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主 管 单 位 中国电子科技集团公司

主 办 单 位 华北光电技术研究所

编 辑 出 版 《激光与红外》编辑部

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国 内 发 型 北京报刊发行局

邮 发 代 号 2-312

国 外 发 行 中国国际图书贸易集团有限公司

期刊简介
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  • 《激光与红外》杂志1971年创刊,是国内创刊最早的光电技术期刊之一,也是中国光学光电子行业协会、激光与红外专业情报网、中国电子学会量子电子学与光电子学分会的联合刊物。《激光与红外》杂志是报道以激光与红外为重点的光电子领域最新技术进展、成果应用、产业动态为主要内容的综合性技术期刊。

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  • 近日,本刊2020年第1~4期纸质版已通过邮局寄出.

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  • 根据北京市有关疫情管控要求和主办单位通知规定,近期内编辑、审稿及印刷、发行等相关工作不能正常运行,虽然制定了一些措施,但稿件处理和杂志发行仍受到一些影响。为此,将有关事项通知,请知悉。

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当期目录
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  • 激光武器在陆军全域作战中的运用

    李朝龙1, 李明辉1, 陈玉华2

    2020, Doi:

    Abstract:

    围绕陆军全域机动作战中面临的现实问题与挑战入手,针对激光武器系统在光电对抗、防空和战略防御中的独特作用,着重研究激光武器应对现实威胁的技术现状和发展趋势,对激光武器在陆军车载和机载两种模式下的运用方式和路径支撑进行分析,研提激光武器主要技术体系,通过展望其应用前景,分析国外主要激光对抗装备的发展历程,为陆军激光武器的近期发展目标提供思路。

  • 利用自加速光进行激光目标追踪理论及实验研究

    季云飞, 曹昌东

    2020, Doi:

    Abstract:

    将激光束准确地照到运动目标上是激光追踪系统重要核心问题。本文利用空间相位调制器设计了新型自加速光束,该光束可以沿预设轨道进行非直线传输,从而可以在一定范围内代替传统转台进行目标追踪。该类光束还具有无衍射的特点,提高了照射目标处激光能量密度。采用空间光调制技术在实验中实现了各种预设轨道的传输,验证了光束传输轨道的可控性及无衍射特性,为下一步该技术走向实用奠定了基础。

  • 基于SC分集的混合FSO/RF航空通信系统性能分析

    刘文亚, 赵尚弘, 王翔, 牟迪

    2020, Doi:

    Abstract:

    研究了基于选择合并(SC)分集的混合激光/射频(FSO/RF)航空通信系统性能,该系统设计简单且在发射端无需信道状态信息(CSI)。激光链路服从平均孔径效应下的Exponentiated Weibull大气湍流分布模型,射频采用Nakagami-m衰落信道模型,推导求出混合FSO/RF航空通信系统接收端信噪比的累积分布函数,进一步利用Meijer′s G函数推导了混合FSO/RF通信系统中断概率以及平均误码率的闭合表达式,通过仿真对比分析了不同湍流强度、调制方式及分集通信方案对系统中断、误码性能的影响。仿真结果表明,混合FSO/RF航空通信系统有效地利用了FSO及RF链路在不同大气信道条件下的互补性质,具有更优的中断和误码性能;采用BPSK调制能有效降低大气湍流对混合FSO/RF航空通信系统的影响;信噪比高时,并行传输、分集接收的通信方案对系统误码性能的改善要优于低阶调制对误码性能的改善。

  • 基于Fisher准则的Otsu法在光斑中心定位中的应用

    张明富, 段梦琨, 马月辉

    2020, Doi:

    Abstract:

    激光光斑中心检测广泛应用于基于视觉的形变量测系统中,故其检测算法的优劣直接影响系统量测精度。现有的光斑定位算法存在定位精度低,抗干扰能力差等问题,为了实现光斑的高精度定位,提出一种改进的激光光斑中心定位算法。该方法通过将Fisher准则函数应用于Otsu法对光斑图像进行阈值分割,降低了噪声干扰,提高了光斑定位精度。实验表明,与传统的阈值分割方法相比,光斑中心定位误差降低了40 %以上。

  • 激光熔覆Ni35+11%wc熔覆层的组织及耐腐蚀研究

    井振宇, 李新梅

    2020, Doi:

    Abstract:

    镍基合金熔覆层的耐腐蚀、耐磨性、硬度,是45钢零件表面技术改性的理想熔覆层。为节约45钢的成本,增加45钢零件使用寿命,研究了激光熔覆Ni35+11%wc熔覆层的组织及耐腐蚀性。采用Xrd、维氏硬度计,磨损实验,电化学腐蚀方式研究熔覆层的组织和性能。结果表明:熔覆层的主相为Fe2Ni7Si20、NiSi,与基体冶金结合良好。熔覆层的硬度值均在730 HV左右,自腐蚀电位是-0.833 V,自腐蚀电流密度是 0.981 A/m2,熔覆层tafel曲线正向偏移耐腐蚀性有所提高,熔覆层的磨擦系数低于基体。

  • GIS中HF气体检测用TDLAS传感器的设计及吸附实验

    唐峰1, 刘顺桂1, 吕启深1, 李新田2, 赫树开2, 曾晓哲2, 岳运奇2

    2020, Doi:

    Abstract:

    HF气体是气体绝缘封闭开关设备(GIS)中SF6气体的重要分解产物,是评价高压组合电器微水环境及故障隐患的重要指标,因此对HF气体的检测意义重大。采用分布式反馈激光器(DFB)的可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)的传感器来实现对GIS气室中HF气体的检测。设计了激光信号发射及接收电路,实现对发射激光信号的调制及对激光器温度的控制,并对探测输出信号进行动态放大及电压跟随,进一步提升系统的稳定性及灵敏度。搭建实验系统,对304不锈钢(SUS304)、聚四氟乙烯(PTFE)及偏聚二氟乙烯(PVDF)等3种材质光程池进行气体吸附实验,不同进样次数对应的谐波幅值指数拟合结果显示吸附饱和后二次谐波幅值基本保持不变,趋近恒定极值,一阶指数拟合相关系数R2分别为0.995、0.996、0.997,PVDF进样3次后达到吸附饱和,气体测试的响应时间为3 min,性能最优。吸附机理分析SUS304吸附过程中静电引力起到关键作用,而PVDF及PTFE材料微孔结构发达,Vander Waals force起主要作用。HF气体校准实验显示气体浓度与二次谐波幅值的线性关系良好,拟合系数R2为0.9985,浓度反演的最大绝对误差为-0.83,最大相对误差为-2 %,检测下限为0.85 ppm。综上,设计了用于GIS气室中HF气体检测的TDLAS传感器,实验验证了PVDF材质光程池在吸附时间及检测精度等方面的优势,并从物质结构角度对吸附机理进行了分析。

  • 煤样高度对激光测量煤灰分准确度影响的研究

    李云红1, 文达1, 李弘昊1, 周小计2, 刘喆2

    2020, Doi:

    Abstract:

    激光诱导击穿光谱是一种新型的物质元素分析技术,有无需样品预处理以及可同时测量多种组分等特点,是未来实时煤质检测的重要方法之一,其中关键的一个重要参数是煤灰分准确度。透镜到样品表面距离可以通过控制煤样高度来实现,煤样高度影响的信噪比以及稳定性需要深入的研究,对测量的煤灰分准确度有很大影响。本文搭建了一套激光测量煤灰分的实验平台,选取代表不同产地的三种国标煤样为对象,采用相同压力下压饼机制成的不同高度片状煤样在同样光路结构下进行实验。通过谱线强度和相对标准偏差比较煤样高度对激光测量煤灰分准确度的影响。我们以0.1 mm为间隔,比较不同位置的光谱强度以及相对标准偏差,实验结果表明:虽然煤样高度为6 mm时,激光恰好聚焦在煤样表面,但是当聚焦位置在样品表面以下0.1 mm,煤样高度为6.1 mm时,光谱强度适中,稳定性更好。综合考虑稳定性和信噪比,煤样高度的研究为进一步产品化奠定了基础。

  • 多脉冲激光的微弱信号探测能力分析研究

    门琳琳1, 2, 龙明亮1, 张海峰1, 3, 邓华荣1, 吴志波1, 3, 张忠萍1, 3

    2020, Doi:

    Abstract:

    激光测距雷达方程分析表明,多脉冲的包络总能量与脉冲能量相等单脉冲具有相同的测距能力。由偏振分束,增加两路光的光程,再由偏振合束的方法以及根据再生放大的特性,实现单个脉冲、双脉冲、四脉冲的2 kHz重复频率及等功率的532 nm皮秒多脉冲输出,以上海天文台千赫兹卫星激光测距系统为平台,实现各多脉冲下的卫星激光测距。分析卫星回波的有效点数,以及各脉冲的回波叠加后的精度,结果表明各输出方式的有效回波点数基本接近,精度与单脉冲的误差小于1 mm,验证了多脉冲总能量与脉冲能量相等单脉冲具有相同的测距能力。多脉冲相对单脉冲能够更好地提高整个脉冲包络的能量,增大激光测距的脉冲发射能量,有利用微弱信号激光的探测。

  • 一种碲镉汞长波红外探测器暗电流测试方法

    王亮, 徐长彬

    2020, Doi:

    Abstract:

    碲镉汞红外焦平面探测器的暗电流一般是在无法接受到外界热辐射的状态下进行测试,这种测试方法需要在特殊的杜瓦结构里进行测试,只能在实验室进行测试。本文介绍了一种在实际应用杜瓦结构中评价碲镉汞长波红外探测器暗电流的测试方法,该方法不需要改变组件结构,仅通过常规的性能测试和利用理论公式计算就可得到暗电流数值。对320×256 长波碲镉汞探测器组件的试验结果表明,用该方法得到的暗电流结果与实验室得到的暗电流结果非常接近,可作为红外焦平面探测器暗电流评估的快捷方法。

  • 热红外相机双目测距系统标定技术研究

    陆晓杰1, 2, 韩贵丞1, 2, 姚波1, 2, 蔡能斌3, 亓洪兴1, 2

    2020, Doi:

    Abstract:

    针对双目测距系统相机模型标定过程中,热红外相机与常用可见光相机的成像原理、图像质量、信噪比等存在的差异,对比了两种标定靶标:由黑色氧化铝板和镀镍铝板制成的棋盘格靶标、由黑色氧化铝板和镀镍钕铁磁制成的圆形点阵靶标,并分析了以上两者的标定结果。研究结果发现圆形点阵靶标相较棋盘格靶标误差更小,但两者的标定结果模型均具有较高的精度,可满足后续双目视觉的特征点匹配需求。本次研究对于双目视觉在热红外谱段中的应用具有一定的参考价值。

  • InGaAs/InP单光子探测器的研制

    刘云1, 2, 3, 李源1, 2, 徐焕银2, 李风雨2, 马伟2, 曹德良2, 朱向冰1

    2020, Doi:

    Abstract:

    InGaAs/InP单光子探测器是量子密钥分配系统中的重要器件,为了实现InGaAs/InP单光子探测器的国产化,本文采用国产元器件研制了一种InGaAs/InP单光子探测器,包括雪崩二极管、单片机模块、温控模块、偏置电压模块、门控信号模块和小信号处理模块,编写了程序。实验表明,在100 MHz门控条件下且制冷温度为-45 ℃时,探测器的最大探测效率约为25 %,当探测效率为10 %时,暗计数率约为5.8×10-6/ns,后脉冲率仅为1 %。本文研制的单光子探测器能够满足国产仪器设备的要求,对保障我国重点领域信息数据的安全具有显著的价值。

  • 基于小波变换的中波红外偏振图像融合

    张雨晨, 李江勇

    2020, Doi:

    Abstract:

    针对中波红外偏振图像的特征,给出了一种基于小波变换的融合新方法。根据中波红外偏振图像高低频图像特点选择不同的融合规则,针对低频图像采用偏振融合的方法来抑制背景信息,针对高频图像采用超分辨率重建算法来提升细节信息。实验结果显示,证融合后的红外图像比原始图像更加清晰,相较于仅偏振处理图像获得了更高的分辨率,相较于传统小波融合算法增加了偏振方面细节。

  • 抑制In元素在CdTe中的退火扩散

    王丛, 王文燕, 周朋, 赵超, 段建春, 周立庆

    2020, Doi:

    Abstract:

    分子束外延HgCdTe/InSb 材料需要阻止 In 元素在 HgCdTe 中的不受控扩散。我们使用 CdTe缓冲层作为阻挡层,以期控制 In 的扩散。为研究 In 元素在 CdTe 材料中的扩散,我们使用分子束外延方法获得CdTe/InSb样品。考虑到在退火时In 元素可能通过环境扩散污染材料,我们使用 SiO2 作为钝化层,通过对比试验发现 In 元素通过环境扩散污染表面的证据,为控制 In 元素的扩散提供新的思路。

  • 密闭式红外传感器的结构热设计研究

    贺媛, 温庆荣, 徐明轩, 张晓亮

    2020, Doi:

    Abstract:

    通过对密闭式红外传感器在高温环境下工作时的稳态热设计计算,进行产品的结构分析,并对该产品的结构热设计进行研究。利用Icepak热仿真软件对产品散热翅片的结构和风扇的选择与位置进行优化。最后根据仿真结果进行辅助结构热设计,进而达到节约设计成本,提高产品研发效率和产品可靠性的效果。

  • 基于激光外调制的频率可调谐光电振荡器

    方杰, 王菊, 于晋龙, 马闯, 谢田元, 于洋, 刘莉, 彭海涛

    2020, Doi:

    Abstract:

    为了实现光电振荡器(OEO)输出频率的可调谐,提出了一种基于外调制激光的频率可调谐光电振荡器。此方案在单环OEO的基础上增加一个由微波滤波器、电衰减器、电放大器和电移相器构成的电增益选频腔,通过调节电移相器的偏置电压可以等效改变电选频腔的腔长,从而改变其输出微波信号的频率;同时调节光延时线来改变光电振荡器的起振模式,通过电增益选频腔信号与光电振荡器自由振荡信号的电注入锁定,即可实现频率可调谐的光电振荡器,其输出信号的频率由锁定OEO模式的电增益选频腔决定。实验结果表明,本方案产生了频率调谐范围为10.05 GHz~10.09 GHz、调谐步长为400 kHz的输出信号,频率在40 MHz的范围内连续可调谐。在输出频率为10.0519 GHz时,其边模抑制比为60 dB,相位噪声为-115 dBc/Hz @10 kHz。该方案结构简单,既保留了单环OEO低相位噪声的优势,又能有效抑制边模,为实现频率可调谐OEO提供了一种新的方法。

  • 管式光纤光栅高温传感器封装及温度特性

    任越1, 2, 张钰民1, 2, 钟国舜3, 宋言明1, 2, 孟凡勇1, 2

    2020, Doi:

    Abstract:

    光纤光栅在高温环境下因丧失涂覆层保护而易断,制作了一种金属管式耐高温光纤光栅温度传感器。使用不锈钢管对飞秒激光刻写的纯石英光纤光栅进行保护封装,在100~450 ℃温度范围内,对其温度特性进行实验研究,实验结果表明:该传感器的灵敏度系数为12.7 pm/ ℃,线性相关系数高达0.995,具有很好的重复性。该封装方法简单快捷,封装的传感器稳定性好,机械强度高,可用于工程中的高温测量。

  • 高温下紫外光能量在线检测方法与设计

    王辉1, 王军1, 2, 董兴法1, 陈海松1

    2020, Doi:

    Abstract:

    目前市场上紫外光能量检测中存在辐射大、温度高、测量不便等问题。设计一种针对高温下通过光纤进行导光的紫外光能量在线检测方案。该方案将紫外光通过光纤传输至光电传感器进行光电转换处理,避免传感器高温下工作,并采用双传感器进行环境光滤除提高精度,进而采用高精度AD芯片将信号模拟量转换成数字量传输至主控制器STM32F103,经数据处理计算出相应的能量值和温度等参数,通过RS485总线传输方式进行数据传输至上位机进而实现实时监测。实验表明:整个系统运行稳定、耐高温、能够在线实时检测并分析紫外光能量变化,可广泛应用于工业自动化紫光检测领域。

  • 激光干扰红外预警卫星的有效压制区研究

    王枭, 张宇令, 李云成

    2020, Doi:

    Abstract:

    激光干扰是未来对抗红外预警卫星的理想手段,为辅助指挥员分析和制定激光器的部署方案,提出了激光干扰红外预警卫星的有效压制区指标。首先分析了红外预警卫星的预警探测原理和激光干扰红外预警卫星的作用机理;其次建立了红外预警卫星在无干扰及受干扰条件下的最大探测距离模型,并研究了SBIRS GEO卫星的最大探测距离;最后定义了激光干扰红外预警卫星的有效压制区指标,给出了计算方法,实例研究了激光干扰对SBIRS GEO扫描型和凝视型探测器的有效压制区,结果显示:只要输出功率足够强,对于扫描型探测器,一部激光器能够掩护我国全境,而对于凝视型探测器,则需要多部激光器协作配合才能实现对导弹上升段的全程掩护。

  • 空基跟踪平台变焦镜头光机热集成分析

    杜伟峰1, 刘永志2, 高文杰1, 胡雄超1

    2020, Doi:

    Abstract:

    针对空基光电跟踪平台可见光变焦镜头进行光机结构设计及光机热集成分析。依据跟踪镜头-20~50 ℃的温度适应性指标要求,对变焦镜头进行光机集成分析。首先,建立了变焦镜头的有限元模型。其次,采用Patran软件对光机系施加温度载荷计算镜头的热弹性变形,利用Nastran软件计算个各光学元件镜面节点变形后的点云刚体位移。最后,采用 Sigfit光机接口软件分析温度载荷工况下各光学组件镜面Zernike系数,将分析结果导入Zemax中考核镜片面型变化以及刚体位移变化对MTF的影响。分析结果表明:在-20~50 ℃的温度载荷下,光学系统全视场的MTF @100 lp/mm值均大于0.3,满足技术指标要求。最后通过温度可靠性实验对变焦镜头的温度适应能力以及光机集成分析准确性进行实验。

  • 一种全局优化的激光光斑亚像素定中算法

    徐尤南, 高文海, 宋小科, 余昌鑫

    2020, Doi:

    Abstract:

    根据激光光斑特征提出其中心位置检测方法,该法先假定激光光斑中心位置,再利用假定激光光斑中心点的投影圆上等效光强原理对其进行重建,并将重建前后两者的光强差的绝对值之和作为评价假定点与真实光斑中心距离的指标,最后,根据所述指标最小化原则求取激光光斑中心位置。理论分析表明,对于标准高斯分布的激光光斑,所述评价指标与假定点及真实光斑中心间的距离成正比,在真实光斑中心处,其评价指标值为零。对于实际激光光斑,在其中心处所述评价指标的值接近于零,为提高其抗噪声干扰能力,采用距离加权法作为其改进的评价指标。对有噪声干扰的实例计算结果表明,该法中心定位达到亚像素精度优于0.1 pixels,不仅定中精度高,而且算法速度快、稳定性好、抗干扰能力强。

  • 飞秒激光烧蚀光斑图像的双边滤波增强及FCM分割

    王福斌1, 孙海洋1, 王宜文1, 李李漫丝2

    2020, Doi:

    Abstract:

    飞秒激光烧蚀单晶硅材料过程中会伴随衍生等离子体发光,由CCD相机采集等离子体的光辐射信号可获得激光烧蚀光斑图像。针对光斑图像核心烧蚀区域易受光晕、烧蚀热过渡区域等因素影响问题,提出了烧蚀光斑图像的双边滤波增强结合模糊C均值聚类(FCM)分割策略,将光斑不同区域分割出来。首先,采用主成分分析(PCA)方法对光斑图像进行主成分提取,增强图像并去除噪声影响。其次,在PCA提取的第一主成分图像基础上,用双边滤波对光斑图像进一步增强处理,突出了光斑核心目标区域的层次。最后,采用模糊C-均值聚类(FCM)将光斑图像的各个区域精确的分割出来。通过与Canny算子结合高斯滤波的光斑图像分割效果对比表明,本文提出的光斑图像分割方法,对光斑核心区域、光斑细节及光斑层次分割方面具有优势。

  • 基于深度卷积神经网络的红外图像行人检测

    单巍, 王江涛, 陈得宝, 李素文

    2020, Doi:

    Abstract:

    红外图像中的行人检测一直是计算机视觉领域的研究热点与难点。针对传统的红外行人检测方法需要人工设计目标表达特征的弊端,本文从深度学习的角度出发,提出一种可以自动构建目标表达特征的红外行人检测卷积神经网络。在对卷积神经网络的实现原理进行分析的基础上,设计了红外行人检测卷积神经网络的初始结构,然后通过实验对初始结构进行调整,得到最终的检测神经网络。对实拍红外人体数据库进行行人检测的实验结果表明,该方法在保持低虚警率的同时可以对红外图像中的行人进行稳健检测,优于传统方法。

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