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光纤光栅链路反射谱强度自适应解调
秦根朝, 孟凡勇, 李红, 庄炜, 董明利
当前状态:  doi: 10.3788/IRLA20200440
[摘要](68) [HTML全文](38)
针对解调仪单通道多光栅反射谱强度差异过大,导致无法有效寻峰或寻峰误差增大的问题,文中提出了利用不同曝光周期多次曝光解调的方法调整峰值,根据光谱数据直方图来确定寻峰阈值。文中分析了谱峰峰值对寻峰稳定性的影响,建立了曝光周期、寻峰阈值自适应调整规则,用LabVIEW软件实现了自适应寻峰解调算法。通过实际光纤光栅传感器测试,可完成差异过大反射光谱的自动曝光和寻峰解调处理,在保证寻峰稳定性的前提下,有效提高了谱峰识别数量、解调系统自适应能力和工作可靠性。通过实验发现,谱峰峰值在光强饱和值70%~90%范围内寻峰稳定性最高,寻峰得到的中心波长标准差在0.5 pm以内,稳定性比单次曝光解调提高了50%,程序运行时间在100 ms以内,可以实现快速解调。
Research on improving magnetic field adaptability of high-precision IFOG
XU Bao-xiang, XIONG Zhi, HUANG Ji-xun, YU Hai-cheng
当前状态:  doi: 10.3788/IRLA20200239
[摘要](331) [HTML全文](141)
The magnetic non-reciprocity error is one of the main factors that restrict the application of high-precision IFOG, and the error is related to the strength of magnetic field and the twist rate of fiber. The magnetic field sensitivity of fiber coil is more than 10° / h / GS due to the twisting of the fiber, even if permalloy is used to shield the magnetic field, the shielding effectiveness can only reach about 30 dB, which cannot meet the requirements of high-precision IFOG. The influence of the connection gap between shielding materials on shielding effectiveness is analysed by an equivalent circuit model and finite element simulation, the influence of the twist rate on the magnetic field sensitivity is deduced by formula. Through these analyses, the improvements that changed the connection of shielding materials from screw connection to laser welding and made the fiber de-twist are proposed. Through the measure of fiber de-twist, the magnetic field sensitivity of the fiber coil is reduced by 89.3%; through the improvement of laser welding, the shielding effectiveness is improved from 31 dB to at least 64 dB, the magnetic field sensitivity is reduced from 0.0265°/h/Gs to less than 0.0004°/h/Gs, and the bias stability of the IFOG in different temperature is improved by more than 7.5%. These improvements can improve the precision of the fiber coil in the magnetic field and temperature environment.
光子晶体光纤载体中液晶随机激光辐射行为
乌日娜, 宋云鹤, 卢佳琦, 高芮, 李业秋, 岱钦
当前状态:  doi: 10.3788/IRLA20200171
[摘要](702) [HTML全文](203)
将向列相液晶TEB30A、手性剂S-811、激光染料PM597的混合物填充空芯光子晶体光纤中,以Nd: YAG倍频532 nm激光作为泵浦光源,测量激光辐射谱,研究了光子晶体光纤载体中的随机激光辐射行为。泵浦激光侧面入射,侧面出射随机激光波长范围为590 nm至605 nm,半高全宽约为0.3 nm;辐射方向较广。泵浦光端面入射,端面出射随机激光波长范围为580 nm至605 nm,半高全宽约为0.3 nm。加热样品至各向同性温度时,端面和侧面激光辐射被关断。由实验结果得出,光子晶体中随机激光辐射源于微孔中填充的染料掺杂液晶混合物。手性向列相液晶中光子传输平均自由程和液晶分子介电张量的涨落随温度的变化,是影响出射激光强度的主要因素。
基于NDIR技术的超低功耗甲烷检测系统研究
赵庆川
当前状态:  doi: 10.3788/IRLA20200140
[摘要](264) [HTML全文](147)
为了满足低功耗甲烷检测技术的需要,基于甲烷气体分子在3.2~3.4 μm中红外波段具有主吸收峰的特性,研制了一种基于非色散红外光谱技术的超低功耗红外甲烷传感器及系统。在分析红外差分检测原理的基础上,重点研究了抗水汽干扰的LED、PD器件选型及光路设计。采用LED脉冲串电流驱动技术,将红外甲烷传感器的功耗降至10 mW。利用实验法研究了温度变化对传感器甲烷浓度测量结果的影响,通过数据分析及归一法线性拟合,得出了温度补偿算法公式。利用检测系统平台进行了性能实验,并给出了基本性能指标参数。该系统具有功耗低、抗水汽干扰、检测稳定性好的优点,具有重要推广应用价值。
高斯镜参数对LD泵浦Nd:YAG激光器的影响
蒙裴贝, 史文宗, 蒋硕, 齐明, 邓永涛, 李旭
当前状态:  doi: 10.3788/IRLA20200127
[摘要](181) [HTML全文](100)
实验研究了输出镜为不同参数高斯镜时,偏心对LD泵浦Nd:YAG激光器的影响及激光器的输出特性。仅当光轴与激光晶体中心轴、Q开关中心轴一致,且经过高斯镜反射率中心时,可同时实现最大能量、最窄脉冲宽度和最小发散角输出。存在偏心时,高斯镜反射率半径越小或中心反射率越大,则能量下降越多,脉冲宽度和发散角增大越大。对于反射率半径为2.5 mm和中心反射率为30%的高斯输出镜,偏心0.5 mm时,能量降低7%,脉冲宽度增宽33%,发散角增大20%。激光性能方面,高斯镜反射率半径越小或中心反射率越小,光束质量越好,但效率低。综合考虑偏心影响和激光性能,反射率半径为2.75 mm和中心反射率为20%的高斯镜作为输出镜最佳。泵浦能量为984 mJ时,获得了能量128 mJ,脉冲宽度7.3 ns,光束质量M2因子约4.6的1064 nm激光输出,对应光光转换效率为13%。实验结果为激光器设计和装调提供了参考。
高功率碘稳频He-Ne激光波长参考源
王建波, 殷聪, 石春英, 王捍平, 蔡山, 舒慧
当前状态:  doi: 10.3788/IRLA20200111
[摘要](1112) [HTML全文](533)
为满足精密测量对高稳定激光单色光源功率的要求,研制了全封闭、一体化结构的高功率碘稳频He-Ne激光系统。对该系统所采用的饱和光谱探测原理、吸收峰识别与锁定方法以及激光波长的稳频效果进行了研究。首先,介绍了三次谐波方法探测饱和吸收光谱的基本原理,分析了其消除功率背景的方法。接着,分析了碘稳频激光中一体化谐振腔的稳定性,详细讨论了谐振腔轴向膨胀和横向非对称形变对输出功率的影响。然后,分析了激光输出功率与碘分子饱和吸收峰之间的对应关系,介绍了利用二次谐波信号实现吸收峰识别的可行性,并展示了高稳定谐振腔的长时间锁定能力。最后,分析了高功率碘稳频He-Ne激光波长的稳定度与复现性。实验结果表明:高功率碘稳频He-Ne激光波长抖动标准差为33 kHz,1000 s稳定度达到4.1×10−13;三个月内激光波长的复现性达到3.3 kHz(7.0×10−12),与国际计量委员会推荐的频率差为3.0 kHz。
基于红外TDLAS技术的高精度CO2同位素检测系统的研制49
侯月, 张鹏泉, 于冠一, 黄克谨
当前状态:  doi: 10.3788/IRLA20200083
[摘要](1166) [HTML全文](519)
对天然气分布监测,高精度地检测CO2同位素是非常重要的。文中采用可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术,通过13CO2/12CO2在4.3 μm处的吸收谱线,实现高精度CO2同位素检测。该检测系统由工作在连续波模式下的中红外间带级联激光器(ICL)、长光程多通池(MPGC)和中红外碲化汞镉(MCT)探测器组成。针对13CO212CO2两条吸收谱线强度受温度影响的问题,研制了MPGC高精度温度控制系统。实验中,配置5种不同浓度的CO2气体对检测系统进行标定,响应线性度可达0.9996。结果表明,当积分时间为92 s时,同位素检测精度低至0.0139‰,具备实际应用价值。
基于无源光纤的2 kW高光束质量拉曼放大器
陈薏竹, 姚天甫, 肖虎, 冷进勇, 周朴
当前状态:
[摘要](3022) [HTML全文](999)
径向偏振光的退偏特性及补偿方法
杨策, 彭红攀, 陈檬, 马宁, 薛瑶瑶, 杜鑫彪, 张携
当前状态:  doi: 10.3788/IRLA202049.20200038
[摘要](1009) [HTML全文](1938)
研究了非均匀泵浦状态下径向偏振光束的退偏机理及补偿方法。理论分析表明非均匀泵浦条件下各向同性晶体横截面内由热致剪应力引起的剪切向热致双折射是导致径向偏振光退偏的主要原因。设计实验依次采用薄膜偏振片(TFP)测量法和纯度测量法评价了径向偏振光在非均匀泵浦条件下的退偏,其中TFP测量法用于检测径向偏振光的整体退偏,纯度测量法用于检测径向偏振光的局部退偏。在泵浦峰值功率1.1 kW下,两种评价方法测得的退偏量分别为2.34%和2.53%。基于理论分析和评价方法的结果,退偏补偿方案的设计中采用相位调制与空间模式匹配相结合的方式,将径向偏振光的退偏量优化了59%,并获得脉冲能量为19.36 mJ,纯度为90.13%的皮秒径向偏振光,光束质量因子M2为3.8。
高功率光纤激光器反向光放大和损伤特性数值分析
盛泉, 司汉英, 张海伟, 张钧翔, 丁宇, 史伟, 姚建铨
当前状态:
[摘要](4218) [HTML全文](2222)
利用速率方程模型分析主振-放大结构的高功率光纤激光器中反向信号光在放大级中的放大特性,结果显示连续波反向信号会被放大器所明显放大,同时严重影响激光器输出功率;而脉冲反向信号由于激光器稳态运转时不形成高储能,入射能量较高时放大效果并不明显。结合石英光纤和光纤端帽以及光纤光栅等器件的损伤阈值可知,连续波反向回光放大时系统中振荡器光纤光栅损伤风险较大,而脉冲能量毫焦量级的反向脉冲信号即可导致光纤损伤,另外端帽等器件在脉冲反向光作用下也存在损伤风险。
增益分布对皮秒脉冲自相似放大的影响
张韵, 刘博文, 宋寰宇, 李源, 柴路, 胡明列
当前状态:
[摘要](5232) [HTML全文](2301)
采用数值模拟的方法,研究了增益分布对皮秒脉冲自相似放大的影响。构建了掺镱光纤内超短激光脉冲自相似放大的理论模型,以不同的泵浦方式、光纤长度和总增益系数实现不同的增益分布,探究了不同增益分布对增益光纤中皮秒脉冲的自相似放大过程和结果的影响。结果表明,皮秒脉冲在不同的增益分布下存在最佳的自相似放大结果,可以得到近变换极限的百飞秒高质量脉冲输出。发现同一信号光脉冲在增益光纤中演化至自相似放大过程时,正向泵浦方式下的演化速度比反向泵浦快。对于不同的增益光纤长度和总增益系数,正向泵浦方式下的信号光自相似区域主要集中在低入射脉冲能量和长波长区域,反向泵浦方式下的信号光自相似区域主要集中在高入射脉冲能量和短波长区域。
Thermal damage of monocrystalline silicon irradiated by long pulse laser
Guo Ming, Zhang Yongxiang, Zhang Wenying, Li Hong
当前状态:
[摘要](181) [HTML全文](133)
In view of the thermal damage law and mechanism of monocrystalline silicon for millisecond pulsed laser, the temperature of monocrystalline silicon irradiated by millisecond pulsed laser is measured by high precision point temperature meter and spectral inversion system. Then the temperature evolution process is analyzed. Also, the temperature state during the whole process of thermal damage of monocrystalline silicon irradiated by millisecond pulsed laser and the corresponding damage structure are studied. The results of this study show that the peak temperature of laser-induced monocrystalline silicon increases with the increase of energy density when the pulse width is fixed, When the pulse width is between 1.5 ms-3.0 ms, The temperature decreases with the increase of pulse width. Temperature rise curve shows inflection point when it is close to the melting point (1687 K), the reflection coefficient is from 0.33 to 0.72. During the gasification and solidification stages, it also shows the gasification and the solidification plateau periods. Thermal cleavage damage of monocrystalline silicon precedes thermal erosion damage. Stress damage dominates under low energy density laser irradiation, while thermal damage dominates under high energy density laser irradiation. The damage depth is proportional to the energy density and increases rapidly with the increase of the number of pulses.
特约专栏—激光雷达
底层大气探测激光雷达国内研究现状与进展(特邀)
狄慧鸽, 华灯鑫
2021, 50(3): 20210032.   doi: 10.3788/IRLA20210032
[摘要](87) [HTML全文](28) [PDF 2578KB](35)
激光雷达是一种主动遥感探测仪器,具有大探测范围、高时空分辨率与高精度的特点,在大气环境参数(气溶胶、CO2及臭氧等)及气象参数(温度、水汽、压力及风速风向等)探测方面获得了广泛的应用。随着近些年民众对雾霾类大气现象及气候变化的广泛关注,国家环境治理与气象预报部门以及行业企业等对大气观测技术的迫切需求,大气探测激光雷达在国内得到了快速的发展,并且取得了较好的研究成果。文中总结介绍了近些年国内大气探测激光雷达的研究进展与发展现状。根据探测对象的不同,激光雷达有米散射激光雷达、拉曼探测激光雷达、高光谱分辨探测激光雷达和差分吸收探测激光雷达等,文章较全面地介绍了目前比较常见的激光雷达在大气探测应用中的优缺点及其在不同探测对象中的应用,最后对激光雷达面临的技术瓶颈进行了总结与探讨,并对激光雷达的发展趋势进行了展望。
基于沙氏成像原理的激光雷达技术研究进展(特邀)
梅亮, 孔政, 林宏泽, 费若男, 成远, 宫振峰, 陈珂, 刘琨, 华灯鑫
2021, 50(3): 20210033.   doi: 10.3788/IRLA20210033
[摘要](94) [HTML全文](28) [PDF 5207KB](19)
当成像系统的物面与光学透镜所在平面不平行时,如果像面、物面及透镜所在平面三者相交于一条直线—即满足沙氏成像原理(也称沙姆定律),则成像系统依然可对物面清晰成像,从而实现理论上的无穷远景深。基于沙氏成像原理而发展起来的沙氏激光雷达可采用连续波二极管激光器作为光源以及图像传感器作为探测器,因而具备近距离探测盲区小、结构紧凑、低维护、高性价比等特色和优势。近年来,沙氏激光雷达技术逐渐应用于大气环境监测、三维目标成像、荧光(高光谱)激光雷达探测、生态学研究、燃烧诊断、水体光学测量等领域。文中将系统性地阐述沙氏激光雷达技术的基本原理,详细探讨其在相关领域取得的最新研究进展,并对未来研究工作进行展望。
临近空间多普勒激光雷达技术及其应用(特邀)
闫召爱, 胡雄, 郭文杰, 郭商勇, 程永强, 张炳炎, 陈志芳, 赵尉博
2021, 50(3): 20210100.   doi: 10.3788/IRLA20210100
[摘要](51) [HTML全文](11) [PDF 2778KB](18)
研制了车载钠荧光散射多普勒激光雷达和车载532 nm瑞利散射多普勒激光雷达用于测量临近空间大气温度和风场。在钠荧光散射多普勒激光雷达中使用了三频比率多普勒测量方法获得80~100 km的温度和风场。在532 nm瑞利散射多普勒激光雷达中,使用碘分子吸收线边缘技术测量70 km 以下的风场,使用积分方法测量80 km以下的温度。在距离分辨率为1 km、时间分辨率为1 h情况下,40 km处的大气温度、风速测量不确定度约为0.2 K和0.4 m/s;70 km处约为1.5 K和5.5 m/s;92 km处约为0.3 K和1.0 m/s。这两部激光雷达已经在北京、青海、甘肃等地进行了长期观测,应用于临近空间环境特性研究。
1.5微米大气探测激光雷达研究进展(特邀)
裘家伟, 章振, 余赛芬, 魏天问, 袁金龙, 夏海云
2021, 50(3): 20210079.   doi: 10.3788/IRLA20210079
[摘要](76) [HTML全文](24) [PDF 6505KB](35)
激光雷达拥有探测距离远、探测精度高、时空分辨率高、探测参数多样等优点,是大气探测的重要手段。对比常见的可见光波段激光雷达,1.5 μm大气探测激光雷达有独特优势,包括人眼安全、全光纤结构、穿透云雾能力强和昼夜连续探测等。2015年,世界首台单光子频率上转换气溶胶探测激光雷达诞生,实现了6 km距离高时空分辨率的气溶胶分布连续探测。在此之后,1.5 μm大气探测激光雷达在国内外迅速发展。按照探测方式区分,1.5 μm大气探测激光雷达进展分为直接探测激光雷达和相干探测激光雷达两类。直接探测激光雷达包括单光子频率上转换激光雷达、单光子频率上转换测风雷达、超导双频测风激光雷达、超导偏振激光雷达、多模单光子探测云激光雷达和单光子光谱遥感激光雷达。相干探测激光雷达包括偏振探测相干激光雷达、格雷编码相干测风激光雷达和大气多参数探测相干激光雷达。这些雷达的探测目标包括大气气溶胶(云)、能见度、偏振、风廓线、湍流耗散率、气体浓度、降水(雨滴谱),并且单台雷达拥有多参数同时探测的能力。
宽脉冲光子计数偏振激光雷达探测浅水层研究(特邀)
徐璐, 刘霞霞, 杨旭, 张一嘉, 吴龙
2021, 50(3): 20200452.   doi: 10.3788/IRLA20200452
[摘要](58) [HTML全文](19) [PDF 3860KB](16)
由于受激光脉冲宽度的限制,传统激光雷达无法实现几十厘米的浅水层测量。设计了一个双Gm-APD光子计数偏振激光雷达系统,采用宽脉冲获取薄浅水层的高精度距离像。浅水层的表面光滑,能够保偏;底面粗糙,将发生退偏。根据该偏振现象,通过发射水平线偏振光,接收系统中采用一个偏振分光棱镜将前后表面信号光分离,然后分别被两个Gm-APD探测。该系统不受信号光的脉冲宽度限制,并充分利用Gm-APD的死时间机制,针对超薄浅水层实现三维深度测量。利用基于穆勒矩阵和斯托克斯参量表示的偏振传输原理,理论分析了双Gm-APD偏振激光雷达的分光原理。采用信号复原质心算法抑制距离漂移误差获取高精度距离信息。对于深度从4.5cm变化到8 cm渐变的薄浅水层,底面覆盖了黑、白沙子,探测距离为5 m,在实验上采用6 ns激光脉冲获取了薄浅水层的高精度距离像,测距精度为0.8 cm,有效验证了方案的可行性。该方案能够为机载海洋测绘激光雷达的浅水层测量提供一定借鉴。
基于集成量子压缩光源的量子增强多普勒激光雷达(特邀)
高丽, 张晓莉, 马菁汀, 姚文秀, 王庆伟, 孙悦, 刘尊龙, 王雅君, 田龙, 郑耀辉
2021, 50(3): 20210031.   doi: 10.3788/IRLA20210031
[摘要](123) [HTML全文](32) [PDF 4978KB](22)
传统激光雷达探测灵敏度不断提高,但仍然受激光光源的量子噪声以及探测端引入的额外噪声等因素限制。为了进一步提高激光雷达的探测性能,提出利用量子压缩态光场作为激光雷达的本振信号提高激光雷达探测精度的新方案,分析了所提出方案提高激光雷达探测精度的关键因素。制备了集成化低噪声压缩态光场并进行了激光雷达多普勒信息测量实验。实验结果表明,相较于传统相干多普勒激光雷达探测方案,所提方案实现了多普勒信息探测灵敏度3 dB的提升,为量子激光雷达中多普勒信息等微弱信号的探测提供研究途径。
Initial results of Rayleigh scattering lidar observations at Zhongshan station, Antarctica
Ban Chao, Pan Weilin, Wang Rui, Huang Wentao, Liu Fuchao, Wang Zhangjun, Fang Xin, Cheng Xuewu, Hu Hongqiao
2021, 50(3): 20210010.   doi: 10.3788/IRLA20210010
[摘要](55) [HTML全文](17) [PDF 1532KB](16)
A Rayleigh scattering lidar for measuring the atmospheric density and temperature has been deployed at Zhongshan Station (69.4° S, 76.4° E), Antarctica. Lidar transmitter was a frequency doubled Nd:YAG laser with ~400 mJ pulse energy and 30 Hz repetition rate. A telescope with 0.8 m diameter pointing to the zenith direction served as the lidar receiver. This lidar was capable of profiling the density and temperature in the Upper Stratosphere and Lower Mesosphere (USLM) region. At the vertical resolution of 300 m and the temporal resolution of 30 min, the lidar measurement uncertainties, mainly due to the photon noise, were calculated to be within 1.5% and 1 K for density and temperature, respectively. Since March 2020, this lidar has been routinely operated at Zhongshan station for exploring the atmospheric density and temperature variations and wave propagation characteristics in the polar USLM region.
采用温控和碘吸收池技术的发射激光稳频技术
李路, 庄鹏, 谢晨波, 王邦新, 邢昆明
2021, 50(3): 20200289.   doi: 10.3788/IRLA20200289
[摘要](46) [HTML全文](16) [PDF 4934KB](17)
多普勒测风激光雷达通过分析系统回波信号的多普勒频移反演出风速,为提高风场探测精度,从稳频技术方面展开研究。在稳频过程中,分别采取措施消除激光频率的长期漂移和短期抖动。针对激光频率的长期漂移,设计并研制了种子激光器温控箱,通过水浴的控温方式大大减小了激光频率的长期漂移,将激光频率稳定在±50 MHz以内;针对激光频率的短期抖动,采用以碘分子吸收池为核心器件的稳频系统,通过半导体控温方式对碘分子吸收池精确控温,控温精度达0.03 ℃,提高了稳频精度,将激光频率进一步稳定在±8 MHz以内,满足±10 MHz以内的设计精度要求。通过搭建多普勒测风激光雷达系统,对发射激光稳频装置进行系统验证,连续4组风场观测结果表明:系统探测高度为17 km,绝大部分方差在4 m/s以下,满足测风激光雷达测量指标的要求。
红外技术及应用
共用桥腿式高性能非制冷红外焦平面探测器研究
王雅琴, 蔡光艳, 马占锋, 高健飞, 黄立
2021, 50(3): 20200330.   doi: 10.3788/IRLA20200330
[摘要](44) [HTML全文](15) [PDF 3884KB](16)
研制出一种新型微桥结构的氧化钒非制冷红外焦平面探测器。该微桥结构采用列相邻像素共用桥腿的方式,极大地增加了桥腿长度,减小热导,能有效提高像元响应率并降低噪声等效温差(NETD)。同时该微桥结构采用双层工艺,增加桥面及氧化钒面积,提升填充率,进一步提升探测器性能。探测器器件阵列采用384×288,像素为12 μm,读出电路采用逐行积分、逐列输出模式,封装方式采用高可靠性的金属真空封装。测试结果表明,探测器的NETD不大于15 mK,响应率大于44 mV/K。其性能指标可以满足民用、军用等领域的应用需求。
红外探测器杜瓦封装多余物的衍射分析及控制
黄一彬, 王英, 朱颖峰, 魏超群, 孙鸿生, 董黎
2021, 50(3): 20200177.   doi: 10.3788/IRLA20200177
[摘要](28) [HTML全文](4) [PDF 3570KB](9)
红外探测器组件中一定尺寸大小多余物的存在,容易造成探测器服役状态下其光路中产生衍射现象,并改变焦平面局部光场分布,导致像面上形成“黑斑”或“泊松亮斑”。为了减少此类异常图像的出现,根据菲涅耳衍射原理,计算了几种典型探测器组件内不同位置处的多余物颗粒满足衍射斑形成条件时的尺寸范围,并分析了多余物尺寸、杜瓦结构、波长以及衍射斑之间的关系,结果表明,波长越长、多余物距离焦平面越近,越容易发生衍射;对于不同的探测器杜瓦组件,容易产生衍射的位置为距离焦平面距离L<LC的区域。此外结合生产实践提出了控制多余物的相应措施,研究结果对于红外探测器组件的设计和工程应用具有一定指导意义。
冷屏结构与冷屏效率
尹爽, 徐世春, 高玲, 徐思轶, 邓蔚, 任海, 杨秀华
2021, 50(3): 20200223.   doi: 10.3788/IRLA20200223
[摘要](24) [HTML全文](8) [PDF 3745KB](9)
红外探测器中,冷屏结构设计直接影响其杂散辐射抑制能力。为进一步提高冷屏效率,针对冷屏高度、外壳结构对冷屏杂散辐射抑制的影响进行分析。分析采用数学建模的方式,对计算结果与探测器组件测试结果进行比较,总结规律。当冷屏高度为25 mm,探测器组件测试结果为5.46%,当冷屏高度增高到29 mm,冷屏的非有效抑制杂散辐射结构和有效抑制杂散辐射结构组件测试结果分别为6.11%和4.87%。提出了一种冷屏结构设计的新思路,仅增加冷屏高度,不一定可以提高冷屏效率;挡光环有效抑制杂散辐射时,随着冷屏高度增高,杂散辐射抑制能力变强,冷屏效率随之增高,红外探测器性能有所改善,此时调整冷屏外壳结构不会影响冷屏效率。
深度特征联合表征的红外图像目标识别方法
史国军
2021, 50(3): 20200399.   doi: 10.3788/IRLA20200399
[摘要](36) [HTML全文](10) [PDF 2216KB](13)
针对红外图像目标识别问题,提出了联合卷积神经网络和联合稀疏表示的方法。卷积神经网络学习红外目标图像的深度特征,描述目标的多层次特性。不同深度特征可实现对目标不同特性的描述,因此具有良好的互补性。综合运用多层次深度特征,可为目标识别提供更为充分的信息。分类过程中,采用联合稀疏表示对待识别样本的多层次深度特征矢量进行表征,通过不同特征矢量之间的相关性约束提升整体表示精度。因此,联合稀疏表示在利用各层次深度特征的同时,充分考察了它们之间的内在关联。根据联合稀疏表示的输出结果,按照误差最小的原则判定输入样本的目标类别。实验基于中波红外( MWIR)目标图像数据集开展,分别在原始测试样本、噪声测试样本以及少量训练样本3类条件下对提出方法进行了测试,并与4类现有红外目标识别方法进行了对比分析。实验结果表明,提出方法在设置的3类测试条件下均可以取得优势性能,表明其对于红外图像目标识别问题具有应用潜力。
基于暗通道先验的红外图像清晰化及FPGA实现
李娜, 邓家先, 崔亚妮, 陈褒丹
2021, 50(3): 20200252.   doi: 10.3788/IRLA20200252
[摘要](40) [HTML全文](10) [PDF 2751KB](15)
针对红外图像普遍存在目标与背景对比度低、细节模糊等问题,提出一种改进的基于暗通道先验理论的红外图像清晰化算法,并在FPGA平台加以设计实现。该算法通过对输入图像当前像素和邻域的数据进行非线性滤波得到暗通道图像数据,并利用修正函数对透射率进行优化生成透射率查找表。在此基础上,根据暗通道像素值在查找表中查找透射率,并结合大气光散射模型进行图像清晰化处理,从而减少或消除传统暗通道算法产生的块效应及天空等高亮区域的颜色失真。结果表明,处理后的红外图像细节特征丰富、明亮度适宜。所提算法基于FPGA硬件实现仅占用4%的LUT和8%的I/O资源,工作频率最高达188 MHz,远远高于所使用的红外相机工作频率27 MHz,能够满足实时处理视频图像的需求。
激光器与激光光学
Stable mode-locked Yb-fiber laser with a 6 MHz repetition rate tuning range
Zhao Sicong, Qin Peng, Yan Dongyu, Liu Bowen, Wang Hongrui, Song Youjian, Wang Sijia, Hu Minglie
2021, 50(3): 20200205.   doi: 10.3788/IRLA20200205
[摘要](36) [HTML全文](10) [PDF 4038KB](8)
For the precise measurement, a femtosecond mode-locked Yb-doped fiber laser with a 6 MHz repetition rate tuning range at a fundamental repetition rate of 26 MHz was reported, corresponding to 23% tuning ratio. With chirped fiber Bragg grating, the mode-locked fiber laser could run at different dispersion regimes. The influence of the net cavity dispersion on output characteristics and repetition rate tunability was studied. In a range of negative cavity dispersion, the mode-locked fiber laser could output the nearly same spectrum when the repetition rate was tuned, and the output spectrum was nearly Gaussian-type. Based on this result, a simple scheme, spatial optical path structure, and optimized cavity parameters was designed, which promised the large tunable range and stable mode-locking. The mode-locked fiber could stably output 3.23 mW ultrashort laser pulses with 347 fs dechirped pulse duration. Furthermore, the Yb-fiber laser was locked to the Rb atomic clock so that the repetition rate could be stabilized. The Allan deviation is 2×10−10 when the average time was 1 s.
Continuous-wave Alexandrite laser pumped by 638 nm and 532 nm lasers
Song Yue, Wang Zhimin, Zhang Fengfeng, Bo Yong, Peng Qinjun
2021, 50(3): 20200217.   doi: 10.3788/IRLA20200217
[摘要](28) [HTML全文](7) [PDF 4478KB](5)
A high power 755 nm continuous-wave (CW) laser with high beam quality based on the Alexandrite crystal was demonstrated. The Alexandrite lasers single-end-pumped by 638 nm laser diodes (LDs) and 532 nm solid-state laser were studied comparatively, then the CW output power, optical-to-optical conversion efficiency, and slope efficiency pumped by 638 nm LDs were 3.9 W, 19.7%, and 23.7%, respectively, while they were 2.1 W, 10.0%, and 12.9%, at nearly the same conditions except that it was pumped by 532 nm solid-state laser. The results show that the Alexandrite laser pumped with 638 nm LDs can obtain higher CW output power and higher conversion efficiency. Moreover, a CW output power of 6.2 W at 755 nm of Alexandrite laser double-end-pumped by a 638 nm LDs was achieved with the optical-to-optical conversion efficiency and the slope efficiency of 16.3% and 24.2%, respectively. The beam quality factor M2 was better than 1.47 at the CW output power of 5.0 W, which was the highest CW output power of Alexandrite laser with the diffraction limit to the best. This high power and high beam quality 755 nm Alexandrite laser provides the fundamental frequency source for the development of CW ultraviolet lasers.
径向偏振光的退偏机理及补偿方法
杨策, 彭红攀, 陈檬, 马宁, 薛瑶瑶, 杜鑫彪, 张携
2021, 50(3): 20200038.   doi: 10.3788/IRLA20200038
[摘要](29) [HTML全文](6) [PDF 4154KB](4)
研究了非均匀泵浦状态下径向偏振光束的退偏机理及补偿方法。理论分析表明,非均匀泵浦条件下各向同性晶体横截面内由热致剪应力引起的剪切向热致双折射是导致径向偏振光退偏的主要原因。设计实验依次采用薄膜偏振片(TFP)测量法和纯度测量法评价了径向偏振光在非均匀泵浦条件下的退偏,其中TFP测量法用于检测径向偏振光的整体退偏,纯度测量法用于检测径向偏振光的局部退偏。在泵浦峰值功率1.1 kW下,两种评价方法测得的退偏量分别为2.34%和2.53%。基于理论分析和评价方法的结果,在退偏补偿方案的设计中采用相位调制与空间模式匹配相结合的方法,将径向偏振光的退偏量优化了59%,并获得脉冲能量为19.36 mJ,纯度为90.13%的皮秒径向偏振光,光束质量因子M2为3.8。
纳秒脉冲激光能量沉积激波减阻机理数值研究
王殿恺, 石继林, 卿泽旭
2021, 50(3): 20200253.   doi: 10.3788/IRLA20200253
[摘要](40) [HTML全文](17) [PDF 3568KB](5)
为详细揭示纳秒单脉冲激光能量沉积激波减小波阻的机理,分别研究了单脉冲激光能量沉积与正激波相互作用、单脉冲激光能量沉积与弓形激波超声速流场相互作用。鉴于常用数值模拟方法不考虑空气的离解和电离,不能合理模拟激光能量沉积诱导等离子体热核的空间分布,采用泪滴形能量分布,且耦合有限速率化学反应模型,所得到的激波和热核演化过程的数值模拟结果与实验吻合程度高,验证了所提出模拟方法的合理性。分别选取马赫数为1.92条件下的正激波和弓形激波,入射激光能量大小为10.1 mJ和12 mJ,研究表明:单脉冲激光能量沉积诱导形成的等离子体热核通过正激波后,形成上下对称的涡环结构;在弓形激波条件下,在波后形成的低压涡环引起波阻减小,这是激波减阻的主要机理。
激光结构光测量连续调节智能光源控制器设计
王晓东, 胡松钰
2021, 50(3): 20200180.   doi: 10.3788/IRLA20200180
[摘要](14) [HTML全文](5) [PDF 3921KB](4)
激光结构光视觉测量过程中被测物体的表面材质差异、表面几何曲率大小均会影响到实际采集的激光光斑图像质量,从而影响到测量数据处理的精确度和准确性。为了适应工业测量中多变的被测对象特性和使用环境,对结构光源的激光二极管进行电流控制。在分析mW级别小功率激光二极管工作特性的基础上,提出了一种使用上位机和ARM微控制器的微小功率半导体激光器智能控制器的低成本设计方案。研究了数字PWM信号驱动激光二极管的技术,使用ARM微控制器生成PWM信号输出,然后PWM数字信号通过光电隔离的阻容滤波电路、运放电压跟随、调理电路以及压控恒流源电路(V-I)驱动半导体激光二极管的电流大小。激光控制器的PWM信号的占空比、基准频率通过上位机串行Modbus协议通讯进行快速设定。系统经过激光结构光投影成像实验进行验证,适时调整激光结构光输出强度大小,可优化激光视觉测量系统的测量输出和适应性。通过实验验证的结果表明,系统可以稳定运行。
机载平台动态杂波背景下多脉冲激光距离扩展目标回波滤波算法研究
孙俊灵, 马鹏阁, 庞栋栋, 金秋春, 陈新永, 单涛, 陶然
2021, 50(3): 20200449.   doi: 10.3788/IRLA20200449
[摘要](51) [HTML全文](6) [PDF 3130KB](6)
现代飞机装备机载光电探测系统,采用红外热像仪搜索空域飞机目标的方位,利用脉冲激光测距机测量目标的径向距离。机载脉冲激光目标检测是一个动态过程,当光斑在目标上移动或大气湍流折射导致回波光束偏离接收天线时,目标时有时无,导致无法稳定跟踪目标。仅利用目标回波脉冲的幅度信息进行检测,限制了激光目标的有效作用距离。在机载平台的动态杂波背景下,将脉冲激光目标视为距离扩展目标,回波信号看作目标波形像,结合时间宽度上的波形特征开展检测,可较好解决动态目标检测问题。鉴于此,文中提出了一种基于小波变换的多脉冲激光距离扩展目标回波滤波算法。实验结果表明,所提算法能够较好地保持波形特征。
光学设计
红外相机扫描镜轨迹跟踪的迭代学习控制方法
王淳, 郭兰杰, 鄢南兴, 康建兵
2021, 50(3): 20200257.   doi: 10.3788/IRLA20200257
[摘要](29) [HTML全文](5) [PDF 2994KB](10)
为提高星载广域红外相机的观测效率与凝视成像质量,扫描镜需要在几十毫秒的时间内完成角度切换,实现角秒级的轨迹跟踪控制。在闭环带宽有限的情况下,性能指标难以通过基于经典控制理论的算法实现。针对枢轴支撑的扫描镜机构,提出了一种基于迭代学习的高阶系统轨迹跟踪控制方法,推导了迭代学习律,并通过预测型算法对学习律进行了优化,避免了误差高阶导数的计算。然后通过频域分析说明了算法收敛性,选取了关键参数。通过仿真与原理样机实测验证了其应用效果。测试结果表明,算法在闭环带宽低于2 Hz的情况下,无需辨识被控对象的高阶特性,即可实现扫描镜对角加加速度超过106 (°)/s3轨迹的高精度跟踪控制,跟踪误差优于±1.5",满足相机应用要求。
红外双波段共光路环形孔径超薄成像系统设计
王琦, 朴明旭, 孟禹彤, 高旭东
2021, 50(3): 20200270.   doi: 10.3788/IRLA20200270
[摘要](31) [HTML全文](9) [PDF 3915KB](12)
针对中长波红外双波段系统的元件数量多、结构复杂等问题,分析了环形孔径超薄成像系统的结构特点,给出了系统初始结构遮拦比的计算方法,并设计了一种适用于中长波红外双波段的共光路环形孔径超薄成像系统,焦距为50 mm、全视场为14°、F数为1。系统仅由单一光学元件构成,结构简单且光路紧凑,其轴向尺寸与焦距的比值为0.48。在空间频率20 lp/mm处,中波红外3~5 μm波段的全视场调制传递函数大于0.45,长波红外8~10 μm波段的全视场调制传递函数大于0.30,同时实现了−40~80 ℃温度范围内的红外双波段无热化。通过公差分析可知该系统具备可加工性,且基底材料为红外硫系玻璃,可以通过精密模压的方法进行批量化生产。该研究为低成本、小型化红外双波段系统的实现提供了新的思路。
水下激光周视扫描4f发射光学系统设计
钟昆, 苏伟, 彭波, 黄莎玲
2021, 50(3): 20200277.   doi: 10.3788/IRLA20200277
[摘要](38) [HTML全文](15) [PDF 4295KB](7)
针对水下激光周视扫描环窗设计的缺点,提出一种转移扫描基点的发射光学系统设计方法。该方法基于开普勒望远镜的结构,通过对物镜和目镜组分别采用像方远心方法进行共轭设计并加以畸变控制,对光束的发散角及其分布均匀性进行了优化。在优化设计的基础上,分别仿真分析了平板窗和共形窗对光束质量的影响,以及镀膜对能量传输效率的影响。最后,对不同窗口设计进行了公差分析和水压受力仿真。光学和力学仿真结果表明,该方法有效减小了壳体表面开窗面积,避免了环窗设计造成的扇形探测盲区,对水下激光周视扫描发射系统的工程设计具有一定的指导意义。
激光热灼枪准直镜头设计与非球面优化方法
吕晨阳, 战仁军, 崔莹
2021, 50(3): 20200219.   doi: 10.3788/IRLA20200219
[摘要](23) [HTML全文](9) [PDF 4649KB](6)
为了满足激光武器对光束质量日益增长的需求,提出了一种光学准直系统的设计思路及非球面镜优化方法,并将该方法成功应用于一款激光热灼枪的镜头设计,使该枪可以在更远范围内获得更高质量的准直光束。首先在战技参数分析和光路计算的基础上得到初始结构,而后对其进行非球面优化,并基于ZEMAX对两次仿真结果做出对比分析,数值结果显示优化结构具有显著优势,其非球系数和曲率半径分别为0.584 mm和115.37 mm,光能利用率在使用GB 1316-88减反射膜的情况下可达99.92%。经过公差分析后加工出镜头并与枪体组合进行了木板烧蚀实验,实验与仿真结果吻合度良好,镜头性能的优越性证明了所提出设计及优化方法的可行性与合理性,也为其他领域的类似问题提供了一定的参考价值。
紧凑型偏视场多光路耦合同轴四反光学系统设计
赵宇宸, 胡长虹, 吕恒毅, 孙铭, 李兆南
2021, 50(3): 20200197.   doi: 10.3788/IRLA20200197
[摘要](36) [HTML全文](7) [PDF 2814KB](9)
随着轻小型卫星技术的不断发展,紧凑型光学载荷成为空间光学领域一个新的研究热点。偏视场多光路耦合同轴四反光学系统具有长焦距、大视场和高轻量化水平等优点,可以更好地满足光学载荷高分辨率、多功能性、轻小型和低成本的应用需求,因此在轻小型光学遥感载荷领域有着广泛的应用前景。以高斯光学和三级像差理论为基础,对同轴四反光学系统的初始结构进行了分析。以一种适用于推扫成像的偏视场可见光、中波红外耦合成像光学系统为例,实例中可见光通道焦距4 m,工作谱段0.45~0.85 μm,相对孔径1∶10,中波红外通道焦距1.6 m,工作谱段3.7~4.8 μm,相对孔径1∶4,各通道视场角均为1.4°×0.2°。同时对系统成像质量及公差进行了分析,从分析结果可以看出,各通道成像质量均接近衍射极限,系统光学总长优于fvisible/5.48,具有较高的压缩比,且系统的加工和装配公差较为宽松,易于实现。
航空相机光学镜头被动消热一体化设计与验证分析
王春雨, 王聪, 牛锦川, 赵英龙, 张生杰
2021, 50(3): 20200220.   doi: 10.3788/IRLA20200220
[摘要](25) [HTML全文](4) [PDF 2322KB](19)
航空相机的使用环境温度变化范围较大,温度的变化会在相机光学镜头中产生温度梯度,影响相机成像质量。为保证相机光学系统的成像质量,需要对镜头在一定温度范围内进行消热设计。运用ZEMAX光学设计软件对某航空相机光学系统进行了热分析,并根据分析结果运用ANSYS软件实现了多片式、大视场角光学镜头被动式消热光机一体化设计,通过镜头内部补偿环节沿轴向的微位移改变镜间距,实现对光学系统不同温度下像质的补偿。同时,研制消热补偿试验件,采用一种高精度光学非接触式在线直接检测微位移的方法,精度达到±1 μm,完成了消热补偿试验件微位移测试。结果表明:不同温度下的微位移量与分析数据一致,最后通过对采用该消热一体化设计的实际航空镜头在不同温度下的像质检测,验证了该设计的有效性,镜头在各温况下性能良好。
图像处理
基于特征融合的RGBT双模态孪生跟踪网络
申亚丽
2021, 50(3): 20200459.   doi: 10.3788/IRLA20200459
[摘要](56) [HTML全文](17) [PDF 2567KB](21)
热红外成像技术被广泛地应用于军事、遥感和安防等领域中的目标跟踪,但热红外图像对对比度较低、目标模糊等跟踪场景效果一般。因此,将热红外图像与可见光图像进行融合提高跟踪性能具有重要意义。与基于可见光或热红外图像的单模态跟踪算法相比,基于可见光/热红外(RGB/Thermal, RGBT)图像的双模态跟踪算法对光照变化、云雾遮挡具有更强的鲁棒性。提出了一种基于特征融合的RGBT双模态孪生跟踪网络架构。该网络将双模态图像中提取的深度特征进行融合,提高目标外观特征的判别力。该网络可以利用训练数据进行端到端的离线训练。公开数据集RGBT234上的实验结果表明,所提出的RGBT双模态孪生特征融合跟踪网络能够实现复杂场景下鲁棒持续的目标跟踪。
红外目标检测网络改进半监督迁移学习方法
李维鹏, 杨小冈, 李传祥, 卢瑞涛, 黄攀
2021, 50(3): 20200511.   doi: 10.3788/IRLA20200511
[摘要](36) [HTML全文](11) [PDF 2560KB](7)
针对红外数据集规模小,标记样本少的特点,提出了一种红外目标检测网络的半监督迁移学习方法,主要用于提高目标检测网络在小样本红外数据集上的训练效率和泛化能力,提高深度学习模型在训练样本较少的红外目标检测等场景当中的适应性。文中首先阐述了在标注样本较少时无标注样本对提高模型泛化能力、抑制过拟合方面的作用。然后提出了红外目标检测网络的半监督迁移学习流程:在大量的RGB图像数据集中训练预训练模型,后使用少量的有标注红外图像和无标注红外图像对网络进行半监督学习调优。另外,文中提出了一种特征相似度加权的伪监督损失函数,使用同一批次样本的预测结果相互作为标注,以充分利用无标注图像内相似目标的特征分布信息;为降低半监督训练的计算量,在伪监督损失函数的计算中,各目标仅将其特征向量邻域范围内的预测目标作为伪标注。实验结果表明,文中方法所训练的目标检测网络的测试准确率高于监督迁移学习所获得的网络,其在Faster R-CNN上实现了1.1%的提升,而在YOLO-v3上实现了4.8%的显著提升,验证了所提出方法的有效性。
非合作水雷目标图像非均匀强噪声去除方法
洪汉玉, 吴世康, 时愈, 吴锦梦, 孙春生
2021, 50(3): 20200344.   doi: 10.3788/IRLA20200344
[摘要](32) [HTML全文](10) [PDF 4336KB](6)
水雷目标探测会受到水下非均匀强噪声(有机质、悬浮颗粒等)的干扰,为了解决这一问题,提出了一种新的去噪方法。首先优化局部保边缘滤波算法,提出了基于边缘感知约束的局部保边缘滤波,在模型中引入了一个空间自适应的边缘感知约束正则化项,用来更好地表征图像的边缘及细节,使得算法的保边缘平滑特性更好。其次针对强噪声的非均匀特性,采用多尺度策略,迭代地将优化后的模型运用到每个尺度的去噪结果上生成多尺度分解,并在多尺度分解的过程中,逐步增加去噪尺度,将不同尺度的噪声逐步从上一尺度的去噪结果中分离出来。实验结果表明,相较于其他经典去噪方法,提出的算法能够在更好地去除水下非均匀强噪声的同时保留水雷目标信息,对实时水雷作业有着一定的指导意义。
融合通道互联空间注意力的Siamese网络跟踪算法
崔洲涓, 安军社, 崔天舒
2021, 50(3): 20200148.   doi: 10.3788/IRLA20200148
[摘要](36) [HTML全文](9) [PDF 2067KB](9)
基于Siamese网络的跟踪算法在跟踪精度和速度方面展现出巨大的潜力,然而要使离线训练的模型适应在线跟踪仍然面临着挑战。为了提升复杂场景下算法的特征提取以及判别能力,提出了一种融合通道-互联-空间注意力的Siamese网络实时跟踪算法。首先构建以深度卷积网络VGG-Net-16作为主干网络的Siamese跟踪框架,增加特征提取能力;接着设计通道-互联-空间注意力模块,增强模型的适应能力与判别能力;然后加权融合多层响应图,获取更精准的跟踪结果;最后使用大规模数据集对网络进行端到端的训练,在通用数据集OTB-2015上进行跟踪测试。实验结果表明:与当前主流算法相比,所提算法具有较强的稳健性,能更好地适应目标外观变化、相似物干扰、目标遮挡等复杂场景,在NVIDIA RTX 2060 GPU上,跟踪速度平均达到37FPS,满足实时性要求。
运动补偿下双通道星载高光谱成像仪图像配准
赵慧洁, 张晓元, 贾国瑞, 邱显斐, 翟亮
2021, 50(3): 20211022.   doi: 10.3788/IRLA20211022
[摘要](23) [HTML全文](6) [PDF 4219KB](7)
最新一代可见近红外(VNIR)和短波红外(SWIR)双通道星载高光谱成像仪,多采用视场分离器将VNIR和SWIR通道分离为多个子视场,同一时刻各子视场对地成像区域不同,在采用运动补偿技术提高图像信噪比时,各子视场对同一地物的观测角不同,导致图像间失配关系复杂,无法获取同一地物的VNIR-SWIR连续光谱。通过建立运动补偿下的严格成像几何模型,定量分析了双通道图像的畸变和失配规律,进而提出了各子视场分别几何定位再相位相关法配准的方案,并利用东天山区域运动补偿下星载双通道高光谱仿真数据进行验证。结果表明,传统的基于图像的配准方案精度为3.9像元,仍无法得到同一地物像元的VNIR-SWIR光谱曲线,文中方案配准精度提高到0.3像元,VNIR和SWIR重叠波段的反射率光谱重合度误差由41.5%降低到1.2%。
光电测量
Airborne target indication stability control based on improved extended state observation
Fang Yuchao, Xu Jing, Zhang Yongsheng, Li Mengxue
2021, 50(3): 20200442.   doi: 10.3788/IRLA20200442
[摘要](29) [HTML全文](5) [PDF 2295KB](5)
A control algorithm based on disturbance estimation and compensation theory was proposed in order to meet the design requirement of apparent axis velocity stationary-error in advanced airborne target indication equipment. An improved extended state observer (ESO) was designed to reduce the phase delay of the high order observer and to improve the control accuracy of the line of sight (LOS). The step response and velocity stability capability of the improved control algorithm were tested in the experiment, and were compared with the classical control algorithm. By analyzing the step experiment results, it can be seen that the designed control algorithm can achieve shorter stability time and lower overshoot under different closed-loop control bandwidth. Under the closed-loop bandwidth of 35 Hz, the stability time of PID algorithm was reduced by 49.1% and the overshoot was reduced by 88.4%, and the dynamic performance of the system was significantly improved. The velocity stability experimental results show that the designed control algorithm can significantly improve the rejection capability of different disturbances of amplitude of 1° and frequency within 2.5 Hz, the velocity error of the LOS was controlled within 0.1(°)/s, and the disturbance residuals were less than 0.1(°)/s. The designed control algorithm meets the design requirements of advanced target indication equipment and has high practical value for improving the dynamic performance of the system and the velocity stability of the LOS.
基于光学滤波的水面弱纹理提取方法研究
张祥翔, 傅雨田, 陈永和
2021, 50(3): 20200215.   doi: 10.3788/IRLA20200215
[摘要](24) [HTML全文](10) [PDF 2530KB](2)
水下潜体运动产生的内波反映到水表会形成一定的红外弱纹理信号,这使得利用红外遥感手段探测成为可能。但是这种纹理信号的对比度很弱,而且往往和振幅很强的背景杂波混在一起,给信号的提取造成很大困难。比较了已有水面弱纹理探测方法的优缺点,提出光学滤波的方法增强水面弱纹理信号的信杂比,使这种信号的提取更容易。基于非相干光学滤波的原理和特定信杂比评估弱纹理信号提取性能的方法,对不同特定频率信号的光学滤波方法采用信杂比进行分析和评估,然后在此基础上,针对特定频率的信号优化了相应的非相干光学传递函数,通过仿真和实验验证了该方法的可行性,同时表明优化的双孔径非相干光系统对弱纹理模型和信号具有较好的提取能力,该优化的系统可以得到7%以上的信杂比增强,再结合后续的数字对比度增强技术可以进一步有效提高对弱纹理信号的提取能力。
Effect of surface roughness on THz reflection measurement
Yang Xiuwei, Zhang Dehai, Xiao Zhongjun, Li Xiangdong, Zhang Lin
2021, 50(3): 20200209.   doi: 10.3788/IRLA20200209
[摘要](31) [HTML全文](7) [PDF 3132KB](2)
The roughness of the material surface affects the THz nondestructive testing results. Roughness of the surface can be ignored in the microwave region, but should be considered in the terahertz frequency domain. The effect of scattering caused by rough surface at terahertz frequency on the reflection spectrum was studied and discussed. By consideration of the reflection model of a single sample, the reflection signal of a rough surface can be correlated with that of a smooth surface by using the Kirchhoff approximation. In addition, the glucose tablets with different roughness were measured by THz-TDS (Terahertz time domain spectroscopy) system and their reflection spectra were analyzed. The reflection spectrum results show that due to the roughness of the surface, diffuse scattering generated by the rough surface weakens the intensity of the reflection spectrum at the receiver. In order to reduce the influence of the roughness on the spectrum, a spectral Gaussian compensation method was proposed, which can restore the spectral characteristics of the smooth surface. The power spectrum of 360 mesh roughness was increased by about 3 dB and 9 dB at 0.5 THz and 1 THz, respectively. Therefore, it can be envisaged that the proposed rough-surface spectral compensation method has a specific reference value in the development of the THz nondestructive testing technology in the future.
材料与薄膜
Research on character of molecular beam epitaxial GaSb thermophotovoltaic (TPV) cells
Zheng Danong, Su Xiangbin, Xu Yingqiang, Niu Zhichuan
2021, 50(3): 20200224.   doi: 10.3788/IRLA20200224
[摘要](24) [HTML全文](8) [PDF 3649KB](4)
GaSb thermophotovoltaic cells were epitaxially grown on GaSb substrates by the Molecular Beam Epitaxy (MBE) method. And two kinds of GaSb TPV cells with 1 cm×1 cm dimensions that had different electrode shape were fabricated. In order to obtain high quality GaSb epitaxial layer, the growth conditions of MBE were optimized continuously. The quality of epilayers was good which was shown in the surface morphology characterized by AFM. The root mean square (RMS) of surface morphology was only 1.5 Å (1 Å=0.1 nm). Device characteristics including open-circuit voltage, short-circuit current density, external quantum efficiencies, fill factor and dark current density of the TPV cells were measured and compared. Under solar simulation, the TPV cells exhibited an open-circuit voltage of 0.303 V and a short-circuit current density of 27.1 mA/cm2. Compared with the TPV cell that had a simple electrode, the TPV cell having the grating electrode showed better performance in short circuit current density and fill factor. Under infrared light illumination, the TPV cell with a grating electrode exhibited an optimal fill factor of 56.8%.