具有不同涂层的样品表面双向反射分布函数的三维测量

利用半球空间双向反射分布函数测量装置，采用样本比值法，实验测量了不同材质及涂层表面对激光束在整个半球空间内的双向反射分布函数.分析了漫反射板与无涂层铝板（裸板）表面，以及不同涂层和不同入射角下同一涂层对入射光的反射光强的空间分布，得出了所测几种样品在特定波长激光照射下的表面反射与散射特性.     

目标自辐射与干扰目标反射光谱的氧气吸收特性分析

为分析不同目标反射太阳光谱的特性,研究被动测距中抑制干扰目标的方法,利用高光谱成像光谱仪作为测量设备,200 W卤钨灯作为模拟探测目标,玻璃板、光滑铝板、塑料板作为干扰目标,对模拟目标发射光谱和干扰目标反射太阳光谱进行了实验采集与分析。实验采集了晴朗天气条件下干扰目标反射光谱及卤钨灯目标辐射光谱的信息,并对其氧气吸收率进行了计算,综合分析了镜面反射干扰目标、漫反射目标及背景反射光与卤钨灯发射光光谱的氧气吸收率差异,结果表明:在455m处,镜面反射目标和漫反射目标反射光的氧气吸收率是卤钨灯的2~3倍。因此,在一定距离下可以利用氧气吸收率的差异设置阈值来对目标进行判别,提高探测概率。     

基于深度神经网络的空间目标常用材质BRDF模型

由于双向反射分布函数(BRDF)经验模型与半经验模型对材质散射特性描述时存在局限性,导致其拟合结果与实测数据的误差较大。针对此问题,基于深度神经网络(DNN)构建了一种适用于具有不同散射特性空间目标材质的BRDF模型。建立的深度神经网络模型基于TensorFlow实现,包含4个隐含层,并采用AdaDelta梯度下降法进行优化,结合Dropout方法进行正则。随机抽取材质测量数据的一部分作为训练样本,最终得到BRDF与入射天顶角、反射天顶角以及观测方位角的映射关系模型。大量的实验结果表明,建立的深度神经网络模型具有良好的材质特性描述能力,且对于相同材质,模型的拟合误差小于经验模型。     

基于双向反射分布函数实验测量的目标散射特性的分析

介绍了一种用双向反射分布函数(BRDF)测定仪进行目标双向反射分布函数测量的方法。以聚四氟乙烯(F4)粉压制板作为反射标准板,给出了F4标准板及所测样品在双向反射分布函数测定仪上的测量数据。被测样片的反射光强度经标定过的漫反射标准板传递,最终在较高分辨率的半球空间内分析计算出了样品在红外(1.06μm和0.86μm)波段的双向反射分布函数。实验结果表明,该方法是一种分析目标散射特性的可行性方法。     

目标激光漫反射率测试系统

目标激光漫反射率的测量与标定,对于目标漫反射特性和激光系统的评估分析是至关重要的。介绍了一种由大口径激光能量仪构成的目标激光漫反射率测试系统,系统可以在结构上保证CCD观瞄系统光轴与1.57μm激光探测器光轴一致,且CCD观瞄系统和激光能量仪机构合一。经测试系统进行实验,标定和实验的结果表明,系统检测精度高、操作性好。     

扩展目标光学特性的理论分析与研究

利用双向反射分布函数经验公式推导出激光主动照明条件下的目标反射截面表达式,给出了目标反射截面的一种近似计算方法,基于该方法计算了圆锥体目标反射截面。利用固体激光器和CMOS相机搭建实验系统,实际测量了目标反射截面随入射角度和不同目标体等参数变化时的变化情况,实验系统及数据同提出的方法计算得到的结果基本一致。结果表明,目标形状相同,入射角小于45时,目标反射截面随着无涂层、白色油漆、灰色油漆逐渐变小,大于45时白色油漆涂层目标反射截面最大;在目标表面特性相同的时候,目标反射截面随圆板、圆柱、圆锥渐次减小。     

基于遗传LM算法的涂层目标光谱偏振BRDF建模分析

通过比较测量方法测量得到绿漆涂层木板探测目标在400~720 nm的光谱偏振二向反射分布函数值,从获得的户外试验测量数据入手,分析与探测角、波长之间的关系,通过有限探测条件得到的光谱偏振二向反射分布函数值(BRDF)建立光谱偏振BRDF模型,来描述探测目标的偏振二向反射特性。其中利用基于小面元的模型建立光谱偏振BRDF模型,利用遗传算法和Levenberg-Marquardt(LM)算法相结合的优化算法来获得非线性模型参数。仿真实验结果表明采用的遗传LM优化算法具有较好的性能,能较快较准确得到非线性的模型参数。真实实验数据证明了基于小面元模型的正确性,表明光谱偏振二向反射分布函数建模方法结果的可靠性。最后与绿漆涂层铁板目标的模型反演参数进行比较得出:2种不同材质、相同颜色涂层的目标,具有较为接近的折射率,其较小差别可以理解为由涂层的厚度、均匀程度的不同导致,而非不同的材质所引起。     

人体目标光谱特性对微光像增强器视距的影响

为研究不同人体目标的反射光谱特性对微光像增强器视距的影响,以夜天空辐射光谱特性和常见衣服的光谱反射系数为基础,建立了人体目标的反射光谱分布方程,分析了人体目标穿着不同材质和颜色衣服时的反射光谱特性,并从微光像增强器视距实际探测方程出发,讨论了微光像增强器对不同人体目标的探测能力。发现不同人体目标的反射光谱特性对微光像增强器视距的影响主要体现在平均反射率珋ρ和目标背景初始对比度C0方面,棉质衣服的反射系数和光谱反射强度比涤纶衣服高,微光像增强器对穿着棉质衣服的人体目标的探测能力更强。微光像增强器对穿着同样颜色棉质衣服的人体目标的视距比穿着涤纶衣服远,对穿着浅色衣服的人体目标的视距比穿着深色衣服远,在满月情况下像增强器对衣服的材质更敏感。     

粗糙目标样片光谱双向反射分布函数的实验测量及其建模

实验测量了紫红色和白色涂漆板在400～780 nm内的光谱双向反射分布函数(光谱BRDF),分析了光谱双向反射分布函数随波长及散射角的变化趋势与目标样片光学特性的关系.应用改进的粒子群算法,结合双向反射分布函数五参量模型,获得了测量光谱范围内各波长(间隔1 nm)对应的共381组五参量值.利用五参量模型计算了目标样片的光谱双向反射分布函数及其方向半球反射率(DHR),并与实验测量数据相比较,两者吻合良好,表明目标光谱双向反射分布函数建模方法与结果的可行性和可靠性.目标样片的光谱双向反射分布函数可以用来研究目标的光谱散射特性,对目标的探测、跟踪、识别和特征提取等具有重要的应用价值.     

双向反射分布函数在空间目标可见光反射特性建模中的应用

针对空间目标可见光反射特性提出了一种建模方法.双向反射分布函数(BRDF)可以有效地 描述目标表面材料的空间反射特性和光谱特性.根据目标表面状况及背景辐射环境,选取合 适的双向反射分布函数模型,利用辐射理论在可见光波段建立了空间目标反射特性的数学模 型.基于轨道参数进行了仿真计算.计算结果表明太阳帆板与卫星主体相比,其在探测器入 瞳处的辐照度只小一个数量级,在目标光学特性分析时不可忽略.而且,空间目标反射特性 不仅与太阳、地球和目标三者之间的实时位置有关,还与其几何形状、表面材料等有关.仿真分析结果验证了建模的正确性.     

Comparison of 905 nm and 1550 nm semiconductor laser rangefinders’ performance deterioration due to adverse environmental conditions

Laser rangefinder performance (i.e., maximum range) is strongly affected by environment due to visibility-dependent laser attenuation in the atmosphere and target reflectivity variations induced by surface condition changes (dry vs. wet). Both factors have their unique spectral features which means that rangefinders operating at different wavelengths are affected by specific environmental changes in a different way. Current state of the art TOF (time of flight) semiconductor laser rangefinders are based mainly on two wavelengths: 905 nm and 1550 nm, which results from atmospheric transmission windows and availability of high power pulsed sources. The paper discusses the scope of maximum range degradation of hypothetical 0.9 μm and 1.5 μm rangefinders due to selected water-related environmental effects. Atmospheric extinction spectra were adapted from Standard Atmosphere Model and reflectance fingerprints of various materials have been measured. It is not the aim of the paper to determine in general which wavelength is superior for laser range finding, since a number of criteria could be considered, but to verify their susceptibility to adverse environmental conditions.     

基于等离子喷涂的反射型激光防护涂层研究

本文首先介绍了激光武器在未来战争中的突出地位和发展现状,阐明了高能激光束与目标材料相互作用时的热效应毁伤机理;总结了基于等离子喷涂的反射型激光防护涂层的研究进展,包括等离子喷涂金属涂层和陶瓷涂层的研究进展、以及各自的技术特点和防护效果,为高能激光防护领域的研究提供了借鉴。研究结果表明,控制金属涂层在激光辐照过程中的氧化现象能有效地提高涂层的激光防护性能,同时具有优异反射性能的新型陶瓷涂层在高能激光防护领域中有较好的发展前景。     

端面泵浦掺Yb3+双包层光纤激光器

从双包层光纤激光器的速率方程出发，得到了光纤中泵浦光与激光的功率分布、输出功率与泵浦功率的关系、腔镜反射率及光纤长度对输出功率的影响。研究结果表明：输出激光功率与光纤长度及后腔镜反射率有很强的依赖关系，存在一个输出功率最大的最佳光纤长度。后腔镜反射率越大，输出激光功率越小；当光纤长度较短时，在输出端放置反射镜使泵浦光高反射，可以提高输出功率和效率。通过对端面泵浦掺Yb3+双包层光纤激光器进行理论分析和实验研究，得到输出激光的中心波长为1088.3nm，斜率效率为33.7%，最大输出功率为1.75W。     

Removal of the indigo color by laser beam–denim interaction

Our experiments show that the laser fading process removes efficiently indigo-dye from denim support. We use the beams from Nd : YAG laser (1064 nm and its second harmonic 532 nm) and CO₂ (10.6 μm) lasers. Different laser pulse parameters were used in order to obtain laser power density and fluency to start the ablation process. The purpose of this work is to determine the change of denim diffuse reflectivity spectra after laser irradiation with different wavelength and different power density. The change of diffuse reflectivity coefficient was up to 17% at 450 nm wavelength (from 8% reflectivity for unirradiated denim).     

A simplified cavity analysis for estimating energy coupling during laser ablation and drilling of solids — experiment

The theory for a general departure function, f, for laser-irradiated cavities was previously developed to estimate laser energy coupling to an opaque solid target as a function of heat transfer and the cavity shape and size. In this article, a specific form of f is calculated for ultraviolet (UV) laser ablation of copper (Cu) and aluminum (Al) targets. Methods are also given for calculating the geometric factor, a, and experimentally determining the heat transfer parameter, ν, which is shown for this form of f to be the intensity-dependent effective reflectivity of the material. Experimental results for different gauges of laser energy coupling with a solid target are given and compared to calculations of net absorbed energy based on f and the incident laser energy. Using the simplified cavity analysis, the results demonstrate that the experimental values for f fall within the limits predicted by the theory, and that energy coupling can be predicted to within a mean of 2% of experimental gauges. Neglecting the factors in f from calculations of energy coupling can lead to large errors for laser-irradiated cavities, establishing that both cavity shape and heat transfer should be simultaneously considered. In addition, a first-order sensitivity analysis based on f shows that the initial rate of change in material removal strongly increases with reflectivity, which can lead to runaway cavity formation for highly reflective materials.     

全向激光告警系统中窄带滤光片的透射率分析

根据全向激光告警系统的结构特点,阐明了系统中大视场接收和窄带光谱滤波技术之间的矛盾.通过建立法布里-珀罗滤光片的模型,从反射膜的反射率、位相跃变以及间隔层介质所产生的光程差等因素,分析了激光从不同入射角入射时,滤光片具有不同的透射率.给出了激光入射角与透射率之间的关系公式,通过实验验证其有效性.     

非合作目标相位式激光测距系统的测程估计

对于中程距离的测量,从测量速度、精度和可靠性的折衷方面来讲,相位式激光测距法优于其它的测距法。给出了非合作目标相位式激光测距系统的接收光功率表达式,研究了根据信噪比确定所需的接收光功率,从而估计测程的方法。     

冲击压缩下钨靶对514.5 nm激光的漫反射率

 在二级轻气炮上完成了一系列铜飞片平面碰撞钨靶的实验,并测量了钨靶在85~250 GPa的冲击压缩下,对波长514.5 nm入射激光的漫反射率。实验结果显示：冲击压缩使钨靶表面的漫反射能力降低,但不是单调下降的,并在165 GPa压力附近出现漫反射率相对增大的现象。     

金属Al背电极二维AZO光栅的制备和陷光特性

研究了背电极金属Al膜上二维ZnO:Al光栅的制备及其反射光谱特性.在厚度为300 nm的Al膜上溅射80 nm ZnO:Al薄膜,旋涂AZ5206光刻胶,用波长为325 nm的激光进行光刻制作光栅掩模.采用溶脱-剥离法在Al衬底上制备周期(624~1250 nm)和槽深(100~300 nm)可独立调控的ZnO:Al二维光栅.表面形貌采用原子力显微镜和扫描电镜观察,反射光谱用带积分球的分光光度计测试,双向反射分布函数用散射仪测量.结果表明,300 nm Al膜上织构二维ZnO:Al光栅背电极结构,当光栅槽深为228 nm,周期从624 nm增加到986 nm时,背电极总反射率、漫反射率以及雾度均随光栅周期增大而显著增加,而当周期从986 nm增加到1250 nm时,总反射率、漫反射率以及雾度略有增加.双向反射分布函数测试结果进一步证实了上述实验结果,即随着周期增大,漫反射峰值越大,衍射峰个数也增多.提示背反电极上槽深为228 nm、周期为986 nm的二维ZnO:Al光栅具有较好的散射效果,其中漫反射占总反射的百分比为45%.     

温度变化下研磨金属表面反射率和发射率的测量

介绍了测量材料表面双向反射分布函数和发射率的原理和方法,搭建了532 nm和1 064 nm波长双向反射分布函数和表面发射率测量平台,对经金刚砂(320目)研磨后金属靶板表面的反射率和发射率及中等温升情况下的变化特性进行了实验测量。测量结果表明,粗糙金属靶板表面近似为朗伯辐射体,反射率低于0.25。在常温至320℃范围内,靶板表面反射分布、反射率和发射率的变化幅度较小。