强激光与粒子束
2023, 35(10): 106002
南京大学现代工程与应用科学学院光热调控研究中心，江苏 南京 210033
在高温环境中对人体降温以保持舒适性是很重要的。近年来，辐射制冷织物通过红外光学性能的设计，能够在不消耗能量的情况下将人体的热量尽可能散出去，为实现在室内和室外场景中的人体降温提供了新的机会。与室内可控热环境不同，室外热环境的特点是太阳辐照强度强，因此，在将人体热量尽可能散出去的同时还需阻止太阳热量的输入。基于室内和室外热环境的差异，分别从室内和室外应用场景的角度介绍了辐射制冷织物的设计策略，并综述了其发展情况，最后对辐射制冷织物的未来发展方向进行了展望。
辐射制冷 热辐射 织物 人体降温 激光与光电子学进展
2023, 60(13): 1316006
分析了不同F数下的冷屏高度与焦平面响应率非均匀性的关系，在冷屏高度增加的不同阶段，不同F数的冷屏通光孔径带来的杂散辐射影响不同，焦平面均匀性出现增加、减小或不变等情况，在保证焦平面最大响应梯度不超过25%以及冷屏最大温差不超过5 K的情况下，通过曲线确定冷屏高度。同时基于点源透过率（PST）的仿真结果，对4种外观结构的冷屏分别在F1.2~F5.5下的杂散光抑制效果进行分析，进一步得到每种冷屏结构在不同F数下的适用情况。提出3种冷屏排气孔结构优化方案，优化后的排气孔结构焦平面接收的探测器内部热辐射功率较优化前减小了约87%。
探测器 冷屏 点源透过率 杂散光抑制 内部热辐射
红外与激光工程
2023, 52(3): 20220417
1 成都理工大学 工程技术学院，四川 乐山 614007
2 光电信息控制和安全技术重点实验室，天津 300308
3 核工业西南物理研究院，成都 610225
为研究红外探测系统受激光辐照后的热效应与二次热辐射对探测器成像的影响，使用Ansys软件对红外探测器进行热辐射仿真和有限元结构仿真；采用黑体辐射定律和DO辐射计算模型模拟计算探测器内光学系统在不同激光辐照度下的温度随时间变化情况以及探测器内部温升对靶面成像的二次热辐射干扰情况；采用热弹性力学模型仿真计算探测器内部的热应力和热变形情况。结果表明：探测器受到1.06 μm激光照射，矫正镜激光辐照度在50 W/cm2时，靶面受到二次热辐照度在0.6 s时达到100 μW/cm2的量级，使红外探测器达到饱和；探测器受激光辐照后系统最高温度出现在矫正镜中心处，拟合得到系统最高温度与受照时间函数关系，可预测探测器升温结构破坏；最大热变形出现在矫正镜背面中心处，由外向内形成不等附加光程差，干扰探测器的成像效果；最大热应力出现在矫正镜前面中心处，得到最大热应力与激光辐照度间的线性关系曲线，为矫正镜热应力破坏提供预测参数。
红外探测 成像质量 DO辐射模型 热弹性力学模型 二次热辐射 infrared detection image quality DO radiation model thermoelastic model secondary heat radiation 强激光与粒子束
2023, 35(2): 021003
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研究所，吉林 长春 130022
3 鹏城实验室，广东 深圳 518000
导引头在3 Ma（1 Ma≈340.3 m/s）超音速飞行状态下，受到气动加热的光学窗口温度急剧上升，产生大量红外热辐射，干扰探测器的成像质量。为研究气动热辐射对导引头红外成像的影响：采用ANSYS软件对导引头进行三维建模、有限元网格划分及温度场仿真；采用普朗克黑体辐射公式与TracePro软件计算仿真得到的目标源与光学窗口在不同温度下产生的辐照度，建立信噪比模型，分析光学窗口温度及目标相对距离对导引头红外成像质量的影响。实验结果表明，导引头在2、11、20 km海拔高速飞行10 s后，红外成像系统信噪比分别下降了91.8%、50.1%、20.7%，信噪比的下降会严重影响红外系统成像质量，必须使用制冷措施冷却光学窗口以降低干扰。研究结果可为导引头的光学窗口及光学探测系统的设计提供数据参考，为克服气动热辐射干扰的相关研究提供理论依据。
大气光学 气动光学 热辐射 成像质量 光学窗口 激光与光电子学进展
2023, 60(2): 0201001
1 1.南京理工大学 能源与动力工程学院, 南京 210094
2 2.陆军装备部驻株洲地区航空军事代表室, 株洲 412002
3 3.中国电子科技集团 第十六研究所, 合肥 230088
钙钛矿锰氧化物(Perovskite manganese oxide, PMO)因受外界条件激励而发生变色的特性, 在散热领域中受到广泛关注。目前绝大多数针对PMO的变色特性的研究都是以温度激励为基础, 以电场激励实现的散热器件仍旧缺乏。由于电场激励伴随着焦耳热的影响, 目前PMO材料是否存在电致变色性能尚未得到明确证明。针对以上问题, 本研究利用电场激励对PMO内部Mn元素的影响, 提出了一种针对PMO材料的电改性方法。通过电改性大幅减弱PMO热致变色性能, 进而使La0.7Ca0.25K0.05MnO3(LCKMO)在电场激励实验中能够排除焦耳热的影响。对LCKMO电改性前后的热致变色及电致变色性能进行研究。电改性前的LCKMO发射率随温度升高而增大, 最大增量为17%。并且在受21 V电场激励后, 其发射率在173、203、243、273和373 K分别出现了15%、16%、10%、0.6%和1.4%的增量。电改性后的LCKMO热致变色性能大幅减弱, 且在受21 V电场激励后, 其发射率在273和373 K出现了10.7%和9.3%的增量。电改性前后的实验结果表明: LCKMO存在电致变色性能, 并且电场激励对LCKMO发射率的调控机制存在明显规律。此外, 针对PMO材料的电改性方法不仅能令PMO材料在排除焦耳热的影响下进行电致变色研究, 更为调控PMO材料热致变色性能提供了新的可能。
钙钛矿 热辐射 电致变色 焦耳热 perovskite thermal radiation electrochromic Joule heat
1 国网河北能源技术服务有限公司, 河北 石家庄 050021
2 华中科技大学能源与动力工程学院煤燃烧国家重点实验室, 湖北 武汉 430074
辐射是各种燃烧过程中热传递的主要方式。 在不同的火焰中, 辐射光谱分布十分复杂。 在这项工作中, 利用光谱仪测量了可见光(200~900 nm), 近红外(900~1 700 nm)和中红外(2 500~5 000 nm)波段火焰的光谱强度, 分析了空气和富氧气氛下扩散火焰的光谱特征。 并基于光谱分析, 定量得到了火焰中碳烟以及气体发射的辐射力, 计算了火焰的温度分布。 结果表明, 空气燃烧中的火焰温度低于富氧燃烧中的火焰温度。 在空气气氛下, 火焰中的碳烟和气体均对中的热辐射起着重要作用。 而在富氧气氛下, 气体对于火焰热辐射更为重要。 在可见光和近红外波段, 由于在空气气氛下火焰中碳烟的大量形成, 光谱曲线显示出了良好连续性。 而富氧气氛下火焰的辐射光谱降低。 在中红外波段, 空气气氛下火焰的气体辐射明显弱于富氧气氛下火焰的气体辐射。
富氧燃烧 热辐射 测量 扩散火焰 光谱分析 Oxy-combustion Thermal radiation Measurement Diffusion flames Spectral analysis 光谱学与光谱分析
2022, 42(5): 1654
1 浙江大学光电科学与工程学院光及电磁波研究中心，浙江 杭州 310058
2 浙江大学上海高等研究院，上海 201203
近年来，随着超材料研究的发展，中红外波段的吸波超表面得到了快速发展，其应用潜力也不断被发掘。本文首先介绍了不同类型的中红外吸波超表面及其工作机理，然后回顾了在热辐射源、热隐身和探测器等应用中吸波超表面的应用方式和优势，最后总结现有的挑战并对将来的发展进行了展望。
探测器 中红外波段 超表面 完美吸收 热辐射 热隐身 光学学报
2022, 42(17): 1704001
1 苏州大学光电科学与工程学院教育部现代光学技术重点实验室，江苏 苏州 215006
2 苏州大学光电科学与工程学院江苏省先进光学制造技术重点实验室，江苏 苏州 215006
尺寸小、成本低和寿命长的非制冷热红外成像光谱仪对探测高温目标有巨大潜力，但其严重的内部噪声会降低检测灵敏度。非制冷热红外成像光谱仪主要的噪声包括探测器噪声、光机元件表面散射杂光引起的噪声、光栅非工作级次产生的杂光噪声和光机元件自身的背景辐射噪声。推导了包含上述噪声的噪声等效温差（NETD）公式，以Offner型热红外成像光谱仪为例，分析NETD与系统F数和机械元件内表面光学属性等主要影响因素之间的关系，研究了光机表面抛亮处理在抑制光谱仪内部背景辐射噪声方面的能力。最后，采用像元间线性关系法扣除了剩余的噪声，使探测信号与目标本身信号基本一致。
仪器 非制冷红外成像光谱仪 内部热辐射 杂散辐射抑制 噪声等效温差 表面抛亮 光学学报
2022, 42(15): 1512006
