北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院,北京 100192
为了解决传统多光谱辐射测温仪便携性差和无法测量瞬变温度的问题,采用分光光纤和带通滤光片的分光方法,设计了高速光电响应电路,研制了一台便携式高速多光谱辐射测温仪。结果表明,使用光纤和带通滤光片代替传统的棱镜分光,并与其它硬件封装在一起,可降低系统的复杂度,提高仪器的便携性,组装后仪器总体质量不大于4 kg,体积不大于30 cm×25 cm×25 cm;设计高带宽的光电转换电路并使用高速模数转换芯片、现场可编程门阵列芯片及CYUSB3014芯片进行数字信号的采集和传输,与计算机的通信速率高达100 MHz,使得测温仪能够测量微秒级变化的温度;在参考温度稳定的情况下,测温相对误差低于±2.5%,测温精度较高。这些结果对于提高测温仪的便携性和实现瞬变温度场高精度测温是有帮助的。
测量与计量 便携式高速测温仪 高带宽电路 现场可编程门阵列 高速数字信号处理 measurement and metrology portable high-speed thermometer high-bandwidth circuit field-programmable gate array high-speed digital signal processing
红外与激光工程
2023, 52(5): 20220537
北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100192
为了解决非接触测温系统中常见的成本高昂、系统复杂、实用性差、响应速度慢等问题, 采用多光谱测温和快速响应光电探测技术, 设计了一套低成本高速多光谱辐射测温系统。利用高速微弱光信号采集模块、高速模数转换芯片、高性能可编程门阵列和同步动态随机存取内存保证了微弱光信号的高速转换、同步采集、大容量缓存, 具备纳秒级变化温度场的测量能力。结果表明, 测温误差小于±1%,时间分辨率可达到50ns。这一结果对于快速变化温度场的测量是有帮助的。
测量与计量 多光谱测温 微弱信号探测 可编程门阵列 高速模/数采集 measurement and metrology multispectral temperature measurement weak signal detection field- programmable gate array high-speed analog/digital acquisition
1 北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院,北京 100192
2 光电信息控制和安全技术重点实验室,天津 300308
针对在外场实现探测器损伤状态实时探测的需求,研发了光电探测器表面损伤状态偏振成像式探测系统。理论推导了“猫眼”目标回波偏振特性参数DP和回波偏振度DOP的表达式,利用MATLAB软件仿真绘制了表面粗糙度、回波偏振度以及偏振特性的关系曲线;设计了一套同时偏振成像光学系统,开展了671 nm连续激光对电荷耦合器件(CCD)表面损伤状态的实时探测外场实验,编制了基于MATLAB GUI的回波图像可视化实时采集系统,得到了回波图像强度、偏振特性以及光斑尺寸等信息;通过光学显微镜和白光干涉仪对探测器表面损伤处和未损伤处形貌图像分析,发现探测器损伤表面可见硅基底且粗糙度参数Sq值较大;结果表明,仿真结果与实验测试结果具有良好一致性。光电探测器被损伤后,其表面粗糙度增大,回波偏振特性参数DP减小,退偏特性明显,偏振度DOP减小。偏振成像技术可有效对光电探测器表面损伤状态进行实时探测,该研究提供了一种外场条件下实时探测的好方法。
偏振成像 损伤探测 偏振特性 电荷耦合器件 粗糙度 polarization imaging damage detection polarization characteristics CCD roughness 红外与激光工程
2022, 51(6): 20210629
北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100192
为了研究大气湍流对不同波长激光传输特性的影响, 利用MATLAB对其进行了仿真, 设计湍流模拟箱进行实验, 将仿真和实验结果对比进行了理论分析和实验验证。对激光波前光强分布进行了观察与记录, 并对不同波长激光束在相同大气条件下的光束漂移和光强起伏做了测量与分析; 就大气湍流对线偏振光的偏振态影响进行了实验观测。结果表明, 随着大气湍流的增强, 激光波前光强分布容易受到明显的影响; 激光束的光强起伏随着波长的增大而减小, 其方差最高到达2.79×10-2, 而光束漂移则与波长无关, 方差最高到达9.11×10-12; 线偏振光受到湍流效应的影响, 其光强产生随机变化, 且随着湍流强度的提高, 变化程度更剧烈。实验测试数据结果与大气湍流理论相符合, 这对激光大气传输的研究具有一定的参考价值。
大气光学 大气湍流 光强闪烁 光斑漂移 线偏振光 atmospheric optics atmospheric turbulence intensity fluctuation spot centroid drift linearly polarized light
北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100192
为了研究多光谱CCD相机的干扰效果, 分别采用氙灯(白光)、671nm激光、473nm激光和532nm激光对多光谱CCD相机进行干扰实验, 提取了红、绿、蓝三通道下的干扰图, 并对干扰效果进行了分析, 最后利用光生载流子的扩散模型对白光辐照多光谱CCD进行仿真。结果表明,白光辐照多光谱CCD相机时, 红、绿、蓝三通道会同时被干扰, 干扰效果明显优于单波长的干扰效果; 当白光的入射功率为10.5μW时, 白光辐照多光谱CCD的饱和像元数为2382pixel, 随着入射功率的增大, 多光谱CCD的饱和像元数也逐渐增加, 当白光的入射功率为980μW时, 白光辐照多光谱CCD的饱和像元数稳定在320078pixel; 多光谱CCD对各个波长连续激光干扰响应程度从大到小依次为白光、532nm、473nm、671nm; 仿真所得干扰图以及饱和像元数随激光功率的变化关系曲线与实验结果基本相符。该结果有助于多光谱CCD相机干扰机理的深入研究。
激光技术 图像处理 激光干扰 饱和像元 多光谱 laser technique image processing laser interference saturated pixel multispectral
北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院,北京 100192
建立了CCD损伤进程中光学成像系统猫眼回波探测系统,记录了CCD损伤进程中光学成像系统猫眼回波功率与猫眼回波偏振度数据并绘制了变化曲线,分析了猫眼回波特性的变化机理、CCD损伤状态与猫眼回波功率、偏振度变化之间的联系,研究得出:光学成像系统CCD探测器件受脉冲激光辐照产生点损伤、线损伤至全靶面损伤进程中,猫眼回波功率、偏振度变化与CCD损伤状态变化没有良好的相关性,提高损伤激光能量使CCD受到首个脉冲辐照时完全损伤,在0~8个脉冲损伤进程中,猫眼回波功率与偏振度先增大后减小,再增大最后不断减小,可以此规律对CCD是否完全损伤进行判断。
猫眼回波 功率 偏振度 粗糙度 cat eye echo power degree of polarization roughness 红外与激光工程
2021, 50(9): 20200425
北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100192
为了解决激光干扰电荷耦合光电探测器时饱和面积与激光功率关系曲线不符合传统“水桶”模型预测规律的问题, 利用激光干扰电荷耦合光电探测器饱和面积随激光功率增加的非线性模型, 提出非线性主要产生于两方面: 由光注入产生的光生载流子由于电子空穴对的复合导致载流子浓度呈非线性增长; 电荷耦合光电探测器的沟道结构导致一些高于势阱存储容量的电子未被势阱吸收而被泄露, 从而造成干扰的非线性。取得了连续激光辐照电荷耦合器件干扰实验数据, 并利用非线性模型对实验数据进行了拟合。结果表明, 473nm,532nm,632.8nm和1064nm激光干扰电荷耦合器件实验数据与拟合数据平均相对误差分别为7%,5%,5%和7%, 说明了所提出的非线性模型在描述激光辐照电荷耦合器件干扰规律时是有效的。该研究有助于为激光干扰电荷耦合器件实验提供理论指导和预测。
激光物理 干扰饱和 非线性模型 沟道 电子空穴复合 laser physics interference saturation saturated pixel non-linear model draining channel electron-hole recombination