机载激光云粒子成像仪研制与校准研究

为了实现对25m~1550m范围云粒子的测量和成像,采用了光学成像方法,基于准直光束照射的云粒子在64元探测器上投影切片组合的原理,研制了机载激光云粒子成像仪.介绍了激光云粒子成像仪各组成部分的功能,进行了探测单元量化标准、数据获取与处理方法、以及影响云粒子成像准确性的因素等方面的分析.建立了粒子尺寸校准装置,并采用7种规格的标准圆点进行了校准实验.结果表明,机载激光云粒子成像仪可探测到云粒子并成像,实现了粒子的尺寸测量和2维图像显示.     

10.6 μm激光对红外成像系统干扰特性研究

针对10.6 μm激光照射某型红外成像系统所产生的干扰效应开展研究。运用ABCD矩阵变换法实现了激光在红外光学系统每个物镜前后和激光到达探测器表面的功率密度计算;通过研究10.6 μm激光对红外成像系统的作用机理,深入分析了激光照射下红外光学玻璃、红外探测器的温升效应,揭示了激光对红外成像系统图像干扰效应的一般规律;搭建了10.6 μm激光作用红外成像系统试验测试平台,验证了激光照射对光学材料的温升效应、激光照射过程中红外图像的响应特征和不同强度激光照射下的红外图像干扰和饱和效应。     

1.7 μm超快光纤激光器研究进展（特邀）

超快光纤激光器具有紧凑性高、光束质量佳、散热性好等优点,是一种极具发展潜力的激光光源。工作波长作为超快光纤激光器的重要参数,在一定程度上决定了激光器的应用领域。近年来,得益于1.7 μm波段的独特光谱特性,1.7 μm波段超快光纤激光器在生物医学、聚合物加工、光学成像等领域具有重要的应用价值。因此,研制高性能的1.7 μm波段超快光纤激光器成为激光领域的研究热点之一。文中综述了近期1.7 μm波段超快光纤激光器的研究进展,对目前获得1.7 μm波段超短脉冲的不同方式进行总结,分析其技术特点;同时,介绍了笔者所在课题组报道的1.7 μm波段耗散孤子超快光纤激光器及其放大系统的研究成果,概述了其工作原理、技术难点;最后,对1.7 μm波段超快光纤激光的应用前景及发展趋势进行了展望。     

LD泵浦双棒Nd∶GdVO4激光器

为了获得可对红外成像探测器具有干扰效果的高功率、高重复频率3.8 μm中红外激光,首先通过LD侧面泵浦双棒技术和高重复频率声光调Q技术,获得高功率高重复频率1.06 μm激光,再将其作为泵浦光进行非线性差频试验,获得3.8 μm激光输出.将输出的3.8 μm中红外激光用于红外探测器的干扰试验,获得了较好的干扰效果.     

光泵CH3F气体产生THz波的实验研究

太赫兹(THz)波具有很高的研究价值和广阔的应用前景,实现THz技术广泛应用的关键之一是研制高功率、高能量、高效率、室温运行、可调谐、低成本和便携式的THz光源。光泵气体THz激光器具有功率高,能量大,波长范围广,技术可靠等优点,在透视成像和无损检测等领域成为可靠的THz源。本文对利用横向激励高气压(TEA) CO2激光器9P(20)支线泵浦CH3F气体产生的496 μm THz波进行实验研究,并对影响THz波能量输出的主要因素进行分析讨论。实验中获得的最大THz波脉冲能量为57.14 μJ,输出波长为490 μm。     

烟幕对激光的干扰特性研究

为了研究碳黑球形粒子和石墨球形粒子对1.06 μm和10.6 μm激光的消光特性,基于Mie理论计算了粒子的消光系数,利用朗伯-比尔定律计算了透过率与烟幕厚度的关系。研究表明:碳黑粒子和石墨粒子都存在一个最佳粒径,使粒子对激光的消光性能达到最好,并且粒子半径较小时吸收起主要作用,粒子半径大时是散射和吸收两者共同作用;粒径在0.05~0.16 μm范围内时,石墨粒子的消光性能好于碳黑粒子,其他区域内则是碳黑粒子的消光性能好;得到了粒径具有对数正态分布时透过率与烟幕厚度的关系曲线,对实际作战应用具有一定的     

YN-100-ⅠⅠ型1.34μm激光治疗机通过科技成果鉴定

中国科学院福建物质结构研究所的科技人员在研究不同波长激光与物质的相互作用时发现,水对1.34 μm激光的吸收系数约为对1.06 μm激光吸收系数的14倍,但较10.6 μm,2.9 μm和2.1 μm的吸收系数小,在猪肉中穿透深度的初步实验结果表明,1.34 μm激光穿透深度比1.06 μm激光浅,但较10.6 μm,2.9 μm和2.1 μm激光的穿透深度深,介于两者之间.临床试验表明,该波段既具有较好的气化、切割组织的作用,又具有较好的凝固、止血功能.在中国科学院重大项目的资助下,已研制成新颖1.34 μm智能化治疗机.该机已取得了中国发明专利和美国专利.     

基于APD面阵探测器的非扫描激光主动成像雷达

为了获得目标区域的高精度3-D距离图像,采用自研带读出电路的雪崩光电二极管（APD）面阵探测器组件,研制了一台非扫描激光主动成像雷达。雷达采用波长1.064μm脉冲激光泛光照射目标区域,APD面阵探测器组件接收目标漫反射激光回波信号,经信息处理获得目标区域3-D距离图像,对典型目标开展了3-D成像实验研究。结果表明,所研制的非扫描激光主动成像雷达可获得较好的目标区域3-D距离图像,成像距离达1.2km,距离分辨率为0.45m,成像帧频为20Hz。基于APD面阵探测器组件的非扫描激光主动成像雷达技术取得突破。     

遥感与高光谱成像用制冷型红外探测器

制冷型红外探测器技术取得的最新进展已使得用于各种环境应用如高光谱遥感、空间成像与监视的许多红外遥感仪器获得快速发展。由于低温制冷探测器的灵敏度特别高,人们已经用它研制了可在波长长达25μm的各种谱段成像的红外系统。     

基于CCD的双轴激光云高仪光轴平行调节方法

双轴激光云高仪的光轴平行度是影响系统性能的重要指标,本文分析了光轴平行偏差对重叠因子的影响,提出了一种用CCD成像来调节激光云高仪光轴平行的方法。通过计算可见光目标在双轴激光云高仪发射、接收系统后端CCD中成像的中心点坐标偏移距离,来调节光轴的平行,实现光轴偏移误差不大于16.5 μrad。     

Small particle detection method based on laser feedback

In order to overcome the shortcomings of traditional particle measurement, a new method for the detection of small and single particles through laser feedback phenomenon is presented. This method is based on the laser feedback caused by radiation scattered back from a moving particle in the external cavity of the laser. The parameters of the single particle, such as the diameter, velocity, and quantity, can be measured and calculated from the change in output laser power. In the experiment, the confocal external cavity composed of a concave reflector and a positive lens is designed. This device is able to obtain the corresponding variety curve of standard particles passing through the confocal area, and then the parameters of the particles can be measured and calculated by combining the experimental data and standard curves. Experimental results show that this method is an easily operated and reliable way for particle detection. The measurement ranges from 0.2 to 2000 μm, resolution is 0.2 μm, and measurement error is within 2%. This device may have wide application in areas such as atmosphere particle detection and calibration of a single particle producer.     

大气气溶胶和云雾粒子的激光雷达比

对探测大气气溶胶和云雾粒子的激光雷达的关键参量——激光雷达比问题进行了详细的讨论，利用实际大气气溶胶和云雾粒子的光学特性对0．532μm和l.064μm波长上的激光雷达比进行了计算分析，得到了各种气溶胶粒子组份和典型的集合状态以及云雾粒子的激光雷达比。发现激光雷达比和粒子的物理、光学性质密切相关，不同种类的粒子的激光雷达比有巨大的差异，并且两个波长上激光雷达比的相互关系也不相同，这些结果为激光雷达探测大气气溶胶和云雾粒子提供了依据。     

电磁屏蔽用低松比片状银粉的制备

研究了化学还原-机械球磨制备电磁屏蔽用低松比片状银粉的生产工艺,确定了各工序主要影响因素的优化条件。用激光粒度分布仪、SEM、比表面测定仪及松装比测定装置对所制产品进行了表征。结果表明:所制超细银粉和片状银粉平均粒径、松装密度、比表面积分别为:1.0μm和13.5μm、1.7g/cm3和0.4g/cm3、0.8m2/g和1.8m2/g。用所制银粉生产的电磁屏蔽漆具有电阻小,屏蔽效能高等优点。     

扩展激光测粒仪测量下限的一种计算方法

本文提出一种求亚微米级颗粒尺寸分布的计算方法,数值计算及实测表明,这种方法能有效地将激光测粒仪的测量下限扩展至0.1μm。     

基于深度学习的3D打印球形粉末颗粒自动统计与测量

随着金属粉末3D打印技术的不断发展,如何从显微图像中准确提取粉末颗粒的粒形粒径和球化率信息变得越来越重要。文中基于深度学习算法Mask R-CNN,提出了一种电镜图像球形粉末颗粒自动统计与测量的方法。该方法可对单幅显微图像上超过1 000个颗粒进行自动识别,有效检测电镜图像中的遮挡颗粒,并且生成粒径分布、球形度和球化率统计结果。相比传统图像分割算法,颗粒识别准确度提升了23.6%。相比激光干涉仪的粒径分布测量结果,文中提出的方法可以将位于较大球形粉末上黏附的小颗粒也有效识别出来。     

纳秒激光诱导透射元件粒子喷射的分布特征

光学元件在高能量激光辐照下将发生激光损伤,损伤过程伴随着材料破裂、结构崩塌和粒子喷射,而向外喷出的粒子将影响周围光学元件的激光损伤性能。搭建了双光束泵浦探测成像系统,获得了激光诱导透射元件粒子喷射的瞬态图像,并根据粒子接收板的统计数据,获得了喷射粒子的空间分布、粒子尺寸和出射角度特征。同时,针对不同激光能量、不同的粒子接收距离以及真空度,对喷射粒子分布的影响因素进行了研究;此外,还结合能谱仪对激光诱导金属膜喷发后的分布规律、不同金属元素在大气与真空环境中的喷射行为进行了对比分析。实验结果表明:透射元件在激光作用下喷发出微米尺寸的粒子形态,金属膜的喷发主要以原子态或熔融液滴为主;粒子在最终接收板上的分布特征主要受初始条件的影响,而真空环境影响相对较小;不同薄膜制备工艺对金属膜的喷发特征影响较为明显。     

聚四氟乙烯材料的太赫兹特性

太赫兹(THz)辐射能够穿透很多对可见光不透明的非金属、非极性材料,而用X辐射对这些材料成像的对比度又相对低,因此,太赫兹成像在安全检测和生产质量控制等领域日益受到重视。对成像材料的太赫兹特性的实际测量是太赫兹成像技术的重要组成部分。利用CO_2激光抽运太赫兹激光对聚四氟乙烯材料的太赫兹吸收特性和透过光斑轮廓进行了实验研究,获得聚四氟乙烯在70.51μm,96.5μm,118.83μm,122.4μm,158.51μm,184.31μm和214.58μm波长的吸收系数。     

Atmospheric multiple scattering effects on GLAS altimetry. I.Calculations of single pulse bias

Estimates of the effect of pulse stretching on satellite laser altimetry, such as planned for the Geoscience Laser Altimeter System (GLAS), by cloud multiple scattering were made from an analytical method and with Monte Carlo simulations. Altimetry is dependent on the time required for a laser pulse to complete the roundtrip to the surface and return to the transmitter. Since a transmitted Gaussian pulse will be stretched by the effects of multiple scattering, the use of the pulse centroid as the receive time will produce a biased measurement or an apparent delay in the receive time. The magnitude of this delay was found to be dependent on several factors including cloud height, cloud optical depth, cloud particle size, particle shape, and receiver field of view. The delay was found to be largest for low-level clouds with particle radii of 3-20 μm, potentially amounting to altimetry biases of tens of cm. Alternate methods for measuring the receive time, such as a simple Gaussian fit of the return pulse peak reduce the path delay estimates for all cloud conditions. Since GLAS is a dual mode instrument that includes an atmospheric lidar channel, altimeter measurements that are likely to be significantly contaminated by multiple scattering can be identified     

基于光电二极管阵列的成像测量系统设计及其应用

为了实现在机载条件下对降水粒子进行成像测量,设计了一种基于光电二极管阵列的成像测量系统。该测量系统由光学系统、硬件系统和软件系统三部分组成,其中光学系统可实现激光光束整形和对粒子进行成像;硬件系统则由前端信号调理电路和FPGA控制电路两部分组成,主要实现粒子图像信号的采集与处理;软件系统则包含下位机软件系统和上位机软件系统两部分,可实现对粒子图像的压缩、显示和存储。室内标定实验结果表明,系统探测的分辨率为60um,可探测粒径范围是60um～7400um;外场飞行试验表明,所设计的系统可满足在机载飞行条件下对降水粒子进行成像测量的要求。