作者单位
摘要
长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
为提高星地激光通信地面接收端探测灵敏度和分辨能力,减少信标光捕获时间和难度,基于星地激光通信链路和设计方案,结合自适应光学(AO)技术,设计了一套500 mm口径的星地激光通信地面接收端系统。该系统采用库德光路、共口径分光探测形式,包含卡塞格林天线、倾斜镜精跟踪、AO超精跟踪、AO波前探测等4个单元。天线物镜组采用同轴卡塞格林结构,结合折射镜组构成开普勒望远结构,兼顾体积和长出瞳距的需求。在精跟踪倾斜镜和AO倾斜镜之间设计了4f系统,解决校正光轴时的瞳面漂移问题。在波前探测器和变形镜之间设计了双远心系统,构建两者共轭关系,降低波前探测的轴向误差影响。采用光学被动式方法对4个单元进行消热差设计,提高系统温度适应性。最终实验结果表明:在10 ℃~30 ℃范围内,各单元波像差均优于1/10λλ=632.8 nm),满足设计要求,具有一定借鉴价值和工程意义。
星地激光通信 库德光路 消热差 双远心光路 自适应光学 
激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706021
作者单位
摘要
大连理工大学物理学院, 辽宁 大连 116024
激光诱导击穿光谱技术目前已用于国内大科学装置EAST托卡马克壁诊断。 在真空环境下, 如何提升LIBS定量分析准确性是其进一步发展的瓶颈问题之一。 在真空中, 激光诱导等离子体具有高度时空非均匀性, 对等离子体时空演化行为的研究, 理解各个物种的演化规律, 是进一步改进LIBS定量分析准确性的重要内容。 针对托卡马克第一壁和偏滤器的材料相关的不同元素, 该工作在真空环境下利用波长为1 064 nm、 脉宽5 ns、 功率密度6.3 GW·cm-2的脉冲激光对三元合金-碳化钨铜((WC)70Cu30)进行烧蚀产生多组分等离子体, 使用线性阵列光纤实现了对发射光谱的时空分辨测量。 以三种元素C Ⅰ 833.51 nm, C Ⅱ 657.81 nm, Cu Ⅰ 515.32 nm, Cu Ⅱ 512.45 nm, W Ⅰ 429.46 nm, W Ⅱ 434.81 nm六条谱线为研究对象, 研究了激光烧蚀等离子体不同辐射机制的时间尺度以及多组分等离子体在扩张过程中发生的元素“空间分离”现象和“离子加速”现象。 根据连续背景和六条谱线的时间演化规律, 观察到连续辐射主要发生在等离子体膨胀早期80 ns内, 离子谱线在30~300 ns, 原子谱线在100~1 000 ns。 空间分辨实验研究发现, C、 Cu、 W元素对应原子及离子的空间分布均有所不同, 即真空中激光烧蚀多组分等离子体在扩张过程中发生了元素“空间分离”现象。 将六条谱线的峰值位置和时间进行线性拟合, 获得了对应物种的扩张速度, 其速度范围在4.2~34.9 km·s-1。 结果表明, 相对原子质量越小, 对应粒子的速度越快(C Ⅰ>Cu Ⅰ>W Ⅰ, C Ⅱ>Cu Ⅱ>W Ⅱ); 对应元素的离子速度大于其原子速度(C Ⅱ>C Ⅰ, Cu Ⅱ>Cu Ⅰ, W Ⅱ>W Ⅰ)。 利用元素“质量分离效应”和“瞬态鞘层加速”的物理机制, 对激光等离子体元素“空间分离”以及“离子加速”现象进行了讨论和解释。 该研究结果为LIBS理论模型建立提供了重要的实验数据参考, 也为提高真空LIBS定量分析准确性提供了新思路。
激光诱导击穿光谱 碳化钨铜 多组分等离子体 时空演化 质量分离效应 离子加速 Laser-induced breakdown spectroscopy Copper tungsten carbide alloy Multicomponent plasma Temporal-spatial evolution Mass separation effect Ion acceleration 
光谱学与光谱分析
2023, 43(5): 1394
作者单位
摘要
大连理工大学 物理学院,大连 116024
采用基于线性阵列光纤束的同轴光学结构,在真空环境下利用波长1 064 nm、脉宽5 ns、功率密度6.3 GW/cm2的脉冲激光烧蚀铝锂合金靶材,对铝锂合金等离子体发射光谱分别进行时空积分和时空分辨测量。评估了等离子体发光时间~1 μs,发光区域大小~1 cm。进一步研究了激光烧蚀等离子体连续辐射、离子谱线和原子谱线的时空演化行为,给出了激光烧蚀等离子体不同辐射机制的辐射时间尺度。谱线的空间分辨测量发现,Al、Li元素对应原子及离子的空间分布均有所不同,即真空中激光烧蚀铝锂合金等离子体在横向扩张过程中发生了元素“空间分离”的现象。物种的横向扩张速度研究结果表明,同种元素的离子速度大于其原子速度(Al III>Al II>Al I,Li II>Li I)。此外,对同种电荷态不同元素的原子(离子)速度的差异进行了讨论,并归因于元素的“质量分离”效应和较快的离子复合效应。
激光诱导击穿光谱 铝锂合金 时空演化 等离子体尺寸 扩张速度 Laser-induced breakdown spectroscopy Aluminum-lithium alloy Plasma size Spatiotemporal evolution Expanding velocity 
光子学报
2023, 52(9): 0930002
作者单位
摘要
汕头大学 机械工程系,广东 汕头 515063
针对复杂工业现场泄漏蒸汽智能识别需要,文中提出红外温度场表征与辨识方法。利用模拟分析对蒸汽泄漏过程进行研究,揭示其温度场发生发展规律,即扩散特性、锤尾特性、动态特性,中心向源特性为一体的静动态锤尾特性。通过对温度层划分后的蒸汽温度场进行研究,提取蒸汽温度分布细节特征,提出变尺度灰度处理方法,实现了蒸汽红外温度场的高清化表征。为提高辨识速度和精度,建立Mask R-CNN网络模型,对泄漏蒸汽的锤尾特征进行学习和动态挖掘,对单张锤尾样本的识别准确率达到90.71%,总体算法识别准确率达到了99.93%,实现了蒸汽以及泄漏特性的有效辨识。现场实测表明,该算法对连续5帧图像处理时间为0.48 s,对于复杂工业现场的蒸汽泄漏辨识达到了快速准确的辨识效果。
蒸汽泄漏 温度场红外表征 静动态锤尾特性 变尺度灰度处理 steam leakage infrared characterization of temperature field static and dynamic hammer tail characteristic variable scale gray processing 
红外与激光工程
2022, 51(12): 20220179
作者单位
摘要
1 省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室, 河北工业大学, 天津 300130
3 国民核生化灾害防护国家重点实验室, 北京 102205
4 等离子体科学和能源转化北京市国际科技合作基地, 中国科学院电工研究所, 北京 100190
化学气体毒剂杀伤快、 易扩散、 难处置, 一旦使用或泄露将对****和社会稳定造成巨大威胁, 因此有必要发展一种可以现场实时检测化学毒害气体的方法。 目前, 传统气体检测方法主要包括红外吸收光谱、 气相色谱/质谱、 离子迁移谱和各种气体传感器等, 但其便携性、 灵敏度、 广谱性难以兼得, 无法完全满足现场检测需求。 基于发射光谱(OES)响应快、 灵敏度高、 广谱性好、 可重复性强的独特优势, 提出了一种大气压低温等离子体发射光谱检测技术。 分别以纳秒高压脉冲、 直流自脉冲和微波作为等离子体激励源, 使用毒性较小的甲基膦酸二甲酯(DMMP)作为沙林模拟剂进行发射光谱检测; 以乙醇作为环境有机干扰物, 对乙醇与DMMP光谱进行了主成分分析; 并探究了放电脉冲频率与特征光谱强度的关系。 结果表明, 三种激励源产生的等离子体都可辨别出DMMP特征光谱: P原子特征谱线波长为213.82和215.09 nm, PO基团谱带波长为253.67和255.6 nm。 光谱识别度方面, 使用微波激励源时DMMP特征光谱最为明显, 而使用纳秒脉冲与直流自脉冲激励源时光谱连续本底强烈。 方法适用性方面, 微波等离子体无电极污染、 但需要氩气维持, 可作为建立毒害气体发射光谱数据库的手段; 而纳秒脉冲与直流自脉冲激励源可在常压空气环境中直接检测。 三种激励形式下等离子体区域都存在气体加热效应, 微波等离子体气体温度最高(约1 300 K), 而纳秒脉冲和直流自脉冲放电气体温度相近(分别约为980和880 K)。 研究发现, 提升脉冲重复频率可以显著增加DMMP特征光谱强度, 其与脉冲频率在1~40 kHz内呈线性关系(相关系数大于0.98)。 所提出的大气压等离子体发射光谱检测方法具有响应快、 操作简单等优点, 可扩展性强、 具有小型化潜力, 为毒害气体快速检测装备研发提供了技术参考。
大气压等离子体 光谱诊断 气体检测 Atmospheric pressure plasma Spectral diagnosis Gas detection 
光谱学与光谱分析
2022, 42(6): 1728
作者单位
摘要
中国人民解放军96901部队, 北京 100000
作战方案评估是作战辅助决策的关键环节, 用于定量评估规划的作战行动达成预定作战目标的程度。现有的作战方案评估方法主要基于经典的多属性决策理论, 针对这些方法在评估指标赋权时单方面偏重主观或客观因素的局限, 提出一种基于潜在权重自适应分配的作战方案评估模型, 该模型在贝叶斯网络的框架下实现了加权和评估策略, 可依据给定的样本集与样本标签, 以非线性方式融合主客观两方面信息, 从而自适应分配指标潜在权重, 并利用贝叶斯方法的后验推断机制计算新方案的评估结果。实验也验证了模型的有效性。
作战方案评估 样本标签 潜在权重 贝叶斯网络 operation scheme evaluation sample label latent weight Bayesian network 
电光与控制
2022, 29(2): 49
万超 1郝浩 2赵清源 1,2,*刘浩 1[ ... ]吴培亨 1,2
作者单位
摘要
1 网络通信与安全紫金山实验室,江苏 南京 211111
2 南京大学超导电子学研究所,江苏 南京 210023
3 中国空间技术研究院通信与导航卫星总体部,北京 100094
针对无线光通信中的收发技术,从空间光通信和水下光通信两方面梳理相关的研究进展,根据不同场景从通信波段、调制方式、光电探测器三个方面总结无线光通信收发技术的发展趋势,分析单光子探测在无线光通信中的应用前景,并报道了本研究组将串联型超导纳米线单光子探测器应用于空间光通信取得的结果,为相关研究工作的开展提供借鉴和思路。
光通信 无线光通信 空间光通信 水下光通信 光电探测器 单光子探测 调制解调 
激光与光电子学进展
2022, 59(5): 0500001
作者单位
摘要
1 西安交通大学材料科学与工程学院,金属材料强度国家重点实验室,西安 710049
2 国网安徽省电力有限公司,合肥 230061
以MgSiN2和Y2O3为烧结助剂,通过气压烧结法在氮气压力1.0 MPa、1 850 ℃和保温3 h条件下制备出Si3N4陶瓷。研究了MgSiN2/Y2O3比例及添加量对Si3N4陶瓷气孔率、显微结构、力学性能和热导率的影响。结果表明:当MgSiN2和Y2O3复合烧结助剂总含量不变时,随着Y2O3含量的增加,β-Si3N4棒状晶的发育更为充分且异常长大情况明显减少。当MgSiN2:Y2O3的摩尔比为5:2、烧结助剂总添加量为10.5%(摩尔分数)时,制备的Si3N4陶瓷综合性能最优,其抗弯强度为510 MPa、热导率为67.01 W?m-1?K-1。
氮化硅 烧结助剂 抗弯强度 热导率 silicon nitride sintering aids fracture strength thermal conductivity 
硅酸盐学报
2021, 49(12): 2556
作者单位
摘要
1 中国空间技术研究院 通信与导航卫星总体部,北京 100094
2 中国海洋大学 海洋技术系,山东 青岛 266100
采用蒙特卡洛仿真方法,分析了三种典型天气条件(晴天、层云和卷云)下激光在大气-海气界面-水体中的下行传输特性。结果表明:不同天气条件下经过大气传输到达海面的激光角分布明显不同,晴天时角分布发散很小,层云条件下发散严重,卷云条件下发散明显;晴天与层云条件下到达海面的光斑尺寸接近,而卷云条件下光斑大15%左右。不同天气条件下,激光经过大气、海气界面后角分布表现出不同的特征,晴天时海面使激光角分布发散变大,且随风速的增加发散呈变大的趋势;层云条件下海面使角分布发散变小,且随风速的增加发散呈变小的趋势;卷云条件下激光角分布变化复杂。不同天气条件下,激光经过大气、海气界面、水体后,既有相同特征又有不同之处。当水较浅时,三种天气条件下角分布表现出不同特征,水较深时角分布趋于一致;晴天和层云条件下的光斑尺寸基本不随水深变化,卷云条件下随深度增加明显减小。不同天气条件下光斑中心能量随深度的变化存在一定差异,晴天时平均变化率约为-0.410 dB/m,层云和卷云条件下分别为-0.426 dB/m和-0.413 dB/m。研究结果可为蓝绿激光跨介质通信链路预算、系统设计及参数优化提供参考。
水下通信 信道传输特性 蒙特卡洛 天气影响 激光 Underwater communication Channel transmission characteristics Monte Carlo Weather effects Laser 
光子学报
2021, 50(12): 1201003
作者单位
摘要
1 石河子大学机械电气工程学院, 新疆 石河子 832003
4 农业部食品质量监督检验测试中心(石河子), 新疆 石河子 832000
针对哈密瓜表面农药残留化学检测方法成本高且具有破坏性等问题, 探索了可见-近红外(Vis-NIR)光谱技术对农药残留定性判别的可行性。 以哈密瓜为载体, 百菌清和吡虫啉农药为研究对象, 采集哈密瓜表面无残留、 百菌清和吡虫啉残留的可见-近红外漫反射光谱, 利用格拉姆角场(GAF)将一维光谱数据转换为二维彩色图像, 构建GAF图像数据集。 设计一种包含Inception结构的多尺度卷积神经网络模型用于哈密瓜表面农药残留种类判别, 包括1层输入层、 3层卷积层、 1层融合层、 1层平坦层、 2层全连接层和1层输出层。 模型测试混淆矩阵结果表明, 格拉姆角差场(GADF)变换对哈密瓜表面农药残留的可见-近红外光谱表达能力较强。 此外, 构建AlexNet、 VGG-16卷积神经网络(CNN)模型和支持向量机(SVM)、 极限学习机(ELM)机器学习模型与提出的多尺度CNN模型进行性能对比。 结果表明, 3种CNN模型对哈密瓜表面有无农药残留的判别效果较好, 综合判别准确率均高于SVM和ELM模型。 对比3种CNN模型性能, 多尺度CNN模型的性能最佳, 训练耗时为14 s, 综合判别准确率为98.33%。 多尺度CNN模型结构利用多种小尺寸滤波器组合(1×1, 3×3和5×5)和并行卷积模块, 能够捕获不同层次和尺度的特征, 通过级联融合模式进行深度特征融合, 提高了模型的特征提取能力。 与传统深度CNN模型相比, 在保证计算复杂度不变的情况下, 多尺度CNN模型的精度得到了有效提高。 实验结果表明, GADF变换结合多尺度CNN模型可以有效进行光谱数据解析, 利用可见-近红外光谱技术可以实现哈密瓜表面农药残留的定性判别。 研究结果为大型瓜果表面农药残留的快速无损检测技术的研发提供了理论参考。
哈密瓜 格拉姆角场变换 可见-近红外光谱 多尺度卷积神经网络 农药残留判别 Hami melon Gramian angular fields transformation Visible/near infrared spectroscopy Multi-scale convolutional neural network Pesticide residue discriminant 
光谱学与光谱分析
2021, 41(12): 3701

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