1 北京空间机电研究所，北京 100094
2 大连海事大学信息科技学院，辽宁大连 116026
为解决无人机高光谱成像仪体积大，探测效率低等问题，提出了一种轻小型多模态高分辨率高光谱成像仪。文中主要介绍了高光谱成像仪光学系统设计，数据采集及实时处理模块。通过切换扫描模式满足光谱特性分析，目标检测等不同领域的探测模式需求。采用低畸变、高通量、紧凑型分光光学系统设计实现无人机平台对光谱成像仪的重量要求和探测精度要求。根据设计需求实现产品的加工同时进行了性能测试，其中，MTF达到 0.19，光谱分辨率 3.5～5.4 nm。通过检测多种流水线中的杂质验证系统对实时目标检测的能力。实现结果表明，系统能够实现每秒 2048 pixel×2048 pixel场景的高精度光谱异常目标探测，探测精度优于87%。
高光谱成像系统 无人机平台 多模态 轻小型 hyperspectral imaging system, UAV platform, multim
1 太原理工大学土木工程学院, 太原 030024
2 中国地质大学工程学院, 武汉 430079
抗裂性能和热工性能是陶粒轻骨料混凝土应用于建筑围护墙板的重要性能。为究陶粒预湿时间与玄武岩纤维体积掺量对玄武岩纤维陶粒混凝土抗裂性能与热工性能的影响, 本文开展了玄武岩纤维陶粒混凝土轴心抗压强度、弹性模量及导热系数试验, 并以弹强比和导热系数为指标对其抗裂性能和热工性能进行评价。结果表明: 陶粒预湿和外掺玄武岩纤维均会增大混凝土的导热系数, 但热工性能仍满足公共建筑外墙用陶粒混凝土的规范要求; 当玄武岩纤维体积掺量为0.2%、陶粒预湿时间为72 h时, 混凝土试件的导热系数为0.100 2 W/(m·K), 弹强比为1 109, 在满足热工性能要求的同时, 其抗裂性能提升幅度最大, 提升率为19.5%; 基于现有的混凝土弹性模量与轴心抗压强度转换公式模型, 提出了适用于玄武岩纤维陶粒混凝土的修正模型, 相关系数为0.905 7。
陶粒混凝土 预湿时间 玄武岩纤维 抗裂性能 热工性能 修正模型 ceramsite concrete pre-wetting time basalt fiber crack resistance thermal performance modified model
1 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
2 兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室，甘肃 兰州 730000
3 西安交通大学电子科学与工程学院，陕西 西安 710049
从提高表面增强拉曼光谱（SERS）基底的增强效果出发，设计了光栅/纳米颗粒复合结构，通过有限差分时域法（FDTD）对复合结构的消光特性和光场分布进行了仿真，并对光栅的传播表面等离子体（PSP）和纳米颗粒的局域表面等离子体共振（LSPR）之间的耦合效应进行了讨论。在两种不同分布密度的金纳米颗粒阵列（间隙分别为2 nm和6 nm）的LSPR共振波长已知的前提下，基于LSPR和PSP之间的共振波长匹配原则，并令光栅衍射光PSP波矢和LSPR波矢在x轴方向上的分量一致，设计了两种周期的金光栅与相应的金纳米颗粒阵列分别匹配。光栅被入射平面波激发后产生的PSP又激发了纳米颗粒的LSPR，FDTD仿真表明，在633 nm激发下，光栅/颗粒复合基底上颗粒间隙处最大电场强度的平方比相应颗粒阵列提高一个数量级。同时，与平面波直接激发LSPR不同，通过PSP激发的LSPR复合结构中颗粒周围的电场强度在得到提升的同时，热点区域的分布更加广泛，从而可使得更多的被探测分子处于高增强区域中，这对于提高滴加于此基底上的被探测分子的整体SERS信号强度非常有利。
衍射 表面增强拉曼光谱基底 有限差分时域法 光栅 纳米颗粒 光学学报
2022, 42(14): 1405002
1 山西工程科技职业大学 设备工程学院，山西 晋中 030619
2 太原理工大学 土木工程学院，山西 太原 030024
楼宇健康监测中对主体结构的整体应力场分布及其状态参数分析是在线状态评估技术的瓶颈性问题。为了全面地、连贯地反映建筑物的整体状态信息，搭建了一种面向建筑物主体结构的光纤传感网络，提出了一种将结构中应力场信息与整体位置偏移数据相对应的映射算法。算法根据材料力学和挠度理论将弯度矩阵用于应力场与位移场的换算。仿真分析了主结构体中水平梁与垂直梁在受到外部载荷时，其应力场的分布规律，从而为传感单元的铺设提供了量化依据。实验采用方形钢与工形钢模拟主结构，加载外部应力范围为200~1000 N，传感单元选用光纤光栅应变传感器，并采用同类型温度传感器进行温漂补偿。测试结果显示，水平梁与垂直梁的交叉位置处最敏感，波长偏移总量约25 nm，梯度距离0.5 m处波长偏移总量为16 nm，波长偏移量可以很好地反映应力场分布。根据波长偏移数据解算的主体结构位置偏移量平均误差7.46%和6.34%。方形钢和工型钢对应的应力与位置偏移量的平均比率分别为1.99×10−7 m和2.79×10−7 m。可见，该系统可以测试计算结构体的整体健康状态。
光纤传感 结构健康 弯度计算 状态分析 optical fiber sensing structural health bending calculation state analysis 红外与激光工程
2021, 50(8): 20210263
1 昆明理工大学太阳能工程研究所, 云南 昆明 650500
2 昆明理工大学化学工程学院, 云南 昆明 650500
针对平板吸收体非对称复合抛物聚光器(PACPC)的结构及特性进行了研究。构建了平板吸收体复合抛物聚光器(CPC)面形结构模型,在其基础上进一步建立了PACPC结构方程,并获得解析解。采用光学设计软件TracePro对所构建的PACPC面形结构的光学特性进行了光学模拟,探究其光学特性,发现随着光线入射角的变化,吸收体表面接收到的辐射能分布不均匀。根据太阳能直散辐射理论,分别计算了PACPC在全年中的直散辐射量的采集,结果表明PACPC系统的年采光量较相同面积的平板吸收体系统得到了显著提高,平均年采光量提高了15.28%。
几何光学 太阳能 复合抛物聚光器 非对称 光学学报
2017, 37(12): 1208002
1 昆明理工大学太阳能工程研究所, 云南 昆明 650500
2 昆明理工大学化学工程学院, 云南 昆明 650500
固定光口聚光太阳能系统具有宽带集热温度、无需跟踪装置、无机械运动、易于集成构建、运行状态稳定等优点, 因此针对圆形吸收体太阳能复合抛物聚光器(CPC)关键部件面形结构进行了研究。理论构建了圆形吸收体CPC面形结构模型, 并获得其解析解。运用光学设计软件TracePro验证所构建理论模型的光学特性。利用圆形吸收体CPC面形光学特性, 构建了CPC耦合太阳能集热系统, 并建立其光学特性计算方法。针对所构建系统的光学特性进行了数值计算, 结果表明所构建系统的采光量较真空管太阳能集热系统有所提高, 平均提高比例为34.57%。
光学设计 复合抛物聚光器 圆形吸收体 太阳能 面形
南京邮电大学 光电工程学院 , 南京 210023
光衰减器在解决信道功率平衡、光纤系统指标测量和全光网络的功率匹配等问题上有着不可或缺的作用。文章基于高斯光束传播及衍射场理论分析, 研究了挡光片型可变光衰减器内部光场的分布情况。基于矩形、三角形、圆形3种挡光片, 对挡光片型光衰减器进行了实验研究。通过实验与理论结果的比较, 得到了3种挡光片的位置与衰减量关系曲线, 结果表明, 三角形挡光片光衰减器性能更佳。
光通信 可变光衰减器 挡光片 衰减量 optical fiber communication VOA shutter attenuator
