半导体中的双光子吸收(2PA)与能隙的三次方的倒数(E-3g)成正比,这一关系限制了在宽带隙半导体中获得双光子吸收系数。但是已知在输入波长迥异的高度非简并情况下,双光子吸收率较简并状态会有大幅提升。在飞秒和皮秒脉冲下的泵浦探测传输实验中证实了几种直接能隙半导体具有这种性质。发现在许多直接能隙半导体中,非简并双光子吸收率较简并情况下可增强约100倍。在GaAs中,观察到双光子吸收系数达到1 cm/MW,这么大的系数以前只在窄带半导体如InSb中观察到过。基于这种作用可以利用传统的半导体光电二极管获得敏感的选通探测。采用标准的GaN和GaAs光电二极管和高达14∶1的能量比的极度非简并光子证实了此技术。此外,还采用强紫外选通脉冲探测弱红外辐射,如采用GaN光电二极管,最小可探测红外脉冲能量可低至20 pJ,而现有的标准制冷型MCT探测器的最小可探测能量为200 pJ。我们现在还证实这种方法也可在连续波探测中应用。值得注意的是,这个过程没有用到类似χ(2)上转换的红外晶体或相位匹配。在本报告中将介绍怎样将这种探测技术用于其他半导体,以及如何优化器件的几何结构以满足实用化探测要求。

2013年5月25~26日,第六届国际光子与光电子会议(The 6th International Photonics and Opto Electronics Meetings, POEM 2013)在武汉光电国家实验室召开。

根据激光测距方程,分别建立了激光测距机漫反射目标及合作目标测距能力的理论模型。通过数值计算,研究了不同大气能见度条件下及不同激光发射束散角条件下配置合作目标对激光测距能力的影响。结果表明,配置合作目标可有效提高测距能力,并且在有合作目标条件下可有效降低激光发射功率,进一步为提高人眼安全提供保障。

分析了方形环形谐振腔对S线偏光和P线偏光的频率响应特性,发现输入两个频率间隔相差很小的S线偏光和P线偏光都能引起环形谐振腔的谐振,其中S线偏光谐振峰频率特性更适于环形谐振腔的稳频。通过搭建环形谐振腔频率响应特性测试系统,从实验上验证了理论计算的正确性。对于环形谐振腔的稳频和调腔具有参考意义。

利用粒子模拟程序,模拟研究了超强激光与等离子体相互作用中的电子束流不稳定性的产生机制,得到了不稳定性所激发的自生磁场的线性增长率与各向异性参数之间的函数关系。观察到了激光与等离子体相互作用时产生的饱和自生磁场在表面领域上的演化过程,发现沿x方向出现的电流比较大时,饱和自生的磁场在z方向的发展比较快,临界面附近较大,但随着深度的增加,逐渐以指数形式减少。

随着训练需求的不断变化和深入,激光诱骗干扰装备训练迫切需要探索新的更加符合实战要求的训练方法。在分析激光诱骗干扰装备干扰原理和激光半主动制导**作战过程的基础上,以制式激光末制导炮弹为对抗目标,设计了激光诱骗干扰装备实弹对抗训练方法,为激光诱骗干扰装备的干扰性能检验和战法运用的完善提供了新的训练思路,对进一步开展类似训练提供了参考。

红外焦平面探测器制冷组件的可靠性研究对推进组件工程化应用具有重要意义。介绍了国外在组件的可靠性模型、失效模式、加速应力以及可靠性试验等方面的研究进展,并对国内的组件可靠性研究状况作了简要分析,总结了对组件可靠性研究的总体思路,为国内红外焦平面探测器制冷组件的可靠性研究提供参考。

静止轨道卫星采用CO2和水汽吸收波段进行红外探测,探测性能受观测波段的大气透过率影响显著,同时,大气折射率随空间位置的变化影响目标的定位精度。通过建立大气中探测路径几何模型,利用FASCODE软件计算出路径上2.7 μm和4.3 μm波段大气透过率和蒙气差并制成图表,蒙气差计算结果与理论估算一致。结果表明,2.7 μm波段大气透过率在5~25 km高度变化显著,35 km以上透过率达95％;4.3 μm波段大气透过率在5~45 km高度变化显著,50 km以上透过率达95％。两个波段的蒙气差相同,对目标位置的影响较少,天顶角8°以内,影响只有50 m量级,超过8°,偏差随角度增长很快,到地球圆盘边缘时达到1 km。通过插值,透过率数据和蒙气差数据可用于系统设计、性能评估和实时仿真。

随着国外0.9~1.7 μm InGaAs近红外相机的迅速发展,目前已被大量应用于工业和**领域。探讨了InGaAs近红外相机在不同领域的应用,分析了InGaAs材料的优势及探测器选型。结合相应的探测器阵列,从相机偏置电压产生、时序驱动设计与制冷控制等方面给出了InGaAs近红外相机的硬件电路设计方案,解决了研制过程中的部分重难点,并针对后期图像处理进行了仿真验证,达到应用要求。

根据光电跟踪测量设备在制造和修理过程中的内场测试需求,从双轴转台设计、直流力矩电动机选型、控制系统设计、靶标设计和应用软件设计等五个方面研究了双轴旋转靶标式光电测试系统设计问题。提出了基于该系统的光电跟踪测量设备的电视和红外两个通道的方位和俯仰跟踪精度、跟踪速度、跟踪加速度等功能和性能的内场测试方法。该系统具有可靠性高、测试环境可控、重复性好、效费比高等特点。

针对GPS采样频率低、动态精度差的问题,为了在飞机起降性能测试课题中获取更高频率、更高精度的位置、速度等参数信息,利用高速像机阵列对飞机的起飞着陆运动过程进行接力拍摄,通过对各站点高速像机拍摄到的图像序列分析处理,利用数字图像处理技术、近景数字摄影测量三维直接线性变换(DLT)等算法,解算出了飞机的位置及速度数据。该方法对其他类似飞行物的轨迹测量具有指导意义。

体全息对小粒子记录及再现的影响关系到体全息材料在粒子场检测领域的应用前景,提出结合角谱传播理论与多光栅耦合波理论进行体全息图衍射分析的方法,并数值模拟了微米量级小粒子衍射光场的体全息记录与再现。数值分析结果表明体全息理论并不能像薄全息理论那样精确的再现出原始物光。其再现光场的角谱分布相对于原始光场存在高阶衰减,这使得再现光场成像后的图像边缘模糊,而且模糊程度还会随着粒子尺寸的下降逐渐上升。虽然这一现象为粒子边缘判读带来困难,但是再现图像的径向强度分布可为提高判断精度提供有益的参考。

4UPS-1U并联型光电设备稳定平台是针对光电跟踪系统需要而设计的一种新型并联机构,具有两个独立的转动自由度。以平台的任意UPS驱动分支为研究对象,分析了并联稳定平台的UPS驱动分支的运动情况,推导了UPS驱动分支各构件速度与动平台速度之间的关系。采用牛顿-欧拉法建立了并联稳定平台的动力学模型,进行了其运动控制仿真研究。仿真结果表明:该并联稳定平台能够补偿运动载体带来的纵横摇偏差,可以提供给光电设备工作时需要的绝对水平环境。

为了测量飞行目标的空间脱靶量，采用在指定区域附近放置凝视等待式双目相机，测量飞行目标位置、速度等参数，得到空间脱靶量信息。在建立数学模型后，设计了运动目标测量系统，并对系统误差进行了分析。实验和结果分析表明，该系统对运动小球的测量相对误差小于2%，验证了系统设计的可行性。

采用锁相放大技术研制了基于荧光猝灭原理的光纤溶解氧传感器,并组装了其测试系统。该系统采用高亮度蓝色LED作为光源,光电倍增管作为探测器,光栅光谱仪作为分光仪器,并使用SR830锁相放大器来检测荧光与激发光之间的相移。测定了相移差与调制信号频率、占空比之间的关系。实验结果表明,频率为60 kHz、占空比为10%的矩形调制信号能使传感器的检测精度达到最大,对光纤溶解氧传感器的进一步研究具有参考意义。

光学系统公差的合理制定是影响相机总体性能的主要因素。首先针对光学系统设计的指标要求,综合考虑空间环境适应性、结构布局等因素,采用像方远心光路,设计离轴三反多光谱相机光学系统;运用公差的灵敏度分析和反转灵敏度分析,计算系统内各公差参数对相机各谱段成像质量的影响,给出合理的公差要求及合适的补偿调整参数。按给定的公差要求,加工、装调了具有较高成像质量的光学系统。实验检测结果表明,相机静态传递函数在全视场所有谱段的实测值均在0.243以上,满足指标要求,制定的公差合理、可行,验证了公差分析与研究方法的正确性。

主要介绍了激光变焦扩束系统的设计方法。以高斯光束的准直原理为基础,采用一个倒置的望远系统建立系统物理模型和微分方程,分析得到系统中变倍补偿组件的运动轨迹。然后以二组元变焦系统为例,在理想光学系统的基本目标参数上加入具体的光学参数,并利用软件优化校正像差,设计得到了一种结构紧凑,光束准直性好且成本较为低廉的变焦扩束光学系统。

针对现行侦察手段对敌方海洋移动目标进行地理坐标的测量方法不多,测量精度不高的问题,提出了一种利用反舰巡航导弹搭载北斗卫星定位接收机(COMPASS)、合成孔径雷达(SAR)、脉冲多普勒雷达(PD)、高重频激光测距仪(HRLR)、激光测高仪(LHD)与数据传输系统(DCS),实现对敌海洋移动目标准确识别和精确定位的方法,介绍了侦察导弹的组成,说明了定位原理,给出了物理多站连续交会定位算法模型,进行了模拟测量数据解算和误差分析。通过仿真证明,本方法简单、实用,能够满足实际工程应用的需求,可为海上远程精确打击体系提供高精度的目标位置信息。

光学元件激光损伤是限制高功率激光装置输出能力的关键因素,为了理解光学元件激光损伤过程,提高光学元件抗激光损伤性能,利用偏振阴影显微镜成像技术和光电探测技术研究了紫外皮秒激光诱使熔石英光学元件损伤的时间分辨动力学过程。结果显示了紫外皮秒激光作用过程中冲击应力波的传输特性、瞬态吸收的演变过程以及裂缝的发展过程。结果表明,冲击应力波的传输速度约为6.9 μm/ns;532 nm波长的激光瞬态吸收在激光作用之后2.5 μs时激光吸收达到最大值,之后缓慢下降,整个持续时间可达50 μs以上;损伤裂纹在7.5 ns时刻就基本停止增长。研究结果对理解皮秒激光的损伤机制有重要意义。

根据天文导航系统数据量大、实时性要求高、数据接口多的特点,设计了由2片定点型DSP TMS320C6416和2片浮点型DSP TMS320C6711组成并行的MIMD系统用作天文导航数据处理平台,其中TMS320C6416完成通讯、随动控制解算、灰度图像处理和指令处理,TMS320C6711完成星历计算、天文解算和星点亚像素提取。该平台具有体积小、功耗低、重量轻等特点,能有效提高天文导航系统图像处理能力、系统实时性和数据输出率,具有功能强大、运算能力强、实时性好的特点。

研究了光电集成器件的耦合与封装的关键技术,首先分析光纤与PLC波导的z向偏移及角度偏移与耦合效率的关系,发布其3 dB容差分别为70 μm及5°以内,并分析存在8°反射角及填充折射率匹配胶时耦合情况并仿真验证。该器件采用表面贴光子技术、无源对准、非气密封装实现光与电、有无源的多功能结合。测试了器件的激光器与探测器性能,测试结果表明,该光电集成器件边模抑制比、灵敏度等参量优良。

根据体积全息图的角度复用特性,在一张卤化银干版上记录了多幅图像,再现时轮流显示不同画面从而实现动画显示的效果。设计记录波长632.8 nm,再现波长532 nm。通过记录和检测光栅确定全息图的处理工艺,从理论上分析了因乳胶收缩导致的光栅结构变化问题,计算得到全息图的记录和再现条件,消除了再现像“左右跳动”的现象,在一张干版上记录了4幅子图。设计并制作完成了自动控制电路和展示装置,实现了三维动画显示效果。

使用RF-PECVD法分别在基底温度为60 ℃、120 ℃和200 ℃的N型单晶锗表面制备了α-C:H膜,采用拉曼光谱、傅里叶变换红外吸收光谱和原子力显微镜等技术手段研究分析了α-C:H膜的价键组成及表面形貌,讨论了基底温度对α-C:H膜微结构及部分性能的影响。结果表明,在α-C:H膜沉积过程中,基底温度对膜层微观结构有较大影响,基底温度60 ℃时,膜层表面光滑、致密无石墨化现象。随着基底温度的升高,α-C:H膜中含H量和微晶石墨量逐渐增多,α-C:H膜层性能也逐步退化。