递变能量成像中最佳X射线管电压预测算法

X射线递变能量成像是依次获取复杂结构件在递变能量下的局部有效信息,并通过多谱融合获取完整结构信息。但是目前的能量选择主要以人工设定管电压步进为主,无法匹配检测对象的有效厚度变化率,成像效率及射线利用率较低。基于递变能量成像规律,提出一种最佳X射线管电压预测算法。该方法通过对检测物体进行变能量预扫描,提取图像序列中有效厚度(高质量区域)和临近厚度(预测区域),建立有效厚度的图像灰度与管电压、X射线光谱之间的物理模型,及临近厚度灰度差与电压的函数模型,进而得到临近厚度最佳成像时的能量预测模型。通过模型求解,实现了能量的自适应预测。以不同厚度钢块为对象,利用该算法逐一预测各个厚度钢块最佳成像时的管电压,并与实际值对比。实验结果显示,在低能时可跨3~4 mm准确预测,高能时可跨7~10 mm预测,精度可以达到95%以上。     

PDMS梯度光栅结构制备技术研究

由于传统方法制作的梯度光栅,工艺条件苛刻,制作过程复杂,难以控制,制作成本高,周期较长,提出了一种成本低、工艺简单、可大量制备梯度光栅的工艺方法,采用基于刚性薄膜/柔性衬底的自组装工艺和氧等离子体(Plasma)的方法制备了微米尺度的梯度光栅,利用Plasma时间的可控性和聚二甲基硅氧烷(PDMS)优异的弹性制得所需要尺寸的光栅。首先在聚乙烯对苯二酸脂(PET)薄膜上旋涂一层PDMS薄膜,待PDMS薄膜固化后将双层薄膜弯曲并用Plasma处理,在其表面生成一层刚性氧化层,借助柔性的PET对刚性层施加均匀应力,当应力超过临界值时,在PDMS基底上自组装形成光栅褶皱结构。由于弯曲时预应力的变化,所以在PDMS薄膜上会形成周期和高度呈阶梯状的的光栅褶皱,也就是梯度光栅。采用可见光作为梯度光栅的性能测试光源,选用一级衍射光作为检测对象,从图谱中可以看出以PDMS为基底制备的光栅具有很好的衍射效应,并可实现很好的分光效果。实验表明：梯度光栅具有明显的衍射现象,并且衍射角变化显著,可广泛用于应力测量。这种方法制备的柔性梯度光栅也可以作为微型应变装置来检测应力的变化,未来有望用于微型光谱仪、扫描仪、光通讯等领域中。     

一种低速、连续、单色性好的冷原子束

本文提出一种利用磁光阱冷却捕获技术制备低速、连续、单色性好原子束的方法及技术.采用3维磁光阱从背景Rb蒸汽中捕获Rb87原子进行冷却、捕获形成原子云团,利用在纵向方向上结构设计的小孔将冷原子云团推出形成冷原子束,并在原子束行进方向上采用2维光学黏胶对原子束进行准直,采用态制备激光对其进行态制备,全部制备到Rb87原子的基态能级|F=1>上,从而为原子惯性技术(原子干涉仪、原子重力仪、原子加速度计)、原子频标(原子钟)提供低速、连续、单色性好的原子束.文章对于制备技术的实验系统及实验结果进行了详细的阐述.     

基于微机电系统红外光源的长光程气体检测

针对红外气体传感器对光源的要求,选用了一种宽波长、高调制频率、低功耗的小体积微机电系统(micro-electro-mechanic system, MEMS)红外光源作为辐射源,其各项性能均能很好的满足红外传感系统对于光源的要求。由于其面光源的朗伯辐射特性,整形之后的红外光数值孔径仍然很大,采用传统的长光程气室结构很难实现长光程从而提高系统的检测灵敏度。本文结合双波长单光路的差分检测方法,设计了一种基于积分球特性的吸收气室,有效地解决了MEMS红外光源在高灵敏度气体检测应用中难于实现长光程的问题;并运用光在传输过程中光通量守恒的原理,推导了此积分球吸收气室的等效光程,解决了积分球气室等效光程计算的难题;同时采用FPGA主控芯片对MEMS红外光源进行高频调制并处理探测器的输出信号,使得外围电路的设计更加简单、灵活。设计中,使用直径为5 cm的积分球吸收气室便可实现166.7 cm的等效光程,研究结果显示系统可测得的最小甲烷浓度达0.001×10-6,极大地提高了红外检测系统的灵敏度。     

流形判别分析和支持向量机的恒星光谱数据自动分类方法

尽管经典的分类方法支持向量机SVM在天文学领域广泛应用,但其只考虑类间的绝对间隔而忽略类内的分布性状,因而分类性能有待于进一步提升。鉴于此,提出一种新颖的基于流形判别分析和支持向量机的恒星光谱数据自动分类方法。该方法引入流形判别分析的两个重要概念：基于流形的类内离散度M_W和基于流形的类间离散度M_B。所提方法找到的分类面同时保证M_W最小且M_B最大。可建立相应最优化问题,然后将原最优化问题转化为QP对偶形式求得支持向量和判别函数,最后利用判别函数判断测试样本的类属。该方法的最大优势在于进行分类决策时,不仅考虑样本的类间信息和分布特征,而且还保持了各类的局部流形结构。SDSS恒星光谱数据上的比较实验表明该方法的有效性。     

激光告警中近红外焦平面阵列探测器成像技术研究

为了提高激光探测的方位分辨率,实现对来袭激光的准确定位,选用了FPA-320x256-C型InGaAs焦平面阵列探测器作为光栅衍射型激光告警装置的核心元件。介绍了基于光栅衍射的激光波长和方向探测原理,在分析了探测器性能及参数的基础上设计了驱动电路。探测器在FPGA时序的控制下,输出模拟量通过高速AD进行采集,数据经缓存后存储在FPGA外扩的SRAM中,然后通过USB传送至PC机。上位机Labview采集原始数据,处理并显示。利用上述方法,完成了成像实验,采用波长为1 550和980 nm的激光器从不同角度进行入射,对探测得到的衍射图像进行分析,判断出零级和一级的位置,根据光栅衍射理论,计算出相应波长和二维方向入射角,结果显示波长误差小于10 nm,入射角误差小于1°。     

基于支持度变换和top-hat分解的双色中波红外图像融合

为了解决用多尺度top-hat分解法融合双色中波红外图像时经常存在对比度提升有限、边缘区域失真较重的问题,提出了基于支持度变换和top-hat分解相结合的融合方法。先用支持度变换法将双色中波图像分解为低频图像和支持度图像序列;再从最后一层低频图像中用多尺度top-hat分解法提取各自的亮信息和暗信息;用灰度值取大法分别融合亮信息和暗信息;通过灰度值归一化和高斯滤波分别增强亮、暗信息融合图像;然后融合两低频图像和亮、暗信息增强图像;将融合图像作为新的低频图像和用灰度值取大法融合得到的支持度融合图像序列进行支持度逆变换,得到最终融合图像。该方法的实验结果同采用单一的支持度变换法融合和多尺度top-hat分解法融合相比,融合图像的对比度提升了11.69%,失真度降低了63.42%,局部粗糙度提高了38.12%。说明提出的从低频图像提取亮暗信息,并经过分别融合、增强,再与低频图像进行融合,能有效破解红外融合图像对比度提升和边缘区域失真度降低之间的矛盾,为提高图像融合质量提供了新方法。     

F-P腔不同扫频段透射谱锁频精度实验

针对窄线宽激光器输出谱线窄,难以被锁定的情况,利用F-P腔特有极窄线宽、高精细度特性对激光器谱线线宽实施压窄及频率锁定。通过设计实验方案并搭建锁频测试平台,利用F-P腔外部光反馈将窄线宽半导体激光器线宽压窄来提高锁频精度。通过监测正弦波调制下F-P腔对于4种不同直流电压下激光PZT扫频段的透射谱线,并对其分别进行解调和锁频精度测试,得到直流高压放大器电压为73 V时对窄线宽激光器进行扫频,激光器反馈锁频精度最高可达1.5 MHz。     

卡塞格林望远镜耦合系统锥形导管的仿真与误差分析

为了提高卡塞格林望远镜像斑耦合多模光纤的效率,采用一种在光纤前端放置锥形导管的方法,利用光线在锥形导管中经过多次内全反射耦合进多模光纤中,通过几何光学理论及数值方法分析卡塞格林零视场光束像点的最大耦合角,确定锥形导管初始结构参数。将此参数作为Zemax仿真的初始条件,进行优化仿真计算和误差分析。结果表明:加工误差控制在0.03 mm之内,采用锥形导管后可以使像斑整体耦合效率较直接耦合提高4倍以上。     

新型光弹调制干涉具研究

针对单个光弹调制器((Photoelastic Modulator,PEM))干涉具受到材料本身热、力学的限制,产生的最大光程差小,而多个PEM串联又难以控制,且多个PEM界面的多次反射将使光能大量损失等缺点,提出一种在单PEM上贴全反射膜经过多次反射有效提高最大光程的方法。理论推导分析了不同反射情况对光程差的影响,并得到任意角任意位置入射经多次反射后产生最大光程差的公式与光谱反演公式,且通过COMSOL、MATLAB、ZEMAX仿真和实验验证其可行性。实验选用的弹光晶体为硒化锌(ZeSe),压电晶体为石英,结果显示实验与理论的相对误差为0.21%,为该方法的工程应用提供了参考。