2009年 2卷 第3期
2009, 2(3): 175-183.
摘要
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摘要:
基于干涉成像理论介绍了合成孔径成像技术原理。分别从成像过程、成像特性、视场大小、适用范围等方面对迈克尔逊型和菲索型两种合成孔径成像系统做了对比，重点介绍了这两种类型合成孔径望远镜在地基系统和天基系统上的应用、发展现状及发展趋势，指出迈克尔逊型合成孔径望远镜将会向着长基线、复杂基线结构的方向发展，而菲索型合成孔径望远镜则会向着复杂孔径排列结构的方向发展，以组成等效孔径为其子孔径几倍甚至几十倍的系统。与传统光学系统相比，合成孔径系统具有分辨力高、镜面加工难度小、易折叠、重量轻等特点，是实现高分辨力光学成像的一种有效途径，幸运成像、分布发射与在轨装配、无支撑薄膜望远镜等各种新技术都可以引用到合成孔径技术中来。
基于干涉成像理论介绍了合成孔径成像技术原理。分别从成像过程、成像特性、视场大小、适用范围等方面对迈克尔逊型和菲索型两种合成孔径成像系统做了对比，重点介绍了这两种类型合成孔径望远镜在地基系统和天基系统上的应用、发展现状及发展趋势，指出迈克尔逊型合成孔径望远镜将会向着长基线、复杂基线结构的方向发展，而菲索型合成孔径望远镜则会向着复杂孔径排列结构的方向发展，以组成等效孔径为其子孔径几倍甚至几十倍的系统。与传统光学系统相比，合成孔径系统具有分辨力高、镜面加工难度小、易折叠、重量轻等特点，是实现高分辨力光学成像的一种有效途径，幸运成像、分布发射与在轨装配、无支撑薄膜望远镜等各种新技术都可以引用到合成孔径技术中来。
2009, 2(3): 184-189.
摘要:
传统的空间望远镜是根据分辨率衍射极限公式,通过增大系统的通光口径来提高分辨率的，但这样系统的体积和重量相应增大，增加了空间运载的难度。负折射率材料(Negative Index Materials,NIMs)的出现，为高分辨率空间望远镜的发展提供了新的思路。NIMs对含有物体精细结构信息但在真空中随距离指数衰减传播的渐失场有增益放大作用，从而使渐失场能够参与成像，实现光学系统传统分辨率衍射极限的突破。本文介绍了NIMs的研究历史，分析了由负折射产生的负群速度、逆Doppler频移、反常Cerenkov辐射、负折射等各种效应，重点讨论了采用NIMs实现望远系统传统分辨率突破的内涵和意义以及今后研究工作的重点。
传统的空间望远镜是根据分辨率衍射极限公式,通过增大系统的通光口径来提高分辨率的，但这样系统的体积和重量相应增大，增加了空间运载的难度。负折射率材料(Negative Index Materials,NIMs)的出现，为高分辨率空间望远镜的发展提供了新的思路。NIMs对含有物体精细结构信息但在真空中随距离指数衰减传播的渐失场有增益放大作用，从而使渐失场能够参与成像，实现光学系统传统分辨率衍射极限的突破。本文介绍了NIMs的研究历史，分析了由负折射产生的负群速度、逆Doppler频移、反常Cerenkov辐射、负折射等各种效应，重点讨论了采用NIMs实现望远系统传统分辨率突破的内涵和意义以及今后研究工作的重点。
2009, 2(3): 190-194.
摘要:
上行传输光束的闪烁起伏影响星地激光链路的稳定性，而利用时间平滑效应，增加光电探测器曝光时间是克服大气闪烁的有效途径之一。考虑曝光时间的平滑效应，分别导出了小天顶角和大天顶角下的时间平滑因子表达式，在此基础上，分析了接收终端离地高度和天顶角对时间平滑效应的影响。研究结果表明，随着曝光时间的增大，上行传输光束的闪烁强度显著降低；随着接收终端离地高度和天顶角的增大，大气闪烁时间平滑作用降低。
上行传输光束的闪烁起伏影响星地激光链路的稳定性，而利用时间平滑效应，增加光电探测器曝光时间是克服大气闪烁的有效途径之一。考虑曝光时间的平滑效应，分别导出了小天顶角和大天顶角下的时间平滑因子表达式，在此基础上，分析了接收终端离地高度和天顶角对时间平滑效应的影响。研究结果表明，随着曝光时间的增大，上行传输光束的闪烁强度显著降低；随着接收终端离地高度和天顶角的增大，大气闪烁时间平滑作用降低。
2009, 2(3): 195-199.
摘要:
提出一种将红外告警与紫外告警相复合的全新的告警模式。该模式能够在保证探测精度、探测距离的前提下大大降低系统虚警率，提高平台的战场生存能力。参考目前流行的设计方法，针对所提出复合告警模型，我们采用了一种基于信噪比的方法进行了模型的建模，并分析了大气透过率、探测器性能、探测信噪比以及目标背景辐射之间的关系，确立了系统探测距离和所需光学孔径的关系以及系统分辨率和光学系统焦距的关系。经过分析和测试该模型完全满足系统设计的需要，对后续的光学和机械伺服参数的确定起着重要的作用。
提出一种将红外告警与紫外告警相复合的全新的告警模式。该模式能够在保证探测精度、探测距离的前提下大大降低系统虚警率，提高平台的战场生存能力。参考目前流行的设计方法，针对所提出复合告警模型，我们采用了一种基于信噪比的方法进行了模型的建模，并分析了大气透过率、探测器性能、探测信噪比以及目标背景辐射之间的关系，确立了系统探测距离和所需光学孔径的关系以及系统分辨率和光学系统焦距的关系。经过分析和测试该模型完全满足系统设计的需要，对后续的光学和机械伺服参数的确定起着重要的作用。
2009, 2(3): 205-210.
摘要:
为了更好的对闪光灯性能做出评价，本文设计了一种应用于闪光灯的光强检测系统。以labview为开发平台，不仅能观测一定时间内的闪光波形，还可以快速准确的计算出闪光的峰值光强、有效光强和闪光时间。介绍了该系统的参数计算原理、硬件结构和labview程序设计，针对数据采集过程中易丢失数据问题提出了有效的解决方法，并完成数据的存储。检测结果表明，该系统操作简单，可检测闪光时间大于1ms的任意闪光波形，连续采集时间最大达10s,利用该系统能对闪光灯性能做出很好的评价。
为了更好的对闪光灯性能做出评价，本文设计了一种应用于闪光灯的光强检测系统。以labview为开发平台，不仅能观测一定时间内的闪光波形，还可以快速准确的计算出闪光的峰值光强、有效光强和闪光时间。介绍了该系统的参数计算原理、硬件结构和labview程序设计，针对数据采集过程中易丢失数据问题提出了有效的解决方法，并完成数据的存储。检测结果表明，该系统操作简单，可检测闪光时间大于1ms的任意闪光波形，连续采集时间最大达10s,利用该系统能对闪光灯性能做出很好的评价。
2009, 2(3): 218-224.
摘要:
为了测量卫星姿态不稳定或振动等原因引起的空间相机亚像元像移，设计了基于联合变换相关器的像移测量试验系统。阐述了该方法的数学原理，面阵CCD的安装位置以及输入图像序列的获取方法。根据相关参数确定了试验系统的傅里叶透镜结构和参数，最终设计了试验系统。应用线性插值和像元合并方法获得具有亚像元像移的图像果表明，像移测量的精度不随景物的内容而变化，测量得到的像移误差均方根值0.2pixel。
为了测量卫星姿态不稳定或振动等原因引起的空间相机亚像元像移，设计了基于联合变换相关器的像移测量试验系统。阐述了该方法的数学原理，面阵CCD的安装位置以及输入图像序列的获取方法。根据相关参数确定了试验系统的傅里叶透镜结构和参数，最终设计了试验系统。应用线性插值和像元合并方法获得具有亚像元像移的图像果表明，像移测量的精度不随景物的内容而变化，测量得到的像移误差均方根值0.2pixel。
2009, 2(3): 225-229.
摘要:
本文以4,4′,4′′-三[3-甲基苯基苯胺基)三苯胺(m-MTDATA)为电子给体，Re(CO)3Cl-dipyrido [3,2-a:2',3'-c]phenazine (Re-DPPz)为电子受体制成有机光伏器件。在紫外灯(365 nm, 1.6 mW/cm2)从ITO方向垂直照射下,器件的短路电流(Isc), 开路电压 (Voc), 填充因子(FF)，功率转换效率分别为57.1 μA/cm2, 0.86 V, 0.39, 1.2%。研究结果表明有机磷光发光材料Re-DPPz也具有良好的光伏性能。
本文以4,4′,4′′-三[3-甲基苯基苯胺基)三苯胺(m-MTDATA)为电子给体，Re(CO)3Cl-dipyrido [3,2-a:2',3'-c]phenazine (Re-DPPz)为电子受体制成有机光伏器件。在紫外灯(365 nm, 1.6 mW/cm2)从ITO方向垂直照射下,器件的短路电流(Isc), 开路电压 (Voc), 填充因子(FF)，功率转换效率分别为57.1 μA/cm2, 0.86 V, 0.39, 1.2%。研究结果表明有机磷光发光材料Re-DPPz也具有良好的光伏性能。
2009, 2(3): 231-235.
摘要:
大功率脉冲TEA CO2激光器的放电腔在不同工作气压和不同配气比例条件下对激光器输出能量和电光转换效率均有较大影响，因此，通过充气压力从30kPa到60kPa的改变和配气比例CO2:N2＝1:1到CO2:N2＝1:4的变化，可以改变激光器的输出能量，提高激光器电光转换效率。实验结果表明：当CO2:N2的配气比例为1:3时，激光器输出的电光转换效率存在最佳点。在最佳配气比例CO2:N2:He＝3:9:28，总气压40kPa和注入激励电能保持不变的情况下，激光器单脉冲放电时的输出能量为24.6J；激光器高重复频率放电运转时的电光转换效率达16.4％。激光器的最高放电频率可以达到500Hz并且连续稳定运行工作。
大功率脉冲TEA CO2激光器的放电腔在不同工作气压和不同配气比例条件下对激光器输出能量和电光转换效率均有较大影响，因此，通过充气压力从30kPa到60kPa的改变和配气比例CO2:N2＝1:1到CO2:N2＝1:4的变化，可以改变激光器的输出能量，提高激光器电光转换效率。实验结果表明：当CO2:N2的配气比例为1:3时，激光器输出的电光转换效率存在最佳点。在最佳配气比例CO2:N2:He＝3:9:28，总气压40kPa和注入激励电能保持不变的情况下，激光器单脉冲放电时的输出能量为24.6J；激光器高重复频率放电运转时的电光转换效率达16.4％。激光器的最高放电频率可以达到500Hz并且连续稳定运行工作。
2009, 2(3): 236-241.
摘要:
大功率TEA CO2激光系统工作时产生的强电磁干扰主要来源于激光主放电回路、脉冲火花开关和电源。这种强电磁脉冲干扰对激光系统内部及相关外部设备的电子系统具有很大的干扰和破坏作用。对大功率TEA CO2激光系统的电磁干扰进行了分析计算，在此基础上对大功率TEA CO2激光系统进行了EMC设计。硬件设计手段分别采用了对电磁干扰源和控制子系统进行屏蔽、系统合理布局与布线、滤波隔离，软件采用了数据冗余纠错、冗余化操作和数据鉴别等抑噪和纠错技术，有效地抑制了干扰电磁波在系统内外的传播，解决了大功率TEA CO2激光系统EMC问题。结果表明，对电磁干扰源和控制子系统进行屏蔽，系统合理布局与布线、滤波隔离等措施，是抑制电磁干扰，保证激光控制子系统硬件不受损坏的主要手段。软件抗干扰，是硬件抑制电磁干扰措施的补充和延伸，能使激光系统具有很高的可靠性。
大功率TEA CO2激光系统工作时产生的强电磁干扰主要来源于激光主放电回路、脉冲火花开关和电源。这种强电磁脉冲干扰对激光系统内部及相关外部设备的电子系统具有很大的干扰和破坏作用。对大功率TEA CO2激光系统的电磁干扰进行了分析计算，在此基础上对大功率TEA CO2激光系统进行了EMC设计。硬件设计手段分别采用了对电磁干扰源和控制子系统进行屏蔽、系统合理布局与布线、滤波隔离，软件采用了数据冗余纠错、冗余化操作和数据鉴别等抑噪和纠错技术，有效地抑制了干扰电磁波在系统内外的传播，解决了大功率TEA CO2激光系统EMC问题。结果表明，对电磁干扰源和控制子系统进行屏蔽，系统合理布局与布线、滤波隔离等措施，是抑制电磁干扰，保证激光控制子系统硬件不受损坏的主要手段。软件抗干扰，是硬件抑制电磁干扰措施的补充和延伸，能使激光系统具有很高的可靠性。
2009, 2(3): 242-247.
摘要:
为了进行大功率TEA CO2 激光器的研究工作，选用大功率旋转火花开关作为功率开关器件，制作了一种由高压谐振充电电路、高抗干扰的开关触发器、大功率旋转火花开关以及倒空式L-C反转电路等组成的脉冲激励电源。在大功率TEA CO2 激光器的实际工作中进行了测试和评估。实际结果表明，我们研制的脉冲激励电源可以满足大功率TEA CO2 激光器的特殊工作要求。其重复工作频率可以在100Hz～400Hz之间任意设定，输出工作电压可达40kV～50kV，电源平均功率大于220kW，电源峰值功率高达1000MW。
为了进行大功率TEA CO2 激光器的研究工作，选用大功率旋转火花开关作为功率开关器件，制作了一种由高压谐振充电电路、高抗干扰的开关触发器、大功率旋转火花开关以及倒空式L-C反转电路等组成的脉冲激励电源。在大功率TEA CO2 激光器的实际工作中进行了测试和评估。实际结果表明，我们研制的脉冲激励电源可以满足大功率TEA CO2 激光器的特殊工作要求。其重复工作频率可以在100Hz～400Hz之间任意设定，输出工作电压可达40kV～50kV，电源平均功率大于220kW，电源峰值功率高达1000MW。
2009, 2(3): 248-252.
摘要:
研制了一种小型多功能CO2激光器。该激光器可以单脉冲、重频或连续方式输出，并可实现输出脉冲频率的编码及波长调谐。激光器谐振腔采用光栅一级振荡，零级输出的工作方式，分别利用声光调Q技术和脉冲放电技术实现了百ns至亚ms量级的脉冲激光输出。详细介绍了该激光器中基于光学角反射器原理设计的光栅调谐定向输出装置，并对其进行了理论计算和论证，实现了不同波长激光的定向、定位输出，获得调谐激光输出谱线超过60条，谱线分辨率优于0.01μm。激光器脉冲重复频率1Hz～10KHz连续可调，输出波长调谐范围9.2μm～10.8μm，激光器连续输出最大功率8W，重复频率1KHz时最小激光脉宽180ns，峰值功率4062W。该激光器在激光与物质相互作用科学领域，特别是激光对物质作用与破坏机理的研究方面具有重要的应用价值。
研制了一种小型多功能CO2激光器。该激光器可以单脉冲、重频或连续方式输出，并可实现输出脉冲频率的编码及波长调谐。激光器谐振腔采用光栅一级振荡，零级输出的工作方式，分别利用声光调Q技术和脉冲放电技术实现了百ns至亚ms量级的脉冲激光输出。详细介绍了该激光器中基于光学角反射器原理设计的光栅调谐定向输出装置，并对其进行了理论计算和论证，实现了不同波长激光的定向、定位输出，获得调谐激光输出谱线超过60条，谱线分辨率优于0.01μm。激光器脉冲重复频率1Hz～10KHz连续可调，输出波长调谐范围9.2μm～10.8μm，激光器连续输出最大功率8W，重复频率1KHz时最小激光脉宽180ns，峰值功率4062W。该激光器在激光与物质相互作用科学领域，特别是激光对物质作用与破坏机理的研究方面具有重要的应用价值。
2009, 2(3): 253-257.
摘要:
相比于传统稳腔高功率TEA CO2激光器，如何在不降低功率的基础上，改善其光束质量一直研究者关心的问题。本文在原有稳腔激光器的基础上，设计了三组望远镜虚共焦腔镜，给出了完整的设计过程并进行了理论分析。同时对不同组的非稳腔激光器进行了对比实验研究，结果表明非稳腔能够在保证高单脉冲能量的基础上极大地改善激光远场发散角，其中最佳腔镜组合能够达到单脉冲能量13.7J，其发散角为1mrad（稳腔为2.4mrad），激光脉宽50ns（稳腔为98ns）。这就为此种类型激光器应用于激光制造领域奠定了基础。
相比于传统稳腔高功率TEA CO2激光器，如何在不降低功率的基础上，改善其光束质量一直研究者关心的问题。本文在原有稳腔激光器的基础上，设计了三组望远镜虚共焦腔镜，给出了完整的设计过程并进行了理论分析。同时对不同组的非稳腔激光器进行了对比实验研究，结果表明非稳腔能够在保证高单脉冲能量的基础上极大地改善激光远场发散角，其中最佳腔镜组合能够达到单脉冲能量13.7J，其发散角为1mrad（稳腔为2.4mrad），激光脉宽50ns（稳腔为98ns）。这就为此种类型激光器应用于激光制造领域奠定了基础。
2009, 2(3): 258-262.
摘要:
介绍了与此有关的大面积均匀场放电电极的设计以及实验研究结果。无限大平行平板电极两极间的电场分布是均匀的，而现实的问题则是要求在有限的（电极）尺寸条件下实现电场的均匀性设计，因此设计问题转变为放电电极的剖面形状的理论和工程计算问题。根据TEA CO2激光器工作的实际情况，有针对性地选择Chang氏理论作为设计依据。设计的放电电极实验结果证明，TEA CO2激光器在500HZ高重频脉冲条件下能够连续工作10分钟，在55mm放电电极宽和平坦部分为40mm剖面的平行平板两个主放电极之间实现了大面积稳定的均匀场辉光放电。
介绍了与此有关的大面积均匀场放电电极的设计以及实验研究结果。无限大平行平板电极两极间的电场分布是均匀的，而现实的问题则是要求在有限的（电极）尺寸条件下实现电场的均匀性设计，因此设计问题转变为放电电极的剖面形状的理论和工程计算问题。根据TEA CO2激光器工作的实际情况，有针对性地选择Chang氏理论作为设计依据。设计的放电电极实验结果证明，TEA CO2激光器在500HZ高重频脉冲条件下能够连续工作10分钟，在55mm放电电极宽和平坦部分为40mm剖面的平行平板两个主放电极之间实现了大面积稳定的均匀场辉光放电。
2009, 2(3): 263-268.
摘要:
旋转火花开关系统工作在整个放电回路条件最为恶劣和苛刻的环节中，主要用于实现TEA CO2激光器脉冲放电工作过程的控制。该系统的性能直接决定了激光器的主要技术指标，是关系到激光器能否实现大面积均匀辉光放电的核心关键技术之一。本文介绍了这种旋转开关系统的设计、组成和工作原理，并针对影响开关寿命的放电电极烧蚀问题开展了相应的实验研究工作，有效地解决了旋转火花开关电极的使用寿命问题。实际应用结果显示：旋转火花开关系统不仅完全满足激光器的技术要求，而且稳定脉冲放电工作寿命达到了107次。
旋转火花开关系统工作在整个放电回路条件最为恶劣和苛刻的环节中，主要用于实现TEA CO2激光器脉冲放电工作过程的控制。该系统的性能直接决定了激光器的主要技术指标，是关系到激光器能否实现大面积均匀辉光放电的核心关键技术之一。本文介绍了这种旋转开关系统的设计、组成和工作原理，并针对影响开关寿命的放电电极烧蚀问题开展了相应的实验研究工作，有效地解决了旋转火花开关电极的使用寿命问题。实际应用结果显示：旋转火花开关系统不仅完全满足激光器的技术要求，而且稳定脉冲放电工作寿命达到了107次。
