2012年 5卷 第2期
2012, 5(2): 93-115.
doi: 10.3788/CO.20120502.0093
摘要
PDF 1961KB
摘要:
回顾了一种全新结构的干涉仪自混合干涉仪(SMI)的发展情况。SMI由于其在激光器外部无需任何光学元件且应用范围广泛而倍受关注。SMI可用于测量与光路长度有关的一些量(如位移、小幅度振动、速度),也可用于测量弱光的回波(即回波损耗和隔离因子的测量)并可表征与介质相互作用特性相关的物理参数(如激光线宽、相干长度以及因子等)。SMI是一种相干探测方法,其工作在靠近接收场的量子极限处,目前对散射目标物的最小探测幅值可达20 pmHz 甚至更高,使用角锥棱镜使其计数步长为半波长,在动态范围为2 m时其分辨率约为0.5 m。另外,SMI结构紧凑、易于现场安装且可用于MEMS测试、旋转机械振动测试和生物运行测试等各种实验。
回顾了一种全新结构的干涉仪自混合干涉仪(SMI)的发展情况。SMI由于其在激光器外部无需任何光学元件且应用范围广泛而倍受关注。SMI可用于测量与光路长度有关的一些量(如位移、小幅度振动、速度),也可用于测量弱光的回波(即回波损耗和隔离因子的测量)并可表征与介质相互作用特性相关的物理参数(如激光线宽、相干长度以及因子等)。SMI是一种相干探测方法,其工作在靠近接收场的量子极限处,目前对散射目标物的最小探测幅值可达20 pmHz 甚至更高,使用角锥棱镜使其计数步长为半波长,在动态范围为2 m时其分辨率约为0.5 m。另外,SMI结构紧凑、易于现场安装且可用于MEMS测试、旋转机械振动测试和生物运行测试等各种实验。
2012, 5(2): 116-125.
doi: 10.3788/CO.20120502.0116
摘要:
综述了空间激光通信的技术优势,总结了国外主要空间激光通信系统运行计划和相应的参数指标,重点介绍了空间激光通信技术在美国、欧洲、日本的研究现状,给出了激光通信的关键技术。指出了未来的空间激光通信技术不仅会使通信速率越来越高,其通信模式也会从点对点单一通信模式向中继转发和构建空间激光通信网络方向发展。最后对我国空间激光通信技术的发展作了简要介绍。
综述了空间激光通信的技术优势,总结了国外主要空间激光通信系统运行计划和相应的参数指标,重点介绍了空间激光通信技术在美国、欧洲、日本的研究现状,给出了激光通信的关键技术。指出了未来的空间激光通信技术不仅会使通信速率越来越高,其通信模式也会从点对点单一通信模式向中继转发和构建空间激光通信网络方向发展。最后对我国空间激光通信技术的发展作了简要介绍。
2012, 5(2): 126-132.
doi: 10.3788/CO.20120502.0126
摘要:
综述了地基望远镜塔台圆顶的作用及功能,给出了台址选择的基本原则。介绍了国外典型塔台圆顶的结构型式、工作特点和适用环境,以3.67 m口径先进光电系统望远镜塔台圆顶为例,分析了圆顶内热控措施的特点,从而提出了现代望远镜塔台圆顶的热设计指导原则及设计时应考虑的相关因素。最后,对望远镜基墩的设计及分析方法进行了探讨。
综述了地基望远镜塔台圆顶的作用及功能,给出了台址选择的基本原则。介绍了国外典型塔台圆顶的结构型式、工作特点和适用环境,以3.67 m口径先进光电系统望远镜塔台圆顶为例,分析了圆顶内热控措施的特点,从而提出了现代望远镜塔台圆顶的热设计指导原则及设计时应考虑的相关因素。最后,对望远镜基墩的设计及分析方法进行了探讨。
2012, 5(2): 133-142.
doi: 10.3788/CO.20120502.0133
摘要:
基于强飞秒激光诱导等离子体通道的基本性质,分析了等离子体通道在传导电能和射频电磁能时的一些基本问题。综述了飞秒激光等离子体通道传输电能和电磁能方面的新概念和新技术,重点描述了该领域近几年所取得的一些理论及应用的最新成果。最后,展望了飞秒激光等离子体通道在传导能量技术领域中的发展趋势。
基于强飞秒激光诱导等离子体通道的基本性质,分析了等离子体通道在传导电能和射频电磁能时的一些基本问题。综述了飞秒激光等离子体通道传输电能和电磁能方面的新概念和新技术,重点描述了该领域近几年所取得的一些理论及应用的最新成果。最后,展望了飞秒激光等离子体通道在传导能量技术领域中的发展趋势。
2012, 5(2): 143-147.
doi: 10.3788/CO.20120502.0143
摘要:
为了提高光信息处理元件的性能,实现高效率光信号的静止与存储,本文建立了由双向耦合场耦合的冷铷(87Rb)原子的四能级双型能级机制,并对此机制在生成静态光信号时要求的高效性、持续时间,控制耦合场所需的操作条件以及对信号场强度的相位调制等进行了研究。首先,选取四能级双型87Rb冷原子精细能级,用一对反向传播的行波激光场对能级进行近共振耦合,并沿耦合场方向输入一个正向弱光信号进行探测。接着,通过适当的绝热开启、关闭耦合场,存储光信号和生成高保真度静态光信号。然后,通过选取87Rb原子的不同精细能级结构,得出实现静态光所需满足的必要条件。最后,采用相位调制法对光信号进行处理。结果表明:生成的静态光信号具有高效性,过程持续时间约为80 s;相位调制法可以周期调节静态光脉冲的强度。在此机制下生成的静态光信号满足高效性、易于全光调节和长时效性等要求。
为了提高光信息处理元件的性能,实现高效率光信号的静止与存储,本文建立了由双向耦合场耦合的冷铷(87Rb)原子的四能级双型能级机制,并对此机制在生成静态光信号时要求的高效性、持续时间,控制耦合场所需的操作条件以及对信号场强度的相位调制等进行了研究。首先,选取四能级双型87Rb冷原子精细能级,用一对反向传播的行波激光场对能级进行近共振耦合,并沿耦合场方向输入一个正向弱光信号进行探测。接着,通过适当的绝热开启、关闭耦合场,存储光信号和生成高保真度静态光信号。然后,通过选取87Rb原子的不同精细能级结构,得出实现静态光所需满足的必要条件。最后,采用相位调制法对光信号进行处理。结果表明:生成的静态光信号具有高效性,过程持续时间约为80 s;相位调制法可以周期调节静态光脉冲的强度。在此机制下生成的静态光信号满足高效性、易于全光调节和长时效性等要求。
2012, 5(2): 148-153.
doi: 10.3788/CO.20120502.0148
摘要:
为了使空间相机热设计、热分析、热试验具备准确、可靠的热边界条件,对太阳同步圆轨道空间相机的瞬态外热流进行了计算。总结了卫星空间定位的6个轨道根数之间的关系,给出了太阳同步圆轨道空间定位的必要参数。针对某给定太阳同步圆轨道,采用STK软件进行了轨道面与太阳光矢量相对位置关系(角)的计算,确定了该轨道的高、低温工况位置。归纳了空间外热流的理论计算方法,以外接于卫星平台的空间相机为例,建立了外热流计算模型,采用IDEAS/TMG模块对给定太阳同步圆轨道的高、低温工况轨道周期内瞬态外热流变化进行了分析计算,得出了太阳辐射热流、地球太阳反照热流、地球红外辐射热流在轨道周期内的详细变化曲线,得到的结果可以作为空间相机热设计、热分析及地面热试验外热流模拟的输入条件。
为了使空间相机热设计、热分析、热试验具备准确、可靠的热边界条件,对太阳同步圆轨道空间相机的瞬态外热流进行了计算。总结了卫星空间定位的6个轨道根数之间的关系,给出了太阳同步圆轨道空间定位的必要参数。针对某给定太阳同步圆轨道,采用STK软件进行了轨道面与太阳光矢量相对位置关系(角)的计算,确定了该轨道的高、低温工况位置。归纳了空间外热流的理论计算方法,以外接于卫星平台的空间相机为例,建立了外热流计算模型,采用IDEAS/TMG模块对给定太阳同步圆轨道的高、低温工况轨道周期内瞬态外热流变化进行了分析计算,得出了太阳辐射热流、地球太阳反照热流、地球红外辐射热流在轨道周期内的详细变化曲线,得到的结果可以作为空间相机热设计、热分析及地面热试验外热流模拟的输入条件。
2012, 5(2): 154-160.
doi: 10.3788/CO.20120502.0154
摘要:
针对某变焦光学镜头在宽工作温度(-40~+55 ℃)下光轴与安装基面的平行度变化容限小(0.2 mrad)的特点,利用UG软件的高级仿真模块设计了主镜筒及其支架的安装方式,得到了不同情况下主镜筒的变形分布图。提出了一种光轴变化量的估算方法,间接估算出其光轴变化量,从而优化得到了合理的镜头结构方式。实物镜头的光学传递函数检测及振动试验结果显示,调制传递函数值高于0.2,结构基频为117 Hz。结果表明:系统成像稳定清晰,变焦镜头结构优化设计合理。
针对某变焦光学镜头在宽工作温度(-40~+55 ℃)下光轴与安装基面的平行度变化容限小(0.2 mrad)的特点,利用UG软件的高级仿真模块设计了主镜筒及其支架的安装方式,得到了不同情况下主镜筒的变形分布图。提出了一种光轴变化量的估算方法,间接估算出其光轴变化量,从而优化得到了合理的镜头结构方式。实物镜头的光学传递函数检测及振动试验结果显示,调制传递函数值高于0.2,结构基频为117 Hz。结果表明:系统成像稳定清晰,变焦镜头结构优化设计合理。
2012, 5(2): 161-166.
doi: 10.3788/CO.20120502.0161
摘要:
对尺寸为460 mm290 mm的SiC扫描反射镜的轻量化和支撑结构的设计进行了研究。基于三角形和矩形的复合轻量化结构,采用镜体背部为开放和封闭相结合的形式,设计了一种新型的扫描反射镜组件。该组件采用侧面支撑方式和轴向柔性结构,有利于消除支撑结构材料热膨胀系数不匹配产生的热应力对镜面面形的影响。有限元方法分析结果表明:反射镜组件在1 g重力载荷和8 ℃温度变化作用下,反射镜镜面的面形误差RMS值分别为4.5 nm和20.3 nm。该反射镜轻量化形式和支撑结构满足光学成像要求,并可有效提高结构的稳定性,对于大尺寸反射镜组件的设计具有借鉴意义。
对尺寸为460 mm290 mm的SiC扫描反射镜的轻量化和支撑结构的设计进行了研究。基于三角形和矩形的复合轻量化结构,采用镜体背部为开放和封闭相结合的形式,设计了一种新型的扫描反射镜组件。该组件采用侧面支撑方式和轴向柔性结构,有利于消除支撑结构材料热膨胀系数不匹配产生的热应力对镜面面形的影响。有限元方法分析结果表明:反射镜组件在1 g重力载荷和8 ℃温度变化作用下,反射镜镜面的面形误差RMS值分别为4.5 nm和20.3 nm。该反射镜轻量化形式和支撑结构满足光学成像要求,并可有效提高结构的稳定性,对于大尺寸反射镜组件的设计具有借鉴意义。
2012, 5(2): 167-173.
doi: 10.3788/CO.20120502.0167
摘要:
介绍了蒙特-卡罗法计算黑体空腔发射率的基本思想和主要算法。首先阐述了计算黑体空腔有效发射率的理论基础,然后分别从正向光线追迹和逆向光线追迹的角度对蒙特-卡罗法的具体算法予以说明,提出逆向追迹思想能方便地计算空腔的定向有效发射率,经过运算可以得到腔积分半球有效发射率和平均垂直有效发射率。最后对比了采用蒙特-卡罗法和其它方法的计算结果,分析表明:蒙特-卡罗法在计算黑体空腔有效发射率上是准确的,劣势在于计算速度慢。
介绍了蒙特-卡罗法计算黑体空腔发射率的基本思想和主要算法。首先阐述了计算黑体空腔有效发射率的理论基础,然后分别从正向光线追迹和逆向光线追迹的角度对蒙特-卡罗法的具体算法予以说明,提出逆向追迹思想能方便地计算空腔的定向有效发射率,经过运算可以得到腔积分半球有效发射率和平均垂直有效发射率。最后对比了采用蒙特-卡罗法和其它方法的计算结果,分析表明:蒙特-卡罗法在计算黑体空腔有效发射率上是准确的,劣势在于计算速度慢。
2012, 5(2): 174-180.
doi: 10.3788/CO.20120502.0174
摘要:
为估算匀速直线运动模糊图像的运动参数,提出了一种基于相位相关分析的图像配准方法。该方法利用傅里叶变换的平移特性,对产生平移的目标图像进行傅里叶变换并计算归一化互功率谱,其傅里叶逆变换对应二维脉冲函数,通过计算脉冲函数峰值坐标获取位移图像之间的亚像元级位移量。结合相位相关配准原理和线性空间不变退化模型,给出了匀速直线运动点扩散函数及其光学传递函数的数学描述;讨论了匀速直线运动模糊对相位相关配准结果的影响,证明了图像经过匀速直线运动退化后,位移图像之间归一化互功率谱具有不变性。实验结果表明:动态运动模糊图像最大检测误差为0.489 pixel,标准差为0.16 pixel。
为估算匀速直线运动模糊图像的运动参数,提出了一种基于相位相关分析的图像配准方法。该方法利用傅里叶变换的平移特性,对产生平移的目标图像进行傅里叶变换并计算归一化互功率谱,其傅里叶逆变换对应二维脉冲函数,通过计算脉冲函数峰值坐标获取位移图像之间的亚像元级位移量。结合相位相关配准原理和线性空间不变退化模型,给出了匀速直线运动点扩散函数及其光学传递函数的数学描述;讨论了匀速直线运动模糊对相位相关配准结果的影响,证明了图像经过匀速直线运动退化后,位移图像之间归一化互功率谱具有不变性。实验结果表明:动态运动模糊图像最大检测误差为0.489 pixel,标准差为0.16 pixel。
2012, 5(2): 181-188.
doi: 10.3788/CO.20120502.0181
摘要:
为了减轻或消除航天遥感相机成像过程中图像退化造成的模糊,突出图像的特征目标,对获取的图像进行了恢复处理。首先,采用陷波滤波器在频率域对遥感图像进行了去噪预处理。然后,通过图像中具有刀刃边缘的地物估计成像系统的退化函数,即点扩散函数;同时,利用高斯拟合对估计的点扩散函数进行校正。最后,利用拟合后的点扩散函数,采用自适应维纳滤波对图像进行恢复。实验结果表明:陷波滤波器基本消除了图像中叠加的条带噪声。与原图相比,细节图像恢复后其方差增大4.395,灰度平均梯度增大1.799,Laplacian梯度增大10.014,图像目视效果更清晰。高斯拟合的点扩散函数用于遥感图像恢复,减轻了图像模糊,使图像细节突出,纹理清晰,利于图像的判读和分析。
为了减轻或消除航天遥感相机成像过程中图像退化造成的模糊,突出图像的特征目标,对获取的图像进行了恢复处理。首先,采用陷波滤波器在频率域对遥感图像进行了去噪预处理。然后,通过图像中具有刀刃边缘的地物估计成像系统的退化函数,即点扩散函数;同时,利用高斯拟合对估计的点扩散函数进行校正。最后,利用拟合后的点扩散函数,采用自适应维纳滤波对图像进行恢复。实验结果表明:陷波滤波器基本消除了图像中叠加的条带噪声。与原图相比,细节图像恢复后其方差增大4.395,灰度平均梯度增大1.799,Laplacian梯度增大10.014,图像目视效果更清晰。高斯拟合的点扩散函数用于遥感图像恢复,减轻了图像模糊,使图像细节突出,纹理清晰,利于图像的判读和分析。
2012, 5(2): 189-193.
doi: 10.3788/CO.20120502.0189
摘要:
针对测量船传统实时水平测量方法精度较低(10.0)的问题,引入了基于光学测量手段的动态实时船体水平姿态测量方法。采用光学编码精密测角+惯性同步复示平台+水平误差检测工具的设计模式,保证了跟踪的稳定性,提高了测量精度。实验结果表明:提出的方法可以提供比传统惯导系统更稳定、精度更高(纵摇5.37,横摇3.60)的船体水平姿态数据;可以作为一种普遍适用的运动载体精密水平测量监测手段,为运动载体实时提供高精度的水平基准信息,或用于运动载体惯导水平精度鉴定等。
针对测量船传统实时水平测量方法精度较低(10.0)的问题,引入了基于光学测量手段的动态实时船体水平姿态测量方法。采用光学编码精密测角+惯性同步复示平台+水平误差检测工具的设计模式,保证了跟踪的稳定性,提高了测量精度。实验结果表明:提出的方法可以提供比传统惯导系统更稳定、精度更高(纵摇5.37,横摇3.60)的船体水平姿态数据;可以作为一种普遍适用的运动载体精密水平测量监测手段,为运动载体实时提供高精度的水平基准信息,或用于运动载体惯导水平精度鉴定等。
2012, 5(2): 194-198.
doi: 10.3788/CO.20120502.0194
摘要:
采用新型聚合物材料Norland紫外固化胶(NOA)制备了聚合物M-Z型热光开关器件。对NOA薄膜材料的光学性质进行了表征,采用感应耦合等离子体(ICP)方法制备出形貌良好的波导器件。测得在1 550 nm波长下,长2.2 cm的直波导插入损耗为8.3 dB。在电极上施加直流信号,测得热光开关的消光比为11 dB,驱动功率为85 mW。引入直流偏置网络,获得了器件的开关特性曲线,测得开关器件的上升时间为1.085 ms,下降时间为489.5 s。实验结果表明:NOA材料在热光开关及其它聚合物光波导集成器件的制备中具有很大的应用潜力。
采用新型聚合物材料Norland紫外固化胶(NOA)制备了聚合物M-Z型热光开关器件。对NOA薄膜材料的光学性质进行了表征,采用感应耦合等离子体(ICP)方法制备出形貌良好的波导器件。测得在1 550 nm波长下,长2.2 cm的直波导插入损耗为8.3 dB。在电极上施加直流信号,测得热光开关的消光比为11 dB,驱动功率为85 mW。引入直流偏置网络,获得了器件的开关特性曲线,测得开关器件的上升时间为1.085 ms,下降时间为489.5 s。实验结果表明:NOA材料在热光开关及其它聚合物光波导集成器件的制备中具有很大的应用潜力。
