红外与激光工程
2022, 51(11): 20210955
1 天津工业大学天津市电工电能新技术重点实验室, 天津 300387
2 河北大学质量技术监督学院, 河北 保定 071002
可调谐激光吸收光谱技术(TDLAS)由于其高灵敏度、 高选择性等优势广泛用于痕量气体检测领域。 然而其测量结果容易受到目标气体压力波动的影响, 特别是在大气环境下尤为明显, 现有方法多为在现场安装压力传感器, 对测量结果进行校正。 提出了一种无需压力传感装置的气体浓度修正方法。 选取碰撞展宽占主导地位的气体吸收谱线, 分别建立谱线展宽与波长调制光谱一次谐波(WMS-1f)信号的峰谷值间距和二次谐波(WMS-2f)过零点间距的解析表达式, 通过测量一次谐波峰谷值间距或二次谐波过零点间距直接得到被测气体压强, 进而利用波长调制光谱一次谐波归一化的二次谐波(WMS-2f/1f)技术补偿测量环境中压力波动对气体浓度测量结果的影响。 实验以浓度为1 980 mg·m-3的CO2为目标气体, 选取其位于4 989.97 cm-1的吸收作为目标谱线, 在大气压附近进行不同调制深度的变压力测量实验, 通过实验分析了压强变化对二氧化碳吸收谱线谐波信号的影响, 利用一次谐波峰谷值间距和二次谐波过零点间距分别反演了气体压强, 并与气体压强传感器测得的压强数据进行对比, 压强偏差在1%以内, 验证了通过谐波间距解析表达式计算压强的正确性及通过测量谐波间距对浓度补偿的可行性。 最后利用WMS-2f/1f技术和通过谐波间距测得的压强数据对气体浓度进行压强补偿修正, 结果表明通过测量谐波间距修正后的浓度与通过高精度压力表补偿后浓度相比误差小于2%, 与通过谐波间距推导得出的压力不确定度(小于2%)一致, 验证了该方法的可行性和有效性, 进一步提高了TDLAS技术在压强波动较大环境下进行气体浓度检测的测量精度。 利用谐波间距对气体浓度补偿的方法无需额外的气体压力传感器, 简单易行, 特别适合于大气环境中气体成分的高灵敏高精度开放光路遥测, 也可用于气体浓度和压强的同时测量。
波长调制光谱 一次谐波 二次谐波 压强波动补偿 CO2检测 Wavelength modulation spectroscopy First harmonic signal Second harmonic signal Pressure fluctuation compensation CO2 detection 光谱学与光谱分析
2020, 40(5): 1407
西安工业大学 陕西省光电测试与仪器技术重点实验室，西安 710032
针对传统基于三角形原理的测量方法对结构参数要求严格、装调难度大的不足，提出了一种基于空间解析几何原理的平面方程模型和算法。采用最小二乘法曲线拟合的方法确定已标定的两个倾斜光幕的平面方程，通过弹道线与四个光幕的平面方程组的联立求解，实现弹丸速度和着靶位置的精确测量。文中的方法降低了对两倾斜光幕的安装和装调难度，采用实弹射击的方式对所提方法进行验证，结果表明：所提的四光幕阵列的平面方程模型与算法简化了四光幕阵列结构装调，节省了人力，提高了测量精度。
外弹道测试 四光幕阵列 平面方程 结构参数 着靶坐标 external ballistics measurement four light screen array planar equation structure parameters impacting coordinate
西安工业大学 陕西省光电测试与仪器技术重点实验室,陕西 西安 710032
针对现有的天幕靶幕面空间位置参数检定方法需要拆卸的不足，提出一种不拆卸天幕靶对其探测幕面位置检测的方法。以经纬仪建立基准面，采用放置在基准面内特制的频闪小光源和设定天幕靶输出阈值的方式，根据小光源作用在天幕靶上有信号输出时平移台相对基准面的移动距离，实现天幕靶幕面空间位置参数的检测。将天幕面相对基准位置倾斜2′、-2′、-5′时，所测幕面倾斜角度与实际幕面倾斜角度间误差均小于1′，试验结果表明天幕靶幕面位置检定方法精度优于±1′，与理论分析相一致。该方法不需要拆卸天幕靶，节省了时间，能用于使用中天幕靶的检定。
测速天幕靶 天幕面空间位置 基准面 检定方法 speed-measuring sky screen target spatial location of sky screen datum plane calibration method
以生物视觉成像和目标识别为研究背景，深入研究了光学复眼的结构与拼接以及基于光纤耦合的光信号接收成像技术，并设计了一种可应用于凝视激光雷达的新型光学复眼接收系统。通过模仿昆虫复眼结构形式，该系统由16个透镜阵列构成，全视场角为2°。利用Zemax软件完成了光学系统设计，结合光纤耦合技术接收光信号,对复眼探测结果进行了实验研究和分析。结果表明，该接收系统能够准确地反映探测目标轮廓，探测距离可达200 m以上，在实验室获得了20 frame/s的距离图像，像点点阵间距为1.72 m×1.72 m。实验结果验证了该接收系统的合理性，表明该系统可以满足导弹末制导使用或是低空飞行器下视地形匹配。
光学复眼 距离成像 接收系统 optical compound eye range imaging receiving system
为了进一步研究Nd∶YAG陶瓷激光器的红光波段，研制了一台重复频率为1 000 Hz的670 nm电光调Q Nd∶YAG陶瓷激光器.采用三个激光二极管列阵侧面抽运掺杂浓度为1.1at%、尺寸为Φ3×50 mm2的Nd∶YAG陶瓷晶体，根据实验测量的陶瓷晶体热透镜焦距，优化设计了折叠腔的各个参量，并对陶瓷晶体及倍频晶体热焦距对晶体内光斑半径的影响进行了分析.采用LN晶体电光调Q、KTP晶体Ⅱ类匹配腔内倍频， 实现了670 nm的激光输出.当单脉冲抽运能量为144 mJ时，获得了能量为1.48 mJ，脉冲宽度为35 ns的红光输出，总的光-光转换效率为1.03%.
激光器 Nd∶YAG陶瓷红光激光器 腔内倍频 电光调Q Laser Nd∶YAG ceramic red laser Intracavity frequency-doubling Electro-optical Q-switching
针对陶瓷晶体1319 nm的谱线设计了适合的谐振腔腔镜膜系参量，采用激光二极管列阵侧向抽运掺杂1.1at%、Φ3×50 mm的Nd∶YAG陶瓷，利用色散棱镜及KTP晶体Ⅱ类匹配腔内倍频，研制了一台660 nm单一波长输出的高重频Nd∶YAG陶瓷红光激光器.根据陶瓷晶体的热透镜焦距设计了谐振腔的各个参量，在重复频率为1000 Hz、单脉冲抽运能量约144 mJ时，获得了3.9 mJ的660 nm脉冲激光输出，总的光-光转换效率为2.71%.为进一步研究大功率、高效率的陶瓷红光激光器奠定了基础.
激光器 660 nm单一波长 腔内倍频 Nd∶YAG陶瓷 Laser 660 nm single wavelength Intracavity frequency-doubling Nd∶YAG ceramic
长春理工大学 理学院 激光技术研究所，长春 130022
根据双轴晶体内锥折射效应产生空心光环的基本原理，推导出空心光环上各点相对于光环最低点的位相差分布规律解析式.通过模拟得到了位相差分布规律，证明了光环上各点的偏振方向变化具有连续性.实验采用非偏振的He-Ne激光准直后经小孔光阑垂直照射KNbO3晶体获得了空心光束，对其偏振特性进行了测试，结果与理论分析相吻合，很好的验证了理论分析的正确性.
双轴晶体 位相差分布 锥折射 空心光环 偏振特性 Biaxial crystal Distribution of phase difference Conical refraction Hollow ring Polarization properties
