2022年 第51卷 第12期
2022, 51(12): 20220704.
doi: 10.3788/IRLA20220704
采用一维激光多普勒测速仪与单轴旋转惯性导航系统组合的方式，利用单轴旋转惯导系统倾角补偿后的姿态输出为测速仪提供高精度姿态基准，探索提高一维激光测速仪高程测量精度的新方法。针对双光束差动结构的一维激光测速仪高程测量原理及单轴旋转惯导系统倾角误差补偿方法进行了研究，以车载的方式对设计的高程测量方法进行了试验验证。完成了两组35~40 min跑车测试，第一组试验高程测量最大误差为−2.67 m，标准差为1.0094 m；第二组试验高程测量的最大误差为1.68 m，标准差为0.5880 m，达到了车载情况下连续动态高程测量精度优于3 m的预期指标。相关试验结果证明了基于单轴旋转惯性导航系统的车载一维激光多普勒测速仪高程测量方法的有效性。
2022, 51(12): 20220713.
doi: 10.3788/IRLA20220713
随着更高的需求和科技发展推动航空飞行器工作速度的提高，航空光学成像的机动、灵活等特点显现更加突出，但实现高质量、高分辨率成像的技术难度也极具挑战性。飞行器与高速气流之间的复杂作用产生气动光学效应，光波或光束经过复杂流场与光学窗口时受到强干扰，为此吸引了众多科学家开展多学科交叉融合的相关研究工作，取得了大量的研究成果，为试验测试和工程实践提供了有力支撑。文中从气动光学流场与光学窗口两方面的计算研究入手，详细综述了气动光学传输效应的研究进展，归纳总结了相应的计算方法，综合当前技术发展趋势给出航空光学成像气动光学传输效应计算研究的思考和建议。
2022, 51(12): 20220781.
doi: 10.3788/IRLA20220781
光学谐振腔不仅可以增强激光和物质的相互作用，而且能够抑制激光的噪声，是开展精密测量、量子光学等研究的重要工具。激光和光学谐振腔共振的稳定锁定是其应用的关键。然而，在实际环境中锁定效果会受机械振动、温度变化等因素的影响。提出了将模糊算法应用于PDH （Pound-Drever-Hall）技术，使比例积分微分控制器的三个参数能够根据外界环境变化进行调节以实时获得最优参数，有效提升了光学谐振腔的锁定的抗干扰能力。如果外界干扰仍然过大以至于失锁，系统可以使其自动重新锁定。该系统有效增强了光学谐振腔的实用性，为光学谐振腔在精密测量、量子光学实验中的应用提供了技术基础。
2022, 51(12): 20220667.
doi: 10.3788/IRLA20220667
红外探测技术在卫星侦察、军事制导、天文观测、医疗检测、现代通信等重要领域发挥着关键作用。II类超晶格（T2SLs）红外探测器作为继碲镉汞探测器之后的新一代红外探测材料，在稳定性、可制造性和成本等方面具有独特优势。势垒型InAs/InAsSb T2SLs红外探测器是最具潜力的T2SLs红外探测器之一，近年来其关键性能得到了稳步提高，但仍受吸收系数低、异质外延生长困难和暗电流大等因素的制约。文中综述了III-V族T2SLs的发展历程，分析了势垒型InAs/InAsSb T2SLs红外探测器的不同势垒结构、关键性能和发展趋势，指出了势垒型InAs/InAsSb T2SLs红外探测器需要解决的关键问题和未来发展方向。
2022, 51(12): 20220150.
doi: 10.3788/IRLA20220150
As注入掺杂的p-on-n结构碲镉汞红外探测器件具有少子寿命长、暗电流低、R0A值高等优点，是高温器件研究的重要技术路线之一。针对阵列规模640×512、像元中心距15 μm 的As掺杂工艺制备的p-on-n中波碲镉汞焦平面器件，测试了不同工作温度下的性能和暗电流。研究结果表明，在80 K工作温度下，器件响应表现出高响应均匀性，有效像元率达99.98%；随着工作温度升高，器件盲元增多，当工作温度为150 K和180 K时，有效像元率降低至99.92%和99.32%。由于对器件扩散电流更好的抑制，器件在160~200 K温度范围内的暗电流低于Rule-07。并且当工作温度在150~180 K时（300 K的背景下），器件具有较好的信噪比，极大程度地体现了高温工作的可行性。
2022, 51(12): 20220180.
doi: 10.3788/IRLA20220180
为了满足低温光学系统低背景、低功耗和红外探测器制冷组件高环境适应性的要求，提出了探测器制冷组件杜瓦主体（窗口、窗口帽和引线盘） 200 K低温保持，与制冷机膨胀机或脉管散热面柔性绝热连接的设计思想。针对低温光学用杜瓦柔性外壳工程应用中的特点，文中以某低温光学用长波12.5 μm 2 000元红外探测器杜瓦组件以例，提出了波纹管作为绝热连接的柔性外壳，重点阐述杜瓦柔性波纹管隔热、力学和相关漏热的设计，并开展不同热负载条件下波纹管热特性验证，可实现最小温度梯度为37.22 K，绝热热阻为1142 K/W，误差在37%。为综合评价低温光学用柔性外壳结构杜瓦组件的性能，对某低温光学用长波12.5 μm 2 000元探测器柔性外壳杜瓦组件开展热真空和鉴定级的力学试验考核验证，试验结果表明实现了200 K低温窗口，探测器60 K工作，杜瓦漏热为544 mW，低温工况工作时相对于常温工况制冷机的功耗下降了53%，并通过了4 g的随机力学考核，验证了低温光学用杜瓦柔性波纹管外壳模型合理可行，对于后续低温光学用杜瓦柔性外壳结构工程应用提供了重要参考。
2022, 51(12): 20220246.
doi: 10.3788/IRLA20220246
为满足遥感器在轨辐射定标的需求，研制了用于现场测量的红外通道式野外辐射计（Infrared channel field radiometer, ICFR），阐述了ICFR的整机工作原理、光学系统设计和机械结构设计，开展了ICFR实验室辐射定标和定标不确定度分析，结果表明ICFR各通道接收辐亮度与响应DN值具有较高的线性关系，辐射定标不确定度优于0.16 K。开展了ICFR抗热冲击性和工作环境温度适应性测试，结果表明ICFR具有较强的抗热冲击能力，能够适用于−20~50 ℃的工作环境。为检验验证ICFR测量数据的准确性和仪器的可靠性，在国家高分辨率遥感综合定标场开展了ICFR和CE312的外场比对实验，结果表明两台设备测量的地表亮温具有相同的变化趋势，二者对应通道测得的平均亮温偏差小于0.1 K，标准偏差小于0.3 K，验证了ICFR具有与CE312相近的测量精度和稳定性，在遥感器热红外波段场地定标方面具有重要应用前景。
2022, 51(12): 20220509.
doi: 10.3788/IRLA20220509
噪声等效光谱辐亮度（NESR）是代表红外遥感器极限探测能力的关键性指标。高灵敏红外遥感器的NESR定标需要高稳定、高均匀和充满视场的红外辐射光源，其光谱辐亮度的不确定度应当显著低于红外遥感器的NESR。针对一种新型的级联积分球型大孔径NESR定标系统，开展了NESR定标不确定度的实验测试研究，评定了绝对光谱辐亮度的量值溯源、积分球输出的均匀性和稳定性等11种不确定性因素的影响。测试结果表明，在规定的303~308 K亮温范围内，主积分球光谱辐亮度的相对不确定度优于0.34%，6~15 μm波段的NESR定标不确定度优于0.1~0.0037 μW·cm−2·sr−1·μm−1，验证了新型定标系统应用于高性能红外遥感器NESR定标的可行性。
2022, 51(12): 20220139.
doi: 10.3788/IRLA20220139
主/被动成像系统具备多种成像模式，集成度高、成本低、系统运行效率高，应用前景良好。设计了一种64×64规模的多功能红外焦平面阵列读出电路，在30 μm像元中心距的限制下实现了日光标准成像、微光成像、异步激光脉冲检测和二维激光测距四种成像功能。基于TSMC 0.35 μm工艺，完成了多功能读出电路的芯片设计与流片验证。电路复用设计和像素共享架构显著降低了版图面积。CTIA的T型开关有效减小漏电流，改善了红外被动成像电路的动态范围，高增益模式下动态范围达60 dB，低增益模式下动态范围达68 dB。并且满阱电荷容量分别为203 ke−和1.63 Me−。三级push-pull运放和MOS反馈电阻使RTIA兼具高增益和小尺寸。芯片测试结果表明，电路具备主/被动成像功能，性能良好，可应用于红外焦平面激光雷达成像系统。
2022, 51(12): 20220195.
doi: 10.3788/IRLA20220195
面源黑体作为红外源标在红外测温、红外成像、红外相机标定等领域广泛应用，红外源标红外辐射性能主要取决于面源黑体温度场的控制。为了适应星载和机载红外探测器大孔径、大视场角的发展需求，文中对超大尺寸面源黑体温度控制技术进行了研究。外场条件下，面源黑体会随着尺寸的增大而增加温度控制的难度，控温系统采用两相流体回路技术实现了外场3 m×3 m面源黑体不同目标温度下高温度均匀性、稳定性温度控制，试验结果表明，黑体表面温度均匀性控制优于±0.60 ℃，稳定性控制优于0.14 ℃/15 min。
2022, 51(12): 20220168.
doi: 10.3788/IRLA20220168
基于最新研制的小阳极结反向并联肖特基二极管芯片，设计和制造了320~360 GHz固定调谐分谐波混频器。混频器的结构采用的是传统电场（E）面腔体剖分式结构：将二极管芯片倒装焊粘在石英基片上，再用导电银胶将石英电路悬置粘结在混频器下半个腔体上。电路设计采用场路相结合的方法：用场仿真软件建立混频电路各个功能单元的S参数模型，将它们代入非线性电路仿真软件中与二极管结相结合进行混频器性能整体仿真优化。最终测试结果表明，谐波混频器的双边带在4~6 mW的本振功率驱动下，在320~360 GHz超过12%带宽范围内，双边带变频损耗均小于9 dB；混频器在310~340 GHz频带范围内，双边带噪声温度最低为780 K。声温度最低为780 K。
2022, 51(12): 20220251.
doi: 10.3788/IRLA20220251
近年来，相干探测激光雷达是测量远距离低空风切变的有效手段，1.6 μm波段固体激光器以其人眼安全、探测器件成熟等优势成为相干雷达主要光源。其增益介质Er:YAG晶体在1532 nm波段有较强的吸收峰，但吸收谱较窄，因此通过使用1 532 nm光纤激光器进行谐振泵浦可以有效提高晶体输出效率。为此，文中以Er/Yb双包层光纤为增益介质，1532 nm光纤光栅为反射腔镜，976 nm半导体激光器为泵浦源，实现了全光纤化1532 nm激光输出。输出激光最大功率73.44 W，波长可调谐范围为1531.35~1532.14 nm，波长谱宽为0.06 nm，x
2022, 51(12): 20220226.
doi: 10.3788/IRLA20220226
目前，飞秒激光脉冲因脉冲宽度窄和峰值功率高的特点被广泛运用在多种领域中。其中，色散管理光纤锁模激光器因其特有的腔内呼吸机制使输出的激光脉冲能量更高，光谱更宽、脉宽更窄。使用啁啾布拉格光纤光栅进行色散管理的光纤锁模激光器能够实现真正的全光纤结构，提升激光器的紧凑性和稳定性，因此基于啁啾布拉格光纤光栅进行色散管理的光纤锁模激光器具有更加实际的应用意义。采用数值模拟的方法，研究了基于啁啾布拉格光纤光栅进行色散管理的掺镱光纤锁模激光器中单模光纤在腔内的不同分布对脉冲动力学过程和输出脉冲参数的影响。系统分析了谐振腔内净色散值不同时，腔内单模光纤的分布对脉冲在腔内的动力学过程的影响。模拟结果表明，在腔内净色散值为负时，啁啾布拉格光纤光栅与增益光纤间的单模光纤越短，光纤激光器维持稳定单脉冲运行的最大泵浦强度更高且输出光谱更宽，从而能够获得脉宽更窄的去啁啾脉冲；腔内净色散值越接近零时，啁啾布拉格光纤光栅与增益光纤间的单模光纤长度对输出脉冲参数作用的影响越显著；腔内净色散值为正时，单模光纤在腔内的分布对输出脉冲影响逐渐减弱，优化单模光纤分布提升锁模激光器性能并不明显。最后，提出了一种通过改变单模光纤在腔内的分布来提高激光器输出性能的优化方法。
2022, 51(12): 20220143.
doi: 10.3788/IRLA20220143
主要研究了水基和水膜辅助这两种不同水辅助方式对飞秒激光高温合金逐层逐圈切孔质量的影响，对比分析了不同水辅助方式下激光脉冲重复频率变化对微孔出入口孔径、锥度、内壁形貌和内壁粗糙度的影响。实验结果表明：水基和水膜辅助均可以改善飞秒激光制造微孔的质量，微孔锥度减小，微孔内壁粗糙度减小，且水基辅助的改善效果更明显。当激光脉冲能量为80 μJ，脉冲重复频率在100 kHz左右时，水基辅助飞秒激光制孔可以获得较好的孔内壁质量，同时相比于空气中孔的锥度减少18.04%。随着激光脉冲重复频率的增加，两种水辅助条件下微孔的出入口孔径和锥度均先减小后增大，其中水基辅助下的微孔内壁粗糙度数值变化不大，水膜辅助下微孔内壁粗糙度数值不断增加。实验结果为优化水辅助飞秒激光制孔工艺提供了参考。
2022, 51(12): 20220222.
doi: 10.3788/IRLA20220222
FMCW激光雷达以其高精度、抗干扰能力强、同时测距测速等特点得到了广泛研究。针对FFT固有栅栏效应引入测距、测速误差的问题，通过分析频谱幅值和相角的规律，并结合正弦函数原理提出了一种易于硬件实现的修正Rife算法，有效地降低了传统Rife算法在估计频率接近FFT量化频率点时的误差。通过仿真和FPGA验证，修正Rife算法在信噪比为−10 dB时相较于传统Rife算法平均误差降低了69.6%，均方根误差降低了50.7%，而计算量仅增加了两个乘法和加法，与N点FFT计算量相比可忽略不计。最后，通过搭建光学测试平台，模拟激光雷达中频回波信号验证了该算法的有效性。测试结果显示，该算法可在112 m范围内实现同时测距测速，测距误差不大于5 cm，测速误差不大于0.16 km/h，满足实时性要求。
2022, 51(12): 20220200.
doi: 10.3788/IRLA20220200
现有流动卫星激光测距系统的距离选通模块因硬件架构问题，有稳定性不高、可靠性不强等不足。由于和固定站的设备互不兼容，因此需要研制新的距离选通模块，在兼顾高集成度的同时提升运行稳定性。在基于距离选通与后向散射规避的实现原理基础上，依靠ARM、FPGA嵌入式双核心架构设计全新的距离选通模块。采用人卫激光测距卫星lageos1、ajisai和地球同步卫星compassi3的星历进行距离门参数拟合等测试。经测试，该距离门控模块参数拟合误差小于0.01%，在2 kHz重复频率下单次预期回波时刻计算时间约为34.365 μs，平均后向散射规避点火频率损失率低于1%，在2 kHz重复频率下距离门分辨率优于5 ns，高频率门控信号输出平稳，并且能够满足20 kHz以上的重复频率应用需求，符合预期结果，具有实际应用价值。
2022, 51(12): 20220275.
doi: 10.3788/IRLA20220275
乙醇是具有宽带吸收特征的大分子挥发性有机物气体，其宽带吸收受空气背景光谱的干扰，这给遥测带来了极大的困难。文中提出通过准确测量干扰光谱、用干扰光谱作为差分吸收谱内部标准的宽带谱气体分析方法，修正光谱分析系统可能的基线偏移和非线性，该方法成功应用于乙醇气体的激光遥测。针对乙醇的近红外特征吸收（7180 cm−1），在实验室条件下，以近红外DFB激光器构建了开放式的遥测实验系统，测量结果表明乙醇浓度测量误差小于3.5 ppm，由Allan方差评价结果表明在积分时间15.1 s时，检测限2.6 ppm，比目前报道的最低检测限低近2个数量级。实现了乙醇的高灵敏开放光程遥测，为进一步研制小型化的乙醇气体遥测系统奠定了基础。
2022, 51(12): 20210936.
doi: 10.3788/IRLA20210936
激光清洗以绿色、安全、便于控制等优点，在航空航天、电子、交通等领域有着重要的应用价值。采用纳秒脉冲激光清洗航空2A12铝合金表面TB06-9涂层，研发了一种新型的两步法无损激光清洗工艺。运用扫描电子显微镜、能谱仪，超景深三维显微镜和万能电子实验机等分析激光清洗涂层。结果表明，第一步采用单次激光清洗，随激光功率的增加，试样表面涂层逐渐减少裸露出氧化层及基材。激光功率为40 W时氧化层保留完好，功率为45 W时氧化层开始出现损伤，随着功率的增加，损伤逐渐增多。最终确定第一步优化参数为激光的频率为20 kHz，功率为40 W，扫描速度为1040 mm/s，线间距为0.052 mm。第二步在第一步的基础上进行多次清洗，获得的优化参数为激光频率为1000 kHz，功率为80 W，扫描速度为690 mm/s，线间距为0.034 5 mm。两步法激光清洗试样的表面与原始试样表面形貌相似，表面显微硬度及抗拉强度基本保持一致，较好地保留了材料的原有力学性能。
2022, 51(12): 20220154.
doi: 10.3788/IRLA20220154
为解决Φ2 m平面镜高精度面形检测问题，并提高瑞奇-康芒检测方法的可靠性，研究了一种基于单位激励法与逆向复算的Φ2 m平面镜面形检测技术。分析了在气流扰动、球面镜面形等误差源对单位激励面形计算方法的影响；采用单位激励与光学软件逆向复算相结合的方式，提高瑞奇康芒-检测方法的可靠性。仿真分析2 m平面镜检测过程中气流变化对面形恢复的影响，结果显示：在气流影响情况下，经过多次平均计算面形解算稳定性保持在0.003λ；在球面镜面形影响情况下，面形计算精度达到0.0079λ。采用这种方法，对实际Φ2 m平面镜进行面形加工过程控制，面形检测结果显示该平面镜的RMS达到0.0415λ，PV为0.2040λ（λ=632.8 nm）。该研究旨在解决误差影响情况下大口径平面镜面形检测问题，对于实际镜面加工、检测具有重要的应用意义。
2022, 51(12): 20220282.
doi: 10.3788/IRLA20220282
针对线扫描视觉检测系统精度易受机械结构误差影响且具体影响机制不明确的问题，建立并分析了机械误差对系统成像误差影响的数学模型。基于多体运动学与齐次坐标变换理论推导了线扫描视觉检测系统机械系统误差传递模型，并结合线扫描成像特点建立了系统误差综合模型，阐明了机械误差与系统输出图像误差间的对应关系。利用多元函数全微分方法对模型进行了误差灵敏度分析，明确了对系统输出图像x、y两个维度误差影响显著的误差源。针对实际线扫描视觉检测系统进行了误差源验证实验，实验结果表明：所建立的系统误差综合模型可以准确识别出对线扫描视觉检测系统输出图像影响最大的关键误差源；模型对于关键误差源在不同位置灵敏度数值预测与实际偏差不超过2.38%，可以实现对系统关键误差源灵敏度的准确预测。
2022, 51(12): 20220205.
doi: 10.3788/IRLA20220205
转轴径向运动误差是转轴的重要误差项之一，严重影响数控机床等转轴相关设备的精度和性能。利用激光干涉配合伺服转轴可以实现转轴径向运动误差的测量，但由于待测转轴和伺服转轴的自身转速不匀、伺服响应延迟、跟踪不稳等原因，干涉测量信号存在持续微幅相位抖动，进而造成非线性误差难以有效修正，相位解算精度不高，测量误差大。针对这一问题，提出一种零值截取-阈值判定的干涉信号处理方法，成功消除了相位抖动的影响。设计并搭建了一套转轴径向运动误差的激光干涉测量装置，针对实测信号的处理结果表明，相比于传统修正方法，文中提出的修正方法使得转轴径向运动误差干涉测量信号解算的重复性由4.8 μm减小到0.2 μm，与标准仪器的对比误差由3.5 μm降为2 μm。
2022, 51(12): 20220114.
doi: 10.3788/IRLA20220114
多视角点云配准是逆向工程中的关键步骤之一，具有重要的研究意义和工程应用价值。而对于狭窄场景(如口腔或机械结构内部)获取的点云数据，多视角配准算法的精度直接影响重建精度的好坏。为了提升狭窄场景多视角点云配准的速度和鲁棒性，提出一种基于位姿图优化的增量式多视角点云配准方法。首先针对相邻视角的点云，结合迭代最近点法(ICP)和基于特征的配准方法，提出一种多策略融合的成对点云配准算法，用于求解相邻视角点云的配准结果；然后在增量式相邻视角点云配准的基础上，进一步提出一种基于距离约束的回环检测方法，并依据相邻视角点云的配准结果和回环检测的结果构建位姿图；最后采用实时优化策略对位姿图进行优化，消除累计误差，实现鲁棒的多视角配准。实验结果表明，提出的多策略融合配准算法和基于距离约束的回环检测方法是有效的。经典ICP算法和基于FPFH特征的配准算法在实验中存在失效的现象，而提出的多策略融合配准算法并无失效。基于距离筛选的回环检测方法较常规的回环检测方法效率提高。提出的多视角配准算法在配准牙齿模型数据时精度可达到0.0357 mm。为了验证算法的普适性，采用多个狭窄场景下连续采集的模型点云进行验证，结果表明：提出的算法取得了不错的效果，表明该方法是一种有效的狭窄场景多视角配准方法。
2022, 51(12): 20220156.
doi: 10.3788/IRLA20220156
纸币是国家发行并强制使用的货币符号，2019年中国人民银行发行的2019年版第五套人民币纸币，两面采用了抗脏污保护涂层，使纸币的整洁度明显改善。作为“国家名片”，在纸币生产过程中，对每一道工艺都有严格的质量控制，涂层是通过涂布机将涂布液转移、固化至纸币两面，由此称为涂布工艺。为了更加合理地控制涂布质量，生产中需要检测纸币涂层的厚度。针对该需求，文中建立了纸币图纹作为复杂衬底的涂层厚度光学漫反射模型，采用傅里叶近红外光谱仪和激光共聚焦显微系统对已涂布和未涂布的纸币进行识别并定量检测。文中首先根据涂层物质在近红外光谱可被有效识别的特点，对涂层的近红外吸收光谱数据提出了基于多元散射校正（MSC）与二阶导组合的分析方法，确定4 346.764 cm−1为特征波数。再根据反射率、粗糙度对涂层厚度的模型解耦，最后通过激光共聚焦显微系统检测了已涂布纸币的涂层变化，并将其与模型的厚度解耦结果关联，得出测量涂层厚度最小为3.807 μm，最大为12.738 μm。最终结果表明该检测方法对纸币生产中涂层质量控制具有重要的实践指导意义。
2022, 51(12): 20220572.
doi: 10.3788/IRLA20220572
光学元件常用脆性材料作为原材料，脆性材料加工过程中极易引入亚表面缺陷，亚表面缺陷对脆性材料的制造阶段和应用阶段均存在严重的危害。制造方面，亚表面缺陷影响工序的选择与衔接，易产生过加工、欠加工等问题，导致加工效率低下；应用方面，亚表面缺陷影响光学元件的成像质量、稳定性、使用寿命等关键技术参数。为了高效率、高质量地去除亚表面缺陷，全面表征和准确检测光学元件的亚表面缺陷至关重要。文中首先介绍了不同加工方式对应的亚表面缺陷形成机理与亚表面缺陷的表征方法研究现状；其次归纳总结了破坏性与非破坏性的亚表面缺陷检测方法，分别介绍了不同检测方法的原理、适用材料与加工阶段、优点与不足之处；并介绍了基于表面粗糙度、加工参数的亚表面缺陷预测方法；最后，对亚表面缺陷检测技术的发展趋势进行了展望。
2022, 51(12): 20220243.
doi: 10.3788/IRLA20220243
由于环境污染日益严重，对污染物进行追踪具有必要性，使用示踪剂罗丹明B进行追踪实验是对污染物溯源的一种有效方式，但在使用罗丹明B荧光传感器进行原位污染物追踪检测中，温度浊度等环境因素变化会对测量结果造成影响，因此需对温度和浊度两个主要环境因素进行补偿校正，从而提高罗丹明B检测准确度。利用荧光分光光度计检测不同浓度罗丹明B荧光光谱，并采用偏最小二乘法（PLS）进行光谱数据分析与建立标准曲线。测量并分析了温度10~60 ℃和浊度0~55 NTU范围的罗丹明B荧光光谱，结果表明罗丹明B的荧光强度与温度呈负相关性，与浊度呈正相关性。由于罗丹明B浓度差值变化率与温度和浊度呈良好线性关系，因此利用罗丹明B浓度差值变化率对不同环境进行补偿校正。在温度和浊度补偿校正之后，浓度检测结果的相对误差分别小于0.48%和0.34%，提高了罗丹明B在不同环境中的检测准确度，并对温度和浊度共同影响时的检测结果进行分析，建立共同补偿校正模型。为抑制温度和浊度对罗丹明B原位检测的干扰提供了一种修正思路。
2022, 51(12): 20220204.
doi: 10.3788/IRLA20220204
大口径、长焦距的水平光学检测系统极易受到气流扰动的影响，气流扰动会引起光路中温度、速度、压强等多个物理量在时间和空间上随机动态变化。尤其是温度在空间上呈现梯度分布，以及在时间上存在缓慢漂移，均将会直接导致空气折射率的动态变化，从而导致点扩散函数退化、引起波前倾斜、出现波前时变。为了抑制气流扰动对检测光路的影响以及提高检测精度，基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)方法，提出了风扇强制对流的室内温度场控制方法，确定风扇放置方式与风扇数量。采用温度最大峰值（Peak to Valley, PV）并引入了最大光程差概念，综合评价光路温度场的均匀性。经过多次实验验证，采用强制对流方案，将0°像散标准差从$0.146 \lambda $ 降低到$ 0.026\;3 \lambda\;(\lambda=632.8\; \mathrm{nm}) $ ，显著提高了光路温度场的均匀性与稳定性，大幅降低了光学检测误差，提高了检测精度。为今后保障狭长通道内长光路、大口径光学检测系统的测量精度提供了借鉴。
2022, 51(12): 20220218.
doi: 10.3788/IRLA20220218
随着空间安全与应用探索的不断深入，近空间飞行器目标探测效能成为研究的核心问题。光学成像探测能够直观反映目标的形态、光谱与运动特性等多维度信息，因此成为空间探测感知的重要手段。在近空间大气密度、气压、对流等条件作用下，导致高速飞行器光学探测设备成像质量与探测性能衰减。采用以成像系统、大气传输系统和目标背景系统为要素的目标探测分析模型，根据气动光学效应理论，建立高速流场气动光学效应评价方程，对深空、近地等典型应用场景进行成像探测分析。设计了高速流场环境下目标探测地面验证试验，仿真测试结果表明，针对空间高速飞行目标，采用900~1 700 nm谱段短波红外探测器配合厚度10 mm以上石英窗口，对尾焰目标辐射具有良好观测效果；通过降低探测设备曝光时间、优化曝光控制策略及选用光学带通滤光片等方式，能够有效抑制背景杂光与气动光学效应影响。
2022, 51(12): 20220250.
doi: 10.3788/IRLA20220250
与标量涡旋光束不同，矢量涡旋光束同时具有各项异性的空间偏振分布和螺旋相位分布，并携带与相位分布有关的轨道角动量(Orbital angular momentum，OAM)。根据柯林斯衍射积分理论，得到了傍轴近似条件下矢量涡旋光束的OAM密度，实验采集了矢量涡旋光束通过光阑-透镜系统后的光场，详细讨论了光阑截断参数以及光阑-透镜间距等参数对矢量涡旋光场及其OAM密度的影响。结果表明：相比标量涡旋光束，矢量涡旋光束OAM通过光阑系统后随传输距离的衰减更慢，受光阑截断参数影响更小。矢量涡旋光束偏振态不受光阑-透镜系统影响，截断参数大于4.2时，轨道角动量密度和光强不受截断参数影响。在透镜焦点位置处，OAM密度达到最大值。研究结果为矢量涡旋光束OAM特性的应用提供理论依据。
2022, 51(12): 20220202.
doi: 10.3788/IRLA20220202
遥感卫星结构在轨服役期间易受空间极端温度变化与微重力环境影响容易产生热应变，严重影响探测精度，而现有方法难以实现热应变在轨监测。针对这一问题，提出具有温度解耦功能的热应变光纤光栅监测方法。采用数值模拟方法开展结构热应变计算分析，得到结构整体和局部热加载下温度场和应变场分布特征及变化规律。设计构建热应变光纤监测试验系统，对卫星天线结构模拟试件进行热加载光纤测量试验，测试分析热应变光纤监测精度，验证了方法的有效性。研究结果表明，在−120~120 ℃温度变化范围，利用光纤布拉格光栅传感器和温度解耦方法监测温度和热应变的相对误差分别为1.02%和2.45%；在30~100 ℃局部热加载作用下，结构温度场和应变场的重构误差分别为3.24%和6.61%。该方法在卫星结构在轨监测领域中具有良好的应用价值与前景。
2022, 51(12): 20220137.
doi: 10.3788/IRLA20220137
2,4,6,8,10,12-六硝基-2,4,6,8,10,12-六氮杂异伍兹烷（HNIW, CL-20）是一种具有笼形结构的高能化合物，在军事及民用领域具有广阔的应用前景。为了深入理解CL-20晶体相变物理机制，采用太赫兹时域光谱技术（THz-TDS）对23.0~179.8 ℃升温范围内的吸收光谱进行了研究。热作用下太赫兹光谱的显著变化表明136.8 ℃时CL-20开始发生不可逆相变，结合固态密度泛函理论（DFT）计算鉴别该转变为ε→γ相变。并且，对CL-20低频振动特性的分析表明，分子笼型骨架的振动模态在相变中发生了显著改变，分子间广泛的范德华相互作用是其重要来源。此外，骨架外硝基基团的旋转振动演变与分子的氢键作用密切相关。该研究为进一步理解CL-20在高温加载下发生相变乃至爆轰/爆燃过程中的复杂物理机制提供了参考，对新型CL-20基优质炸药的设计和合成具有重要意义。
2022, 51(12): 20220225.
doi: 10.3788/IRLA20220225
为充分发挥AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管 (High-Electron-Mobility Transistor, HEMT)太赫兹探测器阵列的高电子迁移率优势，文中研究了HEMT太赫兹探测器阵列在77 K下的探测特性。使用液氮杜瓦为降温主体搭建了适用于焦平面 (Focal-Plane Array, FPA)芯片的低温系统，实现了对焦平面芯片常温与低温下的对比测试。温度从300 K降到77 K时，探测器阵列像元的平均响应度提高近3倍，平均噪声有小幅增大，340 GHz时平均噪声等效功率 (Noise Equivalent Power, NEP)从45.1 pW/Hz1/2降低到了19.4 pW/Hz1/2，灵敏度提高两倍以上。与硅透镜耦合的单元探测器相比，阵列像元的灵敏度提升仍有较大空间。主要是由于各像素点最佳工作电压的不一致，导致在给定统一工作电压下像元间的响应度和噪声都表现出较大的离散性，文中讨论了降低最佳工作电压离散度的可能解决方案。
2022, 51(12): 20220239.
doi: 10.3788/IRLA20220239
铒镱共掺磷酸盐玻璃平面波导在散热和抑制非线性效应方面具有独特优势，可开发作为近红外1.5 μm高平均功率固体激光器的增益介质，具有重要意义。文中应用光胶热键合方法制备铒镱共掺磷酸盐玻璃平面波导，研究了预键合阶梯升温过程对键合质量的影响。通过电子探针表面分析（EPMA）得到键合温度和键合时间对键合界面分子扩散层厚度的影响，并根据Fick第二定律，探讨了一维等效假设下的芯层玻璃中的Yb3+扩散机理，建立了热键合过程中的固-固界面分子扩散模型。最终通过选择最优的热处理工艺参数，得到了键合质量良好且键合强度达到11.63 MPa的芯层厚度为100 μm的三明治结构平面波导。
2022, 51(12): 20220141.
doi: 10.3788/IRLA20220141
质子注入参数对注入型垂直腔面发射激光器（Vertical cavity surface emitting laser, VCSEL）的电流限制孔径位置及电流限制效果具有较大影响。文中从质子注入的能量和剂量及其相互作用对VCSEL电流限制孔径的影响规律及机制出发，通过理论模拟分析了注入参数对质子分布及注入区电阻值的影响。在此基础上，采用VCSEL外延片进行了质子注入实验研究。实验结果和理论分析均表明：注入区电流隔离效果及质子分布受注入能量和剂量共同调控。当注入参数为320 keV、8×1014 cm−2时，经430 ℃、30 s退火后可得到结深约0.7 μm，平均射程距有源区约1.3 μm，电阻值达4.6×107 Ω∙cm2的质子注入区。使用该参数制备的VCSEL器件实现了较好的激光激射，证明该质子分布不仅可避免VCSEL有源区损伤，而且能实现较好的电流隔离效果，满足VCSEL电流限制孔径的制备要求。研究结果对质子注入型VCSEL的芯片结构及工艺优化具有重要指导意义。
2022, 51(12): 20220187.
doi: 10.3788/IRLA20220187
拉曼光谱技术以其多组分同时探测、分子指纹特性等优点被广泛应用于多个领域，但其较低探测灵敏度严重限制了此技术的进一步发展。为了提高拉曼光谱技术粉末样品原位分析能力，提出了一种基于石英管增强的高灵敏度拉曼光纤探头。探头采取内镀金属空芯光纤用于光信号的传输，有效减小了背景信号对拉曼光谱的影响；探头底端采用石英管设计，增大采样体积和收集效率，提高了拉曼光谱的探测灵敏度。理论分析了石英管拉曼光谱技术可提高粉末样品的探测灵敏度，详细介绍了探头的设计和实现，进一步评估探头的性能，结果表明：相较于球透镜拉曼探头，拉曼信号强度（NaHCO3）增强2.92倍。为模拟实际应用场景，采用光纤拉曼探头成功获得了容器中不同深度粉末样品（Na2SO4和NaHCO3）的拉曼光谱信息。文中设计的石英管增强拉曼探头具有外径尺寸小（外径仅为2 mm）、灵敏度高等优点，可对深层次粉末样品进行探测，为现场粉末样品原位分析提供了一种新途径。
2022, 51(12): 20220238.
doi: 10.3788/IRLA20220238
研究表明，当温度产生一定变化时，会导致大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜（LAMOST）光谱仪的内部器件产生热诱导变形，引起CCD靶面上的图像离焦模糊，降低了天文数据测量精度，也大大增加了16台光谱仪的日常维护难度。基于LAMOST运行前拍摄的定标灯谱数据，提出了一种基于多目标图像清晰度评价的离焦诊断方法。该方法通过对不同离焦量下的定标灯谱图像进行分析，提取了一定数量的光斑的半高全宽（FWHM）及其总体分布情况，建立多目标图像清晰度与系统离焦量之间的离焦函数模型，实现对LAMOST成像像质的离焦诊断，为后续智能化主动补偿技术的实现提供了技术支撑。介绍了LAMOST光谱仪的工作原理及结构，给出了光谱仪对调焦精度的需求；详细介绍了光斑FWHM值的测量原理与多目标图像清晰度评价函数的构建方法。与传统图像清晰度评价函数的对比结果显示，文中方法具有更高的清晰度对比率与精度，对定标灯谱图像的离焦诊断误差在10 μm以内，有效降低了人为局部诊断带来的误差，提高了16台光谱仪系统一致性，有望提高LAMOST日常运行效率与光谱仪的长期稳定性。
2022, 51(12): 20220102.
doi: 10.3788/IRLA20220102
为了提高非合作目标区域中光学字符的识别能力，增强电力铭牌、电网文本等信息采集的准确性，设计了一种偏振图像与可见光图像同时采集并进行图像融合的光学字符识别系统。通过设置0°、60°和120°的偏振角对响应电压进行周期性调制，从而获取有效信息区域的连通范围，实现准确的边界约束。通过计算偏振角度标定参数，设置边界条件的合理阈值，为图像融合提供范围标准。实验分别测试了响应电压关于偏振角度和测试距离的函数曲线，结果显示，偏振角度周期性变化斜率为53.1 mV/(°)。在0.5~3.0 m范围内，响应电压最大值为241.7 mV，最小电压为18.5 mV，并且三条响应曲线的单调性几乎一致。实验针对图像清晰度较差的电力铭牌目标进行测试，结果显示，模糊的原始图像在传统图像滤波与增强后，对比度从0.34提升至1.56，图像质量得到了一定的改善，但仍有部分字符无法识别。而采用文中算法后，对比度达到了3.23，部分模糊字符也能有效识别。可见，该系统适用于非合作目标的光学字符识别，对低质量图像中光学字符识别具有很好的优化效果。
2022, 51(12): 20220125.
doi: 10.3788/IRLA20220125
红外与可见光图像融合技术充分利用不同传感器的优势，在融合图像中保留了原图像的互补信息以及冗余信息，提高了图像质量。近些年，随着深度学习方法的发展，许多研究者开始将该方法引入图像融合领域，并取得了丰硕的成果。根据不同的融合框架对基于深度学习的红外与可见光图像融合方法进行归类、分析、总结，并综述常用的评价指标以及数据集。另外，选择了一些不同类别且具有代表性的算法模型对不同场景图像进行融合，利用评价指标对比分析各算法的优缺点。最后，对基于深度学习的红外与可见光图像融合技术研究方向进行展望，总结红外与可见光融合技术，为未来研究工作奠定基础。
2022, 51(12): 20220253.
doi: 10.3788/IRLA20220253
伴随高速飞行器的不断发展，目标检测识别作为精确制导的关键一环，需要更高实时性、高准确性地进行目标定位和识别。当前，针对装甲车辆、车辆阵地等时间敏感目标精确检测识别的需求日益迫切，深度学习算法在特征提取及分类器设计上具备优势。文中以特定复杂背景下的小尺寸红外车辆目标为研究对象，针对样本数据少、平台资源受限、实时性要求高、检测精度高等需求，开展基于红外弱小车辆目标检测识别的轻量化深度学习算法研究。项目基于YOLOv5算法进行轻量化剪裁，减小模型的结构，提高实时性；提出了混合域注意力机制模块EPA，该模块通过不降维的局部跨信道交互策略使算法更快速有效地关注重要通道，抑制无效通道，并将通道注意力机制与空间注意力机制结合，使得算法更关注与目标相关的像素信息。提出了残差密集注意模块（RDAB），该模块由密集残差块与注意力机制EPA构成，通过密集卷积层来提取充分的局部特征，通过注意力机制获取更有效的通道与像素信息，可以使得算法以较小的模型结构获得较好的检测效果。运用设计的网络对数据增广后的小尺寸红外车辆目标数据进行检测识别，并与多种典型算法进行对比实验。由实验结果可知，文中提出的JH-YOLOv5-RDAB网络检测识别效果优于其他网络，权重大小仅为6.6 MB，仅为YOLOv5s算法模型权重的一半，但算法检测效果更优，与93.7 MB的YOLOv5l算法的检测效果接近，mAP50达到95.1%。实验结果表明：该网络在红外弱小车辆目标检测上的优越性和可行性。
2022, 51(12): 20220179.
doi: 10.3788/IRLA20220179
针对复杂工业现场泄漏蒸汽智能识别需要，文中提出红外温度场表征与辨识方法。利用模拟分析对蒸汽泄漏过程进行研究，揭示其温度场发生发展规律，即扩散特性、锤尾特性、动态特性，中心向源特性为一体的静动态锤尾特性。通过对温度层划分后的蒸汽温度场进行研究，提取蒸汽温度分布细节特征，提出变尺度灰度处理方法，实现了蒸汽红外温度场的高清化表征。为提高辨识速度和精度，建立Mask R-CNN网络模型，对泄漏蒸汽的锤尾特征进行学习和动态挖掘，对单张锤尾样本的识别准确率达到90.71%，总体算法识别准确率达到了99.93%，实现了蒸汽以及泄漏特性的有效辨识。现场实测表明，该算法对连续5帧图像处理时间为0.48 s，对于复杂工业现场的蒸汽泄漏辨识达到了快速准确的辨识效果。
2022, 51(12): 20220148.
doi: 10.3788/IRLA20220148
红外小目标检测在红外目标搜索跟踪等应用中发挥着重要作用。文中提出一种二维经验模态分解与多尺度斑块对比度算法相结合的红外小目标检测算法。首先，利用二维经验模态分解将红外图像分解成不同尺度的模态分量，再将低频模态分量去掉进行图像重构，实现对背景杂波的抑制。然后，将重构图像做为多尺度斑块对比度算法的输入，生成目标结果图。最后，对目标结果图进行自适应阈值分割，检测出真实的红外小目标。实验仿真结果表明，该算法与现有算法相比，在不同背景下能够有效抑制背景对目标的干扰，具有较高的检测率，验证了该算法的有效性和鲁棒性。
2022, 51(12): 20220176.
doi: 10.3788/IRLA20220176
针对大规模姿态变化和大角度人脸平面旋转(Rotation-in-Plane, RIP)等复杂条件下，多尺度旋转人脸检测精度低的问题，提出了一种基于汇聚级联卷积神经网络(Convolutional Neural Networks, CNN)的旋转人脸检测方法。采用由粗到精的级联策略，在主网络SSD的多个特征层上汇聚级联了多个浅层的卷积神经网络，逐步完成人脸/非人脸检测、人脸边界框位置更新和人脸RIP角度估计。该方法在Rotate FDDB和Rotate Sub-WIDER FACE数据集上取得了较好的检测效果。在Rotate Sub-WIDER FACE数据集出现100次误报时的检测精度为87.1%，速度为45 FPS，证明该方法可在低时间损耗下完成精确的旋转人脸检测。
2022, 51(12): 20220097.
doi: 10.3788/IRLA20220097
随着智能电网的快速发展，用于监视电网运行状况的测量设备大规模投入，其产生的海量运行图像等监视数据由于规模大、维度高、数据冗余等问题难以得到有效利用。为了进一步提高电力大数据的分析应用能力，文中提出一种基于深度学习的电网运行图像数据压缩方法，考虑电网图像监视数据在时序上的耦合关联，通过卷积神经网络对电网运行图像数据进行压缩，有效减少了电网运行图像数据的冗余度。与其他方法相比，基于卷积神经网络的图像数据压缩模型不依赖于人工的数据特征提取和工程经验，可以直接以电网中采集到的原始图像数据的灰度函数作为模型的输入，将数据的特征提取和分类合二为一，实现电网运行图像数据的高效、便捷压缩。通过仿真进行了文中所提方法有效性的验证，结果表明，与其他神经网络相比，所提方法在电网图像压缩效率及压缩精度中具有较强优势。
