一种测量光学元件高反射（透过）率的有效方法

本文提出一种测量激光谐振腔反射镜高反射率和测量镀有减反膜的高透过率光学元件的有效方法.特点是同时测量几块高反射率凹面镜或高透过率光学元件,其误差是普通单块测量方法的1/n.详细分析了一组激光腔镜高反射率和一组镀减反膜的平行薄片高透过率的测量结果.     

基于点源透过率的空间光学系统杂光测量

杂光测量是光学系统杂光分析的有效途径之一,它能够对消杂光设计结果进行准确的评估.针对空间光学系统的工作环境,考虑到其视场外有强烈辐射源(如太阳等),采用点源透过率方法来验证光学系统抑制杂光的能力.搭建了一套无中心遮挡的离轴抛物面反射式杂光测量装置,测量动态范围为10-1～10-11.利用该装置对口径为300mm、全视场...     

基于无机材料体系连续激光驱动的全光谱白光研究进展EI北大核心CSCD

全光谱白光具有和太阳光光谱接近的覆盖可见到红外连续波段的光谱特征,对光学研究具有重要意义。连续激光驱动光学活性材料的全光谱白光因其特殊的发光性能及高效的发光效率吸引了研究者广泛的研究兴趣。本文首先从有无激活中心角度对可产生全光谱白光的无机材料进行了分类总结。然后从光谱性能、温度性能及光电性能三个方面对无机材料体系中的全光谱白光的光物理过程进行了归纳分析,并对全光谱白光的应用做出了展望。最后对这一非线性光学效应的全光谱白光发光现象未来的研究方向及发展趋势进行了总结。     

提高室外遮蔽物透过率测量精度的一种方法

在深入了解遮蔽物的特性对军事对抗、环境保护和森林防火等具有重大现实意义的基础上，针对目前室外测量遮蔽物激光透过率常用方法没有考虑激光脉冲发射能量起伏而导致测量精度低的问题，设计了一种新的试验方案和数据处理方法。新的试验设计考虑脉冲能量起伏，在早期设计方案的基础上增加了1个光分束器和1个激光接收机。这样设计的目的是为了得到遮蔽物释放后无法获得没有遮蔽物时测量处接收机所接收的每个激光脉冲的能量，从而消除脉冲能量起伏对测量精度的影响。提出监测激光脉冲发射能量并用其对远场接收处能量进行反演的数据处理方法，从而明显改善了透过率测量的精度，增强了决策的科学性和可靠性。     

神光Ⅱ全链路脉冲波形的高精度反演EI北大核心CSCD

物理实验对神光Ⅱ装置的输出脉冲波形有很高的精度要求。对于单色光,通常做法是利用增益通量曲线反演激光链路获得注入波形,该方法在求解高通量或复杂波形时的精度比较差,甚至对宽带脉冲失效。针对不同输出通量,提出了智能算法和增益通量曲线的分层使用策略并应用于神光Ⅱ全链路的波形反演,混合算法的计算精度理论上取决于采样点数目。通过模拟仿真验证了混合算法具有稳定性好、精度高和收敛快的特点。     

基于等应变梁的光纤光栅静电电压传感器EI北大核心CSCD

为了实现静电电压表的精确测量,提出了一种基于等应变梁和光纤布拉格光栅（FBG）的静电电压传感器。在一定温度范围内,由双FBG的结构方案实现了传感器的温度自补偿,通过对等应变梁的仿真分析和传感器系统的电场仿真,优化设计和制备了传感器结构系统。利用一对平板电极产生匀强电场,在静电力作用下等应变梁上的导体半球受力致使等应变梁发生变形,使得两个FBG反射光谱的中心波长产生偏移,通过FBG的波长差实现了电压的测量。实验结果表明：该传感器可实现5~24 k V直流（DC）高压和交流（AC）高压有效值的测量,5~12 k V的计算精度为2.1%,12~24 k V的计算精度为0.89%,传感曲线的拟合度为0.99985,基本满足高电压测量系统的稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求。     

基于像差影响的星间角距修正方法EI北大核心CSCD

为了有效地提高星模拟器的精度,针对经典星间角距数学公式没有考虑光学系统像差影响的问题,提出了一种基于像差影响的星间角距修正方法,建立了相关的数学模型并推导了相应的数学公式。并以球幕投影的星模拟器平台为例进行分析和实验测试,结合所建立的星间角距数学模型,对各星点的方位角和俯仰角进行曲线拟合,得到像差影响的星点位置误差拟合曲线,从而完成星间角距修正。实验结果表明,修正前星间角距误差为27.56″,修正后星间角距误差为16.96″,相对于修正前减小了10.60″。本文方法为有效提高星模拟器的仿真精度提供了理论基础。     

一种基于离散光谱透过率的红外探测距离模型研究

针对大气透过率是影响红外系统作用距离的重要因素,且随大气环境、波长、距离等因素而复杂变化难以精确描述,研究了大气透过率对红外系统作用距离的影响,提出一种基于离散光谱透过率的红外系统作用距离模型。使用MODTRAN 软件计算出波数间隔为1 cm-1的离散光谱大气透过率,建立大气透过率数据库,计算出波数间隔为1 cm-1的光谱区域内目标的红外辐射功率。应用该模型对实际的战斧巡航导弹进行计算,结果表明该模型具有更高的计算精确度与可行性。     

采用相位半角的两步相移法EI北大核心CSCD

针对经典两步相移算法对光强不均匀分布和物体不均匀反射率处理能力不强的问题,分析相移量为90°的情况,采用光强模型,直接对光强进行数据操作,利用三角关系,给出了求解折叠相位相位半角的计算方法,通过高度-相位差公式得到物体的三维形貌数据,避免了因归一化操作过程中取最值方法引起的误差.实验对比分析了经典四步相移法和两步移相法,表明在环境光强可以忽略不计或足够小的情况下,该方法误差范围为±0.2mm,结果优于经典两步相移法,接近于测量误差最小的四步相移法.     

基于链码表示的手臂静脉特征提取与匹配EI北大核心CSCD

针对手臂静脉这一生物特征,提出一种基于链码表示的静脉特征提取及匹配算法.由近红外手臂图像中提取出静脉的骨架结构,并将其分割为若干条曲线段,通过曲线的相对方向、相对位置及形状特征计算匹配曲线对,利用粒子群算法计算匹配曲线间的最优空间变换关系,根据静脉全局变换后点集的重叠情况判断匹配程度.针对来自9个国家的110位实验者组成的手臂图像库进行实验,Rank-1和Rank-10%识别率分别为74.5%和93.6%,优于改进Hausdorff距离及模板匹配方法,表明手臂静脉可作为一种新的生物特征来进行身份认证.     

熔石英亚表面球形杂质对入射光场的调制作用EI北大核心CSCD

建立激光辐照下熔石英体内球形杂质引起元件损伤的模型。基于Mie理论计算杂质的散射系数,研究杂质颗粒附近的调制光场分布,分析光强增强因子(LIEF)与杂质折射率及半径的关系。结果显示,杂质颗粒半径小于40 nm时,所有类型杂质对光场的调制作用可以忽略;颗粒半径大于40 nm时,对于折射率小于熔石英的非耗散杂质,LIEF随颗粒半径的增大和折射率的减小而增大,且后向散射远强于前向散射;对于折射率大于熔石英的非耗散杂质,随着折射率和半径的增大,LIEF整体趋势增大,局部达到102量级。对于耗散杂质,前向散射强度随颗粒半径的增大先增大后减小,当颗粒半径大于170 nm时,后向散射强于前向散射。     

基于ARM9的激光烟雾透过率测量系统

分析了烟雾透过率的测量方法,并根据此方法提出了基于ARM9的激光烟雾透过率远程测量系统的原理及结构,详细介绍了系统硬件和软件设计。经实验检测,该系统可实时显示激光通过烟箱前后的光强对应的电压曲线,经少量计算即可得到烟雾透过率,满足工作人员在浏览器端远程控制系统运行及测量烟雾透过率。     

基于SURF特征匹配的数字图像相关变形初值可靠估计EI北大核心CSCD

鉴于Newton-Raphson(N-R)迭代法的数字图像相关方法(DIC)对初值敏感等问题,提出了一种使用SURF(speeded up robust features)特征匹配的数字图像相关方法。SURF算法能匹配出变形前后图像的特征点对,并获得点对的坐标值,使用与匹配点对所在的子区相对应的仿射变换来初始估计子区的变形参数,获得兴趣点的估计值。根据估算的初值进行迭代优化,得到使归一化最小平方距离相关函数(ZNSSD)最小化的兴趣点位移值。实验中,分别用该法及传统的基于尺度不变特征变换(SIFT)的初值估计方法对鲤鱼鳞片拉伸变形图样进行处理,结果表明所提的初值估计方法更加精确有效,并能够使后续的N-R迭代优化快速收敛。     

基于格点化大气参数廓线模式的低仰角大气折射修正方法EI北大核心CSCD

高精度低仰角大气折射修正方法是提高海陆域光电测控系统全方位测控能力的重要保证。利用光线追迹方法,建立了一种考虑大气空间不均匀性的低仰角大气折射修正方法;对修正方法的影响因素及误差进行了深入分析,包括大气空间不均匀性和湍流对低仰角大气折射修正的影响;给出了不同折射修正精度对应的大气折射率高度分布所要满足的最大误差,修正方法的数据基础为自主建立的基于实测廓线数据的三维空间格点化大气参数高度分布模式。利用建立的修正模型和格点化大气参数廓线模式对典型大气状况下的折射修正结果进行了分析。     

基于多角度表观反射率模型的交叉定标方法EI北大核心CSCD

为了满足多类型光学载荷在轨空间辐射基准传递的需求,减小角度差异对辐射定标频次和精度的影响,开展基于多角度表观反射率模型的交叉定标方法研究。利用高精度长时序卫星的多角度、高光谱表观反射率数据,构建地球稳定目标利比亚4的大气层顶表观反射率模型。通过区域匹配、时间匹配和云剔除后,利用该模型对2019—2020年风云三号D星中分辨率成像仪和AQUA/MODIS的可见-短波红外波段开展了205次交叉定标应用,并与同步星下点观测的交叉定标方法进行了26次比对。结果表明,两种方法的平均相对偏差优于2.1%,验证了该方法的适用性和准确性。该方法可以解决对人工测量定标场地表多角度数据的依赖,适用于观测天顶角差异0°~60°、观测波段400~2400 nm以内的多光谱、多角度载荷的交叉定标,减小交叉定标中角度匹配误差,显著提高多类型卫星的定标频次,为空间辐射基准传递和多载荷数据融合应用提供基础技术支撑。     

基于锥形渐变耦合结构的可扩展多模弯曲波导EI北大核心CSCD

提出了一种基于锥形渐变耦合结构的可扩展多模弯曲波导。该器件利用模式等效折射率匹配原理,通过对称的锥形渐变耦合结构,实现高阶模式与基模的相互转化,完成多模弯曲传输功能。同时,结合时域有限差分方法和粒子群优化算法,优化锥形渐变耦合结构区域,提升器件性能。实验测试结果表明,在1520~1600 nm的波长范围内,当输入模式分别为TE_0、TE_1、TE_2、TE_(3)和TE_(4)时,该器件的插入损耗分别小于1.71 dB、3.04 dB、2.90 dB、3.16 dB和4.00 dB,对应的串扰分别小于-10.60 dB、-11.35 dB、-10.92 dB、-10.35 dB和-11.45 dB。     

水下高光谱衰减测量的不确定度分析EI北大核心CSCD

研究了水下高光谱衰减测量仪（ACS）的不确定度。通过不同粒径的标准颗粒（2,5,10,20μm）的米氏散射理论计算值与紫外-可见分光光度计（PE35）的实测值对比,得出：PE35的衰减测量误差最大不超过8%。针对我国高浑浊水体环境,利用ACS与PE35对我国东海浑浊海水样品进行衰减同步测量,结果表明：ACS在浑浊水体下的测量结果被低估,其不确定度与波长呈负相关;水体的浊度对ACS衰减测量的不确定度影响较大,且呈正相关,在低浊度水体下ACS（10 cm）的测量值被低估17.2%～19.04%,ACS（25 cm）的测量值被低估7.84%～15.36%,在高浊度水体下ACS（10 cm）的低估则增至26.4%～28.24%。     

基于敦煌辐射校正场的自动化辐射定标方法EI北大核心CSCD

提出了基于自动化多通道光谱辐射计(ATR)、6SV辐射传输模型、敦煌场地历史高光谱反射率模型、中分辨率成像光谱仪(MODIS)的双向反射分布函数(BRDF)的自动化辐射定标方法。当天气状况和卫星观测几何参数满足条件时,所提方法可对遥感器进行连续辐射定标。2015年8月至2016年3月在敦煌辐射校正场进行了实验,共获取17天的有效观测数据。以"水"卫星的中分辨率成像光谱仪(AQUA/MODIS)为辐射基准,验证了所提方法的精度和定标频次。结果表明平均10~15天能够对卫星遥感器进行一次辐射定标。与AQUA/MODIS各通道观测数据相比,利用所提方法得到的大气顶反射率的相对偏差均小于5%,平均相对偏差小于2%,标准差小于2%。     

基于双直角分束器的反射式静态傅里叶光谱仪光学系统EI北大核心CSCD

基于双直角分束器设计了一种反射式静态傅里叶变换光谱仪光学系统,并搭建了样机。该光谱仪光学系统的分光装置采用双直角分束器,其他光路全部采用反射式结构,有效折叠光路,与透射式静态傅里叶光谱仪相比,系统体积减小一半以上。用汞灯作为静态傅里叶光谱仪光源时,得到了404.7,435.8,546.1,577.0nm的峰值谱线,实验结果很好地复原了汞灯实际光谱;用波长为650nm的激光进行实验,光谱分辨率约为5.93nm,与理论计算结果基本相符。该光学系统具有结构紧凑、体积小、重量轻、抗震性强等诸多优点,可为小型化、便携式静态傅里叶光谱仪器的研制提供技术支持。