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RSS2024年 48卷 第2期
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[摘要]
[PDF 244KB]
2024, 48(2): 153-158.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.02.002
[HTML全文]
摘要:
为了获得稳定的超短脉冲序列，采用分步傅里叶算法数值分析了滤波器带宽、可饱和吸收体调制深度和可保和吸收体恢复时间对锁模的影响，并搭建了一个利用半导体可饱和吸收镜作为可饱和吸收体的全保偏结构的掺镱锁模光纤激光器。结果表明，该腔体可以自启动产生光谱带宽为0.104 nm、重复频率为102.32 MHz的耗散孤子脉冲序列; 且出射的脉冲在放大过程中表现出缓慢的展宽速率, 激光腔搭建成功。该激光器在光纤探针、频率梳和参量光学等领域具有良好的应用前景。
为了获得稳定的超短脉冲序列，采用分步傅里叶算法数值分析了滤波器带宽、可饱和吸收体调制深度和可保和吸收体恢复时间对锁模的影响，并搭建了一个利用半导体可饱和吸收镜作为可饱和吸收体的全保偏结构的掺镱锁模光纤激光器。结果表明，该腔体可以自启动产生光谱带宽为0.104 nm、重复频率为102.32 MHz的耗散孤子脉冲序列; 且出射的脉冲在放大过程中表现出缓慢的展宽速率, 激光腔搭建成功。该激光器在光纤探针、频率梳和参量光学等领域具有良好的应用前景。
2024, 48(2): 204-209.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.02.009
摘要:
为了满足平面激光诱导荧光技术和反射物速度干涉仪系统的应用要求, 研制出一套可编程多脉冲绿光激光器。采用光强可编程技术, 在任意波形发生器中输入一长脉冲电压波形, 并将其加载到电光调制器上; 通过对此电压脉冲波形的编辑, 在实现时域上控制光强的同时输出多脉冲, 且多脉冲的脉冲间隔、脉冲宽度及脉冲波形均任意可调。结果表明, 放大过程的波形畸变得到矫正, 获得脉宽为110 ns的绿光单脉冲方波; 脉宽为50 ns、时间间隔5 μs的绿光双脉冲方波; 脉宽为40 ns、50 ns和60 ns、时间间隔为2 μs、1 μs的绿光三脉冲方波。该研究为平面激光诱导荧光技术和反射物速度干涉仪系统提供了参考。
为了满足平面激光诱导荧光技术和反射物速度干涉仪系统的应用要求, 研制出一套可编程多脉冲绿光激光器。采用光强可编程技术, 在任意波形发生器中输入一长脉冲电压波形, 并将其加载到电光调制器上; 通过对此电压脉冲波形的编辑, 在实现时域上控制光强的同时输出多脉冲, 且多脉冲的脉冲间隔、脉冲宽度及脉冲波形均任意可调。结果表明, 放大过程的波形畸变得到矫正, 获得脉宽为110 ns的绿光单脉冲方波; 脉宽为50 ns、时间间隔5 μs的绿光双脉冲方波; 脉宽为40 ns、50 ns和60 ns、时间间隔为2 μs、1 μs的绿光三脉冲方波。该研究为平面激光诱导荧光技术和反射物速度干涉仪系统提供了参考。
2024, 48(2): 235-239.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.02.014
摘要:
为了解决输出能量不小于220 mJ、重复频率40 Hz风冷激光器连续工作的散热问题, 采用强迫空冷的散热方式, 通过热电制冷器对巴条进行温度控制。设计了散热方案, 构建了散热器的3维模型, 利用热仿真软件对激光器散热情况进行热仿真, 分析其优化结果并进行了实验验证。结果表明, 在环境温度为55 ℃、重复频率为40 Hz、激光器输出能量大于220 mJ的情况下, 设计制作的紫铜翅片散热器可满足激光器连续工作的散热要求, 且有15%左右的设计余量; 此热仿真方法与实际情况有很好的匹配效果, 可用于后续的散热器设计指导。该研究为激光器更深层次的热设计提供了有效参考。
为了解决输出能量不小于220 mJ、重复频率40 Hz风冷激光器连续工作的散热问题, 采用强迫空冷的散热方式, 通过热电制冷器对巴条进行温度控制。设计了散热方案, 构建了散热器的3维模型, 利用热仿真软件对激光器散热情况进行热仿真, 分析其优化结果并进行了实验验证。结果表明, 在环境温度为55 ℃、重复频率为40 Hz、激光器输出能量大于220 mJ的情况下, 设计制作的紫铜翅片散热器可满足激光器连续工作的散热要求, 且有15%左右的设计余量; 此热仿真方法与实际情况有很好的匹配效果, 可用于后续的散热器设计指导。该研究为激光器更深层次的热设计提供了有效参考。
2024, 48(2): 261-267.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.02.018
摘要:
为了研究基于分数涡旋光束的偏振奇点在自由空间的动态传输特性, 采用数值模拟的方法, 进行了理论分析和数据仿真, 得到基于分数圆艾里涡旋光束的偏振奇点在自由空间传输时拓扑结构的演变。结果表明, 无论在初始平面内是否含有圆偏振奇点, 基于分数圆艾里涡旋光束的偏振奇点的自聚焦特性都会在传播过程中影响光场的拓扑结构, 使得光场在传输之初并不包含圆偏振奇异点, 但是在经过其自聚焦距离传输之后, 光场中将会出现若干个圆偏振奇点; 与基于整数圆艾里涡旋光束的偏振奇点相比, 两者均具有奇异拓扑结构的自恢复特性, 而基于分数的涡旋光束会给恢复后的光场中带来更多的圆偏振奇点。该工作将加深对偏振奇点传输特性的理解, 为其应用提供理论基础, 并拓宽圆艾里光束的应用范围。
为了研究基于分数涡旋光束的偏振奇点在自由空间的动态传输特性, 采用数值模拟的方法, 进行了理论分析和数据仿真, 得到基于分数圆艾里涡旋光束的偏振奇点在自由空间传输时拓扑结构的演变。结果表明, 无论在初始平面内是否含有圆偏振奇点, 基于分数圆艾里涡旋光束的偏振奇点的自聚焦特性都会在传播过程中影响光场的拓扑结构, 使得光场在传输之初并不包含圆偏振奇异点, 但是在经过其自聚焦距离传输之后, 光场中将会出现若干个圆偏振奇点; 与基于整数圆艾里涡旋光束的偏振奇点相比, 两者均具有奇异拓扑结构的自恢复特性, 而基于分数的涡旋光束会给恢复后的光场中带来更多的圆偏振奇点。该工作将加深对偏振奇点传输特性的理解, 为其应用提供理论基础, 并拓宽圆艾里光束的应用范围。
2024, 48(2): 268-273.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.02.019
摘要:
为了充分了解大口径主镜镀膜时热应力及自身重力的分布规律, 达到控制反射镜面形变化、提高成膜质量的目的, 采用有限元分析方法, 对大口径主镜反射膜的生长热应力及重力对反射镜面形的影响进行了理论分析和研究。结果表明, 大口径主镜反射膜更容易在靠近边缘位置处出现剥落和损坏情况; 大口径主镜镀膜过程中, 自身重力引起的反射镜面形变化对镀膜质量会产生较大影响, 需要进行重力消除处理; 3000 mm口径的主镜在采用镜面向上、向下蒸发膜料的方式镀膜时, 需要对支撑方式进行优化设计。该研究为大口径反射镜镀膜时控制热应力及重力对反射镜面形的影响提供了参考。
为了充分了解大口径主镜镀膜时热应力及自身重力的分布规律, 达到控制反射镜面形变化、提高成膜质量的目的, 采用有限元分析方法, 对大口径主镜反射膜的生长热应力及重力对反射镜面形的影响进行了理论分析和研究。结果表明, 大口径主镜反射膜更容易在靠近边缘位置处出现剥落和损坏情况; 大口径主镜镀膜过程中, 自身重力引起的反射镜面形变化对镀膜质量会产生较大影响, 需要进行重力消除处理; 3000 mm口径的主镜在采用镜面向上、向下蒸发膜料的方式镀膜时, 需要对支撑方式进行优化设计。该研究为大口径反射镜镀膜时控制热应力及重力对反射镜面形的影响提供了参考。
2024, 48(2): 145-152.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.02.001
摘要:
为了精确测定待测气体的体积分数，提高可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)的稳定性，优化了TDLAS气体检测系统的扫描信号。基于HITRAN数据库，选定了甲烷气体在1654 nm附近吸收峰，计算出含甲烷、水蒸气和二氧化碳混合气体的吸收系数；使用可视化仿真工具对气体检测系统进行理论仿真，同时通过搭建的气体检测系统验证仿真结果。结果表明，通过优化扫描信号，提高了检测系统的稳定性，偏差值从0.3%降至0.07%；建立了2次谐波信号均值与气体体积分数的反演模型，线性拟合的相关系数R2=99.99%。此研究为提升TDLAS系统的稳定性和准确性，及实现高稳定气体检测具有一定的参考价值。
为了精确测定待测气体的体积分数，提高可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)的稳定性，优化了TDLAS气体检测系统的扫描信号。基于HITRAN数据库，选定了甲烷气体在1654 nm附近吸收峰，计算出含甲烷、水蒸气和二氧化碳混合气体的吸收系数；使用可视化仿真工具对气体检测系统进行理论仿真，同时通过搭建的气体检测系统验证仿真结果。结果表明，通过优化扫描信号，提高了检测系统的稳定性，偏差值从0.3%降至0.07%；建立了2次谐波信号均值与气体体积分数的反演模型，线性拟合的相关系数R2=99.99%。此研究为提升TDLAS系统的稳定性和准确性，及实现高稳定气体检测具有一定的参考价值。
2024, 48(2): 166-170.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.02.004
摘要:
为了快速精确测量平板显示器的光亮度，采用基于线性渐变滤光片的成像光谱仪进行了理论分析和实验验证，讨论了以线性渐变滤光片为核心的成像光谱仪的原理、结构及应用特点，建立了光源光亮度-输出灰度值的数学转换模型，以及基于LED积分球光源和分光光谱辐射亮度计的成像光谱仪光谱定标与辐射定标装置，得到了目标的光谱立方体数据，并计算出目标各点的绝对光谱功率分布曲线。结果表明，测量显示屏的相对示值误差小于3%，达到了国标光亮度测量所规定的一级测量精度要求，实现了对面光源光亮度的快速精确测量。该研究为优化显示器行业的质量控制和产品调控提供了有利参考。
为了快速精确测量平板显示器的光亮度，采用基于线性渐变滤光片的成像光谱仪进行了理论分析和实验验证，讨论了以线性渐变滤光片为核心的成像光谱仪的原理、结构及应用特点，建立了光源光亮度-输出灰度值的数学转换模型，以及基于LED积分球光源和分光光谱辐射亮度计的成像光谱仪光谱定标与辐射定标装置，得到了目标的光谱立方体数据，并计算出目标各点的绝对光谱功率分布曲线。结果表明，测量显示屏的相对示值误差小于3%，达到了国标光亮度测量所规定的一级测量精度要求，实现了对面光源光亮度的快速精确测量。该研究为优化显示器行业的质量控制和产品调控提供了有利参考。
2024, 48(2): 171-179.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.02.005
摘要:
为了验证基于脉冲激光作用的发射药能量性能参数快速测量方法的有效性，采用实验方法研究了脉冲激光作用下单、双、三基发射药和单晶冰糖的冲击波及等离子体特性，得到了激光参数对脉冲激光作用过程的影响规律以及单基发射药与单晶冰糖的冲击波、等离子体图像差异。结果表明，单基发射药的冲击波及等离子体膨胀特性主要受其化学反应释能的影响，而冰糖主要受激光辐照度的影响；采用支持向量机回归算法，建立了单、双、三基发射药激光作用下的冲击波特征速度与其火药力、爆热、爆温的线性定标模型，得到的决定系数R2值分别为0.9912、0.9998、0.9999。该方法对发射药火药力、爆热及爆温有较好的预测能力，为脉冲激光与含能材料作用的研究提供了参考。
为了验证基于脉冲激光作用的发射药能量性能参数快速测量方法的有效性，采用实验方法研究了脉冲激光作用下单、双、三基发射药和单晶冰糖的冲击波及等离子体特性，得到了激光参数对脉冲激光作用过程的影响规律以及单基发射药与单晶冰糖的冲击波、等离子体图像差异。结果表明，单基发射药的冲击波及等离子体膨胀特性主要受其化学反应释能的影响，而冰糖主要受激光辐照度的影响；采用支持向量机回归算法，建立了单、双、三基发射药激光作用下的冲击波特征速度与其火药力、爆热、爆温的线性定标模型，得到的决定系数R2值分别为0.9912、0.9998、0.9999。该方法对发射药火药力、爆热及爆温有较好的预测能力，为脉冲激光与含能材料作用的研究提供了参考。
2024, 48(2): 180-187.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.02.006
摘要:
为了有效提高碳化硅陶瓷材料抛光精度，采用了一种红外脉冲和超快紫外皮秒激光双光束抛光碳化硅陶瓷技术。通过红外纳秒激光与超快紫外皮秒激光抛光碳化硅陶瓷材料激光双光束抛光方法，实验研究了激光功率、重复频率、扫描速率、离焦量等抛光工艺参数对抛光SiC表面质量的影响。结果表明，在激光功率24 W、扫描速率200 mm/s、激光重复频率500 kHz、离焦1 mm时，陶瓷表面粗糙度达到最优，激光双光束抛光和单光束抛光原始粗糙度碳化硅2.87 μm分别下降至0.42 μm和0.53 μm；激光双光束抛光SiC陶瓷致密化，陶瓷表面呈现有规律的整齐排列，且碳化硅抛光表面的晶粒平均大小为1.48 μm，表面力学性能得到改善。该研究为陶瓷等硬脆材料激光精密抛光提供了参考。
为了有效提高碳化硅陶瓷材料抛光精度，采用了一种红外脉冲和超快紫外皮秒激光双光束抛光碳化硅陶瓷技术。通过红外纳秒激光与超快紫外皮秒激光抛光碳化硅陶瓷材料激光双光束抛光方法，实验研究了激光功率、重复频率、扫描速率、离焦量等抛光工艺参数对抛光SiC表面质量的影响。结果表明，在激光功率24 W、扫描速率200 mm/s、激光重复频率500 kHz、离焦1 mm时，陶瓷表面粗糙度达到最优，激光双光束抛光和单光束抛光原始粗糙度碳化硅2.87 μm分别下降至0.42 μm和0.53 μm；激光双光束抛光SiC陶瓷致密化，陶瓷表面呈现有规律的整齐排列，且碳化硅抛光表面的晶粒平均大小为1.48 μm，表面力学性能得到改善。该研究为陶瓷等硬脆材料激光精密抛光提供了参考。
2024, 48(2): 196-203.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.02.008
摘要:
为了实现图像全站仪望远镜相机和广角相机的高精度标定, 采用单目标旋转摄影法推导了旋转摄影模式下图像全站仪的相机标定模型, 并对模型参数展开相关性分析, 针对其中存在的参数耦合问题, 提出了双盘观测法进行参数解耦; 对单目标旋转摄影方法的可行性进行了实验验证, 取得了图像全站仪望远镜相机和广角相机的高精度标定结果。结果表明, 标定得到的相机参数可用于不同摄影距离的图像测量, 望远镜相机标定点重投影误差平均为1.0 pixel, 对应图像角分辨率达2.0″; 望远镜相机定焦摄影时标定点重投影误差平均为0.15 pixel, 对应图像角分辨率达0.3″; 广角相机标定点重投影误差平均为0.6 pixel, 对应图像角分辨率达13.3″。该研究对提高图像全站仪的图像测量精度及拓展其相关应用有一定参考意义。
为了实现图像全站仪望远镜相机和广角相机的高精度标定, 采用单目标旋转摄影法推导了旋转摄影模式下图像全站仪的相机标定模型, 并对模型参数展开相关性分析, 针对其中存在的参数耦合问题, 提出了双盘观测法进行参数解耦; 对单目标旋转摄影方法的可行性进行了实验验证, 取得了图像全站仪望远镜相机和广角相机的高精度标定结果。结果表明, 标定得到的相机参数可用于不同摄影距离的图像测量, 望远镜相机标定点重投影误差平均为1.0 pixel, 对应图像角分辨率达2.0″; 望远镜相机定焦摄影时标定点重投影误差平均为0.15 pixel, 对应图像角分辨率达0.3″; 广角相机标定点重投影误差平均为0.6 pixel, 对应图像角分辨率达13.3″。该研究对提高图像全站仪的图像测量精度及拓展其相关应用有一定参考意义。
2024, 48(2): 216-222.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.02.011
摘要:
为了探寻空化现象对水导激光微水束稳定性影响, 利用计算流体动力学的方法, 分别在不考虑空化和考虑空化的情况下, 对从典型喷嘴出射的水射流进行了数值模拟分析, 研究了空化现象的产生机理及对微水束稳定性的影响。结果表明, 在入口直径为0.1 mm、圆柱段长径比为1、上边缘锐利的喷嘴结构下, 随着入口压力从0.2 MPa增大到16 MPa, 水射流与喷嘴壁面分离后再次附着的长度逐渐增大, 并且空化会导致该长度延长; 在入口压力小于6 MPa的情况下, 不考虑空化的水射流在稳定后会贴着喷嘴壁面流下, 而添加空化模型使得水束形成翻转流。该研究对设计满足水导激光工艺的喷嘴结构有着重要的参考价值。
为了探寻空化现象对水导激光微水束稳定性影响, 利用计算流体动力学的方法, 分别在不考虑空化和考虑空化的情况下, 对从典型喷嘴出射的水射流进行了数值模拟分析, 研究了空化现象的产生机理及对微水束稳定性的影响。结果表明, 在入口直径为0.1 mm、圆柱段长径比为1、上边缘锐利的喷嘴结构下, 随着入口压力从0.2 MPa增大到16 MPa, 水射流与喷嘴壁面分离后再次附着的长度逐渐增大, 并且空化会导致该长度延长; 在入口压力小于6 MPa的情况下, 不考虑空化的水射流在稳定后会贴着喷嘴壁面流下, 而添加空化模型使得水束形成翻转流。该研究对设计满足水导激光工艺的喷嘴结构有着重要的参考价值。
2024, 48(2): 229-234.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.02.013
摘要:
为了提高异种钢焊接质量, 采用激光焊技术填充ER308L焊丝对Q345B低合金钢与304不锈钢两种异质材料进行焊接。在不同的激光功率下, 采用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪等对焊接接头进行了深入的表征和分析。结果表明, 当激光功率高于3 kW时, 接头处得以焊透, 4 kW、4.5 kW和5 kW这3种焊缝截面均呈现束腰现象, 且焊缝组织均为典型的板条状马氏体, 其中5 kW焊接件焊缝所含的板条马氏体更加细小, 表现出最高的硬度值; 4 kW焊接件的抗拉强度达到590 MPa, 随着激光功率的增大, 焊接件的抗拉强度逐步下降; 焊缝中主要出现了Cr2Ni3、Fe2Ni3、α-Fe等相, 没有大量出现对质量有较大影响的M23C6和σ相等有害相。采用激光填丝焊接技术能够实现Q345B/304异种钢的高质量焊接。
为了提高异种钢焊接质量, 采用激光焊技术填充ER308L焊丝对Q345B低合金钢与304不锈钢两种异质材料进行焊接。在不同的激光功率下, 采用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪等对焊接接头进行了深入的表征和分析。结果表明, 当激光功率高于3 kW时, 接头处得以焊透, 4 kW、4.5 kW和5 kW这3种焊缝截面均呈现束腰现象, 且焊缝组织均为典型的板条状马氏体, 其中5 kW焊接件焊缝所含的板条马氏体更加细小, 表现出最高的硬度值; 4 kW焊接件的抗拉强度达到590 MPa, 随着激光功率的增大, 焊接件的抗拉强度逐步下降; 焊缝中主要出现了Cr2Ni3、Fe2Ni3、α-Fe等相, 没有大量出现对质量有较大影响的M23C6和σ相等有害相。采用激光填丝焊接技术能够实现Q345B/304异种钢的高质量焊接。
2024, 48(2): 255-260.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.02.017
摘要:
为了提高国产雾滴谱仪的雾滴粒子粒径测量准确性, 采用标准粒子进行雾滴谱的散射响应测试, 并用最小均方算法对实际测量的雾滴谱的散射响应信号进行了反演, 通过理论分析与实验验证, 取得了最小均方算法在不同标准粒子响应信号下的粒径反演数据。结果表明, 最小均方算法对标准粒子分布的反演能够减小粒径的分布误差, 使不同尺寸的粒子得到准确区分, 尺寸区分精度可以达到1 μm。该研究为雾滴谱仪的精度提升提供了参考。
为了提高国产雾滴谱仪的雾滴粒子粒径测量准确性, 采用标准粒子进行雾滴谱的散射响应测试, 并用最小均方算法对实际测量的雾滴谱的散射响应信号进行了反演, 通过理论分析与实验验证, 取得了最小均方算法在不同标准粒子响应信号下的粒径反演数据。结果表明, 最小均方算法对标准粒子分布的反演能够减小粒径的分布误差, 使不同尺寸的粒子得到准确区分, 尺寸区分精度可以达到1 μm。该研究为雾滴谱仪的精度提升提供了参考。
2024, 48(2): 188-195.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.02.007
摘要:
为了满足接入网日益增长的业务流量需求，解决当前因架构固定、资源维度有限而导致的不同无源光网络之间波长无法灵活分配的的问题，提出了一种将发射固定波长的激光器与光开关阵列组合的时分波分混合复用无源光网络结构。在这种新的系统结构中，下行波长资源被集中化处理，采用在局端配置光开关阵列的方法实现波长在不同网络之间的灵活调度，降低系统总体成本的同时能够用来解决负载平衡、流量“潮汐效应”、网络资源利用率低下等问题。通过理论分析和仿真实验验证了系统的可行性，得出该结构与传统无源光网络的兼容性、波长资源的共享性、系统低成本以及节能的特点。结果表明，在没有色散补偿的情况下，信号可以覆盖30 km的传输距离，同时服务512个用户。该研究可以为典型应用场景下的无源光网络部署提供参考。
为了满足接入网日益增长的业务流量需求，解决当前因架构固定、资源维度有限而导致的不同无源光网络之间波长无法灵活分配的的问题，提出了一种将发射固定波长的激光器与光开关阵列组合的时分波分混合复用无源光网络结构。在这种新的系统结构中，下行波长资源被集中化处理，采用在局端配置光开关阵列的方法实现波长在不同网络之间的灵活调度，降低系统总体成本的同时能够用来解决负载平衡、流量“潮汐效应”、网络资源利用率低下等问题。通过理论分析和仿真实验验证了系统的可行性，得出该结构与传统无源光网络的兼容性、波长资源的共享性、系统低成本以及节能的特点。结果表明，在没有色散补偿的情况下，信号可以覆盖30 km的传输距离，同时服务512个用户。该研究可以为典型应用场景下的无源光网络部署提供参考。
2024, 48(2): 210-215.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.02.010
摘要:
为了充分利用计算机的计算性能提高基于点源模型的计算全息图(CGH)的生成速度, 设计了基于多核中央处理单元(CPU)和图形处理单元(GPU)的计算全息图快速生成系统, 并对该系统进行了优化。首先采用统一架构平台设计并实现了基于点源模型的计算全息图生成系统, 提出了计算的优化策略; 然后根据优化的计算公式来减少计算量; 最后对任务调试等进行优化, 构建CPU的并行计算系统, 其中一个核心负责启动函数和传输数据, 其余核心承担一部分计算任务, 进一步提高计算速度。结果表明, 设计的系统能让CPU和GPU的性能均得到充分利用, 在同等配置的计算硬件条件下, 生成计算全息图的加速比较GPU系统计算全息图的加速比提高了4~4.75倍, 可以有效提高计算全息图的生成速度。该研究对快速生成3维场景全息图是有帮助的。
为了充分利用计算机的计算性能提高基于点源模型的计算全息图(CGH)的生成速度, 设计了基于多核中央处理单元(CPU)和图形处理单元(GPU)的计算全息图快速生成系统, 并对该系统进行了优化。首先采用统一架构平台设计并实现了基于点源模型的计算全息图生成系统, 提出了计算的优化策略; 然后根据优化的计算公式来减少计算量; 最后对任务调试等进行优化, 构建CPU的并行计算系统, 其中一个核心负责启动函数和传输数据, 其余核心承担一部分计算任务, 进一步提高计算速度。结果表明, 设计的系统能让CPU和GPU的性能均得到充分利用, 在同等配置的计算硬件条件下, 生成计算全息图的加速比较GPU系统计算全息图的加速比提高了4~4.75倍, 可以有效提高计算全息图的生成速度。该研究对快速生成3维场景全息图是有帮助的。
2024, 48(2): 240-248.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.02.015
摘要:
为了比较几种3维重建方法的优劣, 采用一种评价方法进行理论分析和实验验证, 建立了条纹噪声干扰的包裹相位误差模型, 求出包裹相位误差的最大方差, 然后对3种经典的双频相位展开算法的相位展开可靠性进行了分析和对比。结果表明, 双频四步相移算法4fh+4fl的抗干扰能力最强, 其重建物体表面平滑无褶皱; 其次是3fh+3fl算法, 其相位误差数量为4fh+4fl的169.7%和126.9%;3fh+2fl算法重建面形存在大量褶痕, 测量精度最差; 3fh+2fl算法的相位误差数量为4fh+4fl的442.6%和388.8%, 但相比于4fh+4fl算法和3fh+3fl算法, 测量效率提升了37.5%和16.6%。该研究为评价各双频相移法的优劣提供了一种方法, 并为以上3种算法的选择提供了参考。
为了比较几种3维重建方法的优劣, 采用一种评价方法进行理论分析和实验验证, 建立了条纹噪声干扰的包裹相位误差模型, 求出包裹相位误差的最大方差, 然后对3种经典的双频相位展开算法的相位展开可靠性进行了分析和对比。结果表明, 双频四步相移算法4fh+4fl的抗干扰能力最强, 其重建物体表面平滑无褶皱; 其次是3fh+3fl算法, 其相位误差数量为4fh+4fl的169.7%和126.9%;3fh+2fl算法重建面形存在大量褶痕, 测量精度最差; 3fh+2fl算法的相位误差数量为4fh+4fl的442.6%和388.8%, 但相比于4fh+4fl算法和3fh+3fl算法, 测量效率提升了37.5%和16.6%。该研究为评价各双频相移法的优劣提供了一种方法, 并为以上3种算法的选择提供了参考。
2024, 48(2): 249-254.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.02.016
摘要:
为了适应未来低轨卫星轻量化和低成本的发展趋势, 满足星间激光快速建链的使用需求, 对星间激光配置原则进行了分析, 采用转台式激光载荷和固定式激光载荷相结合的载荷配置方式, 分别用于异轨道面间和同轨道面内的星间建链, 设计了基于在轨恒星标校、信标光辅助建链和光轴一致性的激光载荷快速星间建链方案, 并介绍了全流程。结果表明, 星间激光载荷建链时间小于30 s, 可实现长时间的星间激光稳定跟踪通信。该研究结果有助于推动星间激光通信的发展和大规模在轨应用。
为了适应未来低轨卫星轻量化和低成本的发展趋势, 满足星间激光快速建链的使用需求, 对星间激光配置原则进行了分析, 采用转台式激光载荷和固定式激光载荷相结合的载荷配置方式, 分别用于异轨道面间和同轨道面内的星间建链, 设计了基于在轨恒星标校、信标光辅助建链和光轴一致性的激光载荷快速星间建链方案, 并介绍了全流程。结果表明, 星间激光载荷建链时间小于30 s, 可实现长时间的星间激光稳定跟踪通信。该研究结果有助于推动星间激光通信的发展和大规模在轨应用。
2024, 48(2): 274-280.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.02.020
摘要:
为了有效抑制激光投影显示中的散斑, 基于散斑统计理论, 建立了光纤长度与光纤末端出射光场衬比度的数值表达式; 采用积分散斑统计学方法理论分析了级联位相片散射特性和运动特性对散斑衬比度的影响; 实验研究了不同光纤长度下振动光纤前后图像的散斑衬比度; 比较了运用散斑抑制技术和复合散斑抑制技术所获得的散斑图像衬比度。结果表明, 采用振动10 m多模光纤与旋转级联位相片相结合的复合散斑抑制技术, 可将散斑衬比度降低到3.76%;采用复合散斑抑制技术将增加系统自由度, 从而更有效地抑制散斑。该研究为激光投影显示中开展复合散斑抑制技术研究工作提供了参考。
为了有效抑制激光投影显示中的散斑, 基于散斑统计理论, 建立了光纤长度与光纤末端出射光场衬比度的数值表达式; 采用积分散斑统计学方法理论分析了级联位相片散射特性和运动特性对散斑衬比度的影响; 实验研究了不同光纤长度下振动光纤前后图像的散斑衬比度; 比较了运用散斑抑制技术和复合散斑抑制技术所获得的散斑图像衬比度。结果表明, 采用振动10 m多模光纤与旋转级联位相片相结合的复合散斑抑制技术, 可将散斑衬比度降低到3.76%;采用复合散斑抑制技术将增加系统自由度, 从而更有效地抑制散斑。该研究为激光投影显示中开展复合散斑抑制技术研究工作提供了参考。
2024, 48(2): 281-287.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.02.021
摘要:
为了解决基于高光谱成像技术的小麦种子纯度检测过程中样本不均衡及波段信息冗余导致纯度检测模型性能下降的问题, 提出了一种融合合成少数类过采样技术(SMOTE)、非信息变量剔除(UVE)和支持向量机(SVM)的种子纯度高光谱检测模型。该模型利用SMOTE算法对小麦种子少数类(杂质)样本进行扩充, 改善样本的不均衡性; 同时利用UVE对高维的高光谱特征进行选择, 并构建SVM模型作为分类器, 以进一步提高分类的性能。结果表明, 5类小麦种子的平均准确率、精确率和负样本检出率分别达到95.98%、94.94%和89.32%, 较传统方法分别提高了3.89%、7.18%和12.42%。所提出的方法在基于高光谱成像技术的小麦种子纯度检测中具有较好的应用前景。
为了解决基于高光谱成像技术的小麦种子纯度检测过程中样本不均衡及波段信息冗余导致纯度检测模型性能下降的问题, 提出了一种融合合成少数类过采样技术(SMOTE)、非信息变量剔除(UVE)和支持向量机(SVM)的种子纯度高光谱检测模型。该模型利用SMOTE算法对小麦种子少数类(杂质)样本进行扩充, 改善样本的不均衡性; 同时利用UVE对高维的高光谱特征进行选择, 并构建SVM模型作为分类器, 以进一步提高分类的性能。结果表明, 5类小麦种子的平均准确率、精确率和负样本检出率分别达到95.98%、94.94%和89.32%, 较传统方法分别提高了3.89%、7.18%和12.42%。所提出的方法在基于高光谱成像技术的小麦种子纯度检测中具有较好的应用前景。
2024, 48(2): 288-294.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.02.022
摘要:
为了利用点云技术更好地获取地表信息, 用无人机AA1300的内置光学镜头采集影像数据, 构建2-D的数字正射影像地图(DOM), 悬挂GS-1350N镜头采集3-D的激光雷达点云; 通过k最近邻法(KNN)、支持向量机法(SVM)和随机森林法(RF)来实现DOM分类, 用定量分析中精度高的方法分类3-D点云, 并进行了2-D和3-D的分类映射对比分析。结果表明, 2-D的DOM分类中, 相对于KNN和SVM, RF的kappa系数分别高3.74%和2.16%, 全局精度分别高4.04% 和2.88%;2-D的分类结果通过直接线性变换到3-D点云中, 可实现2-D和3-D的点云分类, 映射精度达94.15%;而在相同条件下, 相对于2-D/3-D点云映射, 直接3-D点云分类能更完整地呈现地物信息。3-D点云的精准分类对获取地表信息是有帮助的。
为了利用点云技术更好地获取地表信息, 用无人机AA1300的内置光学镜头采集影像数据, 构建2-D的数字正射影像地图(DOM), 悬挂GS-1350N镜头采集3-D的激光雷达点云; 通过k最近邻法(KNN)、支持向量机法(SVM)和随机森林法(RF)来实现DOM分类, 用定量分析中精度高的方法分类3-D点云, 并进行了2-D和3-D的分类映射对比分析。结果表明, 2-D的DOM分类中, 相对于KNN和SVM, RF的kappa系数分别高3.74%和2.16%, 全局精度分别高4.04% 和2.88%;2-D的分类结果通过直接线性变换到3-D点云中, 可实现2-D和3-D的点云分类, 映射精度达94.15%;而在相同条件下, 相对于2-D/3-D点云映射, 直接3-D点云分类能更完整地呈现地物信息。3-D点云的精准分类对获取地表信息是有帮助的。
2024, 48(2): 159-165.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.02.003
摘要:
为了研究高能激光系统内光路中合束镜受强激光辐射会产生温升和热变形等问题，建立了热仿真的理论模型，采用有限元分析软件分析了不同激光功率辐照下以硅、碳化硅、石英玻璃和微晶玻璃为基底材料的合束镜的温升和热变形，以及极端环境下以石英玻璃、微晶玻璃为基底材料的合束镜的温升和热变形。结果表明，在22 ℃时，30 kW的单光束激光照射10 s后，4种基底材料中，碳化硅的温度为23.718 ℃是最低的，微晶玻璃的热形变为0.00115是最小的；30 kW总功率的6个光束激光照射时，微晶玻璃的热形变为0.000399 μm，且石英玻璃的热形变比微晶玻璃高出18.8倍；在极端环境下，热形变最小的基底材料也是微晶玻璃；4种基底材料中，微晶玻璃最适合作为高能激光系统中合束镜的基底材料。此研究结果对高能激光系统设计有着一定的实际参考价值。
为了研究高能激光系统内光路中合束镜受强激光辐射会产生温升和热变形等问题，建立了热仿真的理论模型，采用有限元分析软件分析了不同激光功率辐照下以硅、碳化硅、石英玻璃和微晶玻璃为基底材料的合束镜的温升和热变形，以及极端环境下以石英玻璃、微晶玻璃为基底材料的合束镜的温升和热变形。结果表明，在22 ℃时，30 kW的单光束激光照射10 s后，4种基底材料中，碳化硅的温度为23.718 ℃是最低的，微晶玻璃的热形变为0.00115是最小的；30 kW总功率的6个光束激光照射时，微晶玻璃的热形变为0.000399 μm，且石英玻璃的热形变比微晶玻璃高出18.8倍；在极端环境下，热形变最小的基底材料也是微晶玻璃；4种基底材料中，微晶玻璃最适合作为高能激光系统中合束镜的基底材料。此研究结果对高能激光系统设计有着一定的实际参考价值。
2024, 48(2): 223-228.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.02.012
摘要:
为了科学地评估激光漫反射板在激光角度欺骗干扰过程中的防护效果, 采用坐标转换的方法, 将导引头接收到的指示激光和干扰激光的能量密度放在同一坐标系进行比较, 并计算出制导空域干扰覆盖率, 分析了漫反射板和目标的法线方向差异对防护效果的影响。结果表明, 对于典型立方体型目标, 当漫反射板的法线与目标垂直面的法线方位相同、俯仰相差在0°~60°范围时, 该垂直面的制导空域干扰覆盖率为100%, 仅当漫反射板的法线与目标顶部水平面的法线方向完全相同时, 该面的制导空域干扰覆盖才为100%;要实现全面的防护, 需要根据激光来袭方向和可能的被照射面, 设置多个漫反射板进行针对的防护。此研究方法和结果对于激光漫反射板的合理布设和使用有一定参考价值。
为了科学地评估激光漫反射板在激光角度欺骗干扰过程中的防护效果, 采用坐标转换的方法, 将导引头接收到的指示激光和干扰激光的能量密度放在同一坐标系进行比较, 并计算出制导空域干扰覆盖率, 分析了漫反射板和目标的法线方向差异对防护效果的影响。结果表明, 对于典型立方体型目标, 当漫反射板的法线与目标垂直面的法线方位相同、俯仰相差在0°~60°范围时, 该垂直面的制导空域干扰覆盖率为100%, 仅当漫反射板的法线与目标顶部水平面的法线方向完全相同时, 该面的制导空域干扰覆盖才为100%;要实现全面的防护, 需要根据激光来袭方向和可能的被照射面, 设置多个漫反射板进行针对的防护。此研究方法和结果对于激光漫反射板的合理布设和使用有一定参考价值。
