激光与光电子学进展

以5052铝合金板材为实验材料,采用控制变量法进行了单脉冲激光打孔实验,研究并得到了脉冲宽度、脉冲重复频率和离焦量等参数对激光打孔成形规律的影响,推荐了脉冲宽度、脉冲重复频率和离焦量等参数的合理选择范围,为5052铝合金脉冲激光微孔制造的工艺优化及参数选取提供了参考数据.研究表明脉冲宽度对孔径的影响比较大,脉冲重复频率对上下孔径的尺寸有影响(频率增大,上孔径变大,下孔径减小),通过合理降低脉冲重复频率、减小离焦量、增加脉冲宽度可以得到孔径小且锥度小的微孔.

半导体抽运Nd∶GdVO4主动调Q被动锁模激光器

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王旭葆
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吴丹
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王小磊
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刘俊
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米庆改
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报道了两种Nd:GdVO4主动调Q被动锁模激光器,利用自锁模(KLM)和半导体可饱和吸收耦合输出镜(SOC)锁模两种不同的被动锁模方式,分别与电光(EO)主动调Q元件相结合,获得了稳定的调Q锁模脉冲.主动调Q自锁模脉冲调Q包络重复频率为3 kHz,包络脉宽约1.2 μs,包络下锁模脉冲重复频率为159 MHz,锁模脉宽约963 ps.主动调Q SOC锁模脉冲调Q包络重复频率为10 kHz,包络脉宽约300 ns,包络下锁模脉冲重复频率为159 MHz,锁模脉宽约491 ps.分别提出了自锁模等效快饱和吸收体损耗和SOC的非线性损耗表达式,并给出了主动调Q自锁模激光器和主动调Q SOC锁模激光器的速率方程组.对比了两种主动调Q被动锁模激光器的输出特性,结合速率方程,提出了主动调Q SOC锁模受到两种锁模方式的叠加作用.

激光诱导冲击波加载下铝合金弯曲变形规律与表面特性研究

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曹子文
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邹世坤
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车志刚
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利用纳秒脉冲激光诱导冲击波对2024铝合金试片进行单面冲击成形实验,分析了冲击成形试片的弯曲变形、残余应力和表面形貌.研究发现,激光功率密度和覆盖率影响试片冲击表层的塑形应变大小及其分布,进而影响试片的弯曲变形;随着覆盖率增大,冲击表面趋于平整;相同激光冲击参数下厚度大于4mm的铝合金试板的曲率半径与试板厚度平方成正比,试片正/反面均为压应力分布,试片弯曲对正面强化表面的残余压应力具有松弛作用.

一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器的基本特性研究

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龚梦帆
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肖光宗
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傅杨颖
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张斌
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为了提高Y型腔正交偏振氦氖激光器的输出光特性,对激光器的腔体结构、增益区光路以及偏振分光片的加工工艺进行改进,研制出了新型一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器.介绍了该激光器的基本结构和工作原理,实验测试了激光器的输出光模式、输出光功率、频差闭锁特性和频差稳定性.与先前分立式结构的Y型腔正交偏振激光器相比较,详细分析了改进后的激光器的优势,特别指出了其在频差稳定性方面的提升.实验结果表明,利用一体化Y型腔结构可以实现激光器的频率分裂;通过调节P子腔反射镜上压电陶瓷的电压,可以线性调节激光器的输出频差;相比于分立式Y型腔激光器,一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器的输出光功率提高至647 μW,频差闭锁阈值降低至12 MHz,频差范围提高至12～1038 MHz,频差稳定性提高至1.2×105Hz.

材料吸收对二维光子晶体带隙和光谱的影响

苗雷 已出版文章查询
苗雷
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时家明
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赵大鹏
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研究了材料和基底的吸收对二维光子晶体的影响,采用传输矩阵法沿某一晶格方向对光子晶体进行分层,然后基于各层传输矩阵求解能带结构.研究发现,吸收使原来不存在带隙的频率上出现新带隙,而原有带隙则得到拓展,其中TE波受吸收的影响比TM波大.

超大数值孔径极紫外光刻物镜的公差分析

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孙圆圆
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李艳秋
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曹振
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超大数值孔径极紫外光刻物镜(NA ＞0.45)能够满足11 nm光刻技术节点的需求,而高分辨率成像对物镜系统的公差要求非常严格.针对一套数值孔径为0.50的极紫外投影物镜进行了补偿器选择和制造公差分析.通过对系统敏感元件结构参量构成的灵敏度矩阵进行奇异值分解(SVD)来选择像质补偿器.物镜系统的结构参量数目较多,而奇异值分解法要求灵敏度矩阵中结构参量数不多于像差数.为了满足奇异值分解法的要求,首先确定系统的敏感元件并选择敏感元件对应的结构参量构造灵敏度矩阵.再通过对该灵敏度矩阵进行奇异值分解确定有效的补偿器组合,从而弥补公差造成的像质恶化.采用上述方法确定了8个补偿器,并利用CODEV软件进行了公差分配.结果表明,系统波像差均方根值在97.7％的置信概率下小于0.5 nm,且最严公差控制在微米及微弧度量级.

抗差估计在机载激光雷达点云滤波中的应用

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刘志青
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李鹏程
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张保明
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郭海涛
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丁磊
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机载激光雷达(Lidar)点云数据滤波是Lidar数据后处理研究的重点和难点之一,也是首要解决的问题.传统曲面约束滤波算法利用最小二乘法拟合地形曲面,易受种子点粗差影响.针对这一问题,引入抗差估计理论改善曲面拟合效果,并设计自适应阈值确定的方法区分地面点与地物点.使用国际摄影测量与遥感学会(ISPRS)测试数据进行实验,与传统的8种经典滤波方法进行对比,实验结果表明,抗差估计能得到更为合理的拟合曲面,获取的滤波结果非常可靠,对各种地形的适应性较强,具备较高实用价值.

一种用于机载激光雷达波形分解的小波变换与广义高斯模型组合法

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张爱武
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刘诏
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李陶
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肖涛
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叶秋虹
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针对小光斑全波形机载激光雷达波形数据中叠加波难以解析和实测波形数据通常表现出展宽或尖峰形态的问题,提出一种基于小波变换与广义高斯模型的组合法(WT-GGM)来分解机载激光雷达波形数据.小波变换方法具有多分辨率分析的特性,在非平稳信号、微弱信号、瞬态信号及奇异信号的检测中显示出独特的优越性.广义高斯模型作为波形分量建模模型,通过调整其形状参数能有效地处理展宽或尖峰形态的波形分量.为了验证算法的有效性,分别对实验数据使用WT-GGM算法、商业软件常用的COG算法、GIPM算法和RGD算法进行分析,对比结果表明小波变换可以有效地从叠加波中检测出目标,WT-GGM算法分解出的目标数与GIPM算法和RGD算法结果基本相同,是COG算法的2倍.

光纤陀螺热漂移误差性能评价

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张勇刚
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李淑婷
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郜中星
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陈小炜
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光纤陀螺在实际应用中必须要考虑的一个问题是温度变化速率对其热漂移误差的影响.从理论上分析了温度变化对光纤陀螺热漂移误差的影响.进而设计了一个循环变温实验,得到了光纤陀螺在7种不同变温速率下的热漂移误差大小.根据实验数据,通过选择合适的函数参数,拟合得到了变温速率与光纤陀螺热漂移误差的关系式,并使拟合得到的误差最小.通过该拟合函数,可以得到光纤陀螺在任意变温速率下的热漂移误差大小,并依据拟合的函数参数对光纤陀螺的热性能进行评价.

短波红外成像系统的杂散辐射分析与抑制研究

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任国栋
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张良
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兰卫华
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赵延
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潘晓东
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针对短波红外镜头在成像中存在杂散辐射的问题,对该镜头进行杂散辐射分析与抑制研究.通过成像实验初步分析了镜头的杂散辐射现象,运用仿真软件Tracepro对该短波红外镜头建立分析模型,获取系统的点源透射率(PST),并针对实验现象进行光线追迹,找出可能的杂散辐射路径.通过增加遮光罩、修改结构件和添加消杂光涂层的方法来抑制杂散辐射.通过测量采取抑制措施后的系统的PST值证明了该措施有效、可靠,达到了抑制镜头杂散辐射、改善成像质量的目的.

基于可调谐半导体激光吸收光谱的甲烷传感系统

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曾盼
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倪屹
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高攀
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刘森
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实验设计了一种基于可调谐二极管激光吸收光谱技术的甲烷传感系统,主要针对宽温度范围、全浓度、高精度的实时检测仪器进行研究.优选1653.7 nm窄线宽分布反馈式激光器作为光源,采用多次反射气室,结合波长调谐和全数字锁相放大器的二次谐波信号检测技术,通过最小二乘法拟合不同温度和不同浓度下的二次谐波测量数据,对检测系统进行背景扣除和温度补偿,高精度地反演出甲烷气体的浓度.实验结果表明,系统在浓度为0～1％时的检测误差小于±0.02％,1％～ 100％时检测误差小于真值的±2％,响应时间小于10s.长时间的稳定性测试和高低温实验证实该系统可靠性高,能够稳定工作在宽温度范围内(0℃～40℃).该系统满足煤矿检测标准的要求,为防治瓦斯突出灾害提供了保障.

长拉锥双包层光纤在光纤激光领域的应用研究进展

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史尘
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王小林
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粟荣涛
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周朴
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许晓军
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陆启生
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锥形光纤是指在普通的柱形光纤上采用熔融拉锥、机械抛磨、化学腐蚀等手段形成的纤芯半径随长度变化的一种光纤,纤芯半径变化的部分被称为锥区.一段双包层光纤整段都为锥区时被称之为长拉锥双包层光纤(T-DCF,简称锥形光纤).总结了锥形光纤的发展,简述了锥形光纤在光纤激光领域的应用优势以及基本理论,并对长拉锥双包层光纤在光纤激光应用的发展趋势做了探讨.

脉冲激光沉积功能薄膜的研究进展

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脉冲激光沉积技术是制备先进光学薄膜与纳米光学器件的重要手段和前沿领域,是国际研究的热点.介绍了脉冲激光沉积技术原理与特点、制备功能薄膜的研究现状和发展动向,着重阐述了双激光沉积制备功能薄膜的研究现状与未来发展;同时基于更高的需求,针对脉冲激光沉积技术的特点,设计构建了结合动能粒子磁过滤技术的激光沉积系统,提出了融合原子层沉积技术的发展思想,为提高激光沉积功能薄膜性能提供了硬件支撑和技术指导.

提高MCrAlY涂层抗高温氧化性能方法的研究进展

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常规法制备的MCrAlY涂层具有等轴晶形态、微气孔与裂纹等问题,其抗高温氧化性能有待提高.基于此,国内外研究者提出了许多提高MCrAlY涂层抗高温氧化性能的方法.综述了这些方法,指出其存在的主要问题,并提出了激光-感应复合熔覆球磨诱导柱晶MCrAlY涂层新方法,即将NiCr粉(或NiCr粉、Co粉)、Al粉与Y2O3粉在高能球磨机内进行机械合金化处理,获得由γ-Ni/γ'-Ni3Al组成、形貌呈多角状以及内部存在大量缺陷的球磨MCrAlY粉末,然后感应预热高温合金基材的同时快速激光熔覆.该方法不仅获得了无裂纹的MCrAlY涂层,而且诱使MCrAlY涂层呈柱状晶生长,使其抗高温氧化性能大大提高.

地球大气临边背景红外辐射特性研究

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史波
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李瑞
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刘纯胜
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吴兴无
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飞行器所在环境的红外辐射特性对其红外特征存在着重要影响,因此对飞行器背景进行红外辐射研究很有必要.对地球大气系统进行观测时,视场中仅由大气区域构成的地气系统范围称为临边背景.基于中光谱分辨率大气辐射传输模式利用大气辐射传输理论建立了临边红外辐射计算模型,针对3～5 μm和8～14μm典型波段,计算了各纬度冬夏两季的临边背景红外辐射,获得了影响临边背景红外辐射的主要因素,即切线高度、纬度、季节、气溶胶和波段并对其进行分析,为地球临边背景红外辐射探测提供了理论支持.

基于宽谱大气CO2浓度探测的红外激光波长选择

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林宏
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周传磷
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赵娜
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黄攀立
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通过分析大气中CO2的超精细吸收光谱来选择适合宽谱大气CO2浓度探测的红外激光波长,为研制宽谱红外激光雷达提供了依据.宽谱红外激光雷达的光谱范围远大于普通差分吸收激光雷达的光谱范围,不需要较高的锁频技术,能够避免差分吸收激光雷达由于在on波长处偏移引起的测量误差.对比大气中水汽的吸收光谱、超辐射发光二极管(SLED)的发光光谱,以及铟镓砷(InGaAs)红外探测器的响应光谱,可以在理论上确定满足大气CO2浓度探测的宽谱红外激光中心波长约为1572 nm,波长范围约为1568～1575 nm.通过设计实验装置,得到中心波长为1571 nm,波长范围为1564～1578 nm,输出功率约为0.01 mW的宽谱红外激光.该波段宽谱红外激光避开了大气中水汽吸收的影响,而且模块简单、容易实现,对实现利用宽谱红外激光雷达探测大气CO2浓度分布有一定的帮助.

星载激光水下探测能量分析

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李英超
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胡源
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王超
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采用星载平台进行水下激光探测,具有覆盖面积大,探测效率高、机动性好、自身隐蔽性好、信息传输快等优点,但是实现难度较大.为了使反映目标特征的信息能量能够被探测器有效响应,激光脉冲信号需要通过空间信道、大气信道和海水信道,而且双向往返传输,整个链路情况非常复杂.通过建立激光传输模型,分析链路能量损耗,对星载激光水下目标探测的能量可行性进行理论验证.

基于光纤阵列的卡塞格伦收发一体天线

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雷思琛
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王天瑜
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卡塞格伦结构简单,安装方便,但次镜的盲区使天线的发射效率降低.基于此,设计了一种基于卡塞格伦望远镜的收发一体光学天线,充分利用卡塞格伦天线有效区域(盲区以外的部分)作为发射.通过4个自聚焦透镜胶合光纤结构的端面环形离轴发射代替激光器高斯沿轴发射,可有效规避次镜盲区的影响;用大芯径塑料光纤接收信号,不但耦合效率高,且便于发射-接收对准.实际测试结果表明:该天线系统易于对准,发射损耗低,满足一般无线光通信系统的要求,最终实现收发一体.

光纤布拉格光栅可调谐双向光分插复用器关键技术

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李国玉
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李燕
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贾素梅
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提出一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的可调谐双向光分插复用器(Bi-OADM),并对该OADM进行了理论分析和实验搭建.分别利用开环和闭环压电陶瓷(PZT)对OADM的上/下载波长进行调谐,调谐范围可达到6 nm(商用的8波长复用系统波长范围为5.6 nm),实验发现在小电压时采用开环控制,在大于80V时采用闭环控制,加载电压和卸载电压曲线重复性好.与此同时利用光开关和可选择路径机制,使OADM具有双向传输的功能,实验结果显示可调谐Bi-OADM的插入损耗能降低到4dB,由于采用了双向结构,当某一方向的光路(顺行)发生断路时,另一方向(逆行)能够继续传输信号,因此大大提高了OADM的可靠性.

基于LCoS的1×32端口灵活栅格的波长选择开关

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王义全
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可重构光分插复用器(ROADM)和多维光交叉连接(OXC)作为实现下一代动态全光网络的关键设备受到了光通信领域研究机构和产业界的高度重视.1×N端口波长选择开关(WSS)是目前及下一代ROADM的核心器件.针对现有WSS存在的光学系统复杂、系统插损与端口串扰大,以及端口数和通道数有限等不足,提出一种具有通带调谐灵活性的基于硅基液晶处理芯片(LCoS)的1×32高端口数WSS.通过软件远程控制LCoS上加载的全息相位图像,使光通信C波段密集波分复用(DWDM)信号中任意一个或一组波长灵活切换至任意输出端口输出,各波长通道切换独立可控.研究结果表明:系统插入损耗为5 dB～25 dB;栅格为100 GHz时波长信道的3 dB带宽均为40 GHz;带宽从50 GHz起连续可调,调谐步长1 GHz.这一研究为M×N高端口数WSS的研制奠定了坚实的理论实验基础.

干涉型光纤传感系统偏振切换技术原理及实验研究

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研究了4路偏振切换技术在光纤干涉仪中的应用,建立了基于4路偏振切换的抗偏振衰落的理论模型,运用了复数运算的方法解决4路信号的合成问题,对偏振诱导信号衰落的抑制效果进行了仿真.偏振衰落实验搭建了基于非平衡的迈克尔孙干涉仪的实验系统,采用相位产生载波技术(PGC)外调制方案解调信号,对4路偏振切换技术抗偏振衰落效果进行了实验测试.结果表明,4路干涉信号合成后,可以消除传输光纤双折射的影响,合成干涉信号的解调结果与单路解调结果一致;合成干涉信号的等效干涉度可以稳定在0.838,验证了偏振切换技术抗偏振衰落的有效性.

星地激光通信系统偏振特性分析

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对于星地激光通信,使用圆偏振光进行传输是其较优的选择,此时必须对其光学系统进行偏振定标.利用菲涅耳公式及琼斯矩阵对影响光学系统偏振态的因素进行了分析.针对一个特定的星地激光通信发射光学系统,给出了系统结构以及存在于系统中的几种不同分光膜系的曲线.利用光学软件ZEMAX,对初始状态为线偏振的激光在光学系统中传播过程的每一步进行偏振特性分析.分析结果表明:对于空间光通信光学系统,45°放置的分光片和反射镜是导致偏振态改变的主要因素;一般意义上的消偏振膜系只能保证p分量和s分量的能量透射率相同,但p光和s光之间仍存在相位延迟,造成偏振态变化;调整入射光的光矢量方向至与入射面平行或垂直,可将光学系统引起的仪器偏振误差降至最低.

数字全息图可控再现菲涅耳计算全息水印方法

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提出一种基于数字全息图的可控再现菲涅耳计算全息水印方法.对水印物平面光波计算离散菲涅耳变换获得全息面上的物光波复振幅分布,为提高安全性,对物平面水印信号和衍射面信号进行双随机相位编码加密处理;对加密后的数据进行预处理及载波调制和实值编码;将编码后的信号作离散余弦变换(DCT)后以一定强度叠加于宿主全息图的中频分量,水印信号恢复无需原始宿主全息图信息,可实现盲提取.结果表明,所提出的方法具有良好的透明性,通过放大率及重建光波的控制,重建像平面的水印信号可以实现大小和位置可调;并且宿主全息图在遭受剪切、联合照片专家组(JPEG)压缩、滤波、旋转、拉伸等各类攻击的情况下,对宿主和水印信号均具有良好的数字重建质量;宿主数字全息图的零级像抑制处理不影响水印信号的提取.

改进内部活动项的多通道PCNN彩色图像分割

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王蒙军
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郭林
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王霞
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郝宁
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为了充分利用图像彩色信息,克服传统单通道脉冲耦合神经网络的图像分割过程中信息丢失,提出了一种多通道图像分割方法.采用RGB颜色空间,为每一个色彩分量建立一个输入通道,形成包含三个输入通道的多通道脉冲耦合神经网络,将内部活动项修改为各输入通道耦合平均,动态阈值变化采用上升指数,各通道的连接加权系数矩阵选取三维欧氏距离倒数矩阵.以最大信息熵作为评价标准,通过标准彩色图像进行实验分析,选取多通道脉冲耦合神经网络最佳参数.实验结果表明,多通道脉冲耦合神经网络的彩色图像分割方法对图像的细节信息保留明显,最大信息熵相对平均提高3％,在提高了图像分割效果的同时降低运行时间80％.

使用多尺度视觉注意提取的双波段图像融合

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赵巨峰
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针对可见-红外图像,结合多窗口选择下的视觉注意图的提取,实现了双波段图像的增强融合.利用局部频率调谐获取视觉注意图,以模拟人眼赋予不同区域与像素不同的注意权重的功能;设计了多窗口尺度下的视觉注意图的提取方法,以凸显提取不同尺寸的特征信息;在多窗口尺度下的视觉注意图的基础上实现双波段图像的增强融合.利用双波段图像对进行论证实验,并结合主客观评价对多种融合方法进行评估.实验结果表明,所提出的方法在满足人眼的视觉要求并有效保留细节的同时,具有较快的运算速度.

双边滤波算法的太赫兹共焦扫描图像去噪应用

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由于共焦针孔的加入及现有太赫兹激光器输出不稳定,太赫兹共焦扫描显微成像所得图像的质量不高,将双边滤波算法应用于透射式太赫兹共焦扫描显微成像图像去噪复原,通过研究确定了适合于该情况的双边滤波参数,并且与中值滤波、均值滤波和开运算滤波的滤波性能进行比较,证明了双边滤波算法应用于透射式太赫兹共焦扫描显微成像图像去噪复原的可行性.

用于瞬态波前检测的四波横向剪切干涉系统

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为检测瞬态波前的三维分布,提出了一种共光路结构的剪切干涉测试系统.该系统使用棋盘光栅与光阑,将待测波前分解为四支互相错位的波前,这些波前两两相干,最终叠加形成一幅高载频的干涉图.根据光强传输方程以及傅里叶光学理论,建立了剪切干涉测试系统的理论模型,采用傅里叶变换算法提取待测波前.提出了一种剪切量标定算法,通过讨论线性载频的影响因素与光栅的衍射效率,给出了棋盘光栅的具体设计参数.实验搭建了瞬态波前检测装置,实现了自动化高精度测量,波面检测结果的峰谷(PV)值、均方根(RMS)值以及Zernike拟合系数均与SID4波前探测器所测波面结果一致.因此采用该技术能够实现瞬态波前检测.

高频微锻造处理对304不锈钢表面激光熔覆层的影响

朱红梅 已出版文章查询
朱红梅
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尹泉
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彭如恕
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对304不锈钢基材表面制备的激光熔覆层进行了高频微锻造处理.通过光学显微镜和X射线衍射仪分别研究了高频微锻造处理前后激光熔覆层的显微组织和相组成,利用显微维氏硬度计和电化学工作站分别对其进行了显微硬度测试和耐腐蚀性能测试.结果表明:经过高频微锻造处理后,激光熔覆层中的枝晶组织得到破碎,晶粒变细,但相组成无明显变化;微锻造作用区的显微硬度明显提高,影响深度为0.65 mm,表层硬度提高了约30％,高频微锻造处理对激光熔覆层的硬度影响程度随着距表层距离的增加而下降;激光熔覆层的耐腐蚀性能经微锻造处理后得到改善,为原始的2倍.

散射体形状为鸭式的二维正方光子晶体带隙的研究

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刘娟
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唐吉玉
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陈彦
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何右青
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运用平面波展开法,模拟计算了四种散射体横截面形状分别为圆柱形、沙漏形、元宝形和鸭式的二维光子晶体结构的带隙,并且四种散射体形状的对称性依次降低.结果表明,散射体形状为鸭式的二维光子晶体相比散射体为圆柱形、沙漏形、元宝形的光子晶体更容易产生较宽的完全带隙.并且还进一步研究了介电常数和散射体的大小半圆半径对鸭式二维光子晶体的完全带隙的影响,结果表明,当介电常数为26.6,大半圆半径为0.331μm,小半圆半径为大半圆半径的0.535倍时,完全带隙达到了最大值,该最大值为0.058 (ωa/2πc).

用于离心式微流控生化分析芯片的光探测系统

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王宇
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郝鹏
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武俊峰
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吴一辉
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针对离心式微流控生化分析芯片的结构特点,设计了一种基于吸光度检测技术的光探测系统.通过双波长检测方法降低了闪烁氙灯光强输出稳定性差对吸光度检测结果的影响,采用同步触发的定位方式实现了检测过程中芯片的精确定位,并分析了进样误差对吸光度检测结果的影响.实验结果显示,采用双波长检测方法时系统吸光度重复性为0.0994％ CV(变异系数);同步触发定位误差极小,在该种定位方式下的吸光度重复性为0.1429％ CV;样品与试剂的进样重复性小于2％ CV,满足国家标准.该系统结构简单,易于集成,检测结果稳定可靠,在医学临床诊断领域具有重要的实用价值.

免显微物镜的共光路相位显微成像方法

陈映洲 已出版文章查询
陈映洲
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季颖
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谢铭
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相位显微成像技术在生物细胞形态观察和类别识别中有着重要的应用.基于稳定性强的共光路系统,提出了一种利用反射镜将光束一分为二,然后重叠,产生共光路干涉的方法,该方法利用光束的几何放大作用,免加载显微物镜,即可将干涉图像放大在成像屏上,且通过调节反射镜的角度,实现同轴、离轴和微轻离轴相位显微成像,对图像进行相位恢复处理后,可了解相位样品的形态结构,理论和实验结果表明该方法可行,为生物细胞相位显微成像新技术的开发研究提供了一种方法.

弥散光经尿道辐照时嵌肿瘤前列腺组织内部光吸收的模拟研究

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彭东青
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李晖
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光声成像技术近年来已成为一种极具前景的前列腺癌成像技术.由于光声成像范围与光能量的吸收分布直接相关,为了优化经尿道光辐照的前列腺光声成像系统的光源参数,必须了解前列腺组织的光吸收分布.根据前列腺组织的形态特征构建了一个嵌有球状肿瘤的三维前列腺光学模型,利用光学分子影像仿真平台(MOSE)比较研究了柱状和球状两种弥散光源经尿道辐照时组织内光吸收分布特性.考查了激光能量和肿瘤处光学吸收系数对肿瘤光吸收的影响.模拟结果表明经尿道照明有利于前列腺组织内部光吸收,特别是深处位置.另外,相比于球状弥散光源,柱状弥散光源侧向光吸收分布较均匀,适合于三维扫描光声成像和信源分析.研究结果表明增大输入的激光能量或者肿瘤光学吸收系数可以明显提高肿瘤处光能量吸收,这与组织光学中的有关理论一致.有关结论有助于前列腺光声成像系统的光源优化设计和成像深度的改善.

BBO晶体用于掺铒光纤锁模激光宽带倍频的研究

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黄小军
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从Sellmeier方程出发得到了BBO晶体在1550 nm波段具有波长不敏感的性质,因此BBO晶体可用于掺铒光纤锁模激光器的宽带倍频.采用分布傅里叶方法对倍频耦合波方程进行了数值求解,得到了不同功率密度以及不同脉宽基频光的情况下倍频效率和转换带宽随晶体长度的变化关系,提出了晶体最佳长度的选择标准.与小信号近似的选择方法相比,该方法的适用范围更广,可用于不同功率密度情况下的晶体长度选择.

光纤激光器中类噪声脉冲自相关的数值研究

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采用数值分析的方法研究了光纤激光器中类噪声脉冲的自相关特性.数值计算的结果复现了实验中观测到的类噪声自相关曲线图形.迸一步改变类噪声脉冲各参量设置,发现无背景强度自相关曲线的基底和尖峰的宽度分别反映了类噪声脉冲波包的宽度以及类噪声脉冲波包中超短脉冲的平均脉宽.相同的类噪声脉冲波包中超短脉冲的个数越多,无背景强度自相关曲线的尖峰与基底的峰值比越小,尖峰与基底的宽度则不受影响.对类噪声脉冲于涉自相关曲线的数值研究结果表明,实验中测量得到的峰值背景比小于8:1的干涉自相关曲线,是类噪声脉冲波包宽度、类噪声脉冲啁啾、自相关仪扫描范围共同影响的结果.

可调支撑力对光学元件面形的影响

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吴志会
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可调支撑装置是高精度光学元件的常用支撑结构.分析了可调支撑装置支撑力调节对光学元件面形的影响规律.建立可调支撑装置的力学模型,利用有限元法计算光学元件的变形,并对光学元件面形进行Zernike多项式拟合.不同工况下分析结果表明:均匀支撑时光学元件面形均方根(RMS)最小,可调支撑力变化时,引入的光学元件面形RMS以及主要Zernike多项式系数均与支撑力线性相关,与光学元件的初始支撑状态无关.建立FringeZernike系数随任意支撑力变化的敏感度矩阵,采用该矩阵预测随机工况下光学元件支撑力调整后面形,预测调节面形与有限元仿真调节面形基本一致,RMS误差优于0.3％,为可调支撑装置的设计与装调提供理论依据.

LED太阳模拟器光谱匹配度与辐照不均匀度的实现

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朱孔硕
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利用峰值波长分别为460、525、625、730、850、940 nm的6种大功率LED研制了一款LED太阳模拟器.LED太阳模拟器的光源在满足有效辐照面上1个太阳辐照强度的同时,还达到光谱匹配的A级标准.在设计中,辐照不均匀度指的是6种波长LED组合下的光源在有效辐照面上能量的不均匀性.为了降低LED太阳模拟器在有效辐照面上的辐照不均匀度,在设计过程中结合LED发光角度大的光学特点,针对性的采用能够实现多次聚光的光学系统,通过对LED阵列光源的控制,实现160 mm×160 mm有效辐照面积上辐照不均匀度的A级标准.根据国际标准,该LED太阳模拟器达到AAA级太阳模拟器的标准.

高分辨率空间视频相机热敏感性分析

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随着光学遥感卫星在轨成像质量要求的提高,为了满足相机环境温度的要求,往往需要大量热控资源.由于微小卫星资源紧张,所以综合分析相机各组件的热敏感性,合理分配热控资源,改善成像质量,具有重要的实用意义.介绍了光机热集成分析的研究现状和方法.建立了空间视频相机的有限元模型,分析了各组件在各温度载荷下的热变形对光学系统成像质量的影响.最后对比分析不同工况下的分析结果,得到了各组件在各温度载荷下对光学系统成像质量影响的强弱关系.结果表明:对影响最大的6种工况的温度载荷进行严格控制可使成像质量达到要求,从而为该视频相机的热控设计提供了参考.

基于窄带AOTF人体胃壁细胞组织的超光谱显微成像

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TeO2作为声光转换材料的非线性声光可调滤波器(AOTF)是一种新型分光元件,具有体积小、质量轻、通光孔径和入射孔径大、在宽范围内快速协调、衍射效率高等特点.采用TeO2作为声光转换材料的AOTF进行超光谱成像实验.实验中衍射光中心波长和超声波频率之间的转换计算与理论推导结果非常接近.通过改变加载在AOTF的超声波频率来改变光中心波长,结合倒置光学显微镜,设计在不同的光中心波长下呈现人体胃壁组织切片的超光谱显微成像系统.实验结果表明光谱图的成像质量很高.通过比较不同超声波频率和光中心波长下人体胃壁组织切片的超光谱图像,可观察到胃壁组织细胞一些更为详细的差异.该研究提供了一种不同光中心波长下对胃壁组织细胞进行超光谱显微成像的方法,这种方法易操作性强,结果多,易于比较.

透射式体全息光栅拉曼光谱仪分光系统设计

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针对拉曼光谱分析对分辨率和弱信号探测能力的要求,设计了透射式体全息光栅拉曼光谱仪分光光学系统.利用Kogelnik耦合波理论设计了透射式体全息光栅,该光栅在中心波长处衍射效率达到90％,在800～1000 nm波段内平均衍射效率高于80％.根据孔径和视场的要求,采用天塞物镜作为聚焦光路的基本结构.经优化,点列图均方根值(RMS)半径小于6μm,整个系统的分辨率达到0.3 nm.所设计的分光系统采用透射式结构,像差小,分辨率高;自行设计体全息光栅作为分光元件,衍射效率高,杂散光小,系统的弱信号探测能力强.该设计用于拉曼光谱仪,可提升仪器的分辨率和弱信号探测性能.

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