火箭发动机高温尾喷焰因具有显著的红外辐射特征成为天基红外系统探测、跟踪、分类和识别任务重点关注的对象。火箭发动机喷焰辐射信号产生、传递机制的物理建模和数值计算一直是目标探测领域重点关注的问题, 也正朝着高精度、高效率的方向发展。针对火箭发动机喷焰红外辐射数值计算研究, 围绕喷焰红外辐射计算链路所涉及的各环节, 从喷焰反应流场模拟、高温燃气辐射物性参数计算、辐射传输计算和数理模型校验试验等方面的研究情况展开综述。

可见光波段激光在科研、工业、医疗以及通信领域应用广泛, 可通过半导体激光器、稀土离子掺杂激光器和非线性频率变换技术产生, 其中可见光稀土离子掺杂激光器近年来受到广泛关注。首先介绍了可见光波段激光的几种典型应用, 然后分析了目前可以产生可见光激光的稀土离子(镨、钕、钐、铕、铽、镝、钬、铒、铥)的发射吸收光谱和激光特性, 最后综述了其中较有潜力的镨离子和铽离子在可见光固体激光器方面的最新研究进展。

2 μm波段属于人眼波段, 并且具有大气通信窗口, 对该波段的研究是未来光通信系统亟待开发的领域。软玻璃材料相比于石英玻璃, 具有更宽的透光范围, 并且可扩展到中红外波段, 以配合2 μm波段光通信系统。设计了一种多芯空芯光子带隙光纤, 针对不同模式的模场面积、限制损耗和弯曲损耗等特性进行仿真分析。综合分析给出了2 μm波段单个和多个模式激光传输的最优波长。

作为光纤非线性效应中的一种, 孤子自频移效应由于其特殊的脉冲自持性而成为光纤中超短脉冲波长调谐的有效方式。从理论计算和实验验证角度对光纤中的孤子自频移效应进行研究, 基于广义非线性薛定谔方程对光纤中的孤子自频移效应进行仿真计算, 通过测量超短脉冲在保偏光子晶体光纤输出端的光谱对其进行实验分析, 理论和实验结果相符合, 均表明基于孤子自频移效应的超短脉冲波长可以实现大于300 nm的光纤反常色散区连续调谐。

研究了两维相干阵激光光束主瓣的远场特性。建立了正方形和正六边形子光源排列的相干阵激光传输的数学物理模型, 通过数值模拟与分析得出: 采用高斯函数来描述相干阵激光光束的远场中心主瓣光强分布误差很小, 可按照单孔径激光器的基模高斯光束传输规律来描述相干阵激光光束的传输规律。在此基础上, 计算了远场中心主瓣能量占比, 计算结果表明, 远场中心主瓣能量占比几乎不受子光源数目的影响; 而随着占空比的增加, 中心主瓣能量占比逐渐增大。当相干阵激光的孔径完全装填时, 正方形排列的激光光束中心主瓣的最高能量占比为79.1%; 而正六边形排列的能量占比值为83.2%。

报道了脉冲半导体激光器侧面泵浦Nd:YAG同步声光调Q纳秒激光器。采用连续输出50 W的Nd:YAG侧面泵浦模块, 当半导体激光器泵浦脉宽250 μm、重复频率1 kHz、声光Q开关延时270 μm时, 实现了平均输出功率2.27 W、脉冲宽度71 ns的稳定调Q脉冲输出。

对微扫描成像技术的研究现状进行了分析, 建立了红外成像系统模型, 分析了微扫描成像技术的技术原理, 对其超分辨能力理论仿真分析, 并通过实际红外微扫描成像系统对超分辨率效果进行验证, 并对成像结果进行了分析和评价。

介绍了飞机目标红外辐射源及其分类情况。基于工程计算需求, 归纳了飞机蒙皮、尾喷口及尾焰的红外辐射物理模型。系统研究了国内外关于飞机目标光谱辐射特性的研究现状, 并对飞机目标在不同波段、不同探测角度下的光谱辐射特性进行总结。结合红外制导导弹的制导体制, 开展了点源红外诱饵(包括: 单点源、多点源和光谱型点源红外诱饵)和面源红外诱饵作战应用的匹配性研究。上述研究成果有助于制定合理有效的干扰策略, 提升载机的战时生存能力。

微波信号的光域产生是目前一个热门的研究课题, 在通信系统、信号处理、雷达等领域有着广泛应用。分别介绍了在微波光子学领域中基于连续射频调制和基于频率-时间映射技术生成特定光脉冲信号的频域合成法和时域合成法, 并对两种方法的几种具体方案进行详细介绍和对比, 从脉冲重复频率的调谐能力、脉冲占空比、脉冲类型、系统结构稳定性等方面分析其优缺点。

在基于光学技术的机器视觉系统中, 雾天图像的退化问题给诸多应用造成困难, 尤其对公共安全领域中的预警分析影响比较大, 例如雾天情况下的无人机移动监测预警, 公安、边防的固定视频监控等。现有的采用合成数据集训练的深度学习去雾算法也难以应用于以上实际环境。为此, 提出一种基于无监督学习的单幅图像去雾算法。首先, 通过改进无监督算法YOLY的提取模块, 提高所获取的图像质量; 然后, 调整对大气光值参数的限制, 提高生成图像的亮度; 最后, 通过多种损失函数调整, 进一步提升图像的质量。实验结果表明, 该方法处理后的图像色彩鲜明, 细节完整, 更接近于真实图像, 并且图像噪声显著降低, 具有实际应用价值。

基于末敏弹用毫米波辐射计的工作原理, 分析研究了毫米波辐射计的烟幕干扰机理、干扰材料发射率测试原理及方法。在缩比的小铁板上方动态施放筛选的高发射率干扰材料, 小铁板的辐射信号急剧减弱。测试结果表明, 采用由高发射率干扰材料布设形成的烟幕干扰毫米波辐射计是可行的。

硒化锌多面反射棱镜是滚仰式长波红外导引头光学系统的重要组成部件, 其精度直接影响光学系统成像质量。针对棱镜多面体结构及多晶硒化锌材料特点, 提出单点金刚石飞刀车削的精密加工方案。对反射棱镜各面位置关系建立数学模型, 设计专用工装保证一次装夹加工成型, 对车削加工路径进行了仿真。通过实验得到了飞刀车削主轴转速、切削深度、进给速度等参数对硒化锌材料表面质量的影响。最终加工获得的反射棱镜角度误差为12″, 面形误差PV:0.13 λ, RMS: 0.02 λ, 表面粗糙度Ra: 7.39 nm, 表面疵病等级: Ⅴ。结果满足设计要求, 验证了飞刀车削法精密加工ZnSe多面反射棱镜的工艺方法。

介绍了一类轻量化碳化硅反射镜的古典光学加工方法。其中精磨阶段, 应用金刚砂和碳化硼分别对镜体进行了精磨试验。结果表明, 在相同精磨时间下, 碳化硼散粒磨料(240#)的磨削量至少比金刚砂散粒磨料大0.01 mm, 切削效果明显优于金刚砂散粒磨料, 并形成载荷50 N, 主轴转速45 r/min的精磨最佳工艺参数; 抛光阶段, 以柏油抛光模为基底, 分别使用氧化铈抛光液和钻石液对镜体进行抛光, 结果表明钻石液可有效改善零件的面形和表面质量, 并形成载荷为30 N, 主轴转速为60 r/min的抛光最佳工艺参数。分别使用W1和W0.3两种粒度的钻石液对镜体抛光, 可使镜体面形最佳达到低光圈3道, 表面光洁度良好, 无明显路子与亮点。由于镜体结构的特殊性导致其抛光难度较大, 继续应用环形抛光机对镜体进行无应力抛光, 修改镜体局部不规则度, 最终零件不规则度可满足1道光圈。