长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
为提高星地激光通信地面接收端探测灵敏度和分辨能力,减少信标光捕获时间和难度,基于星地激光通信链路和设计方案,结合自适应光学(AO)技术,设计了一套500 mm口径的星地激光通信地面接收端系统。该系统采用库德光路、共口径分光探测形式,包含卡塞格林天线、倾斜镜精跟踪、AO超精跟踪、AO波前探测等4个单元。天线物镜组采用同轴卡塞格林结构,结合折射镜组构成开普勒望远结构,兼顾体积和长出瞳距的需求。在精跟踪倾斜镜和AO倾斜镜之间设计了4f系统,解决校正光轴时的瞳面漂移问题。在波前探测器和变形镜之间设计了双远心系统,构建两者共轭关系,降低波前探测的轴向误差影响。采用光学被动式方法对4个单元进行消热差设计,提高系统温度适应性。最终实验结果表明:在10 ℃~30 ℃范围内,各单元波像差均优于1/10λ(λ=632.8 nm),满足设计要求,具有一定借鉴价值和工程意义。
星地激光通信 库德光路 消热差 双远心光路 自适应光学 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706021
激光诱导击穿光谱技术目前已用于国内大科学装置EAST托卡马克壁诊断。 在真空环境下, 如何提升LIBS定量分析准确性是其进一步发展的瓶颈问题之一。 在真空中, 激光诱导等离子体具有高度时空非均匀性, 对等离子体时空演化行为的研究, 理解各个物种的演化规律, 是进一步改进LIBS定量分析准确性的重要内容。 针对托卡马克第一壁和偏滤器的材料相关的不同元素, 该工作在真空环境下利用波长为1 064 nm、 脉宽5 ns、 功率密度6.3 GW·cm-2的脉冲激光对三元合金-碳化钨铜((WC)70Cu30)进行烧蚀产生多组分等离子体, 使用线性阵列光纤实现了对发射光谱的时空分辨测量。 以三种元素C Ⅰ 833.51 nm, C Ⅱ 657.81 nm, Cu Ⅰ 515.32 nm, Cu Ⅱ 512.45 nm, W Ⅰ 429.46 nm, W Ⅱ 434.81 nm六条谱线为研究对象, 研究了激光烧蚀等离子体不同辐射机制的时间尺度以及多组分等离子体在扩张过程中发生的元素“空间分离”现象和“离子加速”现象。 根据连续背景和六条谱线的时间演化规律, 观察到连续辐射主要发生在等离子体膨胀早期80 ns内, 离子谱线在30~300 ns, 原子谱线在100~1 000 ns。 空间分辨实验研究发现, C、 Cu、 W元素对应原子及离子的空间分布均有所不同, 即真空中激光烧蚀多组分等离子体在扩张过程中发生了元素“空间分离”现象。 将六条谱线的峰值位置和时间进行线性拟合, 获得了对应物种的扩张速度, 其速度范围在4.2~34.9 km·s-1。 结果表明, 相对原子质量越小, 对应粒子的速度越快(C Ⅰ>Cu Ⅰ>W Ⅰ, C Ⅱ>Cu Ⅱ>W Ⅱ); 对应元素的离子速度大于其原子速度(C Ⅱ>C Ⅰ, Cu Ⅱ>Cu Ⅰ, W Ⅱ>W Ⅰ)。 利用元素“质量分离效应”和“瞬态鞘层加速”的物理机制, 对激光等离子体元素“空间分离”以及“离子加速”现象进行了讨论和解释。 该研究结果为LIBS理论模型建立提供了重要的实验数据参考, 也为提高真空LIBS定量分析准确性提供了新思路。
激光诱导击穿光谱 碳化钨铜 多组分等离子体 时空演化 质量分离效应 离子加速 Laser-induced breakdown spectroscopy Copper tungsten carbide alloy Multicomponent plasma Temporal-spatial evolution Mass separation effect Ion acceleration 光谱学与光谱分析
2023, 43(5): 1394
大气与环境光学学报
2023, 18(6): 503
战略支援部队信息工程大学地理空间信息学院,河南 郑州 450001
针对传统LiDAR里程计(LO)测量方法在处理无初值、长序列点云配准时存在精度低、稳定性差等问题,本文引入端到端点云配准网络(HRegNet),提出一种基于深度神经网络的LO测量方法——HRegNet-LO算法,以期实现更加准确、鲁棒的LO测量。所提算法由两个核心模块组成:前端计算和后端优化。在前端scan-to-scan配准中,主要是依据原始点云的3D坐标,采用HRegNet网络,计算出相邻两帧点云的初始转换矩阵,实现LO初始位姿计算;在后端scan-to-map配准中,主要是通过提取特征点构建特征地图,应用迭代最近邻点(ICP)算法,每间隔一定距离对初始位姿进行优化,以减小预估轨迹中的漂移。在Kitti odometry数据集上对所提算法的性能进行了评估,并与LOAM、F-LOAM等算法作对比分析。实验结果表明,所提算法相对旋转、平移误差分别在0.003°/m和1%左右,每帧位姿计算耗时约为100 ms,可以满足LO测量对于精度和实时性的要求。
HRegNet网络 LiDAR里程计 特征地图 迭代最近邻点 Kitti odometry数据集 光学学报
2023, 43(24): 2428003
1 中国兵器装备集团公司 武汉滨湖电子有限责任公司, 武汉 430205
2 中国电子科技集团公司第三十八研究所, 合肥 230088
瞬时测频(IFM)是现代电子战中的一项重要技术。基于光子辅助的IFM技术具有大带宽、低损耗、小尺寸、轻重量和抗电磁干扰等优势,可克服传统电子学方法的瓶颈,因此备受青睐。文章在已有研究基础上,给出了另一种测频误差更小的光子辅助瞬时测频方法,通过搭建具有射频功率响应互补特性的光链路,实现了对0.5~18.5GHz信号的频率测量。研究表明,链路的信号增益实测结果与理论吻合,据此构造的幅度比较函数随频率变化更加剧烈,非常有利于实现准确的频率测量,获得了优于30MHz的测量精度。而且,该方法较为简单,只需少量的常规器件即可实现,抗环境变化能力也得到提升。通过更换高频的调制器和光电探测器,可实现对更高波段信号的频率测量。
瞬时测频 互补 误差 幅度比较函数 instantaneous frequency measurement complementary error amplitude comparison function
武汉滨湖电子有限责任公司,湖北 武汉 430205
瞬时测频(IFM)是现代电子战中的一项重要技术。传统基于电子学的方法由于自身瓶颈面临极大的挑战,基于光子辅助的IFM技术因其具有大带宽、低损耗、小尺寸、轻重量和抗电磁干扰等优势而备受关注。推导了基于双臂非平衡光链路的瞬时测频理论,并采用简单的器件搭建了验证系统,实现了对0.5~18.5 GHz信号的频率测量。研究表明:实测结果与理论非常吻合,并获得了较优的测量精度(±60 MHz以内)。相位调制链路的采用使得系统的前端得到简化,因而在**应用上有较好的潜力。
瞬时测频 幅度比较函数 相位调制 非平衡光链路 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1712001
红外与激光工程
2022, 51(12): 20220179
1 省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室, 河北工业大学, 天津 300130
3 国民核生化灾害防护国家重点实验室, 北京 102205
4 等离子体科学和能源转化北京市国际科技合作基地, 中国科学院电工研究所, 北京 100190
化学气体毒剂杀伤快、 易扩散、 难处置, 一旦使用或泄露将对****和社会稳定造成巨大威胁, 因此有必要发展一种可以现场实时检测化学毒害气体的方法。 目前, 传统气体检测方法主要包括红外吸收光谱、 气相色谱/质谱、 离子迁移谱和各种气体传感器等, 但其便携性、 灵敏度、 广谱性难以兼得, 无法完全满足现场检测需求。 基于发射光谱(OES)响应快、 灵敏度高、 广谱性好、 可重复性强的独特优势, 提出了一种大气压低温等离子体发射光谱检测技术。 分别以纳秒高压脉冲、 直流自脉冲和微波作为等离子体激励源, 使用毒性较小的甲基膦酸二甲酯(DMMP)作为沙林模拟剂进行发射光谱检测; 以乙醇作为环境有机干扰物, 对乙醇与DMMP光谱进行了主成分分析; 并探究了放电脉冲频率与特征光谱强度的关系。 结果表明, 三种激励源产生的等离子体都可辨别出DMMP特征光谱: P原子特征谱线波长为213.82和215.09 nm, PO基团谱带波长为253.67和255.6 nm。 光谱识别度方面, 使用微波激励源时DMMP特征光谱最为明显, 而使用纳秒脉冲与直流自脉冲激励源时光谱连续本底强烈。 方法适用性方面, 微波等离子体无电极污染、 但需要氩气维持, 可作为建立毒害气体发射光谱数据库的手段; 而纳秒脉冲与直流自脉冲激励源可在常压空气环境中直接检测。 三种激励形式下等离子体区域都存在气体加热效应, 微波等离子体气体温度最高(约1 300 K), 而纳秒脉冲和直流自脉冲放电气体温度相近(分别约为980和880 K)。 研究发现, 提升脉冲重复频率可以显著增加DMMP特征光谱强度, 其与脉冲频率在1~40 kHz内呈线性关系(相关系数大于0.98)。 所提出的大气压等离子体发射光谱检测方法具有响应快、 操作简单等优点, 可扩展性强、 具有小型化潜力, 为毒害气体快速检测装备研发提供了技术参考。
大气压等离子体 光谱诊断 气体检测 Atmospheric pressure plasma Spectral diagnosis Gas detection 光谱学与光谱分析
2022, 42(6): 1728
中国人民解放军96901部队, 北京 100000
作战方案评估是作战辅助决策的关键环节, 用于定量评估规划的作战行动达成预定作战目标的程度。现有的作战方案评估方法主要基于经典的多属性决策理论, 针对这些方法在评估指标赋权时单方面偏重主观或客观因素的局限, 提出一种基于潜在权重自适应分配的作战方案评估模型, 该模型在贝叶斯网络的框架下实现了加权和评估策略, 可依据给定的样本集与样本标签, 以非线性方式融合主客观两方面信息, 从而自适应分配指标潜在权重, 并利用贝叶斯方法的后验推断机制计算新方案的评估结果。实验也验证了模型的有效性。
作战方案评估 样本标签 潜在权重 贝叶斯网络 operation scheme evaluation sample label latent weight Bayesian network