1 中国科学院上海天文台，上海 200030
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室，江苏 南京 210008
4 上海大学机电工程与自动化学院，上海 200444
5 上海大学材料科学与工程学院，上海 200444
基于星载曲面镜的转发式激光时间传递具有零时延、高可靠性和高准确度等优势，但由于缺少合适的卫星试验平台，该技术目前仅限于理论分析，尚未获得有效试验数据及性能评估结果。本文将相邻的两套卫星激光测距（SLR）系统作为试验台站，以激光卫星上搭载的反射器作为转发载荷，开展了转发式激光时间传递试验研究。首先，介绍了转发式激光时间传递的基本原理及理论；然后，对上海天文台SLR系统进行适应性改造，搭建了转发式激光时间传递试验系统，并开展了不同激光卫星的实测试验；最后，分析获得的时间传递结果，研究影响该技术性能的主要因素。试验结果表明：该技术可以获得优于100 ps的精度以及ns的准确度，单向工作模式可行，为转发式激光时间传递的发展提供了有力支撑。
测量 卫星激光测距 激光时间传递 反射器 曲面镜 中国激光
2023, 50(18): 1804004
1 中国科学院上海天文台, 上海
2 中国科学院卫星与碎片观测重点实验室, 南京
3 华东师范大学 精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海
4 北京工业大学激光工程研究院, 北京
空间碎片严重威胁在轨运行航天器的安全, 并且对有限的轨道资源造成严重浪费。利用皮秒激光探测是高精度空间碎片激光测距的发展趋势。但是单脉冲运转的皮秒激光器峰值功率较高, 易损坏光学器件, 其能量与功率进一步提升难度较大。当皮秒激光以脉冲串方式运转时, 可将脉冲能量分散到每个脉冲上时, 不仅可以降低各单脉冲能量、避免器件损坏, 也使得进一步提高皮秒激光输出功率成为可能。因此, 脉冲串皮秒激光器对空间碎片的探测起到了重要推动作用, 近几年得到了广泛关注。对脉冲串产生方法及激光进行概述, 为从事超快皮秒激光研究人员及超快皮秒激光的应用提供技术参考。
脉冲串 皮秒激光 空间碎片 激光测距 pulse burst picosecond laser space debris laser ranging
1 上海大学 计算机工程与科学学院，上海 200444
2 中国科学院上海天文台，上海 200030
3 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室，江苏 南京 210008
4 华东师范大学 精密光谱科学与技术国家重点实验室，上海 200241
对卫星激光测距(Satellite Laser Ranging, SLR)回波数与重复频率、脉冲能量及功率关系进行分析，表明单位时间内相同激光回波数，重复频率越高所需激光脉冲能量和平均功率越低；同时对SLR单次测量精度及标准点数据精度进行分析，表明标准点时长内测距点数越多，SLR标准点精度越高。提出点火脉冲群与门控脉冲群收发交替的工作模式，解决超高重复频率后向散射光噪声对激光回波干扰问题。开发多缓冲区存储模式，使测量软件数据实时处理与储存效率提升4~6倍。基于中国科学院上海天文台60 cm口径SLR系统，以快速事件计时器、脉冲群生成器、低噪声单光子探测器等，采用脉冲间隔5 μs、单脉冲能量80 μJ的皮秒激光，收发交替脉冲群模式下实现100 kHz重复频率低轨至高轨卫星的SLR测量，近地星Hy2b标准点精度达到28.55 μm，远地星Galileo218标准点精度达到136.51 μm，为发展更高重频和高精度空间目标激光测距提供了有效方法。
卫星激光测距 重复频率 后向散射规避 激光收发交替 satellite laser ranging repetition rate back-scatter avoidance laser emission and reception alternation 红外与激光工程
2022, 51(11): 20220121
北京交通大学 发光与光信息教育部重点实验实，北京 100044
转轴径向运动误差是转轴的重要误差项之一，严重影响数控机床等转轴相关设备的精度和性能。利用激光干涉配合伺服转轴可以实现转轴径向运动误差的测量，但由于待测转轴和伺服转轴的自身转速不匀、伺服响应延迟、跟踪不稳等原因，干涉测量信号存在持续微幅相位抖动，进而造成非线性误差难以有效修正，相位解算精度不高，测量误差大。针对这一问题，提出一种零值截取-阈值判定的干涉信号处理方法，成功消除了相位抖动的影响。设计并搭建了一套转轴径向运动误差的激光干涉测量装置，针对实测信号的处理结果表明，相比于传统修正方法，文中提出的修正方法使得转轴径向运动误差干涉测量信号解算的重复性由4.8 μm减小到0.2 μm，与标准仪器的对比误差由3.5 μm降为2 μm。
转轴 径向运动误差 相位抖动 非线性修正 rotary axis radial motion error phase jitters on-linear correction 红外与激光工程
2022, 51(12): 20220205
1 海军航空大学, 山东 烟台 264000
2 中国人民解放军91197部队, 山东 青岛 266000
针对舷外有源质心式干扰对反舰导弹跟踪突防作用明显的情况, 考虑反舰导弹突防及舰艇机动过程, 运用舷外有源诱饵干扰原理, 建立反舰导弹与舰艇舷外有源质心干扰攻防对抗动态模型, 设计了一种舷外有源质心干扰判别模型。研究了反舰导弹不同入射舷角时, 舰艇采取的机动方式。通过仿真实验, 分析了不同反舰导弹开机距离及入射舷角抗舷外有源质心干扰的战术效果, 对合理确定反舰导弹末制导雷达具体参数具有重要参考意义。
反舰导弹 舷外有源诱饵 质心干扰 运动模型 anti-ship missile outboard active decoy centroid jamming motion model
运用第一性原理研究了Ag掺杂及缺陷共存对ZnO光电性质的影响。计算结果表明富O条件有利于Ag的掺杂, 贫O条件不利于Ag的掺杂。Ag掺杂浓度较低时有利于模型的稳定, 其在富O或贫O条件下都以AgZn为主要掺杂方式。当Ag掺杂浓度较高时, 富O条件下以AgZn-AgZn为主要掺杂方式, 贫O条件下AgZn-Agi是较为有利的掺杂方式。富O条件下Ag掺杂较难引入VZn和Oi共存缺陷。贫O条件下优先出现的模型为VO, VO在一定程度上会促进Ag的掺杂。Ag掺杂降低了ZnO的带隙宽度, 掺杂浓度越大模型带隙宽度越窄。VZn、VO和Oi缺陷共存不同程度地增加了Ag掺杂模型的带隙宽度。Ag掺杂及VZn和Oi缺陷共存均使ZnO吸收边红移至可见光区, 扩展了ZnO对太阳光的吸收范围, 而AgZn-VO在可见光范围内依然是透明。在低能区紫外-可见光范围内, AgZn-AgZn表现出更高的光吸收率, 但是相应形成能也高于AgZn。VZn的引入提高了AgZn-VZn和AgZn-AgZn-VZn对低能区紫外-可见光的吸收, VO的引入有利于ZnO表面吸附更多的O2进而产生更多的H2O2和·HO强氧化性物质, 即VZn和VO缺陷共存都有利于ZnO光催化性能的提高。
Ag掺杂 缺陷共存 第一性原理 光催化性质 光电性质 ZnO ZnO Ag doping defect coexistence first-principle photocatalytic property photoelectric property
战场野外复杂红外场景中, 由于背景灰度分布无规律、目标边缘模糊且纹理特征缺失, 目标极易混淆在背景之中; 由于嵌入式平台算力的限制, 多数深度学习类检测算法难以应用于便携设备, 无法实现快速有效的目标识别。提出一种基于运动目标提取与高效机器学习模型结合的目标识别方法: 通过运动检测实现目标像素级分割, 经形态学处理后, 定位单体目标; 根据嵌入式平台算力高低, 选择轻量化深度网络特征或轮廓特征, 训练softmax模型, 实现目标分类识别。将算法移植于嵌入式平台, 对开源红外图像序列进行目标识别实验, 实现多目标同时定位与分类, 处理速度达56FPS。实验结果表明, 该方法可对复杂背景中的红外目标进行实时有效识别。
红外目标识别 动目标检测 softmax分类 深度神经网络 infrared object recognition moving object detection, softmax classification, d
1 中国科学院上海天文台, 上海 200030
2 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室, 江苏 南京 210008
3 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海 200062
4 北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124
超短皮秒脉冲的峰值功率高、大能量输出困难。通过将单个脉冲分成多个相邻的脉冲,可增大脉冲包络总能量,提高激光输出功率。设计并获得光-光转化效率为39.3%的单路锁模皮秒种子激光输出,提出将单脉冲分成多脉冲的方法,利用布拉格体光栅(VBG)脉冲展宽、多脉冲生成、再生放大、行波放大及频率转换等激光技术获得脉冲间距为1 ns、输出功率为10 W、脉冲包络能量为10 mJ、单脉冲脉宽约为100 ps、光束质量为1.67、重复频率为1 kHz的532 nm百皮秒四脉冲激光输出。通过激光模块泵浦产生的热透镜效应,并通过调节泵浦电流实现对激光输出发射角的连续精确调节,获得的最小发散角为0.2 mrad。将所设计方法应用在上海天文台空间激光测距站平台上,进行多颗空间碎片测距,测距精度最优为16.44 cm。该结果表明多脉冲可增大激光总输出能量、提高激光输出功率且可为空间碎片激光测距探测能力的提升提供有效的技术途径。
激光光学 皮秒激光 空间碎片激光测距 多脉冲 单光子探测
1 中国科学院上海天文台，上海 200030
2 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室，江苏 南京 210008
1 064 nm波长大气透过率高、天空背景辐射小，采用该波长激光开展卫星测距，有助于提升测距系统的探测能力，已成为国际测距技术的重要发展趋势之一。采用2.2 nm窄带滤光片，计算并测试了白天情况下1 064 nm波长测距系统的噪声，验证了该滤光片在白天对背景噪声的抑制效果。基于圆心光路调节方法，夜间借助红外相机实现了1 064 nm波长激光发射光路与机械轴的重合度调节，保证了全天区优于5″的激光指向精度，解决了白天观测条件下1 064 nm波长激光精确指向问题。采用重复频率为1 kHz、功率为5 W的1 064 nm激光器，建立了1 064 nm波长白天卫星激光测距试验系统，最远获得了地球同步轨道卫星的有效回波数据，实现了1 064 nm波长白天激光测距。试验研究将为我国1 064 nm在远距离卫星激光测距、空间碎片漫反射激光测距方面的应用与发展奠定了技术基础。
卫星激光测距 1 064 nm 白天 同步轨道卫星 激光指向 satellite laser ranging 1 064 nm daytime geosynchronous orbit satellite laser pointing 红外与激光工程
2020, 49(10): 20200021
1 山西农业大学文理学院, 晋中 030801
2 北京理工大学化学与化工学院, 北京 100081
运用第一性原理方法研究了Cu/Ag单掺及Cu-Ag共掺对ZnO稳定性、电子结构和光学性质的影响。CuZn2和CuZn1-CuZn3的形成能接近0.0 eV, CuZn1-CuZn2的形成能为负值, 表明Cu较易掺杂且掺杂时有聚集的趋势。AgZn2的形成能为2.5 eV, AgZn1-AgZn2和AgZn1-AgZn3的形成能高于4.5 eV, 说明高浓度的Ag掺杂在实际合成中不易出现。CuZn1-AgZn2和CuZn1-AgZn3的形成能与AgZn2的相近。CuZn2、CuZn1-CuZn2和CuZn1-CuZn3模型的Cu3d与O2p轨道有较大程度的杂化, 价带顶端主要由Cu3d轨道占据。AgZn2、AgZn1-AgZn2和AgZn1-AgZn3模型的Ag4d与O2p轨道杂化较弱, 价带顶端主要由O2p轨道占据。CuZn1-AgZn2和CuZn1-AgZn3模型的Cu3d与O2p轨道虽有杂化, 但价带顶端主要由O2p轨道占据。Cu或Ag原子掺杂使Zn4s轨道在导带区显著向下移动, 降低了模型的带隙宽度, 它们对ZnO电子结构的影响主要集中在带隙附近。Cu-Ag共掺修饰ZnO电子结构的能力介于Cu和Ag单掺之间。上述掺杂模型吸收边都发生了红移, 实现了ZnO对可见光的吸收, 同时对3.10~3.90 eV范围内紫外光的吸收均高于纯ZnO, 有效提高了ZnO的光催化效率。结合形成能分析可知, 在不同类型掺杂下最有利的光催化模型分别为CuZn1-CuZn2、AgZn2和CuZn1-AgZn2。
Cu/Ag单掺 Cu-Ag共掺 第一性原理 光催化活性 ZnO ZnO Cu/Ag doped Cu-Ag codoped first-principle photocatalytic
