1 河北工程大学数理科学与工程学院,河北 邯郸 056038
2 清华大学精密仪器系,北京 100084
对近场分布式光度测量方法及测量机理进行研究,基于自主搭建的近场光源发光特性测量装置采集平面光源不同方向的亮度图像,分析了近场光度参量之间的转换关系及亮度数据处理方法,最终实现了近场分布式平面光源空间光强分布测量。通过构建平面光源发光模型,基于光度学和几何光学原理分析发光平面各个方向的光线分布,完成对光源不同方向的发光状态表征。与远场测量相比,所提近场分布式测量方法结果与远场配光曲线吻合良好,在所采用成像式亮度计亮度相对误差优于6.51%的情况下,所测得的光强相对误差小于8.38%,0配光曲线匹配指数高达98.33%,验证了所提方法在近场光度测量中的有效性。
测量 分布光度计 近场分布式光度测量 成像式亮度计 光强 配光曲线
Author Affiliations
Abstract
Space Optics Research Center, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
The application of starlight refraction navigation to spacecraft and space weapons is a significant development direction. Observing enough refracted stars for the star sensor in a strong limb background is an urgent problem. The all-day optical system parameters are analyzed based on the star detection requirement and navigation accuracy. Combined with primary aberration theory, the prime-focus catadioptric optical system is selected to meet the design requirements of a wide field of view (FOV) and tight structure. An H-band (1.52 μm–1.78 μm) star sensor is designed with an FOV of 6°, a focal length of 831 mm, an effective aperture of 253 mm, and a relative distortion of 0.03%. The energy concentration of the star point is 85% within 30 μm, and the maximum lateral chromatic aberration is 2.9 μm, which meets the imaging requirements. Furthermore, a baffle is designed to avoid the influence of direct sunlight on stellar imaging. The proposed method can provide a theoretical foundation and technical support for the optical design of the refraction star navigation.
Optical design Starlight refraction All-day star sensor Short-wave infrared (SWIR) Autonomous navigation Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
2023, 19(2): 2023041
大连工业大学信息可持续与工程学院, 辽宁 大连 116034
为增加融合后图像信息量, 增强图像清晰度, 提出一种基于Red-Black小波图像融合的改进算法。该算法在对源图像进行Red-Black小波变换前, 首先进行PCA变换, 然后对得到的第一分量作多尺度的Red-Black小波分解, 对于高频子带系数和低频子带系数分别采用基于极大值的选择和基于区域方差的融合规则。最后对融合后的各级子图像进行Red-Black重构, 并对重构的结果进行PCA逆变换得到融合的图像。实验结果表明, 提出的算法进行多光谱图像融合可以很好地保留光谱信息并且有较高的空间分辨率, 提高了熵值, 增加了融合后图像的信息量, 扩大了信息丰富程度, 也有效增强了图像的清晰度, 具有较好的视觉效果, 在遥感图像处理领域有较广泛的应用前景。
图像融合 遥感图像 Red-Black小波 PCA变换 image fusion remote sensing image Red-Black wavelet PCA transformation
由于半导体激光泵浦碱金属蒸气激光器(DPAL)的饱和增益较大, 因此采用主振荡功率放大器(MOPA)结构对其进行定标放大是实现其高功率化的理想选择。基于端面泵浦DPAL-MOPA系统的微观动力学理论模型设计了铷蒸气DPAL的三级放大系统。另外, 分别对长度为3、5、7 cm的三种密闭蒸气池在不同温度条件下的增益特性做了详细的计算与分析, 最终确定预放大级的密闭蒸气池长度为3 cm, 一级主放大级的为5 cm, 二级主放大级的为7 cm。基于这种三级MOPA结构可把功率为50 mW的铷蒸气DPAL种子光放大至1 000 W量级。同时, 也评估了采用此设计方案时, 整个MOPA系统所产生的自发辐射功率和热功率。该研究对将来实现高功率DPAL提供了设计思路和理论依据。
气体激光器 端面泵浦 碱金属蒸气激光器 密闭蒸气池长度 工作温度 gas laser end pumped DPAL MOPA MOPA cell length temperature 红外与激光工程
2016, 45(11): 1106003
Yb3+:KGd(WO4)2晶体具有增益带宽大、掺杂浓度高等突出特点, 是近年来引起广泛关注的可用于构建锁模飞秒和辐射平衡激光系统的激光介质。这里建立了基于准三能级系统的微观动力学理论模型, 并将其应用于端面泵浦Yb3+:KGd(WO4)2种子源和激光放大系统的理论分析中。首先从速率方程出发, 讨论了准三能级激光系统的种子源部分的物理特性, 指出种子源部分存在着最佳的晶体长度和输出耦合镜反射率。由于Yb3+:KGd(WO4)2晶体材料的热传导率很低, 研究中拟采用主控振荡功率放大结构以实现30 W量级的激光输出, 并在此基础上探讨了主控振荡功率放大器部分的输出物理特性。研究结果对将来构建实用化的Yb3+:KGd(WO4)2激光系统有着重要的理论指导意义。
半导体激光泵浦固体激光器 MOPA结构 Yb3+:KGd(WO4)2激光器 准三能级 功率放大 diode pumped solid-state laser MOPA configuration Yb3+:KGd(WO4)2 laser quasi-three level power amplification 红外与激光工程
2016, 45(11): 1105003
Author Affiliations
Abstract
Southwest Institute of Technical Physics, Chengdu, Sichuan 610041, China
A diode-pumped alkali vapor laser (DPAL) is one of the most promising candidates of the next-generation high-powered laser source. As the saturated number density of alkali vapor is highly dependent on the temperature inside a vapor cell, the temperature distribution in the cross-section of a cell will greatly affect the homogeneity of a laser medium and the output characteristics of a DPAL. In this paper, we developed an algorithm based on the regime concluding quasi-Hilbert transform to evaluate the phase aberration of a wavefront when the probe beam passes through the vapor cell placed in one arm of a Mach–Zehnder interference setup. According to the theoretical algorithm, we deduced the temperature distribution of a cesium vapor cell for different heating conditions. The study is thought to be useful for development of a high-powered laser.
DPAL DPAL Hilbert transform Hilbert transform temperature distribution temperature distribution vapor cell vapor cell High Power Laser Science and Engineering
2016, 4(4): 04000e38
Author Affiliations
Abstract
Southwest Institute of Technical Physics, Chengdu, Sichuan 610041, China
A diode-pumped alkali laser (DPAL) provides the significant promise for high-powered performances. In this paper, a mathematical model is introduced for examination of the kinetic processes of a diode-pumped cesium vapor hollow-core photonic-crystal fiber (HC-PCF) laser, in which the cesium vapor is filled in the center hole of a photonic-bandgap fiber instead of a glass cell. The influence of deleterious processes including energy pooling, photo-ionization, and Penningionization on the physical features of a fiber DPAL is studied in this report. It has been theoretically demonstrated that the deleterious processes cannot be ignored in a high-powered fiber-DPAL system.
DPAL DPAL hollow core hollow core ionization ionization photonic bandgap photonic bandgap High Power Laser Science and Engineering
2016, 4(4): 04000e37
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 哈尔滨工业大学 空间光学工程研究中心, 黑龙江 哈尔滨 150001
设计了一款大线视场离轴三反光学系统, 系统焦距1 200 mm, 相对孔径1:12, 视场角30°×1°。设计中, 第三反射镜应用了x-y多项式光学自由曲面提升系统设计自由度, 为便于装调, 保证关于子午面像质对称, 对x-y多项式自由曲面表达式进行了修正。设计结果得出, 该系统光学传递函数均优于0.45@50 lp/mm, 工作视场内, 系统最大波像差为0.056λ, 平均波像差RMS值为0.036λ, 最大畸变值为0.8%, 像质相对于子午面完全对称。系统进行了合理的公差分配, 蒙特卡罗分析结果显示, 该光学系统最终可实现平均波像差优于λ/14的成像质量。该系统的设计对空间遥感器光学系统的设计具有一定的参考价值, 适合作为大幅宽推扫成像系统。
光学设计 自由曲面 大线视场 离轴系统 optical design freeform surface large linear field of view off-axis system 红外与激光工程
2016, 45(10): 1018002
1 哈尔滨工业大学 空间光学工程研究中心, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 上海航天控制技术研究所, 上海 200335
提出了一种空间目标红外动态辐射特性的建模方法。目标红外辐射包括自身发射辐射和对背景的反射辐射。根据目标与背景特征建立了空间目标辐射特性的物理模型。基于表面材料属性对目标表面进行区域与面元划分, 根据能量守恒定律, 利用目标在宇宙空间的热平衡方程建立了空间目标自身红外辐射特性的数学模型。同时, 引入双向反射分布函数模型描述目标表面面元的反射特性, 将目标所有面元反射分量叠加建立了目标红外反射特性的数学模型。最后, 构建目标本体坐标系, 通过坐标变换确定目标、背景辐射源与探测器的相对位置关系。根据给定的轨道参数、目标几何尺寸和表面物性参数仿真获得空间目标在轨红外特性。计算结果验证了模型的有效性, 为空间目标的红外探测与识别提供参考数据。
建模 空间目标 红外动态辐射 双向反射分布函数 空间光学 modeling space target infrared dynamic radiation BRDF space optics 红外与激光工程
2016, 45(5): 0504002