1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院 科学岛分院，安徽 合肥 230026
3 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
4 航天系统部驻绵阳地区军事代表室，四川 绵阳 621000
针对激光传输实验中传输内通道空间狭小、CO2浓度低的特点，结合波长调制TDLAS技术，设计了基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的数字锁相放大器，实现锁相放大和数据采集功能一体化，并将其成功应用于低浓度CO2检测中。为解决低浓度CO2吸收微弱、噪声强等问题，设计了高精度ADC模块，电压分辨率可达0.3 mV；基于DDS原理内部产生正余弦参考信号，保证谐波信号单一性，且实现参考信号频率可调节，覆盖范围1~40 kHz；改进了CIC滤波器，并通过降采样级联FIR滤波器的方式，以较少的硬件资源消耗实现窄带低通滤波，积分时间200 μs~20 ms可调；基于CORDIC算法实现平方和开根运算，相较于JPL算法精度更高。为系统更加小型化，基于Qt实现上位机并结合串口通信，使锁相放大器兼具数据采集处理功能。常温常压光程30 m条件下，测量了CO2在2 μm波段的吸收光谱，获得波长调制吸收光谱信噪比为102.6，相较于直接吸收信噪比8.8，提高约11.7倍；设计并开展低浓度CO2标定实验，获取二次谐波信号幅值和CO2浓度之间的线性关系，相关度为0.996；在纯氮气条件下，利用Allan方差评估了系统性能，平均时间为2 s时，系统检测下限1.30 ppm (1 ppm=10−6)，平均时间为180 s时，系统检测下限0.19 ppm；分析了系统响应时间，可在0.5 s内获取气体浓度。实验结果表明，设计的数字锁相放大器具有测量灵敏度高、参数可调节、能够实时处理和小型化的特点，可满足传输内通道中低浓度CO2的检测需求。
数字锁相放大器 激光传输 FPGA TDLAS 数字滤波器 CORDIC算法 digital lock-in amplifier laser transmission FPGA TDLAS digital filter CORDIC algorithm 红外与激光工程
2023, 52(10): 20230023
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院，安徽 合肥 230026
3 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
4 航天系统部驻绵阳某部，四川 绵阳 621000
以2 μm窄线宽分布式反馈（DFB）激光器为光源，搭建了一套新型V形结构离轴积分腔吸收光谱实验装置。利用LightTools光学仿真软件对实验光路进行模拟仿真和优化分析，获得了V形腔内的高反射镜表面光斑分布规律，选择合适的入射角度可很好地提高镜面利用效率，并进一步确定了在V形结构双边对称且单边臂长为25 cm的情况下，腔体最佳夹角为23.06°。根据设计加工腔体并搭建吸收光谱实验装置，使用体积分数为400×10-6的CO2标准气体在4991.258 cm-1处对装置进行了实验研究，标定了高反镜的实际反射率和V形腔的有效光程。通过测量装置的Allan方差评估了实验装置的性能，实验结果表明，当平均时间为375 s时，装置检测限可达0.35×10-6。利用该装置在 4986.9955 cm-1处对室内NH3分子进行测量，获得了NH3的吸收谱线，同时使用Savitzky-Golay算法对光谱数据进行平滑处理，获得了46.06的信噪比，展示了V形结构的离轴积分腔装置优异的弱检测能力，为复杂环境下离轴积分腔装置的搭建提供了新的结构选择。
光谱学 离轴积分腔 V形结构 模拟仿真 NH3检测 Savitzky-Golay平滑 中国激光
2023, 50(19): 1911002
图像融合作为图像处理领域的一个重要分支, 已成为研究的热点问题之一。对于像素级图像融合, 多尺度多分辨率分解已被广泛应用, 但是在低频子带的处理上, 由于平均法容易导致融合图像出现模糊, 对比度下降等问题, 提出基于区域能量的低频子带融合方法; 对于高频子带, 在考虑系数本身的同时, 也考虑其邻域系数的影响。对已配准的可见光和红外源图像进行融合实验, 并对融合图像进行评价, 结果表明, 文中方法在保留图像轮廓的同时, 充分保留了图像的高频边缘及细节信息。
局部能量 邻域信息 熵 图像融合 regional energy neighborhood information entropy image fusion
现代战争的战场环境日趋复杂,单一制导模式容易受到有效干扰,而复合导引头则可利用各种制导模式的优点,互补不足。根据红外成像传感器、主动毫米波雷达和被动雷达的技术特点,分析了红外成像/主动毫米波雷达复合导引头、红外成像/被动微波复合导引头的工作流程。为了提高复合导引头的抗干扰能力,结合反舰导弹的实际工作流程,远距离时利用毫米波雷达或被动雷达进行探测,近距离时利用红外目标特征来区分干扰和舰船目标,从而形成适用于反舰导弹红外成像/主动毫米波雷达复合导引头和红外成像/被动微波复合导引头的末制导策略。
红外成像 毫米波雷达 被动微波 复合导引头 infrared imaging millimeter-wave radar passive microwave composite seeker
1 四川大学原子与分子物理研究所,成都 610065
2 广西大学物理科学与工程技术学院,南宁 530004
3 四川大学物理与科学技术学院,成都 610065
4 四川大学高能量密度物理与技术教育部重点实验室,成都 610065
本工作通过高压固相复分解反应(HPSSM)合成块体Re3N。利用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能量色散X射线分析(EDS)对高压样品进行结构表征与元素成分确定,结果表明利用HPSSM法合成的Re3N具有较高的晶体质量。在77 K到873 K温度范围内利用拉曼散射研究Re3N的晶格振动特性。基于三(四)声子耦合模型,研究Re3N拉曼声子模频率的红移和拉曼峰的宽化现象,结果表明高温条件下Re3N拉曼散射效应中三声子耦合过程占主导。高压同步辐射研究表明Re3N具有很高的体弹模量(B0=417 GPa),是一种潜在的超硬材料。
5d金属氮化物 拉曼散射 高压同步辐射 5d metal nitrides Raman scattering high-pressure synchrotron radiation
1 中国洛阳电子装备试验中心, 洛阳 471003
2 光电对抗测试评估技术重点实验室, 洛阳 471003
为了有效对抗时间延迟积分电荷耦合器件成像设备的干扰,采用脉宽为10ns、波长为1.06μm的脉冲激光对其进行了干扰实验.分析了干扰现象与机理,采用数字图像处理方法测量了饱和阈值.结果表明,当激光能量密度为1.33mJ/cm2时,时间延迟积分CCD达到饱和;提高激光重复频率可以取得更有效的干扰效果.
激光技术 干扰机理 图像处理 饱和阈值 脉冲激光 时间延迟积分电荷耦合器件 laser technique theory of interference image processing threshold of saturation pulse laser time delay integration charge coupled device
受多种因素的影响, 通常获得的红外图像信噪比低、对比度差, 为目标的提取带来一定的困难。在分析弱小目标方向梯度的基础上, 结合形态学算法, 提出一种新的红外弱小目标检测算法。首先在待检测点四邻域方向上选取4个参考点, 根据该方向待检测点与参考点之间的多级梯度特征, 确定出潜在目标; 然后利用结构元可调节的特性, 选择合适的结构元素, 通过形态学处理, 剔除噪声点并最终确定出目标。实验表明, 该算法计算简单, 无需预测背景, 可在低信噪比图像中有效检测弱小目标。
形态学 结构元素 梯度 目标检测 morphology structure elements gradient target detection
中国人民解放军63891部队，河南 洛阳 471003
为了对比激光对CCD、CMOS两种图像传感器的干扰效果，利用106 μm高重频激光开展了对CCD、CMOS两种相机的饱和干扰实验研究，分析了两种相机在干扰有效面积、饱和干扰面积、干扰前后图像相关度等与激光入射功率之间的关系。实验结果表明:CMOS相机达到单元像素饱和的激光功率阈值是CCD相机的20倍；要达到相同的干扰有效面积，所需的激光功率CMOS相机要大于CCD相机10倍～100倍；要达到相同的饱和像元数，所需的激光功率CMOS相机比CCD相机约大10倍～60倍。因此，CMOS相机要比CCD相机具有更好的抗106 μm激光干扰能力。
激光干扰 CCD相机 CMOS相机 饱和效应 laser jamming CCD camera CMOS camera saturation effect
中国洛阳电子装备试验中心, 河南 洛阳 471003
分析了方形环形谐振腔对S线偏光和P线偏光的频率响应特性,发现输入两个频率间隔相差很小的S线偏光和P线偏光都能引起环形谐振腔的谐振,其中S线偏光谐振峰频率特性更适于环形谐振腔的稳频。通过搭建环形谐振腔频率响应特性测试系统,从实验上验证了理论计算的正确性。对于环形谐振腔的稳频和调腔具有参考意义。
谐振腔 环形谐振腔 频率响应 模式匹配 resonator ring resonator frequency response mode matching
