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当前目录 第53卷 第2期
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2024.53.2
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2024.53.1
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2023.52.12
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2023.52.11
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期刊基本信息
创刊:
1972年 • 月刊
名称:
红外与激光工程
英文:
Infrared and Laser Engineering
主管单位:
中国航天科工集团有限公司
主办单位:
天津津航技术物理研究所;中国光学工程学会
主编:
吕跃广
ISSN:
1007-2276
刊号:
CN 12-1261/TN
电话:
022-58168883,58168884,58168885
邮箱:
联系
地址:
天津市空港经济区中环西路58号
邮编:
300308
定价:
200元/期
当前目录 第53卷 第2期
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参考文献
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光电测量
更多
二维主动位姿引导的单目空间姿态测量方法
下载:698次
刘峰
1
郭英华
1
王霖
1,*
高裴裴
2
张月桐
1
作者单位
摘要
1
天津大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津 300072
2
南开大学 计算机学院,天津 300071
针对空间物体姿态快速测量问题,以构建视觉最小系统需求为依据,研究了一种基于二维主动位姿引导的单目视觉空间姿态测量方法,建立了单目相机、二维载台与倾角仪之间的姿态测量模型,实现了空间物体的姿态角的测量。该方法以大地倾角仪坐标系统一测量系统的测量基准,由精密二维载台引导单目相机覆盖地空大视野三维空间,通过前期标定设计完成了单目相机与二维载台之间的工装校准;建立了载台坐标系、摄像机坐标系以及大地倾角仪坐标系之间的姿态测量传递模型,实现了定轴旋转双视角拍照下的空间物体的姿态解算和角度测量。构建了实验验证环境,测角实验结果表明:在系统测量基准坐标系下,其俯仰角的测量误差≤0.82°,测量相对误差≤6.1%;其横滚角的测量误差≤0.43°,测量相对误差≤3.4%。
视觉测量
姿态测量
单目视觉
二维载台
visual measurement
attitude measurement
monocular vision
two-dimensional load
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红外与激光工程
2024, 53(2): 20211026
图像处理
更多
基于空间非一致模糊核标定的红外图像超分辨率重建方法
曹军峰
1,2,3,4
丁庆海
5
罗海波
1,2,3
作者单位
摘要
1
中国科学院光电信息处理重点实验室,辽宁 沈阳 110016
2
中国科学院沈阳自动化研究所,辽宁 沈阳 110016
3
中国科学院机器人与智能制造创新研究院,辽宁 沈阳 110169
4
中国科学院大学,北京 100049
5
航天恒星科技有限公司,北京 100086
近年来,红外成像系统在工业、安防、遥感等领域获得了广泛的应用,但由于制造工艺及成本制约,红外系统的分辨率仍然较低。基于深度神经网络的单帧图像超分辨率重建技术是提高红外图像分辨率的有效方法,获得了广泛研究,并在仿真图像上取得了显著进展,但应用于实际场景图像时容易出现伪影或图像模糊等现象。造成这种性能差异的主要原因是目前方法大多假定造成图像退化的模糊核是空间一致的,然而实际红外光学系统不可避免地存在像差、热离焦等,由此造成的图像模糊的模糊核并非空间一致的。针对这一问题,提出了一种非盲模糊核估计方法,通过采集特定的靶标图像,并设计模糊核估计网络,求解空间非一致模糊核;设计基于图像分块的超分辨率重建方法,将图像块和对应区域的模糊核一起输入非盲超分辨率重建网络进行子块图像重建,再通过子块合并和重叠区域图像融合,得到最终的高分辨率图像。实验结果表明,光学系统自身引起了模糊核随空间位置缓慢变化,在实验室条件下标定模糊核并基于图像分块进行超分辨率重建的方法可显著提高红外图像超分辨率重建的效果。
超分辨率重建
空间非一致模糊
模糊核估计
红外图像
super-resolution reconstruction
spatially variant blur
blur kernel estimation
infrared image
PDF全文
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红外与激光工程
2024, 53(2): 20230252
材料与薄膜
更多
米花型银-氮化钛薄膜SERS基底的制备及罗丹明6G的检测研究
邸志刚
1
高建鑫
1
贾春荣
1,*
周昊
1
[ ... ]
魏恒勇
2
作者单位
摘要
1
华北理工大学 电气工程学院,河北 唐山 063210
2
华北理工大学 材料科学与工程学院,河北 唐山 063210
罗丹明6G的痕量检测需要具有较高的灵敏度,为提高SERS基底的增强因子从而提高检测灵敏度,设计了米花型SERS基底,采用有限元法对其拉曼增强效果进行仿真,模拟不同中心球半径
r
、米花花瓣轴
a
、
b
、
c
以及中心球与花瓣间距
d
条件下电场强度的变化,得出最佳结构参数,并计算其SERS增强因子。随后利用电化学沉积法制备该基底,并探究电压值以及柠檬酸三钠和AgNO
3
的浓度配比对基底结构和性能的影响,从而制备出与理想物理模型形态最接近的米花型银/氮化钛薄膜基底。然后用其对罗丹明6G(R6G)进行痕量检测,探究该基底的拉曼增强效果以及稳定性。实验结果表明,当沉积电压为2V,柠檬酸三钠与AgNO
3
浓度配比为1∶1 (2 mmol/L∶2 mmol/L)时,得到的米花型TiN-Ag复合SERS基底与理想化模型仿真形态最接近。经过计算得到该基底的增强因子可达10
15
,对罗丹明6G的检测限可达10
−13
mol/L。实验结果证明设计的基底灵敏度高、稳定性强,可对食品非法添加剂的痕量检测提供技术支撑。
表面增强拉曼光谱
米花型结构
氮化钛薄膜
痕量检测
罗丹明6G
surface-enhanced Raman spectroscopy
rice flower structure
titanium nitride film
trace detection
Rhodamine 6G
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红外与激光工程
2024, 53(2): 20230367
图像处理
更多
红外图像去雾领域研究方法综述
唐文娟
1,2
戴群
1
作者单位
摘要
1
南京航空航天大学 计算机科学与技术学院,江苏 南京 211106
2
中国航天科工飞航技术研究院,北京 100074
红外图像去雾是指通过去除雾霾、烟雾等介质对红外图像的影响,恢复红外成像系统对比度和视觉质量的过程。红外图像凭借全天时、不受光照限制等优势,在**、安防、医疗、能源勘探等领域广泛地应用。然而,由于大气介质对红外图像的干扰,这些应用往往受到限制,因此红外图像去雾成为一个重要的研究领域。近年来,随着计算机视觉、深度学习等技术的不断发展,红外图像去雾技术也取得了一系列重要进展,为红外图像应用的发展提供了强有力的支持。根据红外图像去雾过程中所依赖数据的不同,将现有的红外图像去雾方法划分为多信息融合和单帧图像处理两大类,其中多信息融合因为需要额外的信息来帮助图像恢复而使其应用受到限制;而目前基于单帧图像处理的主流方案包括图像增强和图像重建两个发展方向。对各种分类的代表算法进行了简要梳理,并分析了其原理、优势及不足。最后,对红外图像去雾的发展趋势做出了预测。该工作既可以帮助初学者快速了解该领域的研究现状和发展趋势,也可作为其他研究者的参考资料。
红外图像去雾
多信息融合
单帧图像处理
infrared image dehazing
multi-information fusion
single-frame image processing
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红外与激光工程
2024, 53(2): 20230416
海洋光学
更多
弱风条件下斜程海洋湍流中涡旋光束的传输特性
吴鹏飞
1,2
李成毓
1
雷思琛
1,2,*
谭振坤
3
王姣
4
作者单位
摘要
1
西安理工大学 自动化与信息工程学院,陕西 西安 710048
2
西安市无线光通信与网络研究重点实验室,陕西 西安 710048
3
西安工业大学 光电工程学院,陕西 西安 710021
4
陕西科技大学 电子信息与人工智能学院,陕西 西安 710021
光束在海洋介质中传输会极大地受到海洋湍流的影响。此外,涡旋光束轨道角动量的复用会极大地提高系统容量,因此研究涡旋光束在海洋湍流中的传输具有重要意义。在水平海洋湍流理论基础上,创新性地构建了斜程路径上海洋湍流相位屏模型,以相位结构函数为依据验证了海洋湍流相位屏的准确性,根据多相位屏法搭建准直高斯涡旋光束在海洋湍流中的上行传输链路模型。数值模拟并分析了不同天顶角、海洋湍流内外尺度及拓扑荷数等其他海洋湍流参数对准直高斯涡旋光束经海洋湍流上行传输的光强及相位分布、光束漂移、轴上闪烁指数和长曝光光斑半径的影响。结果表明:涡旋光束的拓扑荷数越小、天顶角越小,光束受到湍流的影响越大;在海洋湍流上行传输链路中,准直高斯涡旋光束的光束漂移、轴上闪烁指数及长曝光光斑半径随海洋湍流外尺度的增大而增大,且主要受传输距离的影响;理想情况下,取海洋湍流外尺度为无穷大,会高估湍流对光束的影响;由于涡旋光束的本身特性,拓扑荷数对光强及相位分布和长曝光光斑半径的影响也较为显著。
海洋光学
斜程海洋湍流
相位屏
轴上闪烁指数
光束漂移
长曝光光斑半径
ocean optics
ocean turbulence in the slant path
phase screen
on-axis scintillation index
beam wander
long-exposure beam radius
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红外与激光工程
2024, 53(2): 20230441
红外技术及应用
更多
分流喷管出口构型对红外抑制器性能影响的数值和实验研究
杜家栋
单勇
张靖周
作者单位
摘要
南京航空航天大学 能源与动力学院 航空飞行器热管理与能量利用工业和信息化部重点实验室,江苏 南京 210016
在模型实验验证的基础上,采用数值模拟的方法,对比分析了分流喷管出口构型对直升机红外抑制器气动性能、温度场和红外辐射强度的影响。研究结果表明:相比基准分流喷管模型(Origin),分流喷管出口带一定外扩张角的波瓣出口结构(Lobe_1)的引射系数略微降低、总压恢复系数降低,中间混合管出口排气温度峰值却降低了65.1 K,同时降低了混合管上下方区域的壁面温度,但造成混合管中后段外侧壁面局部区域温度升高;外扩张角为0的波瓣出口结构(Lobe_2)增加引射系数3.8%,总压恢复系数与Lobe_1结构基本相当,中间混合管出口排气温度峰值也降低了62.8 K,尤其是其降低混合管壁面温度的效果最佳;分流喷管出口突片结构(Tab)增加引射系数10.6%,但总压恢复系数降低0.7%,同时,内侧混合管出口排气平均温度降低19.3 K,混合管壁面降温效果相对较差。总体来看,波瓣和突片结构都起到增强引射、强化混合的作用,尤其是波瓣出口结构(Lobe_2)对降低抑制器总体红外辐射效果最好,在3~5 μm波段的红外辐射强度最大可降低21%;在8~14 μm波段,其红外辐射强度最大可降低15%。
红外抑制器
分流喷管
引射系数
红外辐射
气动性能
infrared suppressor
diverter nozzle
pumping coefficient
infrared radiation
aerodynamic performance
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红外与激光工程
2024, 53(2): 20230459
光学器件
更多
基于FBG的微小型三轴振动传感器研究
唐翔
1,2
吴俊
3
黎琪慧
1,2
辛璟焘
1,2,4
董明利
1,2,4
作者单位
摘要
1
北京信息科技大学 光电测试技术及仪器教育部重点实验室,北京 100192
2
北京信息科技大学 光纤传感与系统北京实验室,北京 100016
3
北京空间机电研究所, 北京 100089
4
广州南沙光子感知技术研究院,广东 广州 511462
为了研制一种微小型、三轴测量的高灵敏度振动传感器,提出一种分立元件交错组合的超紧凑光纤光栅三轴振动传感器设计方法。采用分立元件组合设计方法降低了设计加工难度,与一体化设计对比,分立元件组合结构的零件结构简单、易于加工、结构设计也更为灵活,缩短了传感器结构的优化迭代周期。通过理论模型分析和有限元仿真,优化传感器结构参数,最终封装完成的尺寸为15 mm×15 mm×15 mm,质量约为24.26 g。最后进行实验测试和传感器性能分析。实验结果表明:该传感器的工作频段为0~1 200 Hz,在
X
、
Y
、
Z
轴方向的固有频率分别为1 850 Hz、1 770 Hz和1 860 Hz,三个轴向的灵敏度分别达到77.37 pm/
g
、80.73 pm/
g
和75.04 pm/
g
,横向抗干扰小于5%。该传感器满足航天振动测量轻量化、工作范围和灵敏度的应用需求,在遥感卫星微振动测量等领域具有重要应用前景。
光纤布拉格光栅
三轴振动传感器
微型化
高灵敏度
fiber Bragg grating
triaxial vibration sensor
microminiaturization
high sensitivity
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红外与激光工程
2024, 53(2): 20230518
红外技术及应用
更多
纳米金属粒子梯度掺杂的硅基近红外吸收增强结构
孙雨佳
1
陈方舟
1,2
李晓志
1
作者单位
摘要
1
南京航空航天大学 航天学院,江苏 南京 211106
2
安徽北方微电子研究院,安徽 蚌埠 233000
硅基光电子与CMOS工艺兼容,借助成熟的微电子加工工艺平台可以实现大规模批量生产,具有低成本、高集成度、高可靠性的优势。其中,硅基半导体探测器是目前应用最为广泛的可见光波段探测设备,将其工作频段拓展到近红外波段具有重要意义。由于硅的禁带宽度,硅基材料在近红外波段电磁波吸收存在明显限制,硅基探测器在近红外波段的应用受到挑战。根据纳米金属粒子发生局域表面等离子共振时产生的近场增强效应,提出了一种纳米金属粒子梯度掺杂的硅基结构。通过应用等效介质理论,模拟了复合硅基结构在可见光与近红外波段的吸收特性。结果表明:该结构在近红外波段具有电磁波吸收提升效果,并且当选择纳米金粒子梯度递增掺杂时,可以在610~1450 nm波段提升吸收性能,最高提升可达到10.7 dB。所提出的结构可以有效增强硅基材料在近红外波段的吸收效率,研究结果为硅基半导体探测器在近红外波段的应用提供了重要参考。
超材料
梯度掺杂
等效介质理论
近红外吸收增强
metamaterials
gradient doping
effective medium theory
near infrared absorption enhancement
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红外与激光工程
2024, 53(2): 20230519
光电测量
更多
基于矢量衍射理论的光栅干涉仪位移测量误差研究
雷李华
1,2
张玉杰
1,2
傅云霞
1,2,*
作者单位
摘要
1
上海市计量测试技术研究院,上海 201203
2
上海市在线检测与控制技术重点实验室,上海 201203
光栅干涉仪位移测量系统作为测量领域中最精密的测量仪器之一,由于在测量过程中光栅的姿态位置无法保证完美装配,使得光栅的光栅矢量方向与运动矢量方向之间出现偏差,导致位移测量结果出现周期性非线性误差。文中针对在光栅干涉仪位移测量过程中出现的光栅与位移台以及读数头之间的姿态位置误差进行分析,通过分别建立位移坐标系及光栅坐标系,参考惯性导航领域中飞行器姿态表示方法,利用一维光栅的横滚、俯仰和偏航角共同描述一维光栅相对于位移台的装配状态。通过基于矢量衍射理论分析光栅干涉仪位移测量时三个维度的角度偏差量,对可能产生的位移测量误差进行了分析说明。基于广义一维光栅方程,探究出了一个更为普遍的结论,为后续装置的改进提供理论依据,以提高系统的测量精度。
精密位移测量
光栅干涉仪
光栅矢量衍射
周期性误差
precision displacement measurement
grating interferometer
grating vector diffraction
periodic error
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红外与激光工程
2024, 53(2): 20230536
基于双PSD的三维测角传感器精度分析
赵文赫
1,2
白杨杨
1,2
王劲凯
1,2
张立中
1,2
作者单位
摘要
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
在机载光电转台、多自由度摇摆台等系统中,对于一些运动体与基座间没有确定的回转轴的柔性支撑、并联支撑平台,需要考虑非接触三轴角度测量方法,目前大部分的光电非接触三轴角度测量方案系统复杂,占用空间大,无法适用于如机载、星载等载荷对体积、质量敏感的场景。为此,文中提出了基于双位置敏感探测器(PSD)的非接触三轴角度测量方案,使用准直镜头汇聚、双面反射光楔反射,将光源在两片PSD上汇聚成像,利用PSD上的光斑位置坐标反解出三轴角度。描述了其工作原理以及传感器构成,分析了因两片PSD的相对位置偏移产生的误差,提出了对应补偿方法以减少焊装产生的PSD位置偏移对测量精度的影响。主要对采集的PSD模拟信号值的抖动噪声进行FIR滤波处理,分析了滤波器的相频响应特性,并在MCU中测量相位滞后时间以及滤波器的响应带宽,验证了该数字滤波器在系统内拥有较好的实时传输特性。自准直测量单元总质量为230 g,尺寸为50 mm×50 mm×50 mm。实验结果表明,34阶FIR滤波器将角度测量的误差减小至60%,在±2°测量范围内单轴测量时,方位角、俯仰角、横滚角的误差均方根分别为0.003°、0.007°、0.017°,组合测量时分别为0.006°、0.009°、0.021°,文中所提出的三维测角传感器精度较高,满足机载等场景的使用要求。
三轴姿态角度测量
非接触测量
位置敏感探测器
滤波带宽
响应频率
three-axis attitude angle measurement
non-contact measurement
position sensitive detector
filter bandwidth
response frequency
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红外与激光工程
2024, 53(2): 20230543
用于高精度准直测量的鱼眼相机标定方法
熊琨
何旭然
*
王春喜
李佳宾
杨长浩
作者单位
摘要
北京航天计量测试技术研究所,北京 100076
为了扩展准直测量的应用领域,提高测量范围是最为有效的手段之一,因此用于准直测量的鱼眼相机应运而生。针对准直测量用鱼眼相机标定精度不高的问题,提出了一种基于插值形式的径向粗标定及基于栅格形式的补偿精标定的两步式准直测量用鱼眼相机标定方法。该方法使用插值而并非构建成像模型,能够有效避免模型不准确及参数设置不合理而引入的系统误差,并且可以在一定程度上抑制镜片加工的非对称性及光学系统装调所带来的偏差。区别于图像评价的峰值信噪比(PSNR)以及结构相似性(SSIM)等性能指标,该方法选择的平均重投影误差(MRE)这一指标能够更有效地衡量准直测量使用条件下相机标定结果的优劣。仿真对比实验结果表明该方法在4种虚拟鱼眼相机模型上的标定效果皆优于传统标定方法,与传统的方法相比,标定的不确定度最大能够改善82.63%。样机标定实验结果表明,该方法能够有效标定真实的准直测量用鱼眼相机,在搭建的真实样机上应用该标定方法后,样机的入射矢量解算的不确定度能够提升至角秒级。
准直测量
鱼眼相机
标定
畸变矫正
collimation measurement
fisheye camera
calibration
distortion correction
PDF全文
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红外与激光工程
2024, 53(2): 20230549
逐像元自适应增益成像系统的星上辐射定标方法
李则
1,2,3
危峻
1,2
黄小仙
1,2
汤瑜瑜
1,2
作者单位
摘要
1
中国科学院红外探测与成像技术重点实验室,上海 200083
2
中国科学院上海技术物理研究所,上海 200083
3
中国科学院大学,北京 100049
逐像元自适应增益成像系统通过在每个像元的电子链路中集成四档不同容积的积分电容,可以在确保高信噪比的前提下实现大动态范围的遥感成像需求。此成像系统在发射前测试时,由于甚低增益(ULG)的动态范围过大而实验室积分球能量有限,只能通过与低增益(LG)的比例系数递推来间接对ULG后半量程的输出特性标定;星载太阳定标器反射能量过大会导致高增益(HG)和中增益(MG)输出饱和也无法直接测定辐射定标系数,只可通过比例系数推定。提出一种星上增益比例系数测定的方案,分别利用四档增益的输出作为特征对实验图像分类,将不同成像目标的输出码值作为多个定标能级,利用最小二乘法线性拟合相邻增益输出后得到相邻增益的比例系数。此方案验证了实验室增益比例系数测定结果,同时在外场成像实验中用该方法计算得到的比例系数用于相邻两档增益中较低增益图像反演较高增益图像,结果与实际较高增益图像对比归一化均方误差大部分小于0.01、两图像结构相关系数基本在90%左右、数据相关系数达到90%。证明该方法测定的相邻两增益比例相关系数有较高准确性,在星上辐射定标时用于高增益辐射定标系数的递推求取有极大的可行性,解决了星上不能直接对HG、MG辐射定标的问题。
星上辐射定标
增益比例系数测定
逐像元自适应增益成像系统
大动态范围
onboard radiation calibration
measurement of gain ratio coefficient
pixel -level adaptive gain imaging system
large dynamic range
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红外与激光工程
2024, 53(2): 20230561
基于改进U-Net网络的相位解包裹技术研究
徐瑞书
1,2,3
罗笑南
3
沈瑶琼
1,2
郭创为
1,2
[ ... ]
雷李华
1,2,*
作者单位
摘要
1
上海市计量测试技术研究院,上海 201203
2
上海在线检测与控制技术重点实验室,上海 201203
3
桂林电子科技大学 计算机与信息安全学院,广西 桂林 541004
提出了一种结合深度学习的空间相位解包裹方法,采用基于改进U-Net网络的编码器-解码器架构,同时加入包含双向长短期记忆网络(BILSTM)的CBiLSTM模块,并且结合注意力机制,避免了典型卷积神经网络学习全局空间依赖关系的固有缺陷的同时增强了深度学习模型对相位解包裹任务中的关键信息的关注能力。通过大量的模拟数据,验证了文中方法在严重噪声(
SNR
=0)、不连续条件和混叠条件下的鲁棒性,在以上三种情况下,同其他深度学习网络模型进行对比,文中所提出的网络模型的归一化均方根误差(NRMSE)分别为0.75%、1.81%和1.68%;结构相似性指数(SSIM)分别为0.98、0.92和0.94;峰值信噪比(PSNR)分别为40.87、32.56、37.38;同时计算时间显著减少,适合应用到需要快速准确的空间相位解包裹任务中去。通过实际测量数据,验证了文中提出网络模型的可行性。该研究将双向长短期记忆网络(BILSTM)和注意力机制同时引入光学相位解包裹问题中,为解决复杂相位场的解包裹提供了新的思路和方案。
相位解包裹
深度学习
注意力机制
长短期记忆网络
卷积神经网络
phase unwrapping
deep learning
attention mechanism
long short-term memory network
convolutional neural network
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红外与激光工程
2024, 53(2): 20230564
激光器与激光光学
更多
激光技术在金刚石加工中的研究及应用进展
叶盛
1
赵上熳
1
邢忠福
1,2
彭志勇
2
[ ... ]
魏俊俊
1,3
作者单位
摘要
1
北京科技大学 新材料技术研究院,北京 100083
2
天津津航技术物理研究所,天津 300308
3
北京科技大学 顺德创新学院,广东 佛山 528399
激光加工是目前金刚石的主流加工方法,相较于传统的机械加工形式,激光加工精度高、效率高、普适性强,因而在金刚石切割、微孔成型、微槽道加工及平整化等方面均得到广泛应用。文中阐述了金刚石激光加工原理,介绍了不同类型激光与金刚石材料相互作用机制,重点总结了近几年多种激光加工金刚石模式的发展现状,分析了新型的激光加工方法的特点,探讨了现阶段激光技术在金刚石加工领域面临的问题、挑战及未来的发展趋势。
金刚石
激光加工
激光切割
微孔成型
微槽道
激光平整化
diamond
laser processing
laser cutting
microporous forming
microchannel
laser flattening
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Full Text
红外与激光工程
2024, 53(2): 20230567
连续光纤激光切割金属薄壁材料工艺研究
翟兆阳
1
李欣欣
1
张延超
1,*
刘忠明
2
[ ... ]
张华明
3
作者单位
摘要
1
西安理工大学 机械与精密仪器工程学院,陕西 西安 710048
2
郑州机械研究所有限公司,河南 郑州 450052
3
广东工业大学 省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室,广东 广州 510006
随着工业领域金属薄壁构件设计的多样化,在高速激光切割的同时,对切口形貌质量也提出了更高的要求。本研究采用连续光纤激光器对0.2 mm厚度304不锈钢薄板进行切割实验,研究了毛刺和熔渣飞溅区产生的机理,重点讨论了加工工艺参数中的激光功率、切割速度、离焦量对毛刺堆积量和熔渣飞溅区宽度的影响关系,通过实验分析获得了最佳加工参数组合。研究结果表明,毛刺厚度随着激光功率、离焦量的增大而增加,随着切割速度的增大先降低后增加。熔渣飞溅区宽度随着激光功率的增大而增加,随着切割速度的增大而降低,随着离焦量的增大出现小范围波动。根据加工结果分析,当激光功率为125 W,切割速度为10 m/min,辅助气体压强为1.2 MPa,离焦量为−0.3~−0.5 mm,可以获得0.2 mm厚304不锈钢薄板较好的加工效果。
激光切割
薄壁
304不锈钢
毛刺
熔渣飞溅区
laser cutting
thin wall
304 stainless steel
burr
slag splash zone
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红外与激光工程
2024, 53(2): 20230569
光学设计
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双自由曲面光束整形系统的虚拟面迭代设计法
朱泉锦
1,2,3,4
马浩统
1,2,3,4
陈炳旭
1,2,3
邢英琪
1,2,3
[ ... ]
谭毅
1,2,3,4
作者单位
摘要
1
中国科学院光场调控科学技术全国重点实验室,四川 成都 610209
2
中国科学院光束控制重点实验室,四川 成都 610209
3
中国科学院光电技术研究所,四川 成都 610209
4
中国科学院大学,北京 100049
双自由曲面光束整形系统可在不改变光束相位分布的情况下实现光束空间光强分布的按需调控,然而其需要设置虚拟平面来进行双自由曲面面形的求解。研究发现,传统单一虚拟面法在应用于结构紧凑和扩束倍率较大的系统时,存在设计不精准、整形效果差等缺陷,为此,提出了一种基于虚拟面迭代策略的双自由曲面光束整形系统设计方法。基于不同参数的同轴透射式和离轴反射式光束整形系统的数值仿真研究结果,表明该方法可有效规避传统虚拟面法的局限性。以将束腰半径为5 mm的高斯光束整形为半径30 mm的准直平顶光束的透射式双自由曲面光束整形系统为例,虚拟面迭代法所设计的光束整形系统将光强分布均匀性和能量利用率相对于单一虚拟面法而言分别提升了2.93%和8.93%。
高斯光束整形
虚拟面迭代法
自由曲面
不重合度
辐照度均匀度
能量利用率
gaussian beam shaping
virtual surface iteration method
free-from surface
misalignment
irradiance uniformity
energy efficiency
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红外与激光工程
2024, 53(2): 20230587
基于主成分分析和节点像差理论的公差降敏方法
官子涵
1,2
王敏
3
李晓彤
1,2
作者单位
摘要
1
浙江大学 光电科学与工程学院,浙江 杭州 310027
2
浙江大学 极端光学技术与仪器全国重点实验室,浙江 杭州 310027
3
先进科技(香港)有限公司,香港特别行政区 999077
为了在设计阶段预测光学系统加工装配后的像质并降低加工装配难度,提升设计效率,文中提供了一个高效的公差灵敏度降低方法。首先使用Zernike多项式量化像差,基于线性代数理论和Monte Carlo分析寻找引入扰动后系统的像差变化规律,通过降维后的像差场以及特征值分布确定主要引入像差;对系统制造过程中可能出现的失对称扰动和轴向扰动进行建模,基于节点像差理论描述扰动造成的引入像差,并通过统计分析确定关键表面;根据Zernike项与波像差的对应关系对像差空间进行变换,提出相应的评价函数纳入优化,进而抑制新像差的产生。将这一方法应用于两个不同的光学系统的设计,优化后预期加工性能(指定空间频率处98%置信度的MTF表现)分别提升了约68%和20%。与使用Zemax软件中TOLR操作数优化相比,结构1的优化时间由7 h缩短到36 min,并且在结构2的优化中成功实现了公差降敏。结果表明,该方法能够在提升效率的同时有效降低公差灵敏度。
光学设计
公差降敏
主成分分析
节点像差理论
optical design
tolerance desensitization
principal component analysis
nodal aberration theory
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红外与激光工程
2024, 53(2): 20230590
图像处理
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基于主成分分析和VU分解法的两步随机相移算法
张宇
1,2
作者单位
摘要
1
东北电力大学 理学院,吉林 吉林 132012
2
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室,吉林 长春 130022
为了平衡相位计算的精度和速度,大量的两步随机相移算法发展起来。提出了一种基于主成分分析和VU分解法的快速、高精度两步随机相移算法。首先,采用两步主成分分析法对经过滤波的两幅相移干涉图进行计算求出迭代初始相位;然后,利用没有滤波的两幅相移干涉图进行VU分解、迭代求出最终相位。通过模拟和实验结果对比表明:与四种性能良好的两步随机相移算法相比,对于不同的条纹类型、噪声、相移值及条纹数量,提出的算法综合性能最好,其精度最高,有效相移范围和有效条纹数量范围最大,当干涉图像素数为401 pixel×401 pixel时,提出的算法仅比格兰-施密特正交化法和两步主成分分析法多花费0.035 s。在理想情况下,提出的算法可以得到完全正确的结果。如果需要得到较高精度,最好能够提前抑制噪声,同时设置相移值远离0和π,条纹数量大于2。主成分分析和VU分解法无需滤波,花费近似非迭代算法的时间获得迭代算法的精度,其打破了迭代算法花费时间较多的限制,适合高精度光学在线检测,有广泛的发展前景。
测量
干涉
相移算法
迭代算法
主成分分析
measurement
interferometry
phase-shifting algorithm
iterative algorithm
principal component analysis
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红外与激光工程
2024, 53(2): 20230596
光通信光传感
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长距离高落差 GIL多参量集成监测研究与应用
张兆闯
1
陈建国
2
韦晓莹
3
张宝
3
[ ... ]
周涛
3
作者单位
摘要
1
溪洛渡水力发电厂, 云南 昭通 657300
2
江苏南瑞恒驰电气装备有限公司,江苏 无锡 214161
3
航天光电科技发展(天津)有限公司,天津 300192
针对气体绝缘金属封闭输电线路(Gas Insulated Transmission Lines, GIL)外壳振动、温度、应变等多参量通过分布光纤传感技术完成数据采集,并针对采集数据进行研究和应用。通过振动、应变、温度监测试验和数据分析,系统可准确测得光纤感知的振动、应变和温度数据,数据准确可靠。经测试系统测温精度≤±0.5 ℃,温度空间分辨率≤±0.6 m,定位精度≤±0.3 m;系统应变测量精度≤±20 με;系统振动定位精度≤±2 m,振动定位精度≤±2 m。通过对GIL外壳振动、温度、应变等多参量进行集成监测研究,在减少传感设备数量的前提下探索GIL运行规律。
GIL
多参量监测
分布式光纤传感
GIL运行规律
GIL
multi-parameter monitoring
distributed optical fiber sensing
GIL operating rules
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红外与激光工程
2024, 53(2): 20230602
激光器与激光光学
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无需公共点的高精度激光跟踪仪自标定方法
齐志军
1
朱东辉
2,3
罗涛
1,2
苗学策
1
何晓业
2,*
作者单位
摘要
1
深圳综合粒子设施研究院,广东 深圳 518107
2
中国科学技术大学 国家同步辐射实验室,安徽 合肥 230029
3
重庆大学 超瞬态装置实验室,重庆 400044
多台激光跟踪仪组成的测量系统能够得到高精度的坐标观测值,在加速器准直工程领域应用十分广泛。该系统需要自标定仪器中心的距离,目前基于球面拟合的自标定方法虽然测量效率较高,但是其精度有限。为了提高其精度,分析基于拟合的自标定方法精度较低的主要原因,提出了基于三角形结构的自标定方法,定量对比了新方法和基于球心拟合方法的精度。新方法建立非线性误差模型进行参数迭代求解,能够应用于激光跟踪仪的三维自标定。通过模拟仿真和实测实验,证明了该方法比基于球心拟合的自标定方法在精度上有了大幅度提升。文中算法无需增加额外设备,改进了原先基于球心拟合方法并提高其自标定精度,具有一定的工程应用价值。
激光跟踪仪
自标定
球面拟合
非线性模型
精度
laser tracker
self-calibration
spherical fitting
nonlinear model
accuracy
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红外与激光工程
2024, 53(2): 20230607
2 μm单纵模全固态脉冲激光技术研究进展(封面文章·特邀)
颜秉政
1,2
穆西魁
1,2
安嘉硕
1,2
齐瑶瑶
1,2
[ ... ]
吕志伟
1,2
作者单位
摘要
1
河北工业大学 先进激光技术研究中心,天津 300401
2
河北省先进激光技术与装备重点实验室,天津 300401
2 μm激光属于人眼安全波段,具有高大气透过率和水吸收特性,能覆盖CO
2
等温室气体的吸收峰,因此在大气环境监测、光通信、激光雷达、材料加工、医疗手术等领域有广泛应用。其中,单纵模运转的全固态2 μm脉冲激光器以其高稳定性、窄线宽和优良的光束质量等优势,可作为多普勒测风、相干差分吸收等激光雷达应用的优质光源,在工业、**和科研等领域具有重要意义。目前,实现2 μm激光输出的主要方法有光参量技术和直接泵浦法。相比光参量技术,直接泵浦法更具高效率、可调节性和集成性等优点,已成为2 μm全固态激光的主流方式。文中总结了常用的2 μm固体激光增益介质,分析了空间结构振荡器单纵模选择的原理和特点,综述了2 μm单纵模全固态脉冲激光的研究进展,并对不同结构激光器的输出特性进行了比较,最后对2 μm单纵模全固态脉冲激光的发展前景进行了展望。
全固态激光器
2 μm
脉冲
单纵模
选模
all-solid-state laser
2 μm
pulse
single-longitudinal-mode (SLM)
mode selection
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红外与激光工程
2024, 53(2): 20230730
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动态信息
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动态信息 丨 2015-10-08
《红外与激光工程》新网站上线!
动态信息 丨 2012-03-10
《红外与激光工程》系统升级完成
动态信息 丨 2012-03-10
最新检索,《红外与激光工程》2011年第1-10期已经全部被美国《工程索引》(EI Compendex)收录!
动态信息 丨 2010-09-29
《红外与激光工程》2010年1-3期被《工程索引》(EI Compendex)收录!
动态信息 丨 2010-07-29
《红外与激光工程》2011年变更月刊的通知
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