激光光斑及束腰光斑尺寸的测量研究

激光光斑尺寸和激光束腰光斑尺寸是徇激光器性能的重要参数。本文探讨用CCD作为探测传感器精确地测出激光光斑尺寸和束腰光斑尺寸，克服了传统测量的繁杂过程^[1]，并用计算机进行控制及数据处理，大大提高了测量精度和效率，为激光器性能研究和光信息处理提供了一种新的方法。     

基于WIN API和OpenGL的激光光斑三维可视化及参数分析

研究了应用于激光参数分析中的两种三维可视化数据场算法,通过比较确定了一种适合于本应用的算法,即采用OpenGL中的图元三角形面片带,在WIN API下实现了激光光斑光强场的三维可视化和激光参数的计算显示,以及点剖切轮廓显示.设计了将这些功能集成的分析程序,其运行结果可靠,绘图速度快,计算准确.     

大气环境下激光光斑瞄准偏差的补偿方法研究

针对大气环境下激光光斑瞄准偏差的问题,设计了激光光轴偏差测试系统,讨论了大气环境中由于诸多因素的影响而导致激光光斑几何中心与目标中心发生偏移而不能对准的现象。提出了数字图像处理技术与重心法相结合的一套新的偏差补偿算法。充分利用激光光斑全场数据,从理论和实验上对大气环境下的激光光斑瞄准偏差进行了分析和研究。外场实验结果表明,该方法可以对瞄准偏差进行有效补偿,具有较高的工程应用价值。     

四象限探测器光斑尺寸测量方法的研究

由于四象限探测器具有低噪声、高灵敏度和高带宽的优势,因此被广泛应用于激光光斑跟踪、准直和位置检测等领域。靶面上的光斑尺寸是影响系统性能的重要参数之一。对探测器的光斑位置探测灵敏度指标Sx进行了分析,比较了象限间沟道大小对Sx的影响关系。提出了一种测量光斑半径的方法,该方法利用电控偏转镜扫描探测器靶面,获得位置探测器灵敏度,基于位置探测灵敏度与光斑半径的对应关系,间接测得光斑尺寸。     

CCD摄像法采集激光光斑图像方法研究

为了测量大尺寸激光光斑图像,对CCD摄像法采集漫反射的激光光斑图像方法进行了研究。采用CCD摄像机捕获经漫反板反射的激光光斑图像,光斑图像进行去背景处理后,根据系统噪声特性对光斑图像进行提取,再利用透视投影原理对畸变的光斑图像进行了校正,最后根据人眼对彩色图像敏感的特性,利用灰度级一彩色变换法对光斑图像进行了伪彩色处理。结果表明,CCD漫反射法能够准确地测量大尺寸激光光斑图像。     

提高多光源汇聚光斑中心定位精度的形态学滤波方法

在激光指令传输中,为形成较大的光覆盖区域并增大光源的作用距离,将多个特性相同的激光器矩阵排列,构成组合光源。针对点阵多激光管光源在开放环境下成像光斑具有多个光能中心的特点,采用形态学滤波中的开启、闭合运算,去除背景噪声斑点,平滑光斑内部的小光斑叠加和干涉造成的不规则条、孔,使得能以简化的分割和定位算法,快速获得接近实际的完整光斑边界,光斑中心定位精度的均方差不大于1.2%。该方法能快速、高精度定位这种叠加光斑的中心,为远距离激光对准和测控提供了可靠的精度和时效保证。     

天光一号打靶聚焦系统的研制

 介绍了在天光一号MOPA光学角多路系统中，将6束KrF准分子激光引入靶室的方法以及聚焦系统的研制。用紫外CCD相机测得6束激光聚到平面靶上的焦斑直径为290μm，靶上的功率密度达到8×10¹² W/cm²。     

基于高斯拟合的激光光斑中心定位算法

激光光斑中心定位是光学测量中的关键技术之一。通过对常用定位算法的分析,给出利用光斑图像中的不饱和点对光斑进行高斯拟合,并以拟合函数的幅值点作为光斑中心的方法。利用人工光斑对该算法进行验证,结果表明该算法误差远小于0.1 像素;利用一维高精度电动平移台、CCD相机、激光器等搭建测试系统,由计算机自动采集激光光斑图像并对其进行分析,实验结果表明该算法与理论分析结果的均方根误差仅为0.1 像素。     

一种新的激光光斑参数快速计算方法

提出了一种利用弦的特性快速提取激光光斑参数的二维Hough变换方法。基本步骤是在圆形光斑边缘图像上作两条交于边缘上一点且相互垂直并分别平行于坐标轴的弦,通过这两条弦与光斑圆心及半径的几何关系,求取光斑的中心坐标和半径。遍历所有边缘点,对参数空间二维中心坐标数组投票,最大值对应参数即为光斑中心坐标。分析一维归一化半径直方图,求得光斑半径。实验结果表明,与传统的Hough变换相比,该算法在运行时间和空间效率上都有很大提高,具有更强的实用意义及应用前景。     

A theoretical study on vertical finite cracks detection using pulsed laser spot thermography (PLST)

A theoretical study on vertical finite cracks detection in low carbon steel (A36) blocks using pulsed laser spot thermography (PLST) was carried out in this paper. The basic principle of PLST was described. The 3D heat conduction model of flux transfer under pulsed laser spot excitation was established and calculated using finite element method (FEM). The effect of laser-crack distance to temperature abrupt jump across the vertical finite cracks was analyzed, and results show that the optimum laser-crack distance is the radius of laser spot. The relationship between geometric parameters of cracks and temperature abrupt jump was studied, and results show larger geometric size of cracks leads to greater peak values of temperature abrupt jump, and tends to stable values at certain size.     

针对散射激光的全向激光告警系统激光威胁源定位技术研究

针对目前散射激光告警中只能定位到散射激光光斑,而不能追溯到敌方来袭激光源的现状,构建了战场环境下包括敌方威胁激光源、照射于某平台上的散射激光光斑以及全向激光告警系统在内的空间三维几何模型,推导了平台上散射激光光斑轮廓解析表达式,以及轮廓上任意一点相对鱼眼镜头的物方半视场角表达式。将成像于探测器上的光斑进行鱼眼成像畸变校正并取光斑边缘点,计算得到三维几何模型诸参数。再将模型参数与传感器阵列信息相结合,可最终获取敌方威胁激光源相对系统的方位和距离信息。最后对以上方法进行了实验验证并对产生误差的原因进行了分析。     

基于偏心光束法的离焦量探测装置及计算方法的改进

引入生物显微镜用于探测病理切片离焦量。针对反射光斑内部纹理缺陷、畸变严重的特殊情况,通过自适应中值滤波、基于Ostu算法的Canny边缘检测(去除非圆弧边缘部分)、畸变校正、最小二乘法拟合非完整圆等算法,直接计算光斑半径大小及离焦方向,建立光斑半径与离焦量的线性关系模型。实验结果表明,与传统的灰度重心法相比,离焦量计算方法抗噪性强、稳定性高,可大幅度地提高线性关系模型的范围及光斑半径、圆心位置的准确度。     

刀边法测量聚焦光场空间结构特性

研究了测量光场分布的多角度单刀边法和直角双刀边法。分析了两种刀边法测量光斑特性的基本原理。通过数值模拟,对它们在光斑测量过程中的图像还原能力和抗噪声能力进行了理论分析,并对实验中利用直角双刀边法测量得到的结果进行了简要的分析。研究结果表明,多角度单刀边法在测量光斑的实验中,对光斑的还原能力比较有限,而直角双刀边法由于操作简单、还原能力更强,更适合用于光斑的测量。     

光束指向稳定性高精度检测方法研究北大核心CSCD

光束指向稳定性是高能激光应用研究中的一项关键指标,光束指向稳定性的检测是高能激光系统性能实现的重要环节。以长焦距聚焦反射镜与高分辨率CCD(charge coupled device)为主要元件,构建高精度的光束指向检测装置。采用灰度重心法定位光斑中心,并以理想光斑与实测光斑为例进行验证,误差小于1个像元。利用CCD高频采样,统计单位时间内光斑中心位移,获得光束指向稳定性指标,检测实例精度可达1.25μrad。该方法简便易行,测量精度高,适用于各种波长的激光光束指向检测以及其他相关参数的测量。     

采用啁啾脉冲堆积的时间束平滑技术

成丝不稳定性是间接驱动靶丸均匀压缩面临的重要问题,10μm到100μm的靶面光强起伏对其影响尤为严重,须采用合理的束平滑措施加以抑制。提出用光纤系统对啁啾脉冲堆积,然后对组合脉冲做光谱角色散,利用焦斑不同时刻对应频谱成分不同形成的束平滑机制,抑制焦斑内的高频起伏。利用傅里叶变换方法推导出了光栅色散后的组合脉冲表达式。模拟结果表明,焦斑尺寸随色循环数和光栅色散方向上基准脉冲带宽的增加而增大。通过计算包含焦斑能量95%范围内的通量衬比度随时间变化的曲线,得出一个色循环、基准脉冲带宽0.3~0.5 nm下可以获得最佳的焦斑平滑效果。这种新型的时间束平滑方法结构简单且焦斑特性可调,这些优点使得它在提高靶面辐照均匀性方面具有重要的应用价值。     

激光天线设计与光斑保持的角量法原理

为了满足船舶激光多环检测和自动跟踪目标多环补偿技术匹配天线的需要,用简便的角量法设计了激光天线.通过三次代数方程进行天线主镜和副镜的设计,并通过检测误差信号对角量的控制来调节主、副镜的双镜距以达到激光传播过程中光斑保持稳定不变.设计原理与实验数据符合,适用于工程应用.     

环形斑光束在非线性克尔介质中的自聚焦效应

通过数值求解非线性Schrödinger方程,详细讨论了环形斑光束在非线性克尔介质中的传输特性.当入射光超过一定的功率时,光束产生多级自聚焦现象,自聚焦焦点出现在离轴的环上;自聚焦阈值与环形光束的半径有关;传输过程中光斑存在横向分裂现象,并且分裂与聚焦交替进行;当两个半径不同的同轴环状光束同时在非线性介质中传输时产生耦合效应,耦合效应使其自聚焦增强.     

改进的盲解卷积技术在远距离激光光斑图像复原中的应用

为了提高外场实验中远距离测量激光光斑位置的精度,提出利用盲解卷积技术对光斑图像进行事后复原来削弱大气湍流对光斑成像的影响。首先,介绍了经典盲解卷积算法,分析了其不足之处,并提出了一种改进的盲解卷积算法。为了提高目标函数的收敛性和收敛速度,在TV(Total Variation)目标函数加入惩罚项,并对交替迭代法进行改进。然后,用数学方法证明了改进的盲解卷积算法的收敛性。最后,进行了仿真实验。与传统算法相比,用改进算法恢复的图像信噪比至少提升了15%。文中给出了外场试验图像的实际复原效果。     

漫反射激光的全向激光告警空间位置关系分析

为了实现漫反射激光全向激光告警过程中定位敌方激光源的目的,采用软件方法,结合几何光学原理及机器视觉概念,引入R、α、β、d、θ、(4)、(4)、δ等8个未知参量描述典型战场环境下敌方激光源、照射于某平台平面上的漫反射激光光斑以及我方全向激光告警系统鱼眼镜头三者之间的空间几何位置关系,推导像面上光斑轮廓曲线的解析形式,再...     

Far-field spot compression without energy loss in main lob in wireless laser communication

Far-field spot compression without energy loss in main lob is of great significance to wireless laser communication. In this letter, we propose two schemes to obtain far-field spot compression without energy loss in main lob. One scheme is based on the simulated annealing (SA) algorithm. Using SA algorithm, we design the phase profile of the diffractive phase element (DPE). Using the designed DPE, far-field spot compression without energy loss in main lob is achieved. The other scheme is based on YG algorithm. By means of YG algorithm, we appropriately designed the DPE in the emitting plane. Using the DPE, far-field spot compression without energy loss in main lob is obtained.