1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学空间光电技术国家地方联合工程研究中心，吉林 长春 130022
针对无人机（UAV）平台间激光通信的信道建模问题，提出了一种摆镜式激光通信终端指向误差的求解方法，在指向误差服从Hoyt分布的基础上，综合考虑大气效应得到了联合信道概率密度函数表达式，讨论了不同湍流强度和不同抖动方差下通信链路的性能，并对指向误差模型进行了数值仿真和实验研究。结果表明：当激光通信终端的方位和俯仰指向误差角分别符合均值为0、标准差为0.4°和0.05°的正态分布时，指向误差角符合Hoyt分布。本文所提出的模型更贴近真实系统的指向误差，可以为构建无人机的天地一体化通信网络和组网通信提供前期理论基础，具有一定的实际参考价值。
光通信 无人机 摆镜式激光通信终端 指向误差 Hoyt分布 信道建模 中国激光
2023, 50(11): 1106004
1 山东大学 激光与红外系统集成技术教育部重点实验室，山东 青岛 266237
2 山东大学 光学高等研究中心，山东 青岛 266237
3 山东大学 信息科学与工程学院，山东 青岛 266237
近年来，单光子探测技术在激光雷达等方面的应用越来越受到研究人员的关注。研制了基于InGaAs负反馈雪崩二极管（Negative Feedback Avalanche Diode, NFAD）的自由运转式集成型近红外单光子探测器。设计将被动淬灭原理的NFAD与主动淬灭技术结合，针对NFAD的信号读出电路易受电磁干扰的问题，创新地提出了无前级放大器的雪崩信号高阻抗差分提取电路，并采用吸波材料对关键电路部分进行了屏蔽，同时提高了淬灭性能和稳定性。此外，为了降低暗噪声计数率，针对集成制冷型NFAD器件的散热进行了详细的热设计，对集成热电制冷的NFAD器件和高速淬灭电路发热量较大的特点进行了电路和散热结构设计优化。通过实验对淬灭电路性能、散热设计和抗干扰设计进行了验证。结果表明：无前置放大器设计的探测器性能稳定，对1550 nm波长光子的最高探测效率可达33%，在−50 ℃、10%探测效率时可用死时间低至120 ns，此时暗计数率890 Hz，后脉冲概率10.6%。探测器散热性能良好，环境20 ℃风冷下的最低制冷温度可稳定在−58 ℃。上述结果表明这一低噪声计数、高集成度的通信波段近红外单光子探测器尤其适用于对性能和环境空间要求更严苛的应用场合。
单光子雪崩二极管 负反馈雪崩二极管 单光子探测 近红外 主动淬灭 single-photon avalanche diode negative-feedback avalanche diode single-photon detection near infrared active quenching 红外与激光工程
2023, 52(3): 20220907
1 辽宁科技大学应用技术学院，辽宁 鞍山 114051
2 辽宁科技大学理学院，辽宁 鞍山 114051
镍基合金是一种重要的航天航空材料，所以研究激光切割镍基合金的工艺参数对航天航空制造业有重要的价值。首先，采用正交试验法进行激光切割镍基合金，评估不同工艺参数的切割质量，直观分析优化工艺参数，得出优化值为80.175。然后，采用反馈式神经网络对切割质量进行训练拟合，预测17、18号样本的切割质量，误差百分比分别为3.14%、2.20%。最后，以此预测模型为基础，进行遗传算法的极值寻优，通过概率为0.4的交叉操作和概率为0.2的变异操作寻找种群范围内最优适应度值及对应变量值，此迭代进化过程为100次，得出的理论评分为89.076，验证试验得出的实际评分为89.150，误差仅为0.074。相比正交法直观分析优化，该方法只做少量试验样本，就可以快速找到最优工艺参数。
激光切割 镍基合金 工艺参数 正交分析法 laser cutting Ni-based alloy technological parameter orthogonality analysis method
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学机电工程学院，吉林 长春 130022
3 长春理工大学空间光电技术国家与地方联合工程研究中心，吉林 长春 130022
包含章动、自适应光学以及精跟踪功能的复合激光通信系统的光路复杂，环境温度改变时多光轴的一致性较难保证，导致波前校正基准、跟踪零位偏移，严重影响通信链路的建立。为解决以上问题，对系统进行了一体化设计，提出了针对多光轴复杂光路的光轴一致性的分析方法，建立了多反射镜误差传递模型。经过计算可得：在10~30 ℃的环境温度范围内，精跟踪支路与通信支路间、通信发射支路与通信接收支路间、精跟踪支路与自适应光学支路间同轴度误差优于143.77 μrad、27.38 μrad和131.66 μrad。在实验室中进行30 ℃温度拉偏实验，实验结果表明：光轴实际偏转角度与仿真结果之间的误差优于13%。随后进行了楼宇间的1 km激光通信实验（环境温度28 ℃），成功实现稳定通信。
光通信 多光轴一致性 仿真分析 刚体位移 误差传递模型 光学学报
2022, 42(18): 1806002
本文通过一步反应合成法制备了铌镁-锆钛酸铅(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-Pb(Zr,Ti)O3, PMN-PZT)压电陶瓷, 研究了稀土元素钐(Sm)掺杂对PMN-PZT(x%(摩尔分数)Sm-PMN-PZT)结构与电学性能的影响规律, 得到了具有高压电性、高机电耦合系数和高居里温度的压电陶瓷。当x=2.0时, 压电常数d33=611 pC/N, 机电耦合系数kp=0.68, 介电损耗tan δ=1.65%,相对介电常数εr=2 650, 居里温度TC=283 ℃。测试压电陶瓷电致应变性能, 在3 kV/mm下单极电致应变达到0.20%, 显示出其大应变材料的特征。结果表明, Sm掺杂PMN-PZT压电陶瓷具有优异的综合电学性能, 有望在换能器、传感器以及致动器等领域广泛应用。
PMN-PZT压电陶瓷 稀土元素掺杂 压电性能 机电耦合系数 居里温度 大应变 PMN-PZT piezoelectric ceramics rare-earth element doping piezoelectricity electromechanical coupling coefficient Curie temperature large strain
1 绥化学院, a.电气工程学院
2 绥化学院,b.信息工程学院, 黑龙江 绥化 152000
群集系统是多智能体系统研究中的热点之一, 对其分群行为展开研究具有重要的理论及实际意义。从群集系统组成、信息交互机制、分群的稳定性分析3个方面进行综述, 首先,从智能体异构和同构角度对群集系统组成进行分类介绍, 讨论分别以同构和异构群集系统为基础的分群方法的效果及局限性; 其次,从固定邻居距离的信息交互和选择性信息交互两方面展开总结及分析, 指出了各信息交互机制的不足和应用场合; 最后, 介绍和分析了现有分群稳定性理论分析方法, 并指出了群集系统分群行为未来的研究方向。
多智能体系统 群集系统 信息交互机制 稳定性分析 multi-agent system flocking system information interaction mechanism stability analysis
闫文伟 1,2,3,4陈帅 1,2,4,*穆宝岩 1,2,4高亮 1,2,4
1 中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁 沈阳 110016
2 中国科学院机器人与智能制造创新研究院，辽宁 沈阳 110169
3 中国科学院大学，北京 100049
4 辽宁省智能检测与装备技术重点实验室，辽宁 沈阳 110179
针对传统基于线结构光的视觉测量系统存在光条纹分割精度低的问题，提出了一种改进U-Net的光条纹分割算法。改进算法使用VGG16的卷积池化层代替U-Net编码块中的卷积池化层，在U-Net编-解码层间的跳连接中引入坐标注意力机制，在U-Net编码块末端接入金字塔池化模块，采用Dice函数和交叉熵函数的组合作为网络的损失函数，解决了光条纹占比失衡问题。基于线结构光测量原理，设计了工件尺寸测量系统。实验结果表明：改进U-Net算法的平均像素准确度（）为95.61%，平均交并比（）为89.73%，均高于其他对比算法；工件测量尺寸的绝对误差小于0.1 mm，相对误差小于1%，重复精度小于0.2%，满足工件的检测要求。
线结构光 光条纹分割 深度学习 特征点提取 非接触测量 激光与光电子学进展
2022, 59(12): 1215010
1 长春理工大学 机电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学 空间光电技术国家地方联合工程研究中心，吉林 长春 130022
3 长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
针对空间碎片探测与测距复合系统地面验证演示实验中，工作环境10~30 ℃、光学基台的尺寸限制（不超过450 mm×400 mm）以及光学望远镜尾部安装导致重心远离安装面的问题，提出了空间碎片探测与测距复合系统光学望远镜的设计。使用ANSYS有限元分析软件对光学望远镜建立了有限元模型，针对环境温度10~30 ℃、尾部安装状态下、光轴方向和垂直光轴方向1 g （g=9.8 m/s2）重力加速度工况下进行了分析。分析结果表明：光学望远镜整机一阶模态为133 Hz动态刚度较好，重力为光轴方向时主次镜间距最大变化量0.01 mm，重力为垂直光轴方向时主次镜间距最大为0.007 mm，光学望远镜系统波像差RMS值为λ/15，次镜最大倾角1.93″，具有较好的力、热稳定性，可以满足光学天线装校、检测以及外场实验验证过程中的指标要求。在光学望远镜装校完成后，使用ZYGO干涉仪对其像质进行检测，在重力垂直于光轴方向、环境温度10、20、30 ℃条件下进行检测，结果显示：系统波像差RMS值分别为0.097λ、0.075λ及0.1λ，整机光学望远镜系统波像差RMS值在最低温与最高温度时均优于λ/10均满足系统使用要求。
空间碎片 测距与成像复合系统 光学望远镜 仿真分析 space debris ranging and imaging compound system optical telescope simulation analysis 红外与激光工程
2021, 50(7): 20200464
1 辽宁科技大学应用技术学院, 辽宁 鞍山, 114051
2 辽宁科技大学理学院, 辽宁 鞍山, 114051
本实验使用Nd: YAG激光焊接机对双相钢进行工艺研究, 分别选取了电流、脉宽、频率三组参数, 利用正交试验法分析焊接质量的影响, 对测量结果进行极差分析, 得到所选取的最佳参数依次为: 电流110 A, 频率14 Hz, 脉宽1.4 ms; 进行方差分析, 得到电流对焊接质量影响的显著性大于频率, 脉宽几乎没有影响。
激光焊接 正交法 双相钢 极差 laser welding dual-phase steel orthogonal experiment range
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学国家地方联合工程研究中心, 吉林 长春 130022
基于微透镜阵列形式设计了新型大视场激光通信接收光学系统,并提出了完整描述微透镜阵列光传输的3×3光学矩阵模型,讨论了各光学元件倾斜角度和偏心对像面高度和出射角度的影响规律。针对微透镜阵列光学系统形式的设计要求,给出了合理的倾斜角度和偏心的公差范围,在完成积分透镜光学系统像差讨论的基础上,采用设计和仿真相结合的方式实现了大视场激光通信接收光学系统设计,并验证了三维矩阵模型的正确性。通过样机研制、匀光测试和视场测试,最终实现了视场角达0.9°、均匀性达86.58%的新型激光通信接收光学系统,实验测试数据与理论仿真数据相吻合。关于激光通信链路方面的讨论分析进一步证明了微透镜阵列光学系统应用在激光通信系统中的可行性和优越性,为激光通信接收光学系统的设计和研制提供了新思路和新方向。
光通信 微透镜阵列 3×3光学矩阵; 光束匀化 链路能量 光学学报
2020, 40(22): 2206003
