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RSS2016年 40卷 第6期
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[摘要]
[PDF 294KB]
2016, 40(6): 779-781.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.001
摘要:
为了提高诱偏干扰成功概率，克服同步干扰过程中干扰信号偏移量及干扰成功概率基本固定、干扰信号和制导信号同时出现在波门内时，引起导引头有机会和条件采取进一步抗干扰措施等问题，根据实时波门的原理，提出一种基于波门诱偏的激光导引头干扰新方法，分析了诱使波门偏移的方法，设计了诱使波门偏移的关键过程，探讨了其对导引头干扰的机理。以重频制导信号为例，设计了基于间隔调制的波门诱偏干扰信号，给出了干扰信号的约束条件，取得了波门与制导信号的联合概率分布。结果表明，时间波门被快速引偏，干扰成功概率明显提升，验证了该方法切实可行，干扰效果明显优于同步干扰。该干扰策略对开展新型干扰方法研究有一定的借鉴价值。
为了提高诱偏干扰成功概率，克服同步干扰过程中干扰信号偏移量及干扰成功概率基本固定、干扰信号和制导信号同时出现在波门内时，引起导引头有机会和条件采取进一步抗干扰措施等问题，根据实时波门的原理，提出一种基于波门诱偏的激光导引头干扰新方法，分析了诱使波门偏移的方法，设计了诱使波门偏移的关键过程，探讨了其对导引头干扰的机理。以重频制导信号为例，设计了基于间隔调制的波门诱偏干扰信号，给出了干扰信号的约束条件，取得了波门与制导信号的联合概率分布。结果表明，时间波门被快速引偏，干扰成功概率明显提升，验证了该方法切实可行，干扰效果明显优于同步干扰。该干扰策略对开展新型干扰方法研究有一定的借鉴价值。
2016, 40(6): 830-833.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.012
摘要:
为了对复杂背景光条件下激光告警设备进行效能评估，基于不同阳光背景开展了激光告警概率曲线的相关研究。首先，对激光告警设备面临的复杂背景光进行了分析；其次，通过理论研究和实验验证，初步获得了激光告警设备在不同强度阳光背景下告警概率曲线变化规律；最后，提出了一种由典型阳光背景下告警概率曲线测试结果推算到不同阳光背景下告警概率曲线的方法。结果表明，阳光背景辐射严重影响着激光告警设备的性能，告警阈值随着阳光辐照强度的增加而增加，告警灵敏度下降。此研究结果有助于进一步提高激光告警设备评估能力。
为了对复杂背景光条件下激光告警设备进行效能评估，基于不同阳光背景开展了激光告警概率曲线的相关研究。首先，对激光告警设备面临的复杂背景光进行了分析；其次，通过理论研究和实验验证，初步获得了激光告警设备在不同强度阳光背景下告警概率曲线变化规律；最后，提出了一种由典型阳光背景下告警概率曲线测试结果推算到不同阳光背景下告警概率曲线的方法。结果表明，阳光背景辐射严重影响着激光告警设备的性能，告警阈值随着阳光辐照强度的增加而增加，告警灵敏度下降。此研究结果有助于进一步提高激光告警设备评估能力。
2016, 40(6): 782-786.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.002
摘要:
为了实现红外飞秒脉冲的整形及调控，采用4f系统相位控制技术，实验搭建了脉冲整形装置，并利用整形脉冲对铷原子体系中激发双重态间的相干布居转移进行操控。结果表明，控制抽运脉冲的附加相位，可实现双重态中上激发态的饱和布居，通过修改附加相位函数可将上、下激发态的布居数反转。整形脉冲同样适用于其它的原子和分子系统的相干布居转移的操控。
为了实现红外飞秒脉冲的整形及调控，采用4f系统相位控制技术，实验搭建了脉冲整形装置，并利用整形脉冲对铷原子体系中激发双重态间的相干布居转移进行操控。结果表明，控制抽运脉冲的附加相位，可实现双重态中上激发态的饱和布居，通过修改附加相位函数可将上、下激发态的布居数反转。整形脉冲同样适用于其它的原子和分子系统的相干布居转移的操控。
2016, 40(6): 796-800.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.005
摘要:
为了提高传统球面镜腔3kW射频板条CO2激光器光束质量，设计了新型抛物面镜负支非稳-波导混合腔；结合标量光束的瑞利-索末菲衍射理论与特征向量法，研究了大菲涅耳数下镜面类型对非稳波导混合腔光场传输特性的影响；利用矩形波导理论、1维近似分析得出了波导传输损耗及偏振情况。结果表明，将非稳方向输出镜和尾镜改为与光轴交点处曲率半径为R1=951.32mm和R2=1088.68mm的抛物镜面，能够避免尾镜漏光，可有效改善模式鉴别特性；常用波导电极镀膜材料中，镀铝电极内波导方向传输损耗最小，传输光场为x偏振的EH1模。采用电极镀铝的抛物面非稳波导腔能够降低损耗、提升光束质量。
为了提高传统球面镜腔3kW射频板条CO2激光器光束质量，设计了新型抛物面镜负支非稳-波导混合腔；结合标量光束的瑞利-索末菲衍射理论与特征向量法，研究了大菲涅耳数下镜面类型对非稳波导混合腔光场传输特性的影响；利用矩形波导理论、1维近似分析得出了波导传输损耗及偏振情况。结果表明，将非稳方向输出镜和尾镜改为与光轴交点处曲率半径为R1=951.32mm和R2=1088.68mm的抛物镜面，能够避免尾镜漏光，可有效改善模式鉴别特性；常用波导电极镀膜材料中，镀铝电极内波导方向传输损耗最小，传输光场为x偏振的EH1模。采用电极镀铝的抛物面非稳波导腔能够降低损耗、提升光束质量。
2016, 40(6): 840-842.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.014
摘要:
为了获得在2m波段的百皮秒激光器，采用主动锁模的方法，使用Tm∶YLF作为抽运源，得到了可在室温下工作的输出连续锁模脉冲的主动锁模Ho∶YAG激光器。研究了该主动锁模激光器的输出特性，并进行了实验验证，取得了脉冲重复频率为82.75MHz、输出最大平均功率为1W、激光中心波长为2097.25nm、斜率效率为13.3%、锁模脉冲宽度约为86.6ps的实验数据。结果表明，采用主动锁模的方式能获得输出脉宽百皮秒量级的锁模钬激光器。
为了获得在2m波段的百皮秒激光器，采用主动锁模的方法，使用Tm∶YLF作为抽运源，得到了可在室温下工作的输出连续锁模脉冲的主动锁模Ho∶YAG激光器。研究了该主动锁模激光器的输出特性，并进行了实验验证，取得了脉冲重复频率为82.75MHz、输出最大平均功率为1W、激光中心波长为2097.25nm、斜率效率为13.3%、锁模脉冲宽度约为86.6ps的实验数据。结果表明，采用主动锁模的方式能获得输出脉宽百皮秒量级的锁模钬激光器。
2016, 40(6): 871-875.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.020
摘要:
为了降低超稳光学腔的振动敏感度，在综合考虑振动所导致的腔镜位移及转动后，定义了一个新的表征腔体振动敏感度的参量。采用有限元数值分析方法，用所定义的单一参量优化了一个典型的立式超稳光学腔。优化过程考虑了腔体端面直径、支撑孔位置和深度等关键几何参量。结果表明，优化后的腔体结构和支撑方式可以明显降低超稳腔对振动的敏感度，腔体稳定性比优化前提高1.5倍。该优化方法操作性强，能够有效提升超稳腔仿真和设计的效率。
为了降低超稳光学腔的振动敏感度，在综合考虑振动所导致的腔镜位移及转动后，定义了一个新的表征腔体振动敏感度的参量。采用有限元数值分析方法，用所定义的单一参量优化了一个典型的立式超稳光学腔。优化过程考虑了腔体端面直径、支撑孔位置和深度等关键几何参量。结果表明，优化后的腔体结构和支撑方式可以明显降低超稳腔对振动的敏感度，腔体稳定性比优化前提高1.5倍。该优化方法操作性强，能够有效提升超稳腔仿真和设计的效率。
2016, 40(6): 882-887.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.022
摘要:
为了解决条状负支离轴非稳腔输出线宽增宽的问题，分析非稳腔的主要两个参量有效菲涅耳数Neff和几何放大率M与输出模式的过量噪声因子K取值的函数关系，从负支腔的具体结构出发，采用经典波动方程的理论唯像的将过量噪声因子表示成输出平面横模分布的泛函，利用边界衍射波的方法将输出横模近似地解析表述成Neff和M的函数。利用该关系数值计算了K随Neff和M变化的情况。结果表明，K随Neff呈现准周期性变化，在Neffs+0.85处（s为正整数）呈现周期性峰值，输出线宽将被增宽到自然线宽的2000倍左右。该研究对分析非稳腔的输出损耗是有帮助的，并为实际激光器的设计提供了参考。
为了解决条状负支离轴非稳腔输出线宽增宽的问题，分析非稳腔的主要两个参量有效菲涅耳数Neff和几何放大率M与输出模式的过量噪声因子K取值的函数关系，从负支腔的具体结构出发，采用经典波动方程的理论唯像的将过量噪声因子表示成输出平面横模分布的泛函，利用边界衍射波的方法将输出横模近似地解析表述成Neff和M的函数。利用该关系数值计算了K随Neff和M变化的情况。结果表明，K随Neff呈现准周期性变化，在Neffs+0.85处（s为正整数）呈现周期性峰值，输出线宽将被增宽到自然线宽的2000倍左右。该研究对分析非稳腔的输出损耗是有帮助的，并为实际激光器的设计提供了参考。
2016, 40(6): 916-920.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.029
摘要:
为了满足激光光斑质量高、扫描快速的目的，采用数字微镜阵列和误差扩散法对单平顶和多平顶的光束整形原理仿真，利用680nm激光建立了实验系统，并进行了光束整形验证。采用光束填充因子、光场调制度、均方根误差3种评价参量对整形结果进行评价，并对采用数字微镜阵列进行光束整形的能量利用率进行了测量和分析。结果表明，单平顶和多平顶整形的光束填充因子由整形前的36.1%分别提高到62.3%和56.7%；光场调制度由73.3%分别降到25.6%和30.3%。利用该光束空间整形方法，可得到高质量的多平顶光束，在快速激光扫描领域有一定的应用价值。
为了满足激光光斑质量高、扫描快速的目的，采用数字微镜阵列和误差扩散法对单平顶和多平顶的光束整形原理仿真，利用680nm激光建立了实验系统，并进行了光束整形验证。采用光束填充因子、光场调制度、均方根误差3种评价参量对整形结果进行评价，并对采用数字微镜阵列进行光束整形的能量利用率进行了测量和分析。结果表明，单平顶和多平顶整形的光束填充因子由整形前的36.1%分别提高到62.3%和56.7%；光场调制度由73.3%分别降到25.6%和30.3%。利用该光束空间整形方法，可得到高质量的多平顶光束，在快速激光扫描领域有一定的应用价值。
2016, 40(6): 787-790.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.003
摘要:
为了有效解决太赫兹通信系统中信号难以调制，影响通信系统性能的问题，提出了一种基于级联马赫-曾德尔调制器的太赫兹通信系统。将要传递的伪随机不归零码与频率为10GHz的射频本振信号混频后调制到级联马赫-曾德尔调制器上，通过调节两个调制器的偏置电压，使其分别偏置在最大传输点和最小传输点上，得到的光载波信号经过光放大器放大，结合高非线性光纤的四波混频效应，利用相移布喇格光栅进行模式选择，经过光电转换后的太赫兹信号通过基带数据恢复，可以得出该太赫兹通信系统传输的误比特率。结果表明，基于级联马赫-曾德尔调制器结构可以将太赫兹信号的产生与调制结合到一起。该研究对太赫兹通信系统的实用化有一定借鉴意义。
为了有效解决太赫兹通信系统中信号难以调制，影响通信系统性能的问题，提出了一种基于级联马赫-曾德尔调制器的太赫兹通信系统。将要传递的伪随机不归零码与频率为10GHz的射频本振信号混频后调制到级联马赫-曾德尔调制器上，通过调节两个调制器的偏置电压，使其分别偏置在最大传输点和最小传输点上，得到的光载波信号经过光放大器放大，结合高非线性光纤的四波混频效应，利用相移布喇格光栅进行模式选择，经过光电转换后的太赫兹信号通过基带数据恢复，可以得出该太赫兹通信系统传输的误比特率。结果表明，基于级联马赫-曾德尔调制器结构可以将太赫兹信号的产生与调制结合到一起。该研究对太赫兹通信系统的实用化有一定借鉴意义。
2016, 40(6): 801-805.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.006
摘要:
为了得到远程物体的微米级振动的频率信息，采用基于散斑图像的远程振动频率提取方法，以波长为532nm连续激光器作为光源照射50m远处被测物体表面，通过高速摄像机记录物体表面反射空间内的散斑图样提取物体的微振动频率。采用激光散斑图像的数据处理方法，进行了研究分析和实验验证，利用长焦镜头对远程散斑图像进行适当散焦处理，然后提取视频散斑图像间互相关系数峰值点与原点之间的矢量大小来获取散斑的变化信息，同时对一定宽频率范围内的振动频率进行提取。结果表明，用该方法得到的激光散斑远程微振动频率的提取准确度达99.22%。该数据结果为激光散斑应用于远程频率振动检测提供了一定的论证依据。
为了得到远程物体的微米级振动的频率信息，采用基于散斑图像的远程振动频率提取方法，以波长为532nm连续激光器作为光源照射50m远处被测物体表面，通过高速摄像机记录物体表面反射空间内的散斑图样提取物体的微振动频率。采用激光散斑图像的数据处理方法，进行了研究分析和实验验证，利用长焦镜头对远程散斑图像进行适当散焦处理，然后提取视频散斑图像间互相关系数峰值点与原点之间的矢量大小来获取散斑的变化信息，同时对一定宽频率范围内的振动频率进行提取。结果表明，用该方法得到的激光散斑远程微振动频率的提取准确度达99.22%。该数据结果为激光散斑应用于远程频率振动检测提供了一定的论证依据。
2016, 40(6): 814-819.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.009
摘要:
为了解决传统形状上下文直方图相似性计算需遍历轮廓采样点、计算复杂性高、不能满足工业实时性要求的问题，提出了一种改进型形状上下文的工件立体匹配方法。改进匹配搜索策略，引入立体图像对质心的视差约束条件，并利用形状上下文直方图分布信息进行初步筛选，获取候选匹配点集，减少后续匹配计算复杂度；为增加匹配点与非匹配点的区分度，对形状上下文相似性度量进行加权处理；匹配时融合对应轮廓采样点33邻域的梯度方向直方图特征，与形状上下文构成联合相似性度量；最后采用随机抽样一致性算法剔除误匹配点对。对改进算法进行了理论分析，并应用于工件图像进行实验验证，通过实验给出了相应的实验对比。结果表明，改进的方法具有较高的匹配精度和更快的匹配速度，鲁棒性高。
为了解决传统形状上下文直方图相似性计算需遍历轮廓采样点、计算复杂性高、不能满足工业实时性要求的问题，提出了一种改进型形状上下文的工件立体匹配方法。改进匹配搜索策略，引入立体图像对质心的视差约束条件，并利用形状上下文直方图分布信息进行初步筛选，获取候选匹配点集，减少后续匹配计算复杂度；为增加匹配点与非匹配点的区分度，对形状上下文相似性度量进行加权处理；匹配时融合对应轮廓采样点33邻域的梯度方向直方图特征，与形状上下文构成联合相似性度量；最后采用随机抽样一致性算法剔除误匹配点对。对改进算法进行了理论分析，并应用于工件图像进行实验验证，通过实验给出了相应的实验对比。结果表明，改进的方法具有较高的匹配精度和更快的匹配速度，鲁棒性高。
2016, 40(6): 820-824.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.010
摘要:
为了测量相位物体的相位分布，提出了一种基于光学扫描全息系统测量相位物体相位分布的方法。该方法在原理上与以往传统测量方法有很大不同，它采用相干模式下的光学扫描全息系统，利用一个小孔探测器记录与相位物体的相位信息相关的数据，随后采用反演重建算法得到被测物体的相位分布。此外，对该方法的工作原理及重建效果进行了理论分析和模拟仿真，并分析了在记录和重建阶段所采用的小孔是非理想状态情况下，小孔对物体相位分布测量结果的影响。结果表明，用该方法测量相位物体的相位分布是可行的，并且可以获得很好的效果。
为了测量相位物体的相位分布，提出了一种基于光学扫描全息系统测量相位物体相位分布的方法。该方法在原理上与以往传统测量方法有很大不同，它采用相干模式下的光学扫描全息系统，利用一个小孔探测器记录与相位物体的相位信息相关的数据，随后采用反演重建算法得到被测物体的相位分布。此外，对该方法的工作原理及重建效果进行了理论分析和模拟仿真，并分析了在记录和重建阶段所采用的小孔是非理想状态情况下，小孔对物体相位分布测量结果的影响。结果表明，用该方法测量相位物体的相位分布是可行的，并且可以获得很好的效果。
2016, 40(6): 860-865.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.018
摘要:
为了发展具有实用价值的受激喇曼全光偏振控制方法，根据光纤中受激喇曼散射矢量理论和光纤随机双折射效应设计了基于双向二级喇曼抽运的全光偏振控制方案，构建了偏振吸引理论模型，采用严格数值迭代算法对该偏振控制方案进行了仿真分析，并完成了偏振控制方案最佳工作性能的优化设计。结果表明，当信号光波长为1550nm、功率为0.1mW、一级抽运光和二级抽运光的功率分别为1W和4W、其偏振态都为（0，1，0）、光纤长度为3km时，信号光偏振度可达0.85以上，且信号光强度波动低于35%。该方案有效降低了作用光波功率、减弱了信号光输出强度噪声，并提高了信号光输出偏振度。
为了发展具有实用价值的受激喇曼全光偏振控制方法，根据光纤中受激喇曼散射矢量理论和光纤随机双折射效应设计了基于双向二级喇曼抽运的全光偏振控制方案，构建了偏振吸引理论模型，采用严格数值迭代算法对该偏振控制方案进行了仿真分析，并完成了偏振控制方案最佳工作性能的优化设计。结果表明，当信号光波长为1550nm、功率为0.1mW、一级抽运光和二级抽运光的功率分别为1W和4W、其偏振态都为（0，1，0）、光纤长度为3km时，信号光偏振度可达0.85以上，且信号光强度波动低于35%。该方案有效降低了作用光波功率、减弱了信号光输出强度噪声，并提高了信号光输出偏振度。
2016, 40(6): 866-870.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.019
摘要:
为了能够快速准确地实现3维测量，提出了一种基于贝叶斯模型和数字图像相关的视觉测量方法。该方法采用数字图像相关法对校正后的图像进行立体匹配，克服了传统立体匹配方法精度不高的问题；采用贝叶斯模型估计图像视差，并将其作为数字图像相关法非线性迭代优化的视差初值，克服粗搜索方法寻找视差初值计算量大、精度低的缺点；基于校正后图像与原图像之间的投影关系，由最小二乘法计算出匹配点的3维坐标。结果表明，基于贝叶斯模型和数字图像相关的视觉测量算法，能够快速准确地实现3维视觉测量。
为了能够快速准确地实现3维测量，提出了一种基于贝叶斯模型和数字图像相关的视觉测量方法。该方法采用数字图像相关法对校正后的图像进行立体匹配，克服了传统立体匹配方法精度不高的问题；采用贝叶斯模型估计图像视差，并将其作为数字图像相关法非线性迭代优化的视差初值，克服粗搜索方法寻找视差初值计算量大、精度低的缺点；基于校正后图像与原图像之间的投影关系，由最小二乘法计算出匹配点的3维坐标。结果表明，基于贝叶斯模型和数字图像相关的视觉测量算法，能够快速准确地实现3维视觉测量。
2016, 40(6): 892-896.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.024
摘要:
为了在红外与可见光图像融合时保留各自更多的细节信息，同时降低算法复杂度，采用了非下采样剪切波变换（NSST）和改进模糊逻辑的红外与可见光图像融合方法，利用NSST算法对红外图像和可见光图像分别进行多尺度、多方向稀疏分解，分别得到低频子带系数和高频子带系数。然后对低频子带系数采用基于改进的模糊柯西隶属函数的权值平均融合规则；对高频子带系数采用能量匹配度和视觉敏感度系数相结合的融合规则。最后对低频子带融合系数和高频子带融合系数执行NSST逆变换得到最终的融合图像，并进行了理论分析和实验验证。结果表明，此融合方法不仅可以保证融合清晰度，对缩短算法的运行时间也是有帮助的。
为了在红外与可见光图像融合时保留各自更多的细节信息，同时降低算法复杂度，采用了非下采样剪切波变换（NSST）和改进模糊逻辑的红外与可见光图像融合方法，利用NSST算法对红外图像和可见光图像分别进行多尺度、多方向稀疏分解，分别得到低频子带系数和高频子带系数。然后对低频子带系数采用基于改进的模糊柯西隶属函数的权值平均融合规则；对高频子带系数采用能量匹配度和视觉敏感度系数相结合的融合规则。最后对低频子带融合系数和高频子带融合系数执行NSST逆变换得到最终的融合图像，并进行了理论分析和实验验证。结果表明，此融合方法不仅可以保证融合清晰度，对缩短算法的运行时间也是有帮助的。
2016, 40(6): 902-906.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.026
摘要:
为了提高基于结构相似度图像评价方法的评价效果，对传统的窗口选取准则进行了改进，采用实验对比的方法，通过对窗口改进前后评价效果的对比验证，得到了不同数据库和不同失真类型的最佳窗口。结果表明，传统的单一窗口并不能得到最佳的评价效果，而且现在普遍使用的标准差为1.5的高斯加权窗口的效果也不一定好于普通的方形窗口，不同的失真类型的图像其最优窗口也是不同的。结果表明，对于亮度窗口W1来说，窗口越大效果越好；而对于对比度、结构度窗口W2而言，W2=7时效果最好。该研究成果对优化基于结构相似度评价方法的效果具有重要作用。
为了提高基于结构相似度图像评价方法的评价效果，对传统的窗口选取准则进行了改进，采用实验对比的方法，通过对窗口改进前后评价效果的对比验证，得到了不同数据库和不同失真类型的最佳窗口。结果表明，传统的单一窗口并不能得到最佳的评价效果，而且现在普遍使用的标准差为1.5的高斯加权窗口的效果也不一定好于普通的方形窗口，不同的失真类型的图像其最优窗口也是不同的。结果表明，对于亮度窗口W1来说，窗口越大效果越好；而对于对比度、结构度窗口W2而言，W2=7时效果最好。该研究成果对优化基于结构相似度评价方法的效果具有重要作用。
2016, 40(6): 921-925.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.030
摘要:
为了分析在不同激发波长下不同组织/目标光声信号的时域与频域特点和差异，根据光声信号产生的基本原理，采用光声信号时域和频域分析方法，设计了石墨仿体和离体组织等不同样品的多光谱光声实验。结果表明，样品的光声信号在时域与频域所展示的性能有很大的不同，不同样品的光声信号的声谱是不同的，且在不同激发波长下的声谱的峰值所对应的频率均相同，因而可以用于组织特性的描述、组分识别等用途。此研究有助于利用光声成像实现组织识别，并为进一步利用频谱分析方法研究多光谱光声成像奠定了基础。
为了分析在不同激发波长下不同组织/目标光声信号的时域与频域特点和差异，根据光声信号产生的基本原理，采用光声信号时域和频域分析方法，设计了石墨仿体和离体组织等不同样品的多光谱光声实验。结果表明，样品的光声信号在时域与频域所展示的性能有很大的不同，不同样品的光声信号的声谱是不同的，且在不同激发波长下的声谱的峰值所对应的频率均相同，因而可以用于组织特性的描述、组分识别等用途。此研究有助于利用光声成像实现组织识别，并为进一步利用频谱分析方法研究多光谱光声成像奠定了基础。
2016, 40(6): 791-795.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.004
摘要:
为了深入研究氮化镓薄膜的压电效应和机械特性，基于气体直接吸收红外辐射的原理，将基于氮化镓悬空隔膜的充气微腔红外传感器项目作为背景，以氮化镓/铝镓氮薄膜作为敏感单元，在材料力学以及压电效应方面，采用有限元分析软件ANSYS 14.0进行了理论分析和验证，取得了薄膜形状、厚度和面积等尺寸与压电薄膜输出电压以及薄膜灵敏度的逻辑关系数据，验证了薄膜力-电信号转换机制可行性。结果表明，GaN薄膜材料具有良好的压电特性以及线性度，有助于对探测器输出信号进行准确的预测，并进行温度补偿，突出GaN材料在应用中的优势。此研究对设计性能良好、灵敏度高的微腔红外传感器是有帮助的。
为了深入研究氮化镓薄膜的压电效应和机械特性，基于气体直接吸收红外辐射的原理，将基于氮化镓悬空隔膜的充气微腔红外传感器项目作为背景，以氮化镓/铝镓氮薄膜作为敏感单元，在材料力学以及压电效应方面，采用有限元分析软件ANSYS 14.0进行了理论分析和验证，取得了薄膜形状、厚度和面积等尺寸与压电薄膜输出电压以及薄膜灵敏度的逻辑关系数据，验证了薄膜力-电信号转换机制可行性。结果表明，GaN薄膜材料具有良好的压电特性以及线性度，有助于对探测器输出信号进行准确的预测，并进行温度补偿，突出GaN材料在应用中的优势。此研究对设计性能良好、灵敏度高的微腔红外传感器是有帮助的。
2016, 40(6): 843-847.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.015
摘要:
为了解钒酸钇Wollaston棱镜的分束特性，通过棱镜中的光路分析，得到光束正入射时o光光束和e光光束的分束特性公式，并用MATLAB软件拟合得到棱镜的分束特性关于入射光波长和结构角的变化关系曲线。结果表明，对于一定结构角的棱镜，其分束角具有明显的色散特性，波长越短，分束角越大，且变化也越快，在红外光谱范围，波长对棱镜分束角的影响减小，其分束角趋于稳定；分束角的对称性受波长变化的影响较小，应用中可以忽略。棱镜的结构角与入射光波长对棱镜的透射比均有影响，当棱镜的结构角一定时，透射比随入射光的波长呈振荡性变化，且o光透射比的光谱效应更为明显。该研究可以为棱镜的设计制作和实际使用提供有价值的参考。
为了解钒酸钇Wollaston棱镜的分束特性，通过棱镜中的光路分析，得到光束正入射时o光光束和e光光束的分束特性公式，并用MATLAB软件拟合得到棱镜的分束特性关于入射光波长和结构角的变化关系曲线。结果表明，对于一定结构角的棱镜，其分束角具有明显的色散特性，波长越短，分束角越大，且变化也越快，在红外光谱范围，波长对棱镜分束角的影响减小，其分束角趋于稳定；分束角的对称性受波长变化的影响较小，应用中可以忽略。棱镜的结构角与入射光波长对棱镜的透射比均有影响，当棱镜的结构角一定时，透射比随入射光的波长呈振荡性变化，且o光透射比的光谱效应更为明显。该研究可以为棱镜的设计制作和实际使用提供有价值的参考。
2016, 40(6): 806-809.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.007
摘要:
为了研究激光功率对不锈钢与铜-镍镀层低碳钢激光焊点性能的影响，采用300W的Nd∶YAG激光器焊接不锈钢与铜-镍镀层低碳钢，用光学显微镜观察焊点并测量尺寸，用万能拉伸试验仪测试焊点结合强度。结果表明，随着激光功率的增加，低碳钢一侧焊点截面的尺寸增加。在焊点边缘原镀层区域附近富集的铜会导致裂纹的产生，而激光功率的变化并不能消除焊点边缘铜的富集。激光功率的增加，焊接模式由热导焊向深熔焊过渡，导致焊点的尺寸显著增加，焊点的结合强度提高。该结果对于研究激光功率对铜镍镀层低碳钢/不锈钢激光点焊是有帮助的。
为了研究激光功率对不锈钢与铜-镍镀层低碳钢激光焊点性能的影响，采用300W的Nd∶YAG激光器焊接不锈钢与铜-镍镀层低碳钢，用光学显微镜观察焊点并测量尺寸，用万能拉伸试验仪测试焊点结合强度。结果表明，随着激光功率的增加，低碳钢一侧焊点截面的尺寸增加。在焊点边缘原镀层区域附近富集的铜会导致裂纹的产生，而激光功率的变化并不能消除焊点边缘铜的富集。激光功率的增加，焊接模式由热导焊向深熔焊过渡，导致焊点的尺寸显著增加，焊点的结合强度提高。该结果对于研究激光功率对铜镍镀层低碳钢/不锈钢激光点焊是有帮助的。
2016, 40(6): 810-813.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.008
摘要:
为了解决测试弹幕武器弹着点激光靶信号通道过多的难题，提出了模块化的系统组成以及基于现场可编程门阵列加中央处理器的并行数据采集方案，分析了被测弹丸飞行参量及数据采集和存储速度要求，给出了平行阵列激光靶的坐标定位原理，设计了结构简单、可靠性高的光电检测电路，推导了电路灵敏度调整方法，并进行了数据采集实验验证。结果表明，该系统易安装调试、工作可靠性高，采集和存储速度满足弹幕武器密集度测试需要。
为了解决测试弹幕武器弹着点激光靶信号通道过多的难题，提出了模块化的系统组成以及基于现场可编程门阵列加中央处理器的并行数据采集方案，分析了被测弹丸飞行参量及数据采集和存储速度要求，给出了平行阵列激光靶的坐标定位原理，设计了结构简单、可靠性高的光电检测电路，推导了电路灵敏度调整方法，并进行了数据采集实验验证。结果表明，该系统易安装调试、工作可靠性高，采集和存储速度满足弹幕武器密集度测试需要。
2016, 40(6): 825-829.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.011
摘要:
为了研究激光扫描焊接汽车板的工艺方法，采用4kW光纤激光器对0.7mm镀锌板与0.8mm冷轧板SPCC两类汽车板的激光扫描焊接工艺进行了理论分析和实验验证，得到了板间间隙、激光功率、扫描速率等对焊缝成形及强度的影响规律。结果表明，当选取板间间隙0.1mm~0.2mm、激光功率3000W~3400W、焊接速率不小于3m/min等适当参量进行焊接时，焊缝质量可满足电子束及激光焊接接头欠缺质量分级指南C级标准，且强度高于母材。选取合适的工艺参量时，激光扫描焊接在无保护气的作用下可得到高质量的焊缝。
为了研究激光扫描焊接汽车板的工艺方法，采用4kW光纤激光器对0.7mm镀锌板与0.8mm冷轧板SPCC两类汽车板的激光扫描焊接工艺进行了理论分析和实验验证，得到了板间间隙、激光功率、扫描速率等对焊缝成形及强度的影响规律。结果表明，当选取板间间隙0.1mm~0.2mm、激光功率3000W~3400W、焊接速率不小于3m/min等适当参量进行焊接时，焊缝质量可满足电子束及激光焊接接头欠缺质量分级指南C级标准，且强度高于母材。选取合适的工艺参量时，激光扫描焊接在无保护气的作用下可得到高质量的焊缝。
2016, 40(6): 834-839.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.013
摘要:
为了精确地设计激光雷达坐标测量系统仪器，在研究激光雷达坐标测量系统测量原理和结构的基础上，建立了引入两轴垂直度误差、反射镜倾斜误差和反射镜入射激光束倾斜误差这3项主要系统误差的测角误差模型。由理论分析可知，在距离10m处，这3项系统误差各自引入的单点坐标测量误差最大值分别为124.1m，447.9m和242.4m。结果表明，在激光雷达坐标测量系统设计中，为保证在大空间测量中仍有很高测量精度，必须严格控制两轴垂直度误差、反射镜倾斜误差和反射镜入射激光束倾斜误差，并根据建立的误差模型进行参量标定和误差补偿。
为了精确地设计激光雷达坐标测量系统仪器，在研究激光雷达坐标测量系统测量原理和结构的基础上，建立了引入两轴垂直度误差、反射镜倾斜误差和反射镜入射激光束倾斜误差这3项主要系统误差的测角误差模型。由理论分析可知，在距离10m处，这3项系统误差各自引入的单点坐标测量误差最大值分别为124.1m，447.9m和242.4m。结果表明，在激光雷达坐标测量系统设计中，为保证在大空间测量中仍有很高测量精度，必须严格控制两轴垂直度误差、反射镜倾斜误差和反射镜入射激光束倾斜误差，并根据建立的误差模型进行参量标定和误差补偿。
2016, 40(6): 848-852.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.016
摘要:
为了解决在应用传统高光谱地物识别方法时，由于吸收峰个数不同，造成的光谱匹配误差较大的问题，采用了一种基于高光谱吸收峰特征的选择方法，根据选择后的吸收峰特征进行光谱曲线匹配。该算法首先对高光谱曲线进行包络线消除并提取光谱特征参量矩阵，然后根据标准特征参量矩阵与待测特征参量矩阵的每个向量的余弦距离-欧氏距离来逐一寻找吸收峰的匹配向量，之后根据选择的吸收峰特征参量矩阵进行了理论分析和实验验证。结果表明，该算法可以搜寻到最佳的特征参量向量，从而实现吸收峰的选择，用选择后的吸收峰的特征参量矩阵进行高光谱匹配。这一结果对降低匹配的误差是有帮助的。
为了解决在应用传统高光谱地物识别方法时，由于吸收峰个数不同，造成的光谱匹配误差较大的问题，采用了一种基于高光谱吸收峰特征的选择方法，根据选择后的吸收峰特征进行光谱曲线匹配。该算法首先对高光谱曲线进行包络线消除并提取光谱特征参量矩阵，然后根据标准特征参量矩阵与待测特征参量矩阵的每个向量的余弦距离-欧氏距离来逐一寻找吸收峰的匹配向量，之后根据选择的吸收峰特征参量矩阵进行了理论分析和实验验证。结果表明，该算法可以搜寻到最佳的特征参量向量，从而实现吸收峰的选择，用选择后的吸收峰的特征参量矩阵进行高光谱匹配。这一结果对降低匹配的误差是有帮助的。
2016, 40(6): 853-859.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.017
摘要:
为了研究碳纤维增强热塑性复合材料（CFRP）与不锈钢激光焊接的机理，及不同工艺参量对焊缝质量的影响规律，采用ANSYS建立了基于热传导焊的3维有限元模型，计算得到了温度场和应力场的分布，分析了激光功率、焊接速率和光斑直径等参量对焊缝宽度和焊接深度的影响规律，并进一步计算分析了焊接后的残余应力对焊接质量的影响情况。结果表明，该有限元模型能够快速、有效模拟激光对CFRP-不锈钢焊接温度场和残余应力分布；激光功率、焊接速率和光斑直径等工艺参量对焊缝宽度和焊接深度有着重要的影响；计算出的焊接残余应力与残余应力的理论分布规律也基本吻合，验证了该有限元模型的可靠性。该研究结果对获得高质量CFRP-不锈钢焊接接头是有帮助的。
为了研究碳纤维增强热塑性复合材料（CFRP）与不锈钢激光焊接的机理，及不同工艺参量对焊缝质量的影响规律，采用ANSYS建立了基于热传导焊的3维有限元模型，计算得到了温度场和应力场的分布，分析了激光功率、焊接速率和光斑直径等参量对焊缝宽度和焊接深度的影响规律，并进一步计算分析了焊接后的残余应力对焊接质量的影响情况。结果表明，该有限元模型能够快速、有效模拟激光对CFRP-不锈钢焊接温度场和残余应力分布；激光功率、焊接速率和光斑直径等工艺参量对焊缝宽度和焊接深度有着重要的影响；计算出的焊接残余应力与残余应力的理论分布规律也基本吻合，验证了该有限元模型的可靠性。该研究结果对获得高质量CFRP-不锈钢焊接接头是有帮助的。
2016, 40(6): 876-881.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.021
摘要:
为了研究激光诱导击穿光谱技术基体效应对其测量精确度的影响，采用改进的偏最小二乘法进行数据预测，以有效降低基体效应对待测元素的影响。通过与单变量定标和偏最小二乘模型定标进行对比研究可知，待测元素Mn和Si的定标曲线的拟合度分别从0.991和0.993提高到了0.996和0.997，对于验证样品的预测相对误差也分别从6.231%，6.912%下降到了5.510%和6.125%。结果表明，采用改进的偏最小二乘法可以有效减小基体效应，定标精度有较明显提高，对分析性能有了较大的提高。
为了研究激光诱导击穿光谱技术基体效应对其测量精确度的影响，采用改进的偏最小二乘法进行数据预测，以有效降低基体效应对待测元素的影响。通过与单变量定标和偏最小二乘模型定标进行对比研究可知，待测元素Mn和Si的定标曲线的拟合度分别从0.991和0.993提高到了0.996和0.997，对于验证样品的预测相对误差也分别从6.231%，6.912%下降到了5.510%和6.125%。结果表明，采用改进的偏最小二乘法可以有效减小基体效应，定标精度有较明显提高，对分析性能有了较大的提高。
2016, 40(6): 888-891.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.023
摘要:
为了研究激光诱导射流等离子体特性，了解激光诱导液滴等离子体的发展过程，基于脉冲激光-液滴同步作用系统，采用阴影法，观测了激光作用液滴的阴影图像，取得了液滴在CO2脉冲激光作用下的演化过程数据。对图像进行处理获得了激光诱导液滴等离子体冲击波膨胀范围随时间的变化，并估算出了产生冲击波的激光能量。结果表明，空气冲击波的膨胀半径在当前观测时间范围内线性膨胀，约32%的激光能量用于产生冲击波。空气冲击波的变化规律对激光诱导液态燃料点火的研究提供了一定的参考依据。
为了研究激光诱导射流等离子体特性，了解激光诱导液滴等离子体的发展过程，基于脉冲激光-液滴同步作用系统，采用阴影法，观测了激光作用液滴的阴影图像，取得了液滴在CO2脉冲激光作用下的演化过程数据。对图像进行处理获得了激光诱导液滴等离子体冲击波膨胀范围随时间的变化，并估算出了产生冲击波的激光能量。结果表明，空气冲击波的膨胀半径在当前观测时间范围内线性膨胀，约32%的激光能量用于产生冲击波。空气冲击波的变化规律对激光诱导液态燃料点火的研究提供了一定的参考依据。
2016, 40(6): 897-901.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.025
摘要:
为了解决长距离输油管道安全监测缺乏事前预警手段的难题，提出了基于光纤萨格奈克干涉原理与地理信息系统相结合的立体式长距离预警系统。采用数字滤波、小波分析等数据处理方法，通过理论分析和实验验证，得到了在实验室环境下进行光缆埋地深度1m、监测长度60km的挖掘报警实验，系统定位精度为25m的结果，同时，系统在某211km长度的成品油管道的挖掘测试中，实现挖掘至光缆1m左右，定位精度在150m以内成功报警，且系统误报率和漏报率小于5%。结果表明，该系统在长距离油气管线安全预警方面具参考意义和实用价值。
为了解决长距离输油管道安全监测缺乏事前预警手段的难题，提出了基于光纤萨格奈克干涉原理与地理信息系统相结合的立体式长距离预警系统。采用数字滤波、小波分析等数据处理方法，通过理论分析和实验验证，得到了在实验室环境下进行光缆埋地深度1m、监测长度60km的挖掘报警实验，系统定位精度为25m的结果，同时，系统在某211km长度的成品油管道的挖掘测试中，实现挖掘至光缆1m左右，定位精度在150m以内成功报警，且系统误报率和漏报率小于5%。结果表明，该系统在长距离油气管线安全预警方面具参考意义和实用价值。
2016, 40(6): 907-911.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.027
摘要:
为了提高金属表面激光吸收率及激光微织构加工表面质量，采用W-71s型喷枪在试样表面分别喷涂黑漆、水玻璃和黄料，并用Nd∶YAG激光器对其进行激光微凹坑加工。与无涂层试样相比，激光加工水玻璃和黄料涂层试样表面蚀除凹坑体积都增加，其凹坑边缘熔渣体积都减少，其中，黄料涂层试样表面蚀除凹坑体积增加了29.4%；在此基础上，利用正交试验法探讨水玻璃和黄料的配比以及厚度对激光微织构加工表面蚀除凹坑体积和凹坑边缘熔渣体积的影响。结果表明，吸光涂料的厚度控制在0.1mm左右，黄料含量17%、水玻璃含量18%的涂料为最优涂料配方；正交试验表中最优试样表面蚀除凹坑体积相比无涂层试样增加了70.6%，其凹坑边缘熔渣体积减少了16.2%。该工艺显著提高了激光吸收率和激光加工表面质量。
为了提高金属表面激光吸收率及激光微织构加工表面质量，采用W-71s型喷枪在试样表面分别喷涂黑漆、水玻璃和黄料，并用Nd∶YAG激光器对其进行激光微凹坑加工。与无涂层试样相比，激光加工水玻璃和黄料涂层试样表面蚀除凹坑体积都增加，其凹坑边缘熔渣体积都减少，其中，黄料涂层试样表面蚀除凹坑体积增加了29.4%；在此基础上，利用正交试验法探讨水玻璃和黄料的配比以及厚度对激光微织构加工表面蚀除凹坑体积和凹坑边缘熔渣体积的影响。结果表明，吸光涂料的厚度控制在0.1mm左右，黄料含量17%、水玻璃含量18%的涂料为最优涂料配方；正交试验表中最优试样表面蚀除凹坑体积相比无涂层试样增加了70.6%，其凹坑边缘熔渣体积减少了16.2%。该工艺显著提高了激光吸收率和激光加工表面质量。
2016, 40(6): 912-915.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.028
摘要:
基于共焦法测量透镜中心厚度的装置中，需要光进入透镜内部发生折射和反射，但这会影响测量精度。为了解决这一问题，在共焦法原理的基础上，采用双面光学共焦的测量方法，设计了一套透镜中心厚度的测量装置，并进行了理论分析、误差分析和试验验证。结果表明，该装置测量范围能达到30mm，测量精度为2m。该装置实现了对透镜中心厚度的高速非接触测量，完全能达到实际测量的需要。
基于共焦法测量透镜中心厚度的装置中，需要光进入透镜内部发生折射和反射，但这会影响测量精度。为了解决这一问题，在共焦法原理的基础上，采用双面光学共焦的测量方法，设计了一套透镜中心厚度的测量装置，并进行了理论分析、误差分析和试验验证。结果表明，该装置测量范围能达到30mm，测量精度为2m。该装置实现了对透镜中心厚度的高速非接触测量，完全能达到实际测量的需要。
2016, 40(6): 926-929.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.031
摘要:
为了研究产品装调过程中，套孔法和CCD成像法得到的激光发散角偏差较大原因，采用ZEMAX仿真进行了理论分析，并结合相关试验进行了验证。结果表明，在CCD白光观瞄系统中利用CCD成像法测量激光光斑大小时，由于白光与激光间存在光程差，计算激光发散角时，需要消除光程差导致的图像误差的影响。激光光斑大小与距离符合双曲线规律变化。近场条件下不成线性关系，CCD成像法测量得到的激光光斑图像偏大，计算得到的激光发散角远大于套孔法的测量值；远场条件下近似成线性关系，套孔法及CCD成像法测算得到的激光发散角数值基本一致。该研究可以根据产品的设计参量，消除光程差对激光激光束散角的影响，提高测量精度。
为了研究产品装调过程中，套孔法和CCD成像法得到的激光发散角偏差较大原因，采用ZEMAX仿真进行了理论分析，并结合相关试验进行了验证。结果表明，在CCD白光观瞄系统中利用CCD成像法测量激光光斑大小时，由于白光与激光间存在光程差，计算激光发散角时，需要消除光程差导致的图像误差的影响。激光光斑大小与距离符合双曲线规律变化。近场条件下不成线性关系，CCD成像法测量得到的激光光斑图像偏大，计算得到的激光发散角远大于套孔法的测量值；远场条件下近似成线性关系，套孔法及CCD成像法测算得到的激光发散角数值基本一致。该研究可以根据产品的设计参量，消除光程差对激光激光束散角的影响，提高测量精度。
2016, 40(6): 930-934.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.032
摘要:
为了使光纤激光在线选择整形金刚石砂轮达到理想的整形精度，采用计算机、CCD传感器、PCIe-6361型数据采集卡为主要硬件，LabVIEW作为上位机软件开发工具搭建了一套光纤激光在线整形金刚石砂轮系统。该系统不仅可以实现金刚石砂轮的激光在线整形，而且可以在短时间内实现对砂轮表面轮廓的高精度测量和数据存储。结果表明，通过对砂轮的轮廓测量，设定金刚石砂轮的整形阈值为38.23m，采用功率35W、重复频率50kHz的光纤激光整形金刚石砂轮，整形后砂轮高点的高度值基本上控制在38m以下。该系统设计能满足金刚石砂轮的整形要求。
为了使光纤激光在线选择整形金刚石砂轮达到理想的整形精度，采用计算机、CCD传感器、PCIe-6361型数据采集卡为主要硬件，LabVIEW作为上位机软件开发工具搭建了一套光纤激光在线整形金刚石砂轮系统。该系统不仅可以实现金刚石砂轮的激光在线整形，而且可以在短时间内实现对砂轮表面轮廓的高精度测量和数据存储。结果表明，通过对砂轮的轮廓测量，设定金刚石砂轮的整形阈值为38.23m，采用功率35W、重复频率50kHz的光纤激光整形金刚石砂轮，整形后砂轮高点的高度值基本上控制在38m以下。该系统设计能满足金刚石砂轮的整形要求。
