基于平场光栅的稀疏约束鬼成像高光谱相机

基于稀疏约束的鬼成像光谱相机,能够通过单次曝光获得目标场景的三维空间光谱数据立方体。但是由于不同波长的散斑场在探测器的同一位置处,使得仪器的光谱分辨率和信噪比受到限制。为了解决上述问题,提出了利用平场光栅分光将不同波长的光场在探测面上错开一定距离的系统,实现了基于平场光栅的稀疏约束鬼成像高光谱相机。通过对系统成像过程的理论推导,得到了系统的关联函数,并通过实验和数值模拟验证了理论推导结果。在保证原先光谱相机优点的同时,基于稀疏约束的鬼成像高光谱相机可以分别调控光谱分辨率和空间分辨率,实现可控的信噪比。此外,还能够根据不同波长的光场特性来优化测量矩阵,从而提高图像恢复质量。     

量子点光谱成像技术与重建仿真

为满足机载星载平台对光谱成像系统紧凑型和轻量化的需求,克服当前光谱成像技术分光系统结构复杂、成本高的不足,提出了基于量子点材料的光谱成像技术方案。将条带状的量子点阵列片放置于前置镜焦面前,利用量子点材料对光谱的吸收特性对探测目标的入射光谱进行调制,使用最小二乘法建立探测目标的光谱重建模型,采用推扫的方式获取数据并进行光谱重建可以获得目标光谱和空间信息。量子点光谱成像技术具有光谱分辨率高、能量利用率高、体积小、光谱范围宽和成本低等优势。分析了不同光谱谱段间隔和噪声等因素对重建光谱分辨率的影响,以及对重建光谱准确性或者失真度的影响。分析得出谱段间隔越低,光谱分辨率越高;重建的准确性和分辨率随着噪声水平的增大而降低;适当的提高谱段间隔,可以提高重建的准确性。将已知数据立方体和它的仿真结果进行对比,可以看出还原得到的量子点光谱图像质量较好,验证了该技术的可行性。量子点材料为光谱成像技术提供了新的途径,在航空航天等小型化光谱遥感领域具有极大的应用潜力。     

新型超高时空分辨率超分辨成像技术

众所周知,白光通过三棱镜后可以分为赤橙黄绿青蓝紫的七色光,每种颜色代表了一段光谱。最近,北京大学席鹏课题组利用量子点的光谱特性,成功实现了新型超高时空分辨率的超分辨成像技术。相关研究成果发表在Nature出版集团的《科学报告》杂志上。超分辨技术(super-resolution)因其能够提供低于衍射极限的分辨率而获得了2014年诺     

Wollaston棱镜阵列干涉光谱仪的研制及其光通量的分析

利用空间调制干涉光谱技术研制了基于双层Wollaston棱镜组的干涉仪原理样机,用该样机进行了干涉光谱实验,采集了He-Ne激光器干涉图像,通过对图像进行数据处理,获得了光源的归一化光谱图。并对样机系统做了光通量分析。它与传统的使用单个Wollaston棱镜测量光谱的方法相比,光谱分辨率和光通量可以提高一倍以上。     

一种新型静态成像光谱系统的研究

静态干涉系统具有稳定性好、抗干扰能力强的优势,但其缺点是光谱分辨率低并且光谱测试范围不易调整。针对静态干涉型成像光谱系统光谱分辨率低且不可调等问题,设计了一种新型静态成像光谱系统。系统由光束整形模块、新型静态干涉调制模块以及成像模块构成。光束整形模块将入射光缩束并整形为平行光,进而保证入射干涉具后可以获得较好的干涉效果;新型静态干涉调制模块对入射光进行相干处理。在双折射干涉结构的基础上进行了改进,在不改变原有静态干涉具尺寸的基础上提高了系统的光谱分辨率,并实现了光谱分辨率的静态调制;成像模块完成对目标区域二维可见光图像的采集。系统核心部件由两组光轴相互正交的Wollaston棱镜作为分光器件,在两棱镜间放置电光调制模块,实现光程的静态扫描。分析了新型静态成像光谱系统的工作原理,给出了入射角、折射角等主要参数的函数表达式,并构建了系统的数据模型。通过绘制系统光线追迹图的方式,得到了该系统横向剪切量的函数方程,并对影响横向剪切量的各个参数进行了分析与讨论。通过仿真计算了改变结构角、晶体厚度以及调制度等参数对横向剪切量的影响程度,并定量计算了两个参数对系统光谱分辨率的影响程度。由仿真分析结果可知,增大结构角与加宽调制晶体厚度都可以为系统提供更大的光程差。故通过电光调制的方式实现横向剪切量的静态扫描是可行的,可以实现静态光谱图像的获取。在实验中对660 nm激光进行了测试。新型静态干涉模块采用孔径20 mm×20 mm,厚度10 mm的两块光轴相反的Wollaston棱镜与厚度10 mm的电光调制晶体构成。当调制度分别是0.000 2和0.000 6时,成像模块采集得到干涉条纹具有明显差异。当调制度增大时,其干涉条纹密度增大,说明采用越大的调制度,系统对应的光谱静态扫描能力越强,对光谱分辨率的控制越好。由此可见,本静态成像光谱系统在控制电光晶体调制度的条件下具有光谱分辨率可调的特性,验证了系统的可行性。     

反常吸收与高质量的远红外光谱

在水汽含量恒定但相对湿度较大的情况下,远红外光谱仪得不到理想的100%线。这表明过高的水汽含量将会导致反常吸收现象。反常吸收的出现将严重影响远红外光谱的质量。研究了光谱仪内部空气相对湿度和光谱分辨率对反常吸收的影响,发现降低水汽含量和采用适当光谱分辨率可以有效抑制反常吸收现象,对获得高质量的远红外光谱很有益处。在无反常吸收现象发生的实验条件下,采用"湿度中和法"在空气湿度波动的情况下也可以得到理想的100%线,这为快速获得高质量的远红外光谱提供了新测量方法。     

基于电光调制提高静态傅里叶干涉具光谱分辨率的研究

在静态干涉系统中,采用电光调制可变折射率晶体LiNbO₃做静态傅里叶干涉具的材料,两侧分别加载相位相反的调制信号,从而在不改变静态傅里叶干涉具尺寸的条件下提高光谱分辨率。通过推导光程差函数与折射率调制度的函数关系,计算得在折射率调制度为0.030的条件下,比同尺寸干涉具光谱分辨率提高了16.7倍,达到2.836 cm-1。仿真结果表明折射率调制度会因波长增大而减小,光程差函数会随干涉位置的增大而产生偏大的现象。实际探测过程中,由于光谱范围500～1 100 nm相对较窄,波长变化造成的光谱探测失真不大,可以通过标定补偿,所以应用该方法可以有效地提高静态干涉系统的光谱分辨率。     

导数光谱在二维联用数据解析中的应用

利用导数光谱能增大组分的光谱差异，从而提高二维联用数据解析的分辨率，通过将二维数据对波长求导，以解析光谱相近的同系物体系。并将其应用于实际的间硝基苯酚与邻硝基苯酚二组分体系的解析．获得了令人满意的结果，光谱重合性好，证实该法可行。     

不同分辨率近红外光谱对汽车差速器油品牌鉴别的研究

研究了不同分辨近红外光谱对汽车差速器油品牌鉴别的效果与影响。分别采集了五种不同品牌汽车差速器油在4, 8, 16和32 cm-1分辨率下的透射光谱。去除采集波段范围两端噪声明显部分后采用10 522.28～4 443.425 cm-1范围光谱进行分析。不同分辨率光谱的主成分分析(principal component analysis, PCA)结果表明不同品牌差速器油可以被鉴别。同时基于不同分辨率光谱全谱所建立的偏最小二乘判别分析(partial least squares-discriminant analysis, PLS-DA)以及支持向量机(support vector machine, SVM)模型所获得的判别正确率相近且均高于90%。其中以8 cm-1分辨率下PLS-DA与SVM模型的判别正确率最高。上述研究结果表明分辨率对判别分析结果的影响较小。进一步对不同分辨率下的近红外光谱采用连续投影算法(successive projections algorithm,SPA)选择特征波数,发现不同分辨率下得到的特征波数均不相同,表明分辨率影响特征波数的选择。以不同分辨率特征波数建立的PLS-DA以及SVM模型取得了较好的判别分析效果,与以不同分辨率下全谱建立的判别分析模型效果相当。研究结果表明,分辨率对差速器油品牌鉴别影响较小,而对特征波数的选择影响较大,在实际应用中应考虑到分辨率对特征波数选择的影响。总体而言,不同分辨率的近红外光谱全谱与对应的特征波数都能有效的实现对汽车差速器油品牌的鉴别。     

Offner型成像光谱仪波长使用范围和光谱分辨率研究

研究了Offner型成像光谱仪消像差结构的参量和性能.用几何法推导出Offner型成像光谱仪的波长使用范围、系统线色散以及光谱分辨率的计算公式;在理想像差条件下,分析了Offner型成像光谱仪光谱分辨率与入射狭缝的宽度、凸面光栅分辨率和探测器像元尺寸各个因素之间的关系;探讨了提高光谱分辨率采用的方法和技术,解决了光谱仪的各个参量和光谱分辨率之间的矛盾.研究表明:当系统像差很小可忽略时,通过减小狭缝宽度,有利于提高光谱分辨率;Offner型成像光谱仪的分辨率由入射狭缝宽度、光栅和CCD像元尺寸三者中分辨本领最低的参量确定.     

战术激光武器的威胁及其技术剖析

概述国外激光战术武器的发展现状，并对其在现代战争中造成的威胁以及激光战术武器的关键技术进行了评述。     

二极管双侧抽运横流连续液体激光系统性能模拟

为解决无机液体激光系统的热效应问题,采用激光二极管双侧抽运横向流动的Nd3 :POCl3:ZrCl4溶液以很好地减小热效应,实现液体激光系统高功率高光束质量输出。建立了液体激光理论模型,分析了工作参量对系统能量转换效率与介质热效应的影响;模拟了系统在不同吸收系数和不同流速下的能量转换效率,远场光斑分布以及激光束亮度分布。模拟结果表明:采用二极管作为抽运源可以获得很高的能量转换效率,而且光束质量较好;在给定抽运体积和抽运强度为800 W/cm2时,介质的吸收系数位于2.5~3.0 cm-1,流速约为25 m/s时,输出功率与光束质量实现最佳匹配,激光束亮度最高,系统性能达到最佳。     

Design and performance of a transverse discharge, UV-preionized mercury-bromide laser

The design, construction, and operating characteristics of a pulsed, transverse discharge-pumped HgBr laser, capable of operation at pulse repetition frequencies as high as 100 Hz, are presented. Having an active length of 53 cm, this laser system is preionized by two sets of spark arrays and average single pulse energies of 55 mJ are produced from Ne/N₂/HgBr₂ (natural abundance) vapor mixtures, with an output coupling of 50% and 17 J of energy stored in the pulse forming network. Based on measurements of the laser pulse energy for several values of cavity output coupling, the small signal gain coefficient and saturation intensity for the laser were determined to be 4.7% cm^–1 and 260 kW cm^–2, respectively. The single pass gain-to-loss ratio is 12.4.     

流动激光非稳定振荡器,放大器基本特性比较分析

根据流动激光腔中流动的非平衡混合气体各能态布居数和强辐射相互作用达到稳定振荡的过程和相应的三维分布状态的数值模拟计算结果,发展了相应的振荡器和放大器基本特性的简化计算公式.其计算结果与多种器件、多种腔体的实测结果相符.具体比较分析了流动激光振荡器与放大器的基本特性,得到一些基本原则,为相应器件的优化设计提供理论依据.     

战场激光防护技术

分析了战场激光威胁。从激光防护的原理和技术途径出发，论述了激光防护的方法。介绍了几种典型的激光防护装置，并对激光防护技术的发展提出了几点看法。     

"解剖"激光告警

介绍了激光告警的作用,分析了激光告警器的原理、性能要求和分类,然后分别阐述了典型的光谱识别型、相干识别型和散射探测型激光告警器,并对不同类型的激光告警器进行了比较评价.     

双波长外腔半导体激光器的研究

提出了电流调制型的双波长外腔半导体激光器方案。外腔半导体激光器具有窄线宽输出以及独特的阶越型电流调制特性,采用正弦调制的方式,以延时光纤作为辅助结构,得到了具有良好相干特性和稳定波长间隔的双波长激光输出。与多种已有的双波长激光器设计方案相比,这种多波长工作方式结构简单,调谐范围宽,在波分复用光通信系统、高精度光纤传感测量以及外差、双(多)波长合成波长干涉测量等技术中具有很好的应用前景。     

激光技术的40年

介绍第一台激光器的诞生,综述激光技术４０年来的应用情况及其影响以及激光及激光技术在中国的发展简况。     

超短脉冲超强激光与固体靶相互作用中高能离子的产生

用2D3V PIC粒子模拟方法得到了超短脉冲超强激光与固体靶相互作用中高能离子产生的图像，并对其机理进行了研究。在靶前后表面都观察到了高能离子的产生，并诊断了离子能谱。模拟结果表明，在靶前表面所产生的高能离子，角分布较大，在向靶内输运过程中会损失能量；在靶后表面产生的高能离子，定向性很好，能获得很高的能量。模拟得到的离子能量和实验观测结果在量级上相符。     

激光二极管抽运频差可调谐双频固体激光器的研究

研究了激光二极管抽运的可调频差的双频固体激光器，激光增益介质为2mm厚的1at%掺杂Nd:YAG薄片.对谐振腔产生稳定双频激光的条件作了分析，用琼斯矩阵计算了谐振腔内各处电场矢量的偏振态，证明了双频激光两个电场矢量偏振态之间总是正交的.两个偏振激光频率间隔由改变λ/4波片快轴之间的夹角实现调谐.实验中使用腔内标准具实现单频运转，然后插入双λ/4波片使单纵模激光频率分裂，实现了激光器的双频输出.实验中得到双频激光稳定运转时频差的上限约为1.3GHz；由于强模竞争现象的存在，实验中所观察到的频差下限为50MHz. 100MHz拍频时得到的双频激光输出功率为85mW. 关键词： 激光技术 固体激光器 双频激光