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RSS2021年 45卷 第2期
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[摘要]
[PDF 268KB]
2021, 45(2): 174-181.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.02.008
[HTML全文]
摘要:
美国运输机机载高能激光(AHEL)系统是下一代武器，能够在复杂环境中实施精确地隐秘打击。第1套实战化的机载激光武器，将在2022年进行演示试验。首先介绍了AHEL系统的应用需求、研制计划，并分析了系统结构和面临的技术挑战。其次梳理了AHEL系统的研制进展，并由系统参量评估了AHEL系统的作战性能。综合分析可知，AHEL系统采用最佳组件，通过快速原型方法，实现了激光武器系统在AC-130J飞机上的集成，并借鉴了以往机载激光计划的经验教训，降低研制风险。最后分析了其下一步的技术发展方向。
美国运输机机载高能激光(AHEL)系统是下一代武器，能够在复杂环境中实施精确地隐秘打击。第1套实战化的机载激光武器，将在2022年进行演示试验。首先介绍了AHEL系统的应用需求、研制计划，并分析了系统结构和面临的技术挑战。其次梳理了AHEL系统的研制进展，并由系统参量评估了AHEL系统的作战性能。综合分析可知，AHEL系统采用最佳组件，通过快速原型方法，实现了激光武器系统在AC-130J飞机上的集成，并借鉴了以往机载激光计划的经验教训，降低研制风险。最后分析了其下一步的技术发展方向。
2021, 45(2): 131-136.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.02.001
摘要:
为了实现蓝宝石微透镜阵列模板的可控制备，采用刻蚀辅助激光加工技术得到了形貌可控、排列均匀的密排步蓝宝石微凹透镜阵列模板，并结合高温浇铸转写技术实现了K9玻璃微凸透镜阵列的快速制备；基于蓝宝石和玻璃之间较大的热膨胀系数差，实现了蓝宝石和玻璃的有效分离。结果表明，所制备的玻璃透镜阵列具有较高的表面平滑度，表面粗糙度仅有2nm，同时保持了高达80%的透过率，在可见波段，对于不同波长的光都展现了清晰的聚焦和成像效果；通过氢氟酸的清洁处理，蓝宝石透镜阵列模板可以实现重复利用。刻蚀辅助激光加工结合高温浇铸转写技术能够实现高平滑玻璃微透镜阵列的快速制备，该技术为硬质材料微纳器件的快速制备提供了参考。
为了实现蓝宝石微透镜阵列模板的可控制备，采用刻蚀辅助激光加工技术得到了形貌可控、排列均匀的密排步蓝宝石微凹透镜阵列模板，并结合高温浇铸转写技术实现了K9玻璃微凸透镜阵列的快速制备；基于蓝宝石和玻璃之间较大的热膨胀系数差，实现了蓝宝石和玻璃的有效分离。结果表明，所制备的玻璃透镜阵列具有较高的表面平滑度，表面粗糙度仅有2nm，同时保持了高达80%的透过率，在可见波段，对于不同波长的光都展现了清晰的聚焦和成像效果；通过氢氟酸的清洁处理，蓝宝石透镜阵列模板可以实现重复利用。刻蚀辅助激光加工结合高温浇铸转写技术能够实现高平滑玻璃微透镜阵列的快速制备，该技术为硬质材料微纳器件的快速制备提供了参考。
2021, 45(2): 137-142.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.02.002
摘要:
为了提高激光导引头探测灵敏度，采用数值仿真的方式，拟合出了象限探测器放大组件带宽与激光导引头探测灵敏度的关系曲线，并定量分析了导引照射激光的脉冲宽度对象限探测器放大组件带宽设计的影响。提出象限探测器放大组件带宽设计方法，以某型激光导引头为例，对该方法的有效性进行了实验验证。结果表明，象限探测器放大组件带宽设计方法可有效降低激光导引头最小可探测功率，使用该方法对激光导引头象限探测器放大组件进行优化设计后，激光导引头最小可探测功率较原设计下降约60%，有效地提高了激光导引头探测灵敏度。该研究为激光导引头光电探测系统设计提供了参考。
为了提高激光导引头探测灵敏度，采用数值仿真的方式，拟合出了象限探测器放大组件带宽与激光导引头探测灵敏度的关系曲线，并定量分析了导引照射激光的脉冲宽度对象限探测器放大组件带宽设计的影响。提出象限探测器放大组件带宽设计方法，以某型激光导引头为例，对该方法的有效性进行了实验验证。结果表明，象限探测器放大组件带宽设计方法可有效降低激光导引头最小可探测功率，使用该方法对激光导引头象限探测器放大组件进行优化设计后，激光导引头最小可探测功率较原设计下降约60%，有效地提高了激光导引头探测灵敏度。该研究为激光导引头光电探测系统设计提供了参考。
2021, 45(2): 186-190.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.02.010
摘要:
为了改善因为铟锡氧化物(ITO)薄层对紫外光具有高吸收率，从而导致石墨烯紫外LED低光提取效率(LEE)问题，采用ITO微纳结构(矩形和三角形)作为石墨烯紫外LED缓冲层的方法，利用时域有限差分法，对ITO微纳结构进行优化，并对石墨烯紫外LED进行了理论分析。结果表明，当矩形微纳结构厚度为160nm、占空比为0.7、周期为220nm时，在单层石墨烯下紫外LED的LEE可达10.668%;利用矩形微结构作为插入层相比于利用ITO薄层作为插入层的单层石墨烯紫外LED提高了45.06%；而当三角微纳结构在最优参量时，石墨烯紫外LED的LEE仅有6.64%，明显低于ITO薄层石墨紫外LED。该研究可为后续制备高光功率的紫外LED提供理论基础。
为了改善因为铟锡氧化物(ITO)薄层对紫外光具有高吸收率，从而导致石墨烯紫外LED低光提取效率(LEE)问题，采用ITO微纳结构(矩形和三角形)作为石墨烯紫外LED缓冲层的方法，利用时域有限差分法，对ITO微纳结构进行优化，并对石墨烯紫外LED进行了理论分析。结果表明，当矩形微纳结构厚度为160nm、占空比为0.7、周期为220nm时，在单层石墨烯下紫外LED的LEE可达10.668%;利用矩形微结构作为插入层相比于利用ITO薄层作为插入层的单层石墨烯紫外LED提高了45.06%；而当三角微纳结构在最优参量时，石墨烯紫外LED的LEE仅有6.64%，明显低于ITO薄层石墨紫外LED。该研究可为后续制备高光功率的紫外LED提供理论基础。
2021, 45(2): 208-212.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.02.014
摘要:
为了了解H2+及其同位素分子谐波光谱效率与激光波长之间的关系，采用求解2维薛定谔方程的方法，理论研究了600nm~1600nm激光波长下H2+和D2+谐波光谱强度随波长的变化关系。结果表明，光谱强度随波长增大而减小；在短波长区间，H2+光谱强度减小的倍率要大于D2+，在长波长区间，H2+光谱强度减小的倍率要小于D2+；此外，在弱光强下，H2+光谱强度总是大于D2+, 在强光强下，H2+光谱强度在短波长区间小于D2+, 而其在长波长区间大于D2+; 核间距延伸和电荷共振增强电离在H2+和D2+谐波光谱强度变化上起到主要作用。这一结果对分子谐波调控是有帮助的。
为了了解H2+及其同位素分子谐波光谱效率与激光波长之间的关系，采用求解2维薛定谔方程的方法，理论研究了600nm~1600nm激光波长下H2+和D2+谐波光谱强度随波长的变化关系。结果表明，光谱强度随波长增大而减小；在短波长区间，H2+光谱强度减小的倍率要大于D2+，在长波长区间，H2+光谱强度减小的倍率要小于D2+；此外，在弱光强下，H2+光谱强度总是大于D2+, 在强光强下，H2+光谱强度在短波长区间小于D2+, 而其在长波长区间大于D2+; 核间距延伸和电荷共振增强电离在H2+和D2+谐波光谱强度变化上起到主要作用。这一结果对分子谐波调控是有帮助的。
2021, 45(2): 218-223.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.02.016
摘要:
为了提高LD抽运脉冲微片激光器的输出性能和系统的集成度，采用龙格-库塔法对包含自发辐射与抽运速率的被动调Q速率方程进行了数值求解，结合被动调Q激光器输出参量的表达式对LD端面抽运的键合Nd∶YAG/Cr4+∶YAG微片激光器输出参量进行了数值仿真。结果表明，利用长度1mm/1.5mm的键合Nd∶YAG/Cr4+∶YAG晶体作为增益介质，当Cr4+∶YAG的初始透过率为75%、输出镜的透过率为30%、抽运光和腔内基模光半径均为100μm时，能够在抽运功率为4.5W的条件下实现平均功率0.7W、脉冲宽度174ps、重复频率16.1kHz的理论激光输出。该研究对被动调Q微片激光器的参量优化和应用具有理论指导意义。
为了提高LD抽运脉冲微片激光器的输出性能和系统的集成度，采用龙格-库塔法对包含自发辐射与抽运速率的被动调Q速率方程进行了数值求解，结合被动调Q激光器输出参量的表达式对LD端面抽运的键合Nd∶YAG/Cr4+∶YAG微片激光器输出参量进行了数值仿真。结果表明，利用长度1mm/1.5mm的键合Nd∶YAG/Cr4+∶YAG晶体作为增益介质，当Cr4+∶YAG的初始透过率为75%、输出镜的透过率为30%、抽运光和腔内基模光半径均为100μm时，能够在抽运功率为4.5W的条件下实现平均功率0.7W、脉冲宽度174ps、重复频率16.1kHz的理论激光输出。该研究对被动调Q微片激光器的参量优化和应用具有理论指导意义。
2021, 45(2): 240-245.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.02.020
摘要:
为了研究J0相关径向偏振涡旋光束深聚焦的相干特性，采用矢量德拜理论和相干理论，对聚焦场在光轴和焦平面上的相干特性进行了理论分析和数值仿真，取得相干度表达式和模拟数据。结果表明，在焦点区域的纵向相干度不但随着拓扑荷数n的增加而增大，而且还随着相干参量或者数值孔径dNA的增大而减小；在焦平面的横向相干度也随着拓扑荷数或者相干参量或者数值孔径的增大而减小; 当n≥5或者dNA≤0.4时，纵向相干度在焦点附近约为1;这种相干度还存在相位异常点。这些研究结果对J0相关矢量涡旋光束在许多领域的应用具有一定意义。
为了研究J0相关径向偏振涡旋光束深聚焦的相干特性，采用矢量德拜理论和相干理论，对聚焦场在光轴和焦平面上的相干特性进行了理论分析和数值仿真，取得相干度表达式和模拟数据。结果表明，在焦点区域的纵向相干度不但随着拓扑荷数n的增加而增大，而且还随着相干参量或者数值孔径dNA的增大而减小；在焦平面的横向相干度也随着拓扑荷数或者相干参量或者数值孔径的增大而减小; 当n≥5或者dNA≤0.4时，纵向相干度在焦点附近约为1;这种相干度还存在相位异常点。这些研究结果对J0相关矢量涡旋光束在许多领域的应用具有一定意义。
2021, 45(2): 155-161.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.02.005
摘要:
为了减小漏脉冲和干扰脉冲对激光解码的影响、提高导引头解码器的实时性和准确性，在分析伪随机编码原理和制导信号解码过程的基础上，采用基于数字匹配滤波器的识别方法对制导信号进行搜索识别，提出了一种自适应扩展实时波门技术实现对目标的锁定跟踪。解码器系统的硬件采用现场可编程门阵列来设计和实现，并进行了仿真测试及系统实测验证。结果表明，在接收到一组编码信号的当前周期内即可完成码型识别，解码实时性好；在正常波门宽度为5μs的自适应扩展实时波门下，100kHz高重频干扰信号的干扰成功概率降低至50%，有效提高了制导的抗干扰性。此研究有利于提高半主动激光制导武器的命中精度和可靠性。
为了减小漏脉冲和干扰脉冲对激光解码的影响、提高导引头解码器的实时性和准确性，在分析伪随机编码原理和制导信号解码过程的基础上，采用基于数字匹配滤波器的识别方法对制导信号进行搜索识别，提出了一种自适应扩展实时波门技术实现对目标的锁定跟踪。解码器系统的硬件采用现场可编程门阵列来设计和实现，并进行了仿真测试及系统实测验证。结果表明，在接收到一组编码信号的当前周期内即可完成码型识别，解码实时性好；在正常波门宽度为5μs的自适应扩展实时波门下，100kHz高重频干扰信号的干扰成功概率降低至50%，有效提高了制导的抗干扰性。此研究有利于提高半主动激光制导武器的命中精度和可靠性。
2021, 45(2): 168-173.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.02.007
摘要:
为了提高激光超声的激发效率且不对被测表面造成损伤，改变了光源的空间分布，采用脉冲激光环形光源激发超声及有限元方法, 应用多物理场耦合软件，对铝板中激发的超声全场波形进行了数值模拟，研究了环形光源中轴线上叠加横波的激发特性随激光参量而变化的规律，并与点光源激发超声进行对比。通过模拟缺陷所导致超声场的变化规律，提出一种环光源双面扫描检测裂纹的方法，验证了利用叠加横波特性进行缺陷检测的可行性和有效性。结果表明，使用环形光源，其光源损耗常在50%以下，可大大提高激发效率，横波传播方向稳定，叠加深度与光环半径有关，而环半宽则会影响叠加横波强度。该研究结果对环形光源激发超声应用于缺陷检测提供了参考。
为了提高激光超声的激发效率且不对被测表面造成损伤，改变了光源的空间分布，采用脉冲激光环形光源激发超声及有限元方法, 应用多物理场耦合软件，对铝板中激发的超声全场波形进行了数值模拟，研究了环形光源中轴线上叠加横波的激发特性随激光参量而变化的规律，并与点光源激发超声进行对比。通过模拟缺陷所导致超声场的变化规律，提出一种环光源双面扫描检测裂纹的方法，验证了利用叠加横波特性进行缺陷检测的可行性和有效性。结果表明，使用环形光源，其光源损耗常在50%以下，可大大提高激发效率，横波传播方向稳定，叠加深度与光环半径有关，而环半宽则会影响叠加横波强度。该研究结果对环形光源激发超声应用于缺陷检测提供了参考。
2021, 45(2): 182-185.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.02.009
摘要:
为了对车漆进行快速、高效、低成本的无损鉴别，采用一种基于指纹区红外吸收光谱结合决策树、k近邻和Fisher判别分析(DT-KNN-FDA)建模的鉴别方法，进行了理论分析和实验验证。收集并取得了车漆共计60个样本的红外吸收光谱实验数据，通过对特征波数的选择，建立并比较了基于决策树、k近邻分析和Fisher判别分析的多分类模型。通过相关性分析提取到了58组调整数据，并以此为基础构建了分类模型。结果表明，DT分类模型、KNN分类模型和FDA分类模型对各样本的总体区分准确率分别为77.80%，72.31%和85.00%；红外光谱结合DT-KNN-FDA分析可实现对车漆不同品牌产品间的区分，分类效果理想。该方法快捷、低耗、有效，具有一定的普适性和参考意义。
为了对车漆进行快速、高效、低成本的无损鉴别，采用一种基于指纹区红外吸收光谱结合决策树、k近邻和Fisher判别分析(DT-KNN-FDA)建模的鉴别方法，进行了理论分析和实验验证。收集并取得了车漆共计60个样本的红外吸收光谱实验数据，通过对特征波数的选择，建立并比较了基于决策树、k近邻分析和Fisher判别分析的多分类模型。通过相关性分析提取到了58组调整数据，并以此为基础构建了分类模型。结果表明，DT分类模型、KNN分类模型和FDA分类模型对各样本的总体区分准确率分别为77.80%，72.31%和85.00%；红外光谱结合DT-KNN-FDA分析可实现对车漆不同品牌产品间的区分，分类效果理想。该方法快捷、低耗、有效，具有一定的普适性和参考意义。
2021, 45(2): 191-195.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.02.011
摘要:
为了实现对墙面涂料物证的无损鉴别，提出了显微共聚焦喇曼光谱技术结合多元建模分析的无损鉴别墙面涂料方法。采用不同Savitzky-Golay(SG)平滑多项式次数及平滑点数对分类模型准确率的影响进行预处理，同时比较了不同分类模型的区分能力。结果表明，相较于径向基函数神经网络模型，多层感知器神经网络模型对各样本的区分能力更强，且经过SG平滑1次多项式结合平滑点数27点预处理后，多层感知器神经网络模型能够实现对梅菲特等3种不同品牌墙面涂料样本，以及梅菲特3种不同类型墙面涂料样本100%的准确区分。该方法提高了检验鉴定效率，降低了检验鉴定成本，具有一定的普适性。
为了实现对墙面涂料物证的无损鉴别，提出了显微共聚焦喇曼光谱技术结合多元建模分析的无损鉴别墙面涂料方法。采用不同Savitzky-Golay(SG)平滑多项式次数及平滑点数对分类模型准确率的影响进行预处理，同时比较了不同分类模型的区分能力。结果表明，相较于径向基函数神经网络模型，多层感知器神经网络模型对各样本的区分能力更强，且经过SG平滑1次多项式结合平滑点数27点预处理后，多层感知器神经网络模型能够实现对梅菲特等3种不同品牌墙面涂料样本，以及梅菲特3种不同类型墙面涂料样本100%的准确区分。该方法提高了检验鉴定效率，降低了检验鉴定成本，具有一定的普适性。
2021, 45(2): 202-207.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.02.013
摘要:
目前头戴显示器体积大、重量大、视场角小，为了满足用户对轻小型头戴显示器的使用需求，以冉斯登目镜为初始结构，采用ZEMAX软件对其优化，并进行了像质评价和公差分析。结果表明，双目系统中的每个通道仅使用两片透镜，光学系统的最大视场角为80°，总长为54.24mm，最大畸变小于4.7%，两片透镜重量小于11.5g，与相关研究比较，增加了视场角和像素数量，减小了体积，提高了调制传递函数。该头戴显示器具有一定的市场前景，能够为轻小型头戴显示器的光学设计提供参考。
目前头戴显示器体积大、重量大、视场角小，为了满足用户对轻小型头戴显示器的使用需求，以冉斯登目镜为初始结构，采用ZEMAX软件对其优化，并进行了像质评价和公差分析。结果表明，双目系统中的每个通道仅使用两片透镜，光学系统的最大视场角为80°，总长为54.24mm，最大畸变小于4.7%，两片透镜重量小于11.5g，与相关研究比较，增加了视场角和像素数量，减小了体积，提高了调制传递函数。该头戴显示器具有一定的市场前景，能够为轻小型头戴显示器的光学设计提供参考。
2021, 45(2): 213-217.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.02.015
摘要:
为了快速鉴别案件现场残留的食品塑料包装袋样本，采用差分喇曼光谱法结合系统聚类分析方法，对46个不同来源、不同系列的食品塑料包装袋样本进行了分析检验。结果表明, 依据差分喇曼光谱图中特征峰的不同，可以有效区分不同来源的食品塑料包装袋样本；同时结合系统聚类分析法，可将46个样本分为17类。该方法不破坏检材、重现性好，实验结果较为理想，为微量物证检验提供了一定的参考依据。
为了快速鉴别案件现场残留的食品塑料包装袋样本，采用差分喇曼光谱法结合系统聚类分析方法，对46个不同来源、不同系列的食品塑料包装袋样本进行了分析检验。结果表明, 依据差分喇曼光谱图中特征峰的不同，可以有效区分不同来源的食品塑料包装袋样本；同时结合系统聚类分析法，可将46个样本分为17类。该方法不破坏检材、重现性好，实验结果较为理想，为微量物证检验提供了一定的参考依据。
2021, 45(2): 246-251.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.02.021
摘要:
为了探讨热弹激光超声的激励机制及其在缺陷检测中的应用，采用有限元分析法对材料中的温度场及应力场进行了计算。阐述了脉冲激光辐照材料的理论基础，将脉冲激光加载于工件表面，同时考虑对流和辐射换热边界条件，分析了材料中的温度场；基于热固耦合，将温度场加载于应力场分析过程中，讨论了热弹机制下纵波声场和横波声场的指向性分布，并通过模拟热弹超声波在含有缺陷工件中的传播过程，获得了缺陷回波信号；搭建了一套热弹激光超声检测系统，以实现表面裂纹深度的测量，通过有限元分析和实验验证，获得了反射系数与裂纹深度的关系。结果表明，反射系数随裂纹深度的增加而增大，使用直径1mm的激光光斑检测深度小于3mm的裂纹，当裂纹深度大于2.2mm时，反射系数的增长趋势变缓。此有限元分析结果能为热弹激光超声在缺陷检测中的应用提供参考和依据。
为了探讨热弹激光超声的激励机制及其在缺陷检测中的应用，采用有限元分析法对材料中的温度场及应力场进行了计算。阐述了脉冲激光辐照材料的理论基础，将脉冲激光加载于工件表面，同时考虑对流和辐射换热边界条件，分析了材料中的温度场；基于热固耦合，将温度场加载于应力场分析过程中，讨论了热弹机制下纵波声场和横波声场的指向性分布，并通过模拟热弹超声波在含有缺陷工件中的传播过程，获得了缺陷回波信号；搭建了一套热弹激光超声检测系统，以实现表面裂纹深度的测量，通过有限元分析和实验验证，获得了反射系数与裂纹深度的关系。结果表明，反射系数随裂纹深度的增加而增大，使用直径1mm的激光光斑检测深度小于3mm的裂纹，当裂纹深度大于2.2mm时，反射系数的增长趋势变缓。此有限元分析结果能为热弹激光超声在缺陷检测中的应用提供参考和依据。
2021, 45(2): 252-258.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.02.022
摘要:
为了研究部分相干反常涡旋光束在各向异性大气湍流中的漂移特性，基于各向异性非Kolmogorov大气湍流谱模型，利用几何光学近似与Rytov近似解得到了部分相干反常涡旋光束(PCAVB)在各向异性湍流中传输的光束漂移解析式，并对该漂移解析式进行数值模拟。研究了拓扑荷、相干长度、各向异性因子、折射率结构常数等光束参量及湍流参量对PCAVB在湍流中的均方根光束漂移与相对光束漂移的影响。结果表明，相干性越好的反常涡旋光束，会使光束在各向异性湍流中的漂移现象变得更严重；随拓扑荷数的增加，可以一定程度降低湍流对光束漂移的影响；湍流随各向异性因子的增大，对部分相干反常涡旋光束的漂移影响明显减弱；广义指数参量在3~3.3范围增长时，对PCAVB均方根漂移与相对漂移影响最大，而在3.3~4之间增长时，对光束均方根漂移与相对漂移影响逐渐减弱。此研究对反常涡旋光束在各向异性大气湍流中的传输提供了一种理论模型参考。
为了研究部分相干反常涡旋光束在各向异性大气湍流中的漂移特性，基于各向异性非Kolmogorov大气湍流谱模型，利用几何光学近似与Rytov近似解得到了部分相干反常涡旋光束(PCAVB)在各向异性湍流中传输的光束漂移解析式，并对该漂移解析式进行数值模拟。研究了拓扑荷、相干长度、各向异性因子、折射率结构常数等光束参量及湍流参量对PCAVB在湍流中的均方根光束漂移与相对光束漂移的影响。结果表明，相干性越好的反常涡旋光束，会使光束在各向异性湍流中的漂移现象变得更严重；随拓扑荷数的增加，可以一定程度降低湍流对光束漂移的影响；湍流随各向异性因子的增大，对部分相干反常涡旋光束的漂移影响明显减弱；广义指数参量在3~3.3范围增长时，对PCAVB均方根漂移与相对漂移影响最大，而在3.3~4之间增长时，对光束均方根漂移与相对漂移影响逐渐减弱。此研究对反常涡旋光束在各向异性大气湍流中的传输提供了一种理论模型参考。
2021, 45(2): 143-146.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.02.003
摘要:
为了避免在装配中夹持力过大损坏产品或太小产生滑落的问题，采用了光纤传感智能感知的方法，设计了一种基于正交光纤光栅阵列的负载感知系统。感知模块采用光纤光栅两两相互垂直的方式排布，获取夹持平面两个正交方向的横向剪切力，从而分析夹持状态。实验中采用两个5.0cm×5.0cm的橡胶块制成负载感知模块，通过仿真定量分析了不同参量对夹持控制的影响程度，得到了光纤光栅的有效长度与敏感度成正比、与空间分辨率成反比的规律。结果表明，垂向灵敏度为31.4pm/N，水平灵敏度为29.9pm/N, 该系统可实时获取被夹持物的受力变化。该结果对智能调节控制是有帮助的。
为了避免在装配中夹持力过大损坏产品或太小产生滑落的问题，采用了光纤传感智能感知的方法，设计了一种基于正交光纤光栅阵列的负载感知系统。感知模块采用光纤光栅两两相互垂直的方式排布，获取夹持平面两个正交方向的横向剪切力，从而分析夹持状态。实验中采用两个5.0cm×5.0cm的橡胶块制成负载感知模块，通过仿真定量分析了不同参量对夹持控制的影响程度，得到了光纤光栅的有效长度与敏感度成正比、与空间分辨率成反比的规律。结果表明，垂向灵敏度为31.4pm/N，水平灵敏度为29.9pm/N, 该系统可实时获取被夹持物的受力变化。该结果对智能调节控制是有帮助的。
2021, 45(2): 147-154.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.02.004
摘要:
为了解决高型控制方法在光电伺服跟踪系统应用中存在的稳态精度与超调量之间的矛盾，设计了一种由多种群遗传算法(MPGA)优化的模糊Ⅱ型控制方法。该方法在经典Ⅰ型双闭环反馈控制器的速度环之前并联一个积分环节，将系统型别增加到Ⅱ型，以此加快反应速度、减小稳态误差；并引入模糊控制器(FLC)，根据系统状态动态调节积分环节的增益，实现动态高型控制，既抑制系统震荡，又保证稳态精度；然后用MPGA优化FLC的输入输出比例因子，得到最优控制参量。对该控制系统进行了理论分析，并将各阶段优化系统进行了对比实验。结果表明，在相同实验条件下，采用MPGA优化的模糊Ⅱ型控制系统实现了对系统的动态高型控制，既能保证原系统的超调量不变，又能将稳态误差减小88.55%，明显提高了控制系统的稳态精度。该研究对优化光电伺服跟踪系统是有帮助的。
为了解决高型控制方法在光电伺服跟踪系统应用中存在的稳态精度与超调量之间的矛盾，设计了一种由多种群遗传算法(MPGA)优化的模糊Ⅱ型控制方法。该方法在经典Ⅰ型双闭环反馈控制器的速度环之前并联一个积分环节，将系统型别增加到Ⅱ型，以此加快反应速度、减小稳态误差；并引入模糊控制器(FLC)，根据系统状态动态调节积分环节的增益，实现动态高型控制，既抑制系统震荡，又保证稳态精度；然后用MPGA优化FLC的输入输出比例因子，得到最优控制参量。对该控制系统进行了理论分析，并将各阶段优化系统进行了对比实验。结果表明，在相同实验条件下，采用MPGA优化的模糊Ⅱ型控制系统实现了对系统的动态高型控制，既能保证原系统的超调量不变，又能将稳态误差减小88.55%，明显提高了控制系统的稳态精度。该研究对优化光电伺服跟踪系统是有帮助的。
2021, 45(2): 162-167.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.02.006
摘要:
为了对时间门控光频域反射仪系统参量设置进行优化，采用光脉冲压缩原理搭建了时间门控光频域反射仪试验系统，进行了理论分析与实验验证，取得了仿真与实验数据。结果表明，当探测光脉冲信号的峰值功率和本振光信号功率不变时，系统信噪比只与啁啾率相关，且与其成反比；当扫频范围保持80MHz不变时，系统相位噪声随脉宽增加呈现先减小后增大的趋势，且最小值处于2.5μs附近；在实际应用中，满足系统最大扫频范围的条件下，通过调节扫频信号的脉宽，可以获得最优系统相位噪声(最小值)。这一结论对时间门控光频域反射仪系统参量设置与优化是有帮助的。
为了对时间门控光频域反射仪系统参量设置进行优化，采用光脉冲压缩原理搭建了时间门控光频域反射仪试验系统，进行了理论分析与实验验证，取得了仿真与实验数据。结果表明，当探测光脉冲信号的峰值功率和本振光信号功率不变时，系统信噪比只与啁啾率相关，且与其成反比；当扫频范围保持80MHz不变时，系统相位噪声随脉宽增加呈现先减小后增大的趋势，且最小值处于2.5μs附近；在实际应用中，满足系统最大扫频范围的条件下，通过调节扫频信号的脉宽，可以获得最优系统相位噪声(最小值)。这一结论对时间门控光频域反射仪系统参量设置与优化是有帮助的。
2021, 45(2): 196-201.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.02.012
摘要:
为了改善高功率光纤激光器的非线性效应，提出并设计了一种新型的无源、单模、低损耗、大模场的光子晶体光纤结构。利用时域有限差分法并结合完美匹配层边界条件，分析了光子晶体光纤有效模场面积的影响因素，得到光子晶体光纤性能随波长及几何结构的变化规律，从而得到实现更大模场面积的结构参量。结果表明，保证单模传输的情况下，在1.064μm波长处，优化设计的大模场光子晶体光纤有效模场面积可达3118.4μm2，对应的非线性系数可低至5.68×10-5 m-1·W-1，限制损耗可降低到4.55×10-7 dB·m-1。该光纤具备低损耗、低非线性和大模场面积等特性，在实现光子晶体光纤激光器高功率、高光束品质激光输出方面具有重要应用。
为了改善高功率光纤激光器的非线性效应，提出并设计了一种新型的无源、单模、低损耗、大模场的光子晶体光纤结构。利用时域有限差分法并结合完美匹配层边界条件，分析了光子晶体光纤有效模场面积的影响因素，得到光子晶体光纤性能随波长及几何结构的变化规律，从而得到实现更大模场面积的结构参量。结果表明，保证单模传输的情况下，在1.064μm波长处，优化设计的大模场光子晶体光纤有效模场面积可达3118.4μm2，对应的非线性系数可低至5.68×10-5 m-1·W-1，限制损耗可降低到4.55×10-7 dB·m-1。该光纤具备低损耗、低非线性和大模场面积等特性，在实现光子晶体光纤激光器高功率、高光束品质激光输出方面具有重要应用。
2021, 45(2): 224-228.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.02.017
摘要:
为了实现光纤传感器压力增敏的效果，设计了一种具有高双折射的光子晶体光纤结构。采用有限元法计算光子晶体光纤在不同应力作用下的有效折射率, 基于光子晶体光纤的压敏特性，分析光子晶体光纤的模式, 并选择该结构里的一个空气孔，填充具有特定折射率的液体材料，构成新型压力传感器。该结构的压力灵敏度由COMSOL软件的仿真得出。结果表明, 经填充液体后，偏振相位灵敏度从72rad/(MPa·m)提升至128rad/(MPa·m)，显著提高了77.7%。该研究对增强传感器的力学性能有帮助。
为了实现光纤传感器压力增敏的效果，设计了一种具有高双折射的光子晶体光纤结构。采用有限元法计算光子晶体光纤在不同应力作用下的有效折射率, 基于光子晶体光纤的压敏特性，分析光子晶体光纤的模式, 并选择该结构里的一个空气孔，填充具有特定折射率的液体材料，构成新型压力传感器。该结构的压力灵敏度由COMSOL软件的仿真得出。结果表明, 经填充液体后，偏振相位灵敏度从72rad/(MPa·m)提升至128rad/(MPa·m)，显著提高了77.7%。该研究对增强传感器的力学性能有帮助。
2021, 45(2): 229-232.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.02.018
摘要:
为了获取高质量的彩色动态全息，采用计算机编码的方法，提出了一种制彩色动态全息的新方法。根据色度学和采样原理, 将任一分动作物点分解为红、绿、蓝三基色物点，计算编码调整三基色物点的位置，使它们对应的含体视对的3张分色全息图放置在同一平面上, 经共轭光再现后，所有体视对的再现像能在空间上完全重合，并记录重合像与参考光干涉后的彩色全息图。结果表明，彩色全息图经再现后，随着人眼位置的移动，可见不同的动作像，从而实现彩色动态效果。此方法能有效解决彩色动态全息图再现像难重合、对实验条件要求高的问题；且操作简单易行，能有效避免一些不必要的噪声，在3维显示方面具有较好的应用价值。
为了获取高质量的彩色动态全息，采用计算机编码的方法，提出了一种制彩色动态全息的新方法。根据色度学和采样原理, 将任一分动作物点分解为红、绿、蓝三基色物点，计算编码调整三基色物点的位置，使它们对应的含体视对的3张分色全息图放置在同一平面上, 经共轭光再现后，所有体视对的再现像能在空间上完全重合，并记录重合像与参考光干涉后的彩色全息图。结果表明，彩色全息图经再现后，随着人眼位置的移动，可见不同的动作像，从而实现彩色动态效果。此方法能有效解决彩色动态全息图再现像难重合、对实验条件要求高的问题；且操作简单易行，能有效避免一些不必要的噪声，在3维显示方面具有较好的应用价值。
2021, 45(2): 233-239.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.02.019
摘要:
为了实现红外图像去噪声、去模糊的目的，采用综合红外仿真建模技术、导向滤波和盲卷积去模糊的方法，分析了导向滤波算法在视觉图像中的原理，并提出了导向滤波算法的核心——导向图像；采用红外视景仿真技术生成导向图像，解决了导向图像来源问题，并综合导向滤波和盲卷积去模糊算法，有效去除了红外图像噪声和模糊。对综合算法进行了理论分析和实验验证，取得了较满意的试验结果。结果表明，导向滤波算法在处理时间(运行时间降低了25%，从1.1ms降到0.8ms)和运行结果(峰值信噪比从36.7441dB提高到38.5138dB，至少提高了4.5%)上均优于经典滤波算法，在非实时条件下具有很好的处理结果。该研究对红外图像的预处理算法提供了有效的参考。
为了实现红外图像去噪声、去模糊的目的，采用综合红外仿真建模技术、导向滤波和盲卷积去模糊的方法，分析了导向滤波算法在视觉图像中的原理，并提出了导向滤波算法的核心——导向图像；采用红外视景仿真技术生成导向图像，解决了导向图像来源问题，并综合导向滤波和盲卷积去模糊算法，有效去除了红外图像噪声和模糊。对综合算法进行了理论分析和实验验证，取得了较满意的试验结果。结果表明，导向滤波算法在处理时间(运行时间降低了25%，从1.1ms降到0.8ms)和运行结果(峰值信噪比从36.7441dB提高到38.5138dB，至少提高了4.5%)上均优于经典滤波算法，在非实时条件下具有很好的处理结果。该研究对红外图像的预处理算法提供了有效的参考。
