉曼激光雷达技术，采用一体化设计，结构紧凑，便于运输，外场试验无需安装和调试；在系统控制方面，采用一键式启动，操作简单，同时具备手动和自动两种工作模式，并具有网络控制和数据传输功能；在数据处理方面，采用自动和人工两套处理软件，前者可根据系统设置自动处理和实时显示测量结果，后者则根据用户设定参数对原始测量数据进行数据反演和显示。该系统真正实现了激光雷达的产品化应用要求，可广泛运用于大气环境监测和大气科学等研究领域。
2019, 48(7): 706002.
doi: 10.3788/IRLA201948.0706002
从表面微结构加工需求出发，研究了超短脉冲对金属材料的烧蚀作用。利用双温方程推导了多脉冲辐照分析模型，分别对单脉冲及多脉冲烧蚀金属铁的温度变化规律进行了定量计算和比较。结果表明，激光能量密度、脉冲宽度、脉冲时间间隔是影响电子/晶格温度变化规律的几个主要因素，并最终绘制出了在不同的激光能量密度烧蚀下，材料达到烧蚀阈值需要的脉冲个数，以此为加工过程中的激光控制提供理论依据。
2019, 48(7): 706003.
doi: 10.3788/IRLA201948.0706003
以强激光系统和自聚焦理论的研究为出发点，主要采用光束传输法和光线追迹法分析了非线性介质下的强激光光束传输过程。并且，基于适合于非线性介质下光线追迹的亚当斯法和基于梯度信息的光强分布的恢复算法，仿真模拟出光强与透镜厚度、介质折射率、透镜曲率半径以及入射光束半径的关系；同时结合光学设计软件，不仅得出了折射率与光强的乘积与焦点位置的变化关系，还通过点列图中的数据直观地反映出系统结果的成像质量，最后对光线追迹法和光束传输法两种光学方法进行了对比分析。仿真分析结果可以判断出系统的哪些部分容易受到自聚焦的影响，进而可以通过改进某些参数的大小，减少并消除其不利影响，找到适合于强激光系统的最优方法。
2019, 48(7): 706004.
doi: 10.3788/IRLA201948.0706004
采用有限元分析方法对激光冲击2024铝合金圆杆圆周曲面诱导的动态应力波及其残余应力进行了数值模拟。首先，在ABAQUS/Explicit显式分析模块中模拟了峰值压力为2 GPa激光冲击波在16 mm杆中诱导的应力波的传播过程。随后，在ABAQUS/Standard隐式分析模块中进一步计算在圆杆曲面上诱导的残余应力。在此基础上，分析了圆杆直径的大小对应力波峰值衰减和残余应力分布的影响，并进行了相关的试验验证。研究结果表明，峰值压力为2 GPa冲击波在16 mm的杆中诱导的弹塑性的应力波，应力波的峰值压力在400 ns时间内迅速衰减至250 MPa。冲击后，在距光斑中心小于0.5 mm冲击区域内分布不均匀残余应力，在光斑中心处形成了残余拉应力，轴向S11值为42 MPa；在半径为0.5~1.5 mm的冲击区域分布着残余压应力，S11值大约在250 MPa。应力波在传播过程中，其压力峰值衰减的速率随着杆径的增大而减慢，表面形成的残余压应力均随杆径的增大而增加。
2019, 48(7): 706005.
doi: 10.3788/IRLA201948.0706005
为了提高液晶空间光调制器（LC-SLM）的校准精度，采用条形光栅相位图对LC-SLM进行了标定。首先基于傅里叶光学模拟计算得出了条形光栅相位图对比度与零级衍射光斑光强之间的对应关系，然后搭建实验光路并在LC-SLM上加载了条形光栅相位图，测量LC-SLM控制程序中加载的灰度图所对应的零级衍射光斑光强值，经过分析计算得出计算机灰度信号与相位调制量之间的映射关系，并最终得到了针对488 nm激光的LC-SLM的标定文件LUT。经过标定之后，相位调制曲线的线性相关度可达0.996 4，校正误差仅为0.224 0 rad。结果表明，在LC-SLM上加载复杂的高阶相位，并结合LUT文件可以调制生成高质量的双螺旋光斑。此研究结果表明：针对特定波长，利用条形光栅相位图标定的LC-SLM得到的LUT文件可以使LC-SLM根据加载的相位对光束进行有效调制，且其方法更简单。
2019, 48(7): 706006.
doi: 10.3788/IRLA201948.0706006
开展激光诱导荧光水洞实验技术研究的目的是为流动分离与涡结构显示提供实用、直观、有效的观测手段。本项工作在1 m1 m水洞配置的连续片光设备基础上，针对532 nm波长激光光源特性，依据光学参数匹配原则选择了罗丹明B作为染色剂与荧光剂，围绕染色剂与荧光剂的配置方法，连续激光器的激光强度、试验段流速、染色线出孔压力之间的匹配关系，照相、摄像视场与流动结构对比度匹配关系等问题，建立了激光诱导荧光实验系统，对圆柱绕流及尾流结构、运输机全机模型的机翼绕流与尾流结构、运输机尾舱门周围流场旋涡结构开展了实验研究。典型的流动分离与涡结构显示结果表明：激光诱导荧光技术具备从边界层结构到空间分离以及尾流特性等全覆盖的流场结构显示能力，值得推广应用。
2019, 48(7): 706007.
doi: 10.3788/IRLA201948.0706007
提高主瓣的能量集中度和抑制栅瓣问题是当前光纤激光相控阵技术面向应用的关键。文中从说明激光相控阵在技术上难以满足/2的阵元间隔，由此导致诸多栅瓣产生的原因入手，并考虑到目前常用不等间隔栅瓣抑制方法将导致相控阵口径增大的难题，提出了一种将遗传算法引入到光纤激光相控阵阵元分布优化的设想。主要方法是从最大限度抑制栅瓣的角度提出一个与主瓣能量集中度和主瓣/旁瓣对比度相关的适应度函数；将遗传算法中的特征参数与光纤激光相控阵的主要参数相对应；然后以20路阵元/阵元间隔为3倍波长、50路阵元/阵元间隔为20倍波长两种线阵情况为例，分别仿真计算了传统的等间距阵元和不等间距阵元分布，及遗传算法优化阵元分布三种情况，得到的光纤激光相控阵远场能量分布、主瓣能量集中度和主瓣与最大栅瓣对比度，并对其进行了比较。结果表明，遗传算法较等间距、不等间距方法的主瓣能量集中度分别提高了9.69%、3.33%，主瓣与第一栅瓣能量对比度分别提高了13.12%、9%。由此可预期基于遗传算法优化的相控阵有望在同等激光发射总功率下获得更远的作用距离。
2019, 48(7): 706008.
doi: 10.3788/IRLA201948.0706008
激光雷达探测臭氧和气溶胶垂直廓线分布近年来在环境监测领域获得广泛应用。介绍了一套可同时用于探测臭氧和气溶胶浓度的激光雷达系统。采用Nd：YAG激光器，通过二倍频器和四倍频器分别产生532 nm和266 nm激光光源，基于受激拉曼散射原理，在两根拉曼管中分别充有氘气和氢气，产生拉曼频移光289 nm，299 nm，通过差分吸收算法原理反演垂直空间臭氧浓度廓线，通过米散射算法原理来反演气溶胶浓度廓线。水平扫描试验结果显示，雷达系统的探测结果与近地面点式臭氧分析仪测量结果有较好的一致性，相对误差小于10%。在安徽合肥科学岛外场观测结果表明：臭氧探测高度，白天可以达到3 km，晚上可以达到5 km，气溶胶探测高度，白天可以达到10 km，晚上可以达到15 km。
2019, 48(7): 706009.
doi: 10.3788/IRLA201948.0706009
利用改进的化学气相沉积工艺结合溶液掺杂技术制备了高光束质量的25/400 m双包层掺镱光纤。石英纤芯的掺杂组分为Yb2O3、Al2O3、P2O5，Al2O3有助于降低Yb3+团簇，增加Yb3+掺杂浓度，P2O5起到降低光子暗化效应的作用。纤芯-包层折射率差为0.001 2，纤芯的数值孔径为0.06。976 nm波长处的包层吸收系数为2.1 dB/m。构建双向抽运方式的主控振荡器功率放大器结构对增益光纤性能进行测试。实验中，1 080 nm种子光功率为235 W，在抽运光总功率为3 706 W时，实现了最大功率3 243 W激光输出，斜效率为81.1%，光束质量因子为1.7，未发生受激拉曼散射现象。光纤激光器连续工作1 h，输出功率未见明显变化。采用相同测试方法及平台对25/400 m型号的进口光纤进行测试，对比实验结果表明：实验中制备的双包层掺镱光纤主要性能指标已接近进口光纤。
2019, 48(7): 742001.
doi: 10.3788/IRLA201948.0742001
单点金刚石车削技术广泛应用于红外脆性晶体材料光学表面的加工。然而，受车削参数、材料特性、刀具参数等多因素的影响，将会导致车削表面质量的不均匀。为了获得更为均匀优质的表面质量，在分析单点金刚石车削影响因素的基础上，提出了等距恒速的车削方法。详细介绍了等距恒速车削的原理，分析了车削参数的确定过程，得到了等距恒速车削的工件转速和进给速度曲线。最后应用一CVD ZnS材料进行了车削试验，获得了该材料车削最佳的线速度，应用此参数进行车削，得到了均匀优质的车削表面，整体表面粗糙度由Ra=6.4 nm降低到了Ra=4.1 nm。
2019, 48(7): 742002.
doi: 10.3788/IRLA201948.0742002
硫系玻璃镜片是新型温度自适应红外光学系统的重要组件之一。随着红外热成像民用市场的日益成熟，对硫系玻璃镜片的产业化技术需求越来越迫切。文中进行了As2Se3硫系玻璃非球面镜片的精密模压实验，研究并优化出口径21 mm硫系镜片的模压工艺参数。通过模具的补偿修正，获得了完全满足镜片设计要求（PV值小于0.7 m）的模压镜片。此外，研究了模压处理对As2Se3玻璃物理性质的影响，发现模压后As2Se3玻璃的密度、硬度和玻璃转变温度Tg降低，最大透过率提高。通过拉曼光谱测试，分析并讨论了造成这种反常现象的微观结构原因。为今后较大口径非球面硫系镜片的批量制造提供了科学数据和参考。
2019, 48(7): 742003.
doi: 10.3788/IRLA201948.0742003
采用脉冲激光沉积法在锗基底制备无氢SiC薄膜，研究了激光能量对SiC薄膜显微结构、成分和红外光学性能的影响规律。利用傅里叶红外光谱仪测量了锗基底SiC薄膜样品的红外透射光谱，其在785 cm-1附近有一个强烈Si-C键特征吸收峰，并在红外波数4 000~1 300 cm-1之间具有良好的透过性。通过对透射光谱拟合计算可知：在红外波段2.5~7.7 m之间，SiC薄膜的折射率和消光系数均随着激光能量的增加而增大，折射率大约从2.15上升到2.33，激光能量从400 mJ增加到600 mJ，且当激光能量为400、500 mJ时，消光系数均在10-3量级以内，光学吸收很小。研究表明，SiC薄膜在红外2.5~7.7 m波段是一种优异的光学薄膜材料。
2019, 48(7): 742004.
doi: 10.3788/IRLA201948.0742004
采用激光熔覆工艺在40Cr钢表面制备了Fe0.5NiCoCrCuTi高熵合金涂层，利用带有能谱的扫描电子显微镜（SEM/EDS）、显微/维氏硬度计、摩擦磨损试验机、电化学工作站等对Fe0.5NiCoCrCuTi高熵合金微观结构进行分析并测试其硬度、耐磨性能、耐蚀性能。结果表明：Fe0.5NiCoCrCuTi高熵合金试样主要由涂层、热影响区及基体组成，涂层无气孔、裂纹等缺陷，与基体呈冶金结合；涂层主要由两种形貌的片状组织组成，晶粒排列紧密，晶粒表面分布着细小的粒子；涂层出现元素偏析，但程度较小；细晶强化、固溶强化、析出强化的共同作用使得Fe0.5NiCoCrCuTi涂层具有高硬度，表面最高硬度为857 HV，约为基体40Cr钢的3.3倍，高硬度及细小尺度析出物为涂层的耐磨性提供了保证；Fe0.5NiCoCrCuTi高熵合金涂层在3.5% NaCl和0.5 mol/L H2SO4溶液中的耐蚀性能优异，与304不锈钢相比，自腐蚀电流密度降低两三个数量级，自腐蚀电位分别正移0.230、0.161 V。
2019, 48(7): 718001.
doi: 10.3788/IRLA201948.0718001
将光学波片放入激光谐振腔可使振荡模式发生分裂，测量分裂模的频率差能准确测得波片的相位延迟。基于这一原理，设计了光路沿竖直方向的相位延迟测量仪，可根据频率差不同引起振荡模式的变化采用相应测量方法。对半外腔激光器、光强和频差探测单元、控制程序等部分进行了设计说明。为了实现自动化和高精度测量，系统选定两正交偏振模的等光强点作为工作点，并补偿初始相位延迟和波片倾斜误差。测试表明，仪器能够对任意相位延迟的波片自动判定并测量，对多级波片多次测量的标准差约0.01，总的测量不确定度为0.03（优于/10 000），且只需要测量激光频率差，具有可溯源性。
2019, 48(7): 718002.
doi: 10.3788/IRLA201948.0718002
傅里叶红外光谱仪（FTIR）光谱响应度的标定工作是FTIR红外光谱精准测量的基础。基于中国计量科学研究院（NIM）的ThermoGage HT9500型高温基准黑体辐射源，对NIM搭建的FTIR高温黑体红外辐射特性测量系统的光谱响应度，通过分段线性标定法进行了标定实验。建立并描述了FTIR测量高温黑体红外辐射特性系统响应度函数标定模型，并通过测量的黑体辐射源在1 273~1 973 K温区、1~14 m宽频谱内的红外光谱，对FTIR测量系统的光谱响应度进行了标定实验研究。结果表明：分段线性标定FTIR红外光谱测量系统方法具有良好可靠性。1 373~1 873 K温区的测量光谱与基于黑体标定的计算光谱在1~14 m频谱内平均偏差优于1%，黑体光谱辐射亮度峰值波长上反演得到的黑体计算温度与实际温度偏差优于0.45%。
2019, 48(7): 718003.
doi: 10.3788/IRLA201948.0718003
为了适应不同视场光谱仪的应用需求，设计了一款offner型连续变焦中波红外光谱成像系统。该系统引入前置变焦系统实现60~300 mm范围连续变焦，同时采用光栅型offner同心结构进行光谱分光及成像，系统工作波段为3~5 m，选用制冷型红外探测器，系统F#=4.0。根据物像交换原则及光焦度分配原则对前置变焦系统和中继系统的初始结构进行了计算，并应用zemax软件对各子系统进行优化，使其满足设计参数要求。最终offner型连续变焦中波红外光谱成像系统的调制传递函数在空间频率33 lp/mm处接近衍射极限，点列斑均方根半径均小于一个像元大小，设计的结果显示系统结构简单，在各个焦距位置及各谱段下，像质均满足了设计指标要求，成像质量良好。
2019, 48(7): 718004.
doi: 10.3788/IRLA201948.0718004
鉴于空间遥感器反射镜组件需要具有高面形精度、高可靠性和高稳定性支撑的性能，设计了一种应用于天基反射镜的三点背部支撑结构，该支撑结构包括锥套、柔节和修研垫。对三点背部支撑的支撑原理以及工程实现开展了深入研究。对引起三点背部支撑反射镜组件面形误差变化的误差源进行了归纳总结，研究了各个误差源引起面形变化的作用机理，对支撑结构开展相应的设计来缓解各个误差源导致的反射镜的面形精度的变化。首先采用有限元仿真的方法对设计结果开展静、动力学仿真，然后对加工装配完成的反射镜组件开展了试验测试。测试结果表明，在工作状态下采用该三点支撑结构的镜组件的面形误差优于/60（=632.8 nm），镜体刚体位移小于0.01 mm，镜体转角小于2，质量小于4.5 kg。整个组件具有合理的模态分布，基频是254 Hz，大大高于设计要求值120 Hz。镜组件在正弦振动和随机振动下的最大放大倍率为1.73倍，在正弦振动和随机振动下的最大应力为369 MPa，远低于选用材料的屈服极限。
2019, 48(7): 718005.
doi: 10.3788/IRLA201948.0718005
为了提高星敏感器相对孔径，拓宽探测光谱范围，文中通过探测器灵敏度模型的计算，确定了星敏感器光学系统的设计参数，进而设计了一款基于卫星平台的星敏感器光学镜头。该镜头由7片球面透镜组成，光谱范围为500~800 nm，焦距为50 mm，相对孔径为1/1.25，视场角为8.458.45（对角线视场角为11.96），总长83.33 mm。镜头采用像方远心光路，减小了因像面离焦及其他因素引起的测量误差。优化后的镜头畸变小于0.5%，质心色偏差控制在2 m内，能量集中度（33像元内）大于80%，最大倍率色差为-0.073 m，轴外视场的弥散斑能量集中度和轴上视场基本一致。对比不同温度下的光学系统，焦距变化量很小，验证了无热化设计要求，镜头的成像质量良好。
2019, 48(7): 717001.
doi: 10.3788/IRLA201948.0717001
针对高炉煤气成分复杂、燃烧效率低、燃烧稳定性差的问题，提出了基于波长调制光谱（Wavelength Modulation Spectroscopy，WMS）的高炉煤气燃烧场温度测量方法。WMS具有抗噪声能力强、测量精度高和灵敏度好的特点，适用于高炉煤气燃烧场的温度测量。基于可调谐二极管激光吸收光谱技术的测量特点，以H2O为目标气体，选取波长位于1 391.67 nm和1 397.75 nm的吸收谱线，通过两个激光器时分复用的方式获取两条目标吸收谱线，对黑体炉和平面火焰燃烧炉进行温度测量，达到了实验验证的目的。实验结果表明，所提检测方案对高炉煤气所在500~2 000 K温度范围内都有较高的测量灵敏度，检测结果线性度优于99%。现场实验验证系统可满足高炉煤气的温度场测量等原位在线测量的应用，为后续的燃烧优化和节能减排奠定了基础。
2019, 48(7): 717002.
doi: 10.3788/IRLA201948.0717002
危险化学品泄漏，公共场所爆炸等安全问题时刻威胁公众安全，亟需研究用于危化品现场检测的便携、快速、准确的探测装置。虽然现有的检测装置能够实现对样品的识别，但由于体积大，需要预处理，不适合现场快检。因此，提出了将拉曼系统与手机融合，使其更加便捷，便于实现对危险化学品的现场快速识别。该仪器采用了大数值孔径镜头（F/2.0）替换传统反射光谱仪中凹面反射镜（F/4.0），光学收集效率提高了近4倍，同时利用体相位全息光栅和狭缝空间耦合技术，提高了系统的灵敏度。文中利用设计的拉曼系统对10种易燃易爆危险化学样品进行光谱测试，实现了对危化品的现场检测，10种危化品与数据库的匹配系数能达到95%以上，具有快速、准确、无损的优势，对日后的安检应用领域具有重要意义。
2019, 48(7): 717003.
doi: 10.3788/IRLA201948.0717003
利用相干或部分相干光被粗糙表面散射产生的散斑现象进行表面粗糙度测量是一类有应用前景的在线测量技术。研究了窄带连续谱光束被随机粗糙表面散射形成的远场散射光场的散斑延长效应和将其应用于表面粗糙度测量的可行性。理论和模拟研究表明：随着观测点逐渐远离散射光场中心，散斑延长率越来越大；在相同的观测位置，表面的粗糙度越小，散斑延长率越大。构建以超辐射发光二极管（Superluminescent Diode，SLD）为光源的实验系统，以散斑延长率衍生的光学粗糙度指标来衡量表面粗糙度，对电火花加工的表面粗糙度对比样块进行粗糙度测量实验，结果表明光学粗糙度指标随着被测表面粗糙度的增加而单调递减。比起一组分立波长的光源，采用窄带连续谱光源的表面粗糙度测量系统有更大的测量范围。
2019, 48(7): 717004.
doi: 10.3788/IRLA201948.0717004
为了在测量NaCl溶液浓度的同时实现对温度的监测，提出了一种基于马赫-曾德干涉仪（Mach-Zehnder Interferometer，MZI）级联法布里-珀罗干涉仪（Fabry-Perot Interferometer，FPI）的干涉型传感器。在单模光纤上通过熔融放电制作出一对腰锥直径155 m、间隔1.5 cm的MZI，其对比度为10 dB、周期29.85 nm；在MZI尾纤的一端与光子晶体光纤（Photonic Crystal Fiber，PCF）相对熔接并在距熔接点176 m处将PCF切平，形成对比度为8 dB、周期为5.71 nm的FPI。实验选取1 535~1 555 nm波段MZI和FPI的干涉波谷特征波长，在0~150℃的温度和0%~24%的NaCl溶液浓度变化范围内测得MZI的温度和折射率灵敏度分别为50 pm/℃和9.97 nm/RIU，线性度均大于0.97；而FPI的波谷特征波长对折射率不敏感，温度灵敏度约为8.3 pm/℃，线性度为0.98。最后，通过构建温度-浓度函数关系矩阵得出了对温度和NaCl溶液浓度的灵敏度矩阵。该干涉型传感器对温度和NaCl溶液浓度表现出良好的灵敏度和线性度，可实现上述双参数的同时测量。
2019, 48(7): 717005.
doi: 10.3788/IRLA201948.0717005
国内外对DMD空间光调制的Hadamard变换成像光谱仪做了大量的理论研究和实验验证，但这项技术的研究还不够成熟，很多问题需要进一步的研究。在这种光谱仪中每个像素点色散光谱的编码矩阵互不相同。通过比较激光编码图像灰度值的变化并结合S矩阵元素的变化规律，提出了一种光谱反演矩阵的标定方法。以七阶左移循环S矩阵为例设计编码模板，通过两组成像实验对光谱反演结果进行了验证。在第一组实验中，将一束激光波长为632.8 nm激光导入光谱仪中，光谱仪的光谱响应范围为550~680 nm，632.8 nm在第五个波段范围626~644 nm之内理论上只有波段范围为626~644 nm的第五幅光谱图像是明亮的，其余的图像没有能量分布，实际的实验结果与理论上的分析相吻合。在第二组实验中，让光谱仪对一个彩色蝴蝶模型进行成像，在反演后得到的光谱图像上提取两个测试点的光谱曲线，与用辐射度计提取的光谱特性曲线进行对比分析，实验结果表明反演所得的光谱曲线与辐射度提取的光谱特性曲线基本一致。两组光谱反演的实验结果验证了所提出的光谱反演矩阵标定方法的有效性。
2019, 48(7): 717006.
doi: 10.3788/IRLA201948.0717006
光纤放大器作为分布式光纤传感系统实现超长距离、超低损耗传输必不可少的光学器件，其噪声特性对于系统整体性能有着至关重要的影响。微分干涉型分布式光纤传感系统中必须使用宽谱光源，同时探测终端也需采用宽谱探测，因此研究EDFA在宽光谱系统中的噪声对于传感系统整体性能的提升有着重要意义。文中研究了EDFA增益对宽谱光源波长与功率的响应关系，得出了可描述这一关系的增益响应曲线，并依此提出了一种可表征EDFA放大宽谱光源的噪声的估测方法，总结了EDFA放大宽谱光源时的噪声规律。
2019, 48(7): 717007.
doi: 10.3788/IRLA201948.0717007
低温镜头多用于深空低温环境下对暗弱点目标的探测，能量集中度是评价该类镜头性能的重要指标。以采用热卸载设计的某红外低温镜头为实验目标，设计了低温镜头能量集中度测试方案，并对测试误差进行了分析。该方案采用星点靶标成像，利用低温精密调焦技术实现对像点的精确采集，通过高斯曲面拟合计算质心和两次反卷积数据处理，实现了200 K低温下红外镜头的能量集中度测试。分析了测试系统的误差源并标定了各项误差值，通过误差和不确定度分析得到了精确的测试结果。实验结果表明，所述的低温镜头能量集中度测试精度优于7.5%，具有工程应用价值。
2019, 48(7): 722001.
doi: 10.3788/IRLA201948.0722001
基于Hammer-Head型滤波器结构，以及三维电磁软件所构建的肖特基二极管三维模型及电气模型，分别设计了250 GHz悬置微带线和普通微带线的二次谐波混频器。通过仿真设计与实物测试，对比分析两种结构混频器特性。测试结果表明，悬置微带线混频器在射频输入230~270 GHz范围内时，单边带变频损耗为8.6~12.7 dB，而普通微带线混频器在射频输入220~260 GHz范围内时，单边带变频损耗为8.4~11.4 dB。通过结果对比可见，悬置微带线混频器带宽较大，而普通微带线混频器的变频损耗更为平滑。此外，考虑微组装工艺中的不良因素，对仿真模型进行部分修正，计算结果与测试结果拟合较好。
2019, 48(7): 722002.
doi: 10.3788/IRLA201948.0722002
针对空间光调制器系统中，液晶在正常驱动电压下响应时间长，拖慢系统响应速度等问题，对影响液晶响应时间的因素、液晶的弛豫特性以及液晶的过驱动原理进行了分析，提出了一种基于FPGA （Field－Programmable Gate Array）的液晶过驱动方法。其中，相位量化、过驱动表查找、PWM （Pulse Width Modulation）产生均由FPGA完成，该方法不占用CPU （Central Processing Unit）资源，能够更快速响应CPU指令，在硬件方面进一步节省了液晶响应时间。最后搭建实验光路，实验结果表明使用该过驱动方法后，一个调制周期范围内，在5 V过驱动电压下，液晶调制相位上升过程响应时间从500 ms缩短至35 ms；下降过程响应时间从300 ms缩短到36 ms。实现了液晶分子相位的快速偏转，提高系统的响应速度近一个数量级。
2019, 48(7): 722003.
doi: 10.3788/IRLA201948.0722003
铁路隧道防护门是隧道防灾救援专题的重要分支，对行车安全有着重要的影响。文中研究一种基于微结构光纤分布式传感（MFDS）的新型铁路隧道防护门智能监测技术，可以实时监测防护门的状态与检测运行故障，当发现防护门出现异常状况时及时报警，显示并记录报警部位和报警资料以及实现报警信号远程传送。通过研究，针对铁路隧道防护门设计得出以下结论：（1）防护门布置应采取远离隧道中心布置的方案；（2）防护门隔墙应采用混泥土隔墙；（3）防护门应朝疏散方向开启；（4）设计防护门外沿距离相邻线路中心线距离应考虑防护门门框高度和车辆建筑限界。论文提出一种新颖的铁路隧道防护门设计方案，对于铁路隧道防护门设计与维护相关工作具有重要指导意义。
2019, 48(7): 722004.
doi: 10.3788/IRLA201948.0722004
为了提高光通信链路在大气弱湍流信道下的解码性能和传输效率，基于极化码的信息位嵌套特性，设计了一种自适应码率极化码。该码字在弱湍流信道中能充分地极化，纠错效果较好。为了调节码率，引入CRC校验码作为发送端的停止标志，逐次发送更低码率的码字直到译码结果通过校验，此时的码字码率即是保证可靠传输的最大码率。不同湍流强度下的仿真结果表明，在误帧率为10-8时，相比传统极化码，自适应码率极化码可以获得1.7~2.3 dB的性能增益。对自适应码率极化码的时延进行了仿真分析，并结合误帧率得到了自适应码率极化码的信息吞吐率，结果表明，在弱湍流信道中，自适应码率极化码的信息吞吐率能满足FSO的传输需求。
2019, 48(7): 721001.
doi: 10.3788/IRLA201948.0721001
周期性亚波长孔阵列的异常透射性质在亚波长光电器件设计中具有重要意义。两层或更多膜层上周期孔阵列结构，由于层之间电磁场的相互作用可以导致新的光学性质。利用时域有限差分方法理论研究了带有矩形孔阵列的Au-介质-Au多层膜的透射特性。结果表明：该结构在近红外波段的透射谱存在多个透射峰，并且透射峰的数量、位置和强度可以通过改变结构的几何参数和介质膜的材料进行调控。详细分析了介质膜的厚度和折射率、孔阵列的周期、矩形孔的边长等因素对多层膜矩形孔阵列透射谱的影响，为利用多个表面等离子共振设计多波长控制器件提供了一定的参考。
2019, 48(7): 726001.
doi: 10.3788/IRLA201948.0726001
针对圆周合成孔径雷达成像模式下应用参数化估计的三维成像算法效率低、精度差的问题，提出一种基于最小能量准则的参数估计圆周SAR三维成像算法。该算法首先对成像场景进行粗略网格划分，利用参数估计的方法得到目标的粗略位置，其次利用最小能量准则和精细化网格的方法得到目标精确三维位置和散射强度系数，最后通过CLEAN技术消除已估计点带来的影响，实现场景的三维成像。仿真实验结果表明：所提成像方法能有效对圆周观测下目标进行三维成像，同时与传统算法相比，解决了传统算法效率低、对目标估计不准确的问题，验证了所提算法的有效性。
2019, 48(7): 726002.
doi: 10.3788/IRLA201948.0726002
为了提高激光反射断层成像目标重构的图像质量，在目前激光反射断层成像普遍采用反投影算法重构图像的基础上，将CT成像中常用的迭代重建算法引入到激光反射断层成像的图像重构过程中。分析了反投影算法中的直接反投影、R-L和S-L滤波反投影以及迭代重建算法在图像重构中的性能特性。进行了仿真和外场实验，结果表明：在直接反投影基础上添加了滤波器的反投影算法在减小误差和抑噪能力上都明显提高；另外相比于反投影算法，代数迭代重建算法表现出更好的重建质量，且具有更强的抑噪性能。
2019, 48(7): 726003.
doi: 10.3788/IRLA201948.0726003
由于高光谱遥感图像的混合程度较高，使得传统的非负矩阵欠逼近（Nonnegative Matrix Underapproximation，NMU）算法所提取的基本成分仍然不纯，且易受噪声影响。针对这些不足，提出了一种基于L1/2正则化的软阈值NMU逐次光谱解混算法。首先，通过引入丰度的L1/2正则项来增强算法的地物区分能力，进而提高所分离地物的纯度；其次，利用软阈值惩罚函数代替NMU中的残差非负约束，通过调节惩罚因子来控制非负元素的数量，从而提高算法的抗噪性能。在仿真数据和实测数据上的实验结果表明，即使在有噪声的条件下，该算法也能得到较好的分离结果。
2019, 48(7): 726004.
doi: 10.3788/IRLA201948.0726004
湖泊蓝藻水华的精准动态监测，可为水利及环保部门评价污染水体的防治效果、优化和调整防治政策提供依据。论文以巢湖为研究对象，利用Landsat TM/OLI、HJ-1B CCD/IRS和NPP-VⅡRS三种不同空间分辨率的影像数据，通过归一化水体指数（Normalized Difference Water Index，NDWI）实现巢湖水域范围提取，利用归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index，NDVI）和浮游藻类指数（Floating Algae Index，FAI）提取2010~2014年共22景巢湖蓝藻的爆发区域。进一步的，对NDVI和FAI两种方法计算的蓝藻爆发区域进行对比分析，评价Landsat、HJ-1B以及VⅡRS三种影像数据对巢湖蓝藻水华空间和时间的监测效果及适用性，进而结合气象因素分析不同气象因子对蓝藻水华爆发的影响。研究结果表明：（1）相比NDVI指数，FAI指数（Landsat和HJ-1B数据为主，VⅡRS数据辅助）能降低薄云对蓝藻水华提取效果的影响，可提高蓝藻水华爆发区域、程度的识别能力；（2）气象因子中气温和日照时长加重了蓝藻水华爆发的严重程度，降水则对蓝藻水华的爆发起到一定的抑制作用。综上所述，论文引入VⅡRS卫星影像研究巢湖蓝藻水华爆发，利用FAI指数降低薄云对蓝藻水华爆发面积提取精度的影响，取得的研究结果可为基于多源卫星遥感数据的巢湖蓝藻水华动态监测系统开发提供重要的方法支持，有利于推进卫星遥感技术在安徽省河长制和湖长制中发挥重要作用。
