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RSS2015年 39卷 第6期
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2015, 39(6): 735-740.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.001
[摘要]
[PDF 1451KB]
摘要:
为了研究啁啾太赫兹脉冲诱导后的CO分子取向,采用刚性转子近似求解含时薛定谔方程的方法,进行了理论分析和数值仿真.为了在较低太赫兹场强时获得较好的取向效果,采用了飞秒激光结合啁啾太赫兹脉冲的方案.结果表明,分子取向程度可增强81%.在有限温度条件下,飞秒激光结合啁啾太赫兹脉冲诱导分子取向的效率随温度的升高而降低;相对于少周期太赫兹脉冲,啁啾太赫兹脉冲有诱导分子取向的优越性.这一结果对提高CO分子取向程度是有意义的.
为了研究啁啾太赫兹脉冲诱导后的CO分子取向,采用刚性转子近似求解含时薛定谔方程的方法,进行了理论分析和数值仿真.为了在较低太赫兹场强时获得较好的取向效果,采用了飞秒激光结合啁啾太赫兹脉冲的方案.结果表明,分子取向程度可增强81%.在有限温度条件下,飞秒激光结合啁啾太赫兹脉冲诱导分子取向的效率随温度的升高而降低;相对于少周期太赫兹脉冲,啁啾太赫兹脉冲有诱导分子取向的优越性.这一结果对提高CO分子取向程度是有意义的.
2015, 39(6): 761-764.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.006
摘要:
为了改善光电振荡器相位噪声特性、提高光电振荡器性能,采用理论分析和实验验证的方法,研究了激光器线宽、光功率与光电振荡器相位噪声之间的关系.测试了激光器在功率相等、线宽不等情况下,光电振荡器所产生的微波信号的频谱特性和相位噪声特性;测试了给定线宽激光器在不等功率情况下,所产生的微波信号的相位噪声特性.结果表明,激光器线宽越窄、光功率越大,光电振荡器产生微波信号的频谱特性和相位噪声特性就越好;在频偏1kHz以外,相位噪声受激光器线宽影响较小,受光功率影响较大.这一结果对改善光电振荡器相位噪声有一定的帮助.
为了改善光电振荡器相位噪声特性、提高光电振荡器性能,采用理论分析和实验验证的方法,研究了激光器线宽、光功率与光电振荡器相位噪声之间的关系.测试了激光器在功率相等、线宽不等情况下,光电振荡器所产生的微波信号的频谱特性和相位噪声特性;测试了给定线宽激光器在不等功率情况下,所产生的微波信号的相位噪声特性.结果表明,激光器线宽越窄、光功率越大,光电振荡器产生微波信号的频谱特性和相位噪声特性就越好;在频偏1kHz以外,相位噪声受激光器线宽影响较小,受光功率影响较大.这一结果对改善光电振荡器相位噪声有一定的帮助.
2015, 39(6): 780-784.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.010
摘要:
为了实现功率稳定的风冷高重频脉冲光纤激光器,采用主振荡功率放大结构,对声光调Q的全光纤激光器进行了研究.振荡级采用声光调Q方案,以光纤光栅对为激光器腔镜,915nm激光二极管连续抽运,得到了中心波长1064nm、重复频率10kHz到130kHz可调的激光脉冲输出.采用两级大模场双包层光纤放大,实现了平均功率101W、脉冲宽度328.1ns、3dB光谱宽度0.6nm的激光输出.第二放大级光光转换效率69%,激光器总光光转换效率达62.7%.分析了声光调Q产生的宽种子光脉冲经放大后发生波形畸变的原因.结果表明,采用915nm抽运波长提高了激光器输出激光功率稳定性,在风冷的情况下输出功率长期稳定性优于2%.
为了实现功率稳定的风冷高重频脉冲光纤激光器,采用主振荡功率放大结构,对声光调Q的全光纤激光器进行了研究.振荡级采用声光调Q方案,以光纤光栅对为激光器腔镜,915nm激光二极管连续抽运,得到了中心波长1064nm、重复频率10kHz到130kHz可调的激光脉冲输出.采用两级大模场双包层光纤放大,实现了平均功率101W、脉冲宽度328.1ns、3dB光谱宽度0.6nm的激光输出.第二放大级光光转换效率69%,激光器总光光转换效率达62.7%.分析了声光调Q产生的宽种子光脉冲经放大后发生波形畸变的原因.结果表明,采用915nm抽运波长提高了激光器输出激光功率稳定性,在风冷的情况下输出功率长期稳定性优于2%.
2015, 39(6): 741-744.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.002
摘要:
为了研究光纤消偏器的性能,使用琼斯传输矩阵化简方法,对2段、3段和4段Lyot光纤消偏器进行了理论分析和实验验证,归纳出多段Lyot光纤消偏器光纤段数N与偏振度的数学关系式,得出随着光纤消偏器段数增加其出射光偏振度有大幅降低的结论.结果表明,4段Lyot消偏器出射光偏振度为普通两段Lyot消偏器出射光偏振度的1/4,方差从0.0951下降为0.0245.该结果证明了理论的正确性,为实际制作多段Lyot消偏器提供了理论指导.
为了研究光纤消偏器的性能,使用琼斯传输矩阵化简方法,对2段、3段和4段Lyot光纤消偏器进行了理论分析和实验验证,归纳出多段Lyot光纤消偏器光纤段数N与偏振度的数学关系式,得出随着光纤消偏器段数增加其出射光偏振度有大幅降低的结论.结果表明,4段Lyot消偏器出射光偏振度为普通两段Lyot消偏器出射光偏振度的1/4,方差从0.0951下降为0.0245.该结果证明了理论的正确性,为实际制作多段Lyot消偏器提供了理论指导.
2015, 39(6): 776-779.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.009
摘要:
为了获得TiO2薄膜的光学常数,采用德国SENTECH生产的SE850宽光谱反射式光谱型椭偏仪,测量和分析了用光控自动真空镀膜机沉积在K9玻璃上的单层TiO2薄膜,得到了TiO2薄膜在300nm~2500nm宽谱上的光学常数曲线和薄膜厚度.根据TiO2的薄膜特性及成膜特点,考虑了表面粗糙层和界面层对薄膜性能的影响,建模时采用Cauchy指数模型和Tauc-Lorentz模型,对建立的各种模型测量得到的数据进行了分析和比较.结果表明,模型基底/Tauc-Lorentz模型/表面粗糙层可以得到最小的均方差为0.5544,得到的TiO2薄膜的厚度的测量值与TFCalc软件的计算值最接近.该研究结果对TiO2薄膜多层膜膜系设计和制备有参考价值.
为了获得TiO2薄膜的光学常数,采用德国SENTECH生产的SE850宽光谱反射式光谱型椭偏仪,测量和分析了用光控自动真空镀膜机沉积在K9玻璃上的单层TiO2薄膜,得到了TiO2薄膜在300nm~2500nm宽谱上的光学常数曲线和薄膜厚度.根据TiO2的薄膜特性及成膜特点,考虑了表面粗糙层和界面层对薄膜性能的影响,建模时采用Cauchy指数模型和Tauc-Lorentz模型,对建立的各种模型测量得到的数据进行了分析和比较.结果表明,模型基底/Tauc-Lorentz模型/表面粗糙层可以得到最小的均方差为0.5544,得到的TiO2薄膜的厚度的测量值与TFCalc软件的计算值最接近.该研究结果对TiO2薄膜多层膜膜系设计和制备有参考价值.
2015, 39(6): 785-788.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.011
摘要:
物理气象沉积的薄膜通常都有应力.为了防止高反膜应力破坏基底的面型,采用数字波面干涉仪对电子束蒸发方法制备的薄膜的应力进行了测量,并讨论了影响光学介质薄膜应力的多种因素.使用了一种交替沉积HfO2和SiO2薄膜的技术路线,HfO2薄膜作为高折射率材料体现出张应力,SiO2薄膜作为低折射率材料体现出压应力.结果表明,在稳定了很多实验条件的情况下,通过调整镀膜时的充氧量和镀膜材料的蒸发速率实现了应力的平衡;高反射薄膜有比较高的损伤阈值.
物理气象沉积的薄膜通常都有应力.为了防止高反膜应力破坏基底的面型,采用数字波面干涉仪对电子束蒸发方法制备的薄膜的应力进行了测量,并讨论了影响光学介质薄膜应力的多种因素.使用了一种交替沉积HfO2和SiO2薄膜的技术路线,HfO2薄膜作为高折射率材料体现出张应力,SiO2薄膜作为低折射率材料体现出压应力.结果表明,在稳定了很多实验条件的情况下,通过调整镀膜时的充氧量和镀膜材料的蒸发速率实现了应力的平衡;高反射薄膜有比较高的损伤阈值.
2015, 39(6): 824-828.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.020
摘要:
为了将拉锥光纤的光学特性和光纤环镜的滤波特性相结合,提出了一种用拉锥光纤优化的光纤环镜滤波器结构.实验研究发现,在级联的2阶高双折射光纤环镜滤波器中接入拉锥光纤,滤波器输出谱的主峰3dB带宽得到显著压缩,品质因数进一步提高,其Q值很容易达到5.2,滤波器在10dB~35dB调制深度范围内调谐更灵活,输出波形更加稳定.结果表明,该结构改善了高双折射光纤环镜滤波器特性,使调谐更为灵活.
为了将拉锥光纤的光学特性和光纤环镜的滤波特性相结合,提出了一种用拉锥光纤优化的光纤环镜滤波器结构.实验研究发现,在级联的2阶高双折射光纤环镜滤波器中接入拉锥光纤,滤波器输出谱的主峰3dB带宽得到显著压缩,品质因数进一步提高,其Q值很容易达到5.2,滤波器在10dB~35dB调制深度范围内调谐更灵活,输出波形更加稳定.结果表明,该结构改善了高双折射光纤环镜滤波器特性,使调谐更为灵活.
2015, 39(6): 869-872.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.029
摘要:
为了研究飞秒激光与铌酸锂表面作用过程中热效应对其表面的影响,采用重复频率为25MHz、脉宽为100fs、平均输出功率为500mW的紧聚焦飞秒激光对铌酸锂表面进行刻蚀.通过建立热扩散理论模型,模拟重复频率25MHz的飞秒激光在刻蚀点的温度场分布,并通过电子显微镜对刻蚀点的形貌进行分析,发现刻蚀点从内至外形成了3种大小不同、排列疏密不同的颗粒状结构区域,且中心区域被高温烧蚀并伴有裂缝产生.通过能量色散谱仪对刻蚀点的3种不同结构区域中Nb和O元素的相对含量进行测量,结合刻蚀点的温度场分布、形貌和元素含量进行了分析.结果表明,Nb和O元素在温度场的驱动下向外扩散;两者的相对含量对刻蚀点的表面结构具有极大影响.这一结果对高重频飞秒激光刻蚀铌酸锂物理机制及应用的研究是有帮助的.
为了研究飞秒激光与铌酸锂表面作用过程中热效应对其表面的影响,采用重复频率为25MHz、脉宽为100fs、平均输出功率为500mW的紧聚焦飞秒激光对铌酸锂表面进行刻蚀.通过建立热扩散理论模型,模拟重复频率25MHz的飞秒激光在刻蚀点的温度场分布,并通过电子显微镜对刻蚀点的形貌进行分析,发现刻蚀点从内至外形成了3种大小不同、排列疏密不同的颗粒状结构区域,且中心区域被高温烧蚀并伴有裂缝产生.通过能量色散谱仪对刻蚀点的3种不同结构区域中Nb和O元素的相对含量进行测量,结合刻蚀点的温度场分布、形貌和元素含量进行了分析.结果表明,Nb和O元素在温度场的驱动下向外扩散;两者的相对含量对刻蚀点的表面结构具有极大影响.这一结果对高重频飞秒激光刻蚀铌酸锂物理机制及应用的研究是有帮助的.
2015, 39(6): 745-750.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.003
摘要:
为了融合光谱形状差异信息和多项式核函数全局信息,充分挖掘地物特征,提高异常检测正确率,提出了一种加权组合核RX算法.该算法在高斯核函数的基础上,增加一个光谱角核函数.由于核函数参量和加权参量直接影响算法性能,分别采用了随机函数法、爬山法和粒子群算法对上述参量进行了选择.结果表明,在恒虚警率下使用粒子群算法进行参量设定得到的效果最好,且采用加权组合核函数RX算法得到的目标检测率为83.5%,相对于普通的核RX算法,正确率得到了提高.
为了融合光谱形状差异信息和多项式核函数全局信息,充分挖掘地物特征,提高异常检测正确率,提出了一种加权组合核RX算法.该算法在高斯核函数的基础上,增加一个光谱角核函数.由于核函数参量和加权参量直接影响算法性能,分别采用了随机函数法、爬山法和粒子群算法对上述参量进行了选择.结果表明,在恒虚警率下使用粒子群算法进行参量设定得到的效果最好,且采用加权组合核函数RX算法得到的目标检测率为83.5%,相对于普通的核RX算法,正确率得到了提高.
2015, 39(6): 751-755.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.004
摘要:
为了快速高效地设计出输出表面照度均匀的导光板,采用了基于灰度图像处理技术的导光板网点设计方法,并利用TracePro光学模拟软件对2个LED单边入射的模型进行了理论分析和模拟验证,取得了模拟导光板表面照度值.结果表明,此方法设计的导光板输出照度均匀度可达86.7%,符合国际照明委员会(CIE)标准,经局部修改后均匀度可进一步提高到91.9%.该方法能够有效地设计出表面照度均匀的导光板.
为了快速高效地设计出输出表面照度均匀的导光板,采用了基于灰度图像处理技术的导光板网点设计方法,并利用TracePro光学模拟软件对2个LED单边入射的模型进行了理论分析和模拟验证,取得了模拟导光板表面照度值.结果表明,此方法设计的导光板输出照度均匀度可达86.7%,符合国际照明委员会(CIE)标准,经局部修改后均匀度可进一步提高到91.9%.该方法能够有效地设计出表面照度均匀的导光板.
2015, 39(6): 756-760.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.005
摘要:
受传输光纤非线性偏振影响,量子密钥分配系统本振光与信号光耦合率下降,使形成偏振复用信号的抖动增强,系统的稳定性和安全性下降.为了提高量子光学中偏振编码技术的性能,经过理论分析和数值模拟,给出可操作性的实验方案,解决了光纤非线性偏振耦合导致的偏振抖动问题.结果表明,在同等条件下,以分光检测结果反馈控制本振光和信号光的非线性偏振耦合率,可增强偏振复用信号的稳定性,将系统传输容量提高61%.该结果有利于偏振编码技术在量子密钥分配系统的实际应用.
受传输光纤非线性偏振影响,量子密钥分配系统本振光与信号光耦合率下降,使形成偏振复用信号的抖动增强,系统的稳定性和安全性下降.为了提高量子光学中偏振编码技术的性能,经过理论分析和数值模拟,给出可操作性的实验方案,解决了光纤非线性偏振耦合导致的偏振抖动问题.结果表明,在同等条件下,以分光检测结果反馈控制本振光和信号光的非线性偏振耦合率,可增强偏振复用信号的稳定性,将系统传输容量提高61%.该结果有利于偏振编码技术在量子密钥分配系统的实际应用.
2015, 39(6): 806-810.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.016
摘要:
为了解决图像加密后数据量大、传输速率慢的问题,采用了离散余弦变换(DCT)与脱氧核糖核酸(DNA)运算相结合的图像压缩加密方法.首先采用DCT对原始图像进行压缩;再进行DNA编码;最后根据DNA运算的思想,通过Chen混沌系统对原始图像执行DNA加法运算,成功得到了加密图像.结果表明,该算法不仅有效地提高图像传输速度、减少存储空间,同时加密效果好、安全性高.
为了解决图像加密后数据量大、传输速率慢的问题,采用了离散余弦变换(DCT)与脱氧核糖核酸(DNA)运算相结合的图像压缩加密方法.首先采用DCT对原始图像进行压缩;再进行DNA编码;最后根据DNA运算的思想,通过Chen混沌系统对原始图像执行DNA加法运算,成功得到了加密图像.结果表明,该算法不仅有效地提高图像传输速度、减少存储空间,同时加密效果好、安全性高.
2015, 39(6): 811-814.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.017
摘要:
水下图像恢复的难点在于缺少海水的点扩展函数的足够信息,而导致病态的问题.为了提高水下激光成像系统的成像质量,提出了用粒子群优化正则化参量的盲图像复原算法.该方法结合Tikhonov正则化和改进的全变分正则化的技术特点,使用一种交替迭代方法,分别估计点扩展函数和估计复原图像,同时用粒子群算法优化正则化参量.结果表明,该方法对水下图像复原具有较好的鲁棒性,算法收敛稳定.
水下图像恢复的难点在于缺少海水的点扩展函数的足够信息,而导致病态的问题.为了提高水下激光成像系统的成像质量,提出了用粒子群优化正则化参量的盲图像复原算法.该方法结合Tikhonov正则化和改进的全变分正则化的技术特点,使用一种交替迭代方法,分别估计点扩展函数和估计复原图像,同时用粒子群算法优化正则化参量.结果表明,该方法对水下图像复原具有较好的鲁棒性,算法收敛稳定.
2015, 39(6): 815-819.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.018
摘要:
为了研究分组与线路集成系统中突发模式大功率Er/Yb共掺光纤放大器(EYDFA)的瞬态性能,在函数极限的基础上采用迭代算法,建立了基于非线性方程速率方程的、不同掺杂截面EYDFA增益瞬态的比较模型,分析比较了有/无反馈条件下,不同掺杂截面的光分组(OPS)和光线路交换(OCS)输出信号的增益瞬态.结果表明,无反馈条件下,纤芯直径为4.6m的EYDFA,其OPS和OCS输出信号功率漂移小于纤芯直径为3.6m的EYDFA,功率漂移的改善约为12%;带反馈条件下,增大掺杂光纤直径,弛豫振荡导致的EYDFA增益抖动随之减小.故增大掺杂光纤直径,能有效抑制EYDFA反馈环路的弛豫振荡.
为了研究分组与线路集成系统中突发模式大功率Er/Yb共掺光纤放大器(EYDFA)的瞬态性能,在函数极限的基础上采用迭代算法,建立了基于非线性方程速率方程的、不同掺杂截面EYDFA增益瞬态的比较模型,分析比较了有/无反馈条件下,不同掺杂截面的光分组(OPS)和光线路交换(OCS)输出信号的增益瞬态.结果表明,无反馈条件下,纤芯直径为4.6m的EYDFA,其OPS和OCS输出信号功率漂移小于纤芯直径为3.6m的EYDFA,功率漂移的改善约为12%;带反馈条件下,增大掺杂光纤直径,弛豫振荡导致的EYDFA增益抖动随之减小.故增大掺杂光纤直径,能有效抑制EYDFA反馈环路的弛豫振荡.
2015, 39(6): 840-844.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.023
摘要:
红外图像受随机噪声干扰严重.传统的基于高斯混合模型的检测算法检测得到的红外目标受虚假轮廓影响,不易准确辨识.为了准确识别红外目标,采用了一种基于脉冲耦合神经网络和高斯混合模型的红外目标检测算法.首先利用高斯混合模型定位红外目标区域的位置,然后利用基于空间信息的分水岭算法得到闭合区域,再利用基于脉冲耦合神经网络的分割算法剪切其虚影,最终检测到完整的运动目标.结果表明,该方法能够消除在传统方法中产生的虚影现象,得到精确的红外运动目标.通过比较,实验结果优于传统方法.
红外图像受随机噪声干扰严重.传统的基于高斯混合模型的检测算法检测得到的红外目标受虚假轮廓影响,不易准确辨识.为了准确识别红外目标,采用了一种基于脉冲耦合神经网络和高斯混合模型的红外目标检测算法.首先利用高斯混合模型定位红外目标区域的位置,然后利用基于空间信息的分水岭算法得到闭合区域,再利用基于脉冲耦合神经网络的分割算法剪切其虚影,最终检测到完整的运动目标.结果表明,该方法能够消除在传统方法中产生的虚影现象,得到精确的红外运动目标.通过比较,实验结果优于传统方法.
2015, 39(6): 854-857.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.026
摘要:
为了解决分布式光纤振动传感系统中多点同时扰动情况下扰动点定位和扰动时间难以判断的问题,采用信号处理方法,应用聚类分析技术,对系统生成的热点图先做阈值处理,提取目标对象,依聚类分析的结果,对扰动点进行定位和扰动时间加以确认.结果表明,该方法在排除噪声干扰的同时,较为准确、合理地对扰动行为的位置和扰动持续时间做出了判断.这属于事件等级划分的一个步骤,该研究为最终系统报警策略的规划提供了依据.
为了解决分布式光纤振动传感系统中多点同时扰动情况下扰动点定位和扰动时间难以判断的问题,采用信号处理方法,应用聚类分析技术,对系统生成的热点图先做阈值处理,提取目标对象,依聚类分析的结果,对扰动点进行定位和扰动时间加以确认.结果表明,该方法在排除噪声干扰的同时,较为准确、合理地对扰动行为的位置和扰动持续时间做出了判断.这属于事件等级划分的一个步骤,该研究为最终系统报警策略的规划提供了依据.
2015, 39(6): 765-768.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.007
摘要:
为了研究强激光烧蚀单晶硅的超快动力学过程,采用超快时间分辨光学诊断技术,对比研究了纳秒和飞秒脉冲激光烧蚀单晶硅样品表面的动态过程,获得了冲击波、等离子体和物质喷发的产生与演化过程的时间分辨图像.对于纳秒激光,当延迟时间为200ns~300ns时,观察到物质喷发现象出现,此时喷发物为气液混合物,当延迟时间为1060ns时,喷发物为小液滴;对于飞秒激光,当延迟时间为1ns~2ns时,观察到物质喷发现象出现,喷发物为等离子体.结果表明,在样品表面,纳秒激光与飞秒激光烧蚀单晶硅的动态过程有显著的不同,特别是物质喷发时间、喷发物的状态与尺寸;纳秒和飞秒激光辐照单晶硅表面引起的物质喷发都是不连续的,在激光烧蚀单晶硅引起表面物质喷发的过程中,不同的作用时间由不同的烧蚀机制主导.该结果对深入研究激光与单晶硅相互作用机制及激光刻蚀单晶硅等应用有一定帮助.
为了研究强激光烧蚀单晶硅的超快动力学过程,采用超快时间分辨光学诊断技术,对比研究了纳秒和飞秒脉冲激光烧蚀单晶硅样品表面的动态过程,获得了冲击波、等离子体和物质喷发的产生与演化过程的时间分辨图像.对于纳秒激光,当延迟时间为200ns~300ns时,观察到物质喷发现象出现,此时喷发物为气液混合物,当延迟时间为1060ns时,喷发物为小液滴;对于飞秒激光,当延迟时间为1ns~2ns时,观察到物质喷发现象出现,喷发物为等离子体.结果表明,在样品表面,纳秒激光与飞秒激光烧蚀单晶硅的动态过程有显著的不同,特别是物质喷发时间、喷发物的状态与尺寸;纳秒和飞秒激光辐照单晶硅表面引起的物质喷发都是不连续的,在激光烧蚀单晶硅引起表面物质喷发的过程中,不同的作用时间由不同的烧蚀机制主导.该结果对深入研究激光与单晶硅相互作用机制及激光刻蚀单晶硅等应用有一定帮助.
2015, 39(6): 769-775.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.008
摘要:
为了研究电场干扰对纵向调制结构光学电压互感器的影响,采用张量分析方法,从电光晶体相对逆介电张量入手,进行了仿真分析和实验验证,并根据光线分离实验结果,设计了光学电场传感器,传感器的幅值误差在2%以内.结果表明,外界干扰电场会导致电光晶体内两传输简正模发生光线分离,使得两束偏振光在检偏器处不能进行有效干涉,进而使得有效输出信号变小;当干扰电压为500V、光斑半径达到0.2mm时,磷酸二氢钾晶体干涉效率引起的误差可以达到0.3%;而当干扰电场强度小于105V/m时,锗酸铋晶体的干涉效率接近于1;干扰电场引起的互感器误差不仅与干扰电场大小有关,还与入射光束半径及传感晶体长度有关;选择具有较大光束半径的光源及减小传感晶体长度可以有效地降低干扰电场的影响.该研究成果将为光学电压互感器的设计提供一定的指导.
为了研究电场干扰对纵向调制结构光学电压互感器的影响,采用张量分析方法,从电光晶体相对逆介电张量入手,进行了仿真分析和实验验证,并根据光线分离实验结果,设计了光学电场传感器,传感器的幅值误差在2%以内.结果表明,外界干扰电场会导致电光晶体内两传输简正模发生光线分离,使得两束偏振光在检偏器处不能进行有效干涉,进而使得有效输出信号变小;当干扰电压为500V、光斑半径达到0.2mm时,磷酸二氢钾晶体干涉效率引起的误差可以达到0.3%;而当干扰电场强度小于105V/m时,锗酸铋晶体的干涉效率接近于1;干扰电场引起的互感器误差不仅与干扰电场大小有关,还与入射光束半径及传感晶体长度有关;选择具有较大光束半径的光源及减小传感晶体长度可以有效地降低干扰电场的影响.该研究成果将为光学电压互感器的设计提供一定的指导.
2015, 39(6): 789-793.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.012
摘要:
为了实现对半导体激光器温度的高精度控制,利用热电制冷器、温度传感器与相应的散热装置,设计了一套半导体激光器温度控制的实验系统.首先采用热力学分析方法,对实验系统进行了理论分析,建立了该温控实验系统数学模型与相应的传递函数;其次,在取得了半导体激光器温度数据的条件下,根据模型参量的特点,提出了一种结合阶跃响应的实验曲线,应用非线性曲线最小二乘拟合进行模型参量的辨识;最后利用该模型参量进行了系统仿真和实验验证.结果表明,仿真曲线、拟合曲线与实验曲线结果一致,拟合的模型参量具有较高的预测精度.这些结果对优化调整温度控制实验是有帮助的.
为了实现对半导体激光器温度的高精度控制,利用热电制冷器、温度传感器与相应的散热装置,设计了一套半导体激光器温度控制的实验系统.首先采用热力学分析方法,对实验系统进行了理论分析,建立了该温控实验系统数学模型与相应的传递函数;其次,在取得了半导体激光器温度数据的条件下,根据模型参量的特点,提出了一种结合阶跃响应的实验曲线,应用非线性曲线最小二乘拟合进行模型参量的辨识;最后利用该模型参量进行了系统仿真和实验验证.结果表明,仿真曲线、拟合曲线与实验曲线结果一致,拟合的模型参量具有较高的预测精度.这些结果对优化调整温度控制实验是有帮助的.
2015, 39(6): 794-797.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.013
摘要:
自动聚焦是成像自动化的重要组成部分之一.为了提高聚焦精度、减少聚焦时间,提出了一种图像模糊度和清晰度相结合的自动聚焦算法.在严重离焦的状态下,首先计算图像的模糊度来确定聚焦电机的正确搜索方向,再由图像的清晰度结合优化爬山算法,确定准确的对焦位置.结果表明,这种方法能很好地减少聚焦时间,聚焦准确度高.
自动聚焦是成像自动化的重要组成部分之一.为了提高聚焦精度、减少聚焦时间,提出了一种图像模糊度和清晰度相结合的自动聚焦算法.在严重离焦的状态下,首先计算图像的模糊度来确定聚焦电机的正确搜索方向,再由图像的清晰度结合优化爬山算法,确定准确的对焦位置.结果表明,这种方法能很好地减少聚焦时间,聚焦准确度高.
2015, 39(6): 798-801.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.014
摘要:
为了实现对25m~1550m范围云粒子的测量和成像,采用了光学成像方法,基于准直光束照射的云粒子在64元探测器上投影切片组合的原理,研制了机载激光云粒子成像仪.介绍了激光云粒子成像仪各组成部分的功能,进行了探测单元量化标准、数据获取与处理方法、以及影响云粒子成像准确性的因素等方面的分析.建立了粒子尺寸校准装置,并采用7种规格的标准圆点进行了校准实验.结果表明,机载激光云粒子成像仪可探测到云粒子并成像,实现了粒子的尺寸测量和2维图像显示.
为了实现对25m~1550m范围云粒子的测量和成像,采用了光学成像方法,基于准直光束照射的云粒子在64元探测器上投影切片组合的原理,研制了机载激光云粒子成像仪.介绍了激光云粒子成像仪各组成部分的功能,进行了探测单元量化标准、数据获取与处理方法、以及影响云粒子成像准确性的因素等方面的分析.建立了粒子尺寸校准装置,并采用7种规格的标准圆点进行了校准实验.结果表明,机载激光云粒子成像仪可探测到云粒子并成像,实现了粒子的尺寸测量和2维图像显示.
2015, 39(6): 802-805.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.015
摘要:
雪崩光电二极管(APD)具有频响宽、灵敏度高的优点,在激光测距中有重要应用.为了分析APD电外差混频技术对系统信噪比的影响,建立了APD的数学模型,仿真分析了偏置电压直流分量与信噪比的关系,以及APD击穿电压变化时对信噪比的影响.结果表明,APD电外差混频技术会降低APD输出信号的信噪比,但它降低了后续电路处理带宽,有利于系统整体信噪比的提升;当APD输入光信号较微弱时,采用电外差混频技术,可有效提高系统整体的信噪比.
雪崩光电二极管(APD)具有频响宽、灵敏度高的优点,在激光测距中有重要应用.为了分析APD电外差混频技术对系统信噪比的影响,建立了APD的数学模型,仿真分析了偏置电压直流分量与信噪比的关系,以及APD击穿电压变化时对信噪比的影响.结果表明,APD电外差混频技术会降低APD输出信号的信噪比,但它降低了后续电路处理带宽,有利于系统整体信噪比的提升;当APD输入光信号较微弱时,采用电外差混频技术,可有效提高系统整体的信噪比.
2015, 39(6): 820-823.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.019
摘要:
为了高可靠性地提取星载云/气溶胶激光雷达层次信息,设计了一种基于直方图统计的层次分类方法.对这种方法进行了理论分析.结果表明,该方法应用于不同特征的数据,均能准确、高可靠性地查找出云/气溶胶的层次信息.该方法避免了目前层次查找方法对数据特征的约束,是一种高可靠性、适用范围广的层次查找算法.
为了高可靠性地提取星载云/气溶胶激光雷达层次信息,设计了一种基于直方图统计的层次分类方法.对这种方法进行了理论分析.结果表明,该方法应用于不同特征的数据,均能准确、高可靠性地查找出云/气溶胶的层次信息.该方法避免了目前层次查找方法对数据特征的约束,是一种高可靠性、适用范围广的层次查找算法.
2015, 39(6): 845-849.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.024
摘要:
现有激光光束质量的测量方法无法同时兼顾测量速度与测量精度.为了达到兼顾速度与精度的目的,提出了双狭缝扫描法.此方法不需要在光路中使用衰减器,从而降低了数据分析复杂度.选用嵌入式技术完成对整个系统的控制与数据处理,便于携带,可实现对数据的实时处理;同时进行了理论分析和实验验证.结果表明,该方法可实现快速同步测量两轴的功率分布,动态范围可达到70dB,扫描频率为2Hz~18Hz,可用于分析连续或脉冲激光光束.该方法对兼顾测量速度与精度是有帮助的.
现有激光光束质量的测量方法无法同时兼顾测量速度与测量精度.为了达到兼顾速度与精度的目的,提出了双狭缝扫描法.此方法不需要在光路中使用衰减器,从而降低了数据分析复杂度.选用嵌入式技术完成对整个系统的控制与数据处理,便于携带,可实现对数据的实时处理;同时进行了理论分析和实验验证.结果表明,该方法可实现快速同步测量两轴的功率分布,动态范围可达到70dB,扫描频率为2Hz~18Hz,可用于分析连续或脉冲激光光束.该方法对兼顾测量速度与精度是有帮助的.
2015, 39(6): 850-853.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.025
摘要:
为了研究线能量对304奥氏体不锈钢激光焊接质量的影响,采用高功率Nd:YAG激光器及焊接机器人对304奥氏体不锈钢薄板进行了激光焊接工艺试验,并使用光学显微镜、显微硬度计、拉伸试验机等仪器重点研究了线能量对304奥氏体不锈钢激光焊接焊缝成形和力学性能的影响.结果表明,线能量对焊缝成形、显微硬度及力学性能有较大影响,接头显微硬度分布不均匀,低功率时静拉伸强度最小值为671.67MPa,高功率时静拉伸强度最小值达780MPa.
为了研究线能量对304奥氏体不锈钢激光焊接质量的影响,采用高功率Nd:YAG激光器及焊接机器人对304奥氏体不锈钢薄板进行了激光焊接工艺试验,并使用光学显微镜、显微硬度计、拉伸试验机等仪器重点研究了线能量对304奥氏体不锈钢激光焊接焊缝成形和力学性能的影响.结果表明,线能量对焊缝成形、显微硬度及力学性能有较大影响,接头显微硬度分布不均匀,低功率时静拉伸强度最小值为671.67MPa,高功率时静拉伸强度最小值达780MPa.
2015, 39(6): 858-862.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.027
摘要:
为了获得圆形发光二极管(LED)阵列的光斑发散特性,利用单个LED芯片的照度公式推导出圆形LED阵列的照度公式、光斑半径和发散角公式.采用数值计算方法对圆形LED阵列光斑的发散角随m值、随阵列半径以及随目标距离的变化规律进行了理论分析,取得了这3种情况下光斑发散角的变化数据.结果表明,光斑发散角随m值的增加而减小,随阵列半径增加而减小,随目标距离的增加而增大.这一结果对利用圆形LED阵列来实现照明设计是有帮助的.
为了获得圆形发光二极管(LED)阵列的光斑发散特性,利用单个LED芯片的照度公式推导出圆形LED阵列的照度公式、光斑半径和发散角公式.采用数值计算方法对圆形LED阵列光斑的发散角随m值、随阵列半径以及随目标距离的变化规律进行了理论分析,取得了这3种情况下光斑发散角的变化数据.结果表明,光斑发散角随m值的增加而减小,随阵列半径增加而减小,随目标距离的增加而增大.这一结果对利用圆形LED阵列来实现照明设计是有帮助的.
2015, 39(6): 863-868.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.028
摘要:
为了研究铝合金表面状态和焊接工艺方法对焊接接头性能的影响,采用Nd:YAG脉冲激光器对Al-Mg系铝合金激光焊接方法进行了理论分析和实验验证,得到了焊接接头性能实验结果.结果表明,原始表面和碱蚀表面处理的试样焊接过程不稳定,阳极氧化试样焊接中形成了稳定的小孔效应,焊接过程较稳定;阳极氧化、两面焊、填粉焊都能有效提高焊缝熔深和深宽比;试样阳极氧化、双面焊、填粉焊可使焊缝抗拉强度提高1倍以上,其中Al-0.05Si填粉焊提升效果最好;表面处理试样硬度都有所提高,磷酸阳极氧化提高效果最好.双面焊工艺使焊缝和熔合区硬度提高,填粉焊焊缝中心硬度很低但熔合区硬度提高明显,双面焊、填粉焊热影响区硬度低于单面焊.阳极氧化表面处理、双面焊工艺可以有效地改善Al-Mg铝合金的激光焊接性.
为了研究铝合金表面状态和焊接工艺方法对焊接接头性能的影响,采用Nd:YAG脉冲激光器对Al-Mg系铝合金激光焊接方法进行了理论分析和实验验证,得到了焊接接头性能实验结果.结果表明,原始表面和碱蚀表面处理的试样焊接过程不稳定,阳极氧化试样焊接中形成了稳定的小孔效应,焊接过程较稳定;阳极氧化、两面焊、填粉焊都能有效提高焊缝熔深和深宽比;试样阳极氧化、双面焊、填粉焊可使焊缝抗拉强度提高1倍以上,其中Al-0.05Si填粉焊提升效果最好;表面处理试样硬度都有所提高,磷酸阳极氧化提高效果最好.双面焊工艺使焊缝和熔合区硬度提高,填粉焊焊缝中心硬度很低但熔合区硬度提高明显,双面焊、填粉焊热影响区硬度低于单面焊.阳极氧化表面处理、双面焊工艺可以有效地改善Al-Mg铝合金的激光焊接性.
2015, 39(6): 873-876.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.030
摘要:
为了研究入射角对猫眼光电系统回波光强分布的影响,从广义衍射积分公式出发,建立了倾斜高斯光束通过猫眼光电系统的光强分布模型,推导出其传输解析表达式,数值模拟了两种探测距离下光强分布随入射角度的变化规律.结果表明,在猫眼光电系统的半视场角范围内,入射光束为高斯光束时,探测距离、入射角的共同增大使得回波光束的能量逐渐减小,且分布模式越来越接近高斯模式;相比近距离探测,远距离探测时回波光强分布达到高斯模式对入射条件的要求更为严格.该研究为实际侦察提供了理论依据,尤其对入射角的选取具有指导意义.
为了研究入射角对猫眼光电系统回波光强分布的影响,从广义衍射积分公式出发,建立了倾斜高斯光束通过猫眼光电系统的光强分布模型,推导出其传输解析表达式,数值模拟了两种探测距离下光强分布随入射角度的变化规律.结果表明,在猫眼光电系统的半视场角范围内,入射光束为高斯光束时,探测距离、入射角的共同增大使得回波光束的能量逐渐减小,且分布模式越来越接近高斯模式;相比近距离探测,远距离探测时回波光强分布达到高斯模式对入射条件的要求更为严格.该研究为实际侦察提供了理论依据,尤其对入射角的选取具有指导意义.
2015, 39(6): 877-884.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.031
摘要:
为了研究部分相干平顶光束阵列在海洋湍流中的传输特性,基于拓展惠更斯-菲涅耳原理和魏格纳分布函数,结合海洋湍流的空间功率谱函数,理论推导了部分相干平顶光束阵列在海洋湍流中的传输因子、有效曲率半径、瑞利尺寸的解析表达式,数值计算并讨论了它们与光束的相干长度、海水温度与盐度变化、动能耗散率、温度方差耗散率等参量的关系.结果表明,在相同条件下,当传输距离超过400m时,相对于部分相干高斯光束、部分相干平顶光束和部分相干高斯光束阵列,部分相干平顶光束阵列受海洋湍流的影响更小,传输特性更为稳定.此结果对选择合适的光束在海洋湍流传输方面具有一定的参考价值.
为了研究部分相干平顶光束阵列在海洋湍流中的传输特性,基于拓展惠更斯-菲涅耳原理和魏格纳分布函数,结合海洋湍流的空间功率谱函数,理论推导了部分相干平顶光束阵列在海洋湍流中的传输因子、有效曲率半径、瑞利尺寸的解析表达式,数值计算并讨论了它们与光束的相干长度、海水温度与盐度变化、动能耗散率、温度方差耗散率等参量的关系.结果表明,在相同条件下,当传输距离超过400m时,相对于部分相干高斯光束、部分相干平顶光束和部分相干高斯光束阵列,部分相干平顶光束阵列受海洋湍流的影响更小,传输特性更为稳定.此结果对选择合适的光束在海洋湍流传输方面具有一定的参考价值.
2015, 39(6): 885-888.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.032
摘要:
为了改进绝热微环谐腔型的结构、降低谐振腔腔体损耗,采用了基于绝热过渡曲线的设计方法,提出了新型载流子注入/抽取结构,进行了理论分析和实验验证,取得了绝热微环谐振腔的谐振峰线宽、消光比及频率响应参量数据,比较了其与传统微环谐振腔的损耗.结果表明,使用所设计的外半径为2m的谐振腔的谐振峰线宽仅为普通微环谐振腔的29.5%,消光比为13.5dB,电阻电容限制带宽提高了4倍,10Gbit/s调制速率下能耗仅为5.1fJ/bit.这一结果大幅改善了绝热微环谐振腔的频率响应特性,降低了功耗.对腔形和载流子注入/抽取结构的研究可以进一步改善绝热微环谐振腔的性能,推动低能耗器件研究的发展.
为了改进绝热微环谐腔型的结构、降低谐振腔腔体损耗,采用了基于绝热过渡曲线的设计方法,提出了新型载流子注入/抽取结构,进行了理论分析和实验验证,取得了绝热微环谐振腔的谐振峰线宽、消光比及频率响应参量数据,比较了其与传统微环谐振腔的损耗.结果表明,使用所设计的外半径为2m的谐振腔的谐振峰线宽仅为普通微环谐振腔的29.5%,消光比为13.5dB,电阻电容限制带宽提高了4倍,10Gbit/s调制速率下能耗仅为5.1fJ/bit.这一结果大幅改善了绝热微环谐振腔的频率响应特性,降低了功耗.对腔形和载流子注入/抽取结构的研究可以进一步改善绝热微环谐振腔的性能,推动低能耗器件研究的发展.
2015, 39(6): 829-833.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.021
摘要:
激光主动侦测系统可实现远距离猫眼目标的成像探测与识别,探测能力分析是系统设计的前提和基础.为了评估激光主动侦测系统对猫眼目标的探测能力,以激光回波功率为基础,建立了系统信噪比的数学物理模型.分析了影响探测能力的因素,数值模拟了信噪比与接收光学镜头直径、发射激光峰值功率、激光束散角以及等效反射面离焦量的定量关系.结果表明,在一定作用距离范围内,散粒噪声、背景噪声与暗电流噪声、热噪声相差至少2个数量级,系统噪声主要来源于散粒噪声及背景噪声;提高系统探测能力最为有效的方法是选用激光束散角小的光源.这一结果可用于指导激光主动侦测系统的设计.
激光主动侦测系统可实现远距离猫眼目标的成像探测与识别,探测能力分析是系统设计的前提和基础.为了评估激光主动侦测系统对猫眼目标的探测能力,以激光回波功率为基础,建立了系统信噪比的数学物理模型.分析了影响探测能力的因素,数值模拟了信噪比与接收光学镜头直径、发射激光峰值功率、激光束散角以及等效反射面离焦量的定量关系.结果表明,在一定作用距离范围内,散粒噪声、背景噪声与暗电流噪声、热噪声相差至少2个数量级,系统噪声主要来源于散粒噪声及背景噪声;提高系统探测能力最为有效的方法是选用激光束散角小的光源.这一结果可用于指导激光主动侦测系统的设计.
2015, 39(6): 834-839.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.022
摘要:
美国海军激光武器系统(LaWS)作为第1套海军的固体激光武器样机,已经安装在现役军舰庞塞号上.介绍了LaWS系统的应用需求、研制团队及系统结构,分析了激光器、发射装置及控制系统的构成,并由系统参量评估了LaWS系统的作战性能.回顾了LaWS系统已进行的系列演示试验,总结了每次试验暴露的技术问题及采取解决途径.由分析可知,LaWS系统的发射装置采用了天文望远镜的共孔径设计方式;作战光源采用了光纤激光器的非相干合成;在系统集成中,除了少量的定制部件外,广泛采用了工业激光器、惯性测量装置、传感器、视频跟踪器等大量商用器件;LaWS 系统在研制中采用了逐步改进的方式,这些都在一定程度上减少了系统风险和研制成本.最后分析了其下一步的技术发展方向.
美国海军激光武器系统(LaWS)作为第1套海军的固体激光武器样机,已经安装在现役军舰庞塞号上.介绍了LaWS系统的应用需求、研制团队及系统结构,分析了激光器、发射装置及控制系统的构成,并由系统参量评估了LaWS系统的作战性能.回顾了LaWS系统已进行的系列演示试验,总结了每次试验暴露的技术问题及采取解决途径.由分析可知,LaWS系统的发射装置采用了天文望远镜的共孔径设计方式;作战光源采用了光纤激光器的非相干合成;在系统集成中,除了少量的定制部件外,广泛采用了工业激光器、惯性测量装置、传感器、视频跟踪器等大量商用器件;LaWS 系统在研制中采用了逐步改进的方式,这些都在一定程度上减少了系统风险和研制成本.最后分析了其下一步的技术发展方向.
