10.6 μm脉冲激光对多晶硅探测器干扰损伤实验

用10.6 μm脉冲CO2激光辐照多晶硅光电探测器,进行了干扰与损伤阈值实验研究,得到了对多晶硅探测器的干扰、损伤阈值;分析了不同干扰能量的干扰效果,研究了干扰损伤机理,依据受干扰程度对干扰等级进行了划分;通过干扰激光能量与干扰光斑面积的关系,重度饱和后探测器随时间恢复情况,探讨了各干扰等级下10.6 μm脉冲激光对红外成像系统的干扰效果。     

激光在高光谱相机光学系统中的传输

随着高光谱相机在工业、农业、科研、国防等众多领域的广泛应用,发展有效的对抗技术也迫在眉睫,激光有源压制干扰是当前对抗高光谱相机的一个有效手段。以双高斯光学系统为例,首先依据高斯光束q参数的传输理论,逐个分析了激光束在高光谱相机光学系统各透镜中的传输,获得了其探测器光敏面上的激光能量分布;然后研究了激光发射参数对探测器光敏面上能量分布的影响,结果表明:探测器光敏面上激光主光斑的大小随激光器对高光谱相机作用距离的增加而减小,随激光束腰尺寸的增大却是先减小后增大,整个变化过程中存在一个最小值,为实现较好的激光干扰效果,激光束腰的设计要尽量避开这个最小值。研究结果可为开展激光有效干扰高光谱成像系统试验以及激光器参数的优化设计提供理论依据和技术支持。     

激光在锥形多模光纤中的耦合效率与传输模式

基于光线追迹的方法建立了典型锥形多模光纤的传输模型,结合激光干扰设备激光的特点,模拟计算了激光在锥形多模光纤中的耦合效率和传输模式,并设计进行了光学实验。仿真和实验结果表明:高斯激光光斑经锥形多模光纤传输后为圆环形光斑;耦合效率随激光入射角的增大而减小,减小的速率随入射角的增大而减小。为解决圆环形光斑分布,提出了将输出端连接的圆柱形光纤弯曲一定角度的方法,该方法可以将光斑改善为二维正态分布的光斑,理论耦合效率近80%。该研究为激光干扰设备的干扰激光直接介入激光制导武器对抗半实物仿真系统提供了理论和实验支持。     

红外成像系统激光干扰饱和串音效应的仿真

分析了激光辐照下,红外成像系统饱和串音效应的机理,计算了投射到探测器表面的激光光斑半径及能量分布,建立了红外成像系统激光干扰的饱和串音模型,并利用系统仿真软件,模拟了激光辐照前后的系统成像效果,证明了激光干扰对红外成像系统成像质量的影响。     

基于光斑与图像特征的动态激光干扰效果评估

激光主动成像系统通常用于重要区域监视和危险目标识别,其上的光电成像探测器易受敌方激光干扰产生局部饱和甚至损伤,导致目标识别失效。在实际中,激光干扰功率和光斑位置等因素均时刻发生变化,导致激光对每帧图像的干扰效果也不尽相同,因此,动态的衡量激光干扰效果具有重要意义。提出了一种基于光斑特征和图像特征的无参考动态激光干扰图像评估算法,通过加速分隔测试特征(FAST)算法提取特征点,并运用特征点匹配确定图像的目标区域,在该目标区域利用饱和像素数和光斑相对位置变化表示光斑特征对图像质量的影响,利用图像中特征点和边缘点分布特性以及边缘清晰度表示图像特征的变化,将5个评价因子相乘,得到归一化的评估指标。利用激光主动成像识别系统对设定目标进行照明成像识别实验,采集不同干扰功率和干扰方位的激光干扰图像。基于提出的无参考动态特征评估算法对获得的连续多帧激光干扰图像进行评估,结果表明该算法能够准确评价不同功率、方位激光的干扰效果,客观反映光斑遮盖下自动目标识别算法的失效程度。     

激光辐照条件下光学相机像质评价方法研究

倾斜刃边像分析法是调制传递函数评价方法中最常用的方法之一,该方法成像过程中光束透过能量高、实用性强,具有广泛的应用前景。将倾斜刃边像分析法应用于激光辐照条件下相机成像质量评价系统,分析方法可信有效,但需综合考虑刃边倾角度、刃边两侧灰度对比度和背景噪声等影响因素。采用倾斜刃边像分析法计算不同功率密度和光斑位置下系统不同的 MTF 曲线和 MTFA 值,结果表明:当激光功率密度偏小或光斑位置距刃边较远时,刃边对比度和MTF值影响较小;当激光功率密度逐步增大或光斑位置向刃边靠近时,局部MTF呈降低趋势变化,刃边对比度和MTF值影响逐渐增大,干扰效果也逐渐明显,尤其是在光斑覆盖目标时,MTF值无法计算,干扰效果达到最佳。因此,基于倾斜刃边像分析法可实现定性和定量评价光学相机成像质量。基于该仿真结果,建立相应的激光辐照条件下光学相机成像质量测评系统,可为光学相机激光辐照效应实验及其激光干扰效果评估提供技术支持。     

一种激光照射方位识别新技术研究

为了提高激光告警系统对激光照射角度的探测精度,提出了一种新的探测方法。该方法用柱透镜将激光汇聚成线光斑后再用二元光电探测器接收。二元光电探测器的两个光敏元设计成外形完全相同的直角梯形并拼接成矩形,当线光斑照射在矩形光敏区域内时,两光敏元分别接收到不等的光强,根据两输出信号差异计算激光照射方位。试验结果表明,这种方法能够较为准确地探测激光照射方位,设计的测试系统对激光入射角度的探测误差小于±0.21°,优于传统的非成像通道识别技术。     

激光干扰远场光电探测器能量估算方法

为了研究复杂电磁环境下激光武器对抗光电精确制导武器的关键技术,综合分析了激光大气传输、大气湍流效应、探测器自身因素、激光干扰系统瞄准精度等因素对激光干扰效果的影响.以CO2激光辐照红外成像制导武器为例,研究了激光在大气中的传输特性,建立了激光有效干扰远场光电探测器时所需激光能量的估算模型,总结了形成有效干扰所需激光能量估算的一般方法,丰富了激光与光电探测器相互作用的研究,对提高复杂电磁环境下的光电对抗能力具有重要意义.     

基于漫反射探测的全向激光告警性能分析

为了通过对基于漫反射探测的全向激光告警系统性能的分析,进而达到对系统性能优化的目的,采用理论推导和实验分析的方法,讨论了普通鱼眼镜头的成像规律,得出了系统所使用的鱼眼镜头的成像规律。推导了全向激光告警系统中探测器接收到的漫反射信号功率公式,讨论了鱼眼系统像面照度均匀性,分析了系统中CCD成像特性,得出光斑成像像素个数的公式。采用针对不同成像像素数,得出不同CCD成像面上单像素所探测到的光斑功率公式的方法。得到了不同传输距离时,光斑成像的像素数与探测器距光斑距离d的关系图;不同的能见度条件下探测器所探测到的单个像素功率与传输距离R的关系图;以及在能见度和传输距离一定的条件下,探测器单个像素功率随距离d的变化图。研究结果对于基于漫反射探测的全向激光告警系统设计和研制,优化系统性能具有重要帮助。     

自由空间激光通信四象限探测器性能研究

在自由空间激光通信中,精跟踪单元的探测器经常选用四象限探测器(QD),探测器的性能影响跟踪精度,为了研究四象限探测器在不同条件下的性能,提出变步长的方法,分析光斑大小对动态范嗣和探测灵敏度的影响情况,在满足仿真精度的前提下,缩短了仿真时间.在光斑能量服从高斯分布的情况下,分析背景光、光电响应度和死区对动态范围和探测灵敏度的影响,特别研究非均匀背景光的影响.结果表明,随着光斑半径的增加,光斑位置检测的动态范围在增大,位置探测灵敏度在降低.相同光斑半径条件下,对于服从艾里分布的光斑的位置探测灵敏度高于服从高斯分布的光斑,而动态范围小于后者,非均匀背景光对探测器性能的影响比均匀背景的影响大.     

用于水下通信系统的复合折反式接收天线设计

针对水下无线光通信系统中无法兼顾聚光效率和光斑均匀性的问题,文章设计了一种复合折反式接收天线。仿真结果表明,传统的菲涅尔透镜聚光效率只有58.725%,而新设计的复合折反式接收天线聚光效率达到86.557%。在保证高聚光效率的情况下,光斑的均匀性也较好,均匀度为0.659 3。随后分析了平行光源在不同角度入射时聚光效率和光斑位置偏移的变化,发现菲涅尔透镜在入射角为2°时聚光效率就只有3.582 2%;而文章所设计的复合折反式接收天线在入射角度为1.5°时,聚光效率仍可以达到50%以上,入射角度在4°时仍能检测到光斑。文章设计的接收天线在水下远距离无线激光通信系统中有很好的接收效果,该接收天线适用于高增益和小视场的水下无线激光通信环境。     

激光入射角度对车身用镀锌板焊接性能的影响

为了研究激光入射角变化对车身用镀锌板的焊接性能的影响,首先采用正交试验,通过对焊接件外观形貌分析和进行拉剪试验,得出了激光垂直入射时较理想的焊接参量,然后在该理想参量下进行了不同入射角度下的镀锌板焊接试验,分析了入射角改变对焊接件外观形貌、焊缝截面、焊缝板间连接宽度以及所承受的拉剪载荷的影响。结果表明,激光入射角小于30°时焊缝外观形貌良好,能承受较大的拉剪载荷且拉剪试验均断裂在母材区;焊缝板间连接宽度对抗拉剪载荷有重要影响;板间间隙微小变化对临界入射角值有较大的影响。     

变化入射角的激光在毛细波上的衍射

为了研究毛细波激光衍射图样的强度和位置随激光入射角的变化规律,采用激光衍射法实现了变化入射角的激光在毛细波上的衍射。结果表明,随着激光入射角的变化,衍射图样的强度和位置随入射角的变化而变化,并且有缺级现象出现,入射角越大,衍射图样的位置不对称性越明显。建立了毛细波的激光衍射理论,给出了衍射图样的强度和位置与激光入射角的关系,实验结果和理论分析吻合得较好。这一结果对完善毛细波激光衍射理论是有帮助的。     

非近轴光束下铌酸锂晶体的电光效应

为了研究电场一定时,光束在非近轴条件下铌酸锂晶体的电光效应,采用折射率椭球张量的循环坐标变换方法,理论上推导了光轴正交截面上折射率分布的解析式,讨论了折射率、相位延迟以及透射率与光束入射方向之间的关系,并且进行了实验验证,取得了透过率随光束与光轴夹角α的实验数据。结果表明,y方向加电场时,入射光小角度偏转将引起x方向感应折射率以及光束透射率的明显变化,而y方向的感应折射率不变;光束与光轴的夹角α对铌酸锂晶体电光性能的影响远远大于光矢在x-y平面与x轴正半轴的夹角β对其的影响;x方向加电场时感应折射率同y方向加电场时类似,但此时相位延迟更小,在0°~0.4399°夹角范围内,前者的透过率变化较后者慢,并且在0.45°之后呈现出交替变化的规律,当夹角为0.5°,0.680°等位置时,它们具有相同的透过率。这一结果对利用角度调节以改善铌酸锂晶体的电光性能具有一定的指导意义。     

用于高功率径向偏振光的组合轴锥镜设计

为了提升激光器径向偏振光的输出功率,改进了原有W形轴锥镜内锥角为90°的结构。为研究光束在轴锥尾镜单元的传输特性,采用几何光学分析了轴向入射下、W形轴锥镜底角为90°时,内锥角的改变对出射光的影响,发现出射光的位置及方向不发生变化;为研究轴锥镜的热畸变特性,模拟了W形轴锥镜的温度形变,可知内锥角变大时整体温度变小且分布更加均匀。结果表明,随着内锥角的变大,光束中心的光程减少量相对于光束边沿的光程减少量增大;采用Fox-Li数值迭代法模拟了引入上述形变后谐振腔的激光模式,得出在内锥角为100°时温度形变对光束模式的影响最小。通过对W形轴锥镜温度形变的研究,可为优化W形轴锥镜的设计提供参考。     

激光辐射多功能集成防护镜光学特性与复合技术

为了对激光和微波辐射进行有效防护,研究了防激光-微波-激光探测告警一体化的多功能防护镜与复合技术,采用多功能防护材料与复合技术、夹层材料与真空热压复合技术、抗冲击防溅射眼防护技术、分体和组合式可调防护镜技术进行了多功能防护性能测试,以及环境适应性能、生物效应和工效学测试.介绍了多功能防护镜复合技术特征、光学特性和相关技...     

Angular tuning of defect modes spectra for one dimensional photonic crystal filters with a liquid crystal layer

A tunable photonic crystal filter with a twisted nematic liquid crystal layer is proposed. The defect modes spectra with varying incident angles are discussed in detail by 4×4 matrix method. The results show that the defect modes are mainly decided by the applied voltage when the incident angle is smaller than 8°. As the incident angle further increases, the band gap and the defect modes shift toward the shorter wavelength side, and the changes of the two modes are different. In the lower voltage range, the defect modes can be tuned not only by the applied voltage but also by the incident angle. In the higher voltage range, the defect modes can be further tuned by varying incident angle and the different modes can be separated from each other by a big incident angle.     

激光输能光电池温度场数值模拟

温升效应是影响激光输能光电转换效率的重要原因。为了分析温升效应对光电转换效率的影响,采用基于COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件和MATLAB软件联合仿真的数值模拟方法,建立了光电池的物理模型和热模型,得到了激光辐照时间、功率密度、光斑面积、入射角以及热辐射和热对流对温度场的影响结果。结果表明,2000W/m2激光功率密度辐照下,光电池温度随辐照时间先快速上升,20s后缓慢增加,100s达到热平衡态后温度稳定在343K;随着激光功率密度增大,电池温升速度越快,达到热平衡态时的温度值越高;激光光斑全部覆盖电池表面时,电池表面温度差值最小;入射角通过影响有效激光辐照功率密度来影响电池温升;热辐射和热对流对降低光电池温度十分有利;当激光入射角为0°、激光功率密度辐照约为2000W/m2、激光光斑面积近似为电池表面面积时,光电池能获得最佳的光电转换效率。可见对光电池温度场进行仿真分析为研究提高激光输能光电转换效率的方法提供了理论参考。     

周期层数及入射角对一维光子晶体带隙的影响

一维光子晶体基本周期的介质折射率取n2=1.5和n3=2.5,采用传输矩阵法,通过For-tran编程进行数值计算,分别得到了不同周期层数(N)及不同入射角度(θ1)下的一维光子晶体透射谱;从光子带隙频宽、带隙中心位置及带隙中心的透射率值等方面,分析并讨论了周期层数及入射角对一维光子晶体带隙特性的影响。结果表明,随着N值的增加,带隙中心的透射率值迅速减小,当N增至16层时,一维光子晶体基本形成;此外,在0°～85°内,随着入射角度的增加,带隙低频值向左移动,高频值向右移动,带隙宽度呈增加的趋势,入射角不影响光子带隙的中心位置。     

激光导引头四象限探测器测角精度的建模研究

四象限探测器对目标的测角精度直接影响激光制导武器的制导精度,因此研究四象限探测器测角精度十分重要。采用计算和仿真分析的方法,基于导引头入瞳处脉冲峰值功率密度服从均匀分布,噪声干扰电流服从高斯分布,建立了激光导引头光束偏转角误差模型;但由于噪声干扰使光束偏转角误差具有随机概率性,所以将光束偏转角误差的均值和标准差作为四象限探测器测角精度的衡量标准,分别建立了光束偏转角误差的均值和标准差与导引头光学系统参数、光斑半径、漫反射激光入射角、噪声干扰电流以及导引头入瞳处脉冲峰值功率密度之间的关系,并以导引头光束偏转角误差标准差为例,结合应用背景进行了仿真分析。