1 沈阳航空航天大学机电工程学院，辽宁 沈阳 110136
2 沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点学科实验室，辽宁 沈阳 110136
在对K4169合金母材进行修复前采用不同的工艺进行热处理，以获取两类不同的显微组织，然后对比分析了母材的显微组织分和力学性能，并系统研究了修复试样热影响区液化裂纹的敏感性和产生机制。研究结果显示：在均匀化固溶时效条件下，母材主要由Laves相、δ相以及碳化物组成，修复试样母材与热影响区的平均显微硬度分别为220 HV和210 HV，修复试样的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为870.7 MPa、618.9 MPa和7.7%，断裂位置位于母材。在均匀化热等静压固溶时效条件下，母材主要由δ相以及碳化物组成；修复试样中存在裂纹，裂纹分布在母材一侧，横截面上裂纹的平均长度可达0.68 mm，最大裂纹长度为0.72 mm；热影响区液化裂纹的发生与母材的组织成分、晶粒度密切相关。相较之下，均匀化热等静压固溶时效合金修复试样母材与热影响区的平均硬度都较低，分别为210 HV和200 HV，Laves相和δ相的含量对母材和热影响区的显微硬度均有影响，抗拉强度和屈服强度分别降低了20.3%和38.4%，但延伸率有所升高，断裂位置在热影响区。两种试样都未断在修复区，这是因为修复区的晶粒更细，产生了细晶强化作用。
激光技术 激光沉积修复 K4169合金 修复前热处理 开裂机理 力学性能 中国激光
2024, 51(10): 1002322
1 北京工业大学材料与制造学部新能源材料与技术研究所，北京100124新型功能材料教育部重点实验室，北京100124
2 华北光电技术研究所，北京100015
针对大面阵碲镉汞芯片热应力仿真分析过程中计算量与准确性不能兼容的问题，通过在芯片互联区的不同位置引入小规模铟柱阵列建立了耦合热应力的优化仿真模型。借助此模型进行热应力分析，发现在铟柱的上下表面附近区域产生了较大的热应力，同时边缘及角落处的阵列单元内部所产生的热应力更大(最高达22569 MPa)。进一步对芯片的结构进行了优化，获得了最优读出电路及碲锌镉衬底厚度。此外，仿真结果表明，单面铟是热应力较低的铟柱结构，减小铟柱的半径可以进一步减小其内部的热应力。所提出的热应力仿真优化模型为大面阵碲镉汞芯片内部的热应力分析提供了更准确有效的分析方法以及器件设计方面的理论指导。
红外探测器 有限元分析 热应力 铟柱 infrared detector finite element analysis thermal stress indium column0
1 海南大学机电工程学院, 海南 海口 570228 天津大学电气自动化与信息工程学院, 天津 300072
2 海南大学机电工程学院, 海南 海口 570228
3 天津大学电气自动化与信息工程学院, 天津 300072
叶片氮含量(LNC)是判断橡胶树营养状态的一个重要量化指标, 快速准确地检测橡胶树的叶片氮含量对于保证橡胶树的生长和天然橡胶的产量是非常十分必要的。 利用近红外光谱技术对119片橡胶叶片的叶面氮含量进行了定量分析, 建立了高精度的预测模型, 实现了对橡胶叶片氮含量的快速精准检测。 采集海南橡胶叶作物实验对象, 首先使用GaiaField-F-N17E光谱仪测量橡胶叶片的近红外光反射率数据, 波长范围为942～1 680 nm。 然后, 消除光谱数据中的异常样本, 分别使用了三种不同的预处理方法对数据进行处理并比较它们对模型精度的提升效果。 由于橡胶叶片的近红外光谱数据存在着大量的冗余信息和高度共线的光谱特征波段, 因此, 提出了一种基于改进后的模因框架(IMF)的结合竞争自适应重加权采样(CARS)和近邻搜索(NNS)的混合变量选择方法, 采用该算法消除光谱中的冗余信息并进行二次优化, 从全波段中提取28个作为建模波段。 最后, 使用偏最小二乘回归(PLSR)和最终选取的波段建立橡胶叶片的LNC估算模型。 为了验证所提方法的优越性, 进一步使用CARS, 连续投影(SPA)和传统模因算法(MA)的变量选择算法建立模型作为对比。 结果表明, 多元防散射效正(MSC)处理后的光谱曲线和基于IMF框架的CARS-NNS算法所建立的模型在预测集上的表现最佳: 均方根误差(RMSEp)达到0.116, 决定系数(R2p)为0.951, 两项评价指标均优于其他的预测模型。 综上所述, 基于近红外光谱技术和使用混合学习IMF框架构建的预测模型能够很好地揭示光谱数据与橡胶树叶片氮含量两者之间的关系, 可为橡胶林的养分诊断提供必要的技术支持, 保证橡胶树的良好生长, 以提升天然橡胶的产量和质量。
近红外光谱 橡胶树 机器学习 进化算法 光谱波段选择 叶面氮含量 Near-infrared spectroscopy Machine learning Evolutionary algorithm Spectral features selection Leaf nitrogen concentration Rubber trees 光谱学与光谱分析
2023, 43(7): 2050
1 长春理工大学 光电工程学院，吉林长春30022
2 东北工业集团有限公司，吉林长春130103
针对双编码快照式光谱偏振成像系统偏振效应校正需求，提出多参量模型引导的偏振优化方法，建立基于数字微镜阵列（DMD）、棱镜-光栅-棱镜（PGP）、微偏振片阵列探测器（MPA）以及多膜层系的光谱偏振成像系统全链路偏振效应模型，分析部分偏振光入射时光谱偏振成像系统的二向衰减，揭示入射光波长、偏振度与系统偏振效应的耦合机理。通过有针对性地控制透镜的折射率、入射角，光栅折射率、常数，棱镜折射率、顶角，多层膜复折射率、膜层厚度等参量，在谱线弯曲满足重建要求的前提下实现对光谱偏振成像系统偏振效应的优化。仿真结果表明，优化后系统SSIM＞0.8、系统偏振效应相对误差<4%，与优化前相比偏振效应降低至少6%。当入射光偏振度恒定时，系统偏振效应与波长成反比。通过实验获取单次曝光下典型材料的光谱偏振重建图像，金属偏振度相对误差提升至少14.7%，塑料偏振度相对误差提升至少63.6%。验证了所提偏振优化方法的必要性和可行性。本研究为双编码快照式光谱偏振成像系统多维数据的高精度获取奠定了理论基础。
光谱偏振成像 偏振效应 二向衰减 穆勒矩阵 spectropolarimeter polarization effect bidirectional attenuation Mueller matrix 光学 精密工程
2023, 31(22): 3256
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 光谱成像技术重点实验室，陕西 西安 710119
2 中国科学院大学，北京 100049
3 航天东方红卫星有限公司，北京 100094
星载测风干涉仪采用临边观测模式测量大气气辉谱线的多普勒频移来实现大气风场探测，干涉仪有效覆盖性会受到探测目标源及卫星平台模式的限制，在卫星任务规划前端对观测数据进行分析，判断其是否满足科学目标，对风场数据应用具有重要意义。首先，建立了临边观测几何模型，对卫星运行期间仪器的临边切点分布情况进行仿真；其次，探讨了影响仪器有效观测的主要因素，并以昼气辉探测为例，分析在不同时段下，太阳入射角与干涉仪有效时空覆盖性之间的关系；最后使用分离变量法研究卫星轨道参数对测风干涉仪有效覆盖性的影响，并评估不同轨道参数下的干涉仪对欧亚大陆的覆盖百分比。结果表明：1）影响仪器有效观测的因素主要为太阳天顶角和太阳散射角，太阳入射角影响切点纬度覆盖范围和切点地方时；2）卫星轨道倾角和轨道高度共同决定仪器有效覆盖效率，且轨道倾角为欧亚大陆覆盖百分比的主要影响因素，当轨道倾角在60°~80°之间时，覆盖百分比可达到百分百。文中为星载干涉仪的后续设计及性能评估提供了观测几何框架，实现了载荷观测覆盖效能的定量分析，且该模型具备泛用于其他各类大气光学遥感载荷观测模式分析的能力。
星载测风干涉仪 临边观测 数据有效性 覆盖性 覆盖百分比 spaceborne wind interferometer limb observation data validity coverage coverage percentage 红外与激光工程
2023, 52(10): 20230106
战略支援部队信息工程大学信息系统工程学院，河南 郑州 450000
单光子雪崩二极管（SPAD）阵列探测器常被用作空间远距离目标的测距和三维成像。为快速获取光子数据，SPAD阵列探测系统一般选用高重复频率的探测体制。目前，主要采用随机序列对脉冲进行编码的方法来抑制高重复频率引起的距离模糊效应。为了在接收端对阵列像素实现有效区分，而且各周期内的编码波形不相互串扰，需要数量庞大且可保持相互正交的随机编码序列。本文提出了使用混沌序列对SPAD阵列进行编码的思路，并通过分析Lyapunov指数的值域变化，提出了复合型Logistic序列的优化编码方案。为确保阵元间的互扰不会影响最终的探测效果，提出了峰值旁瓣差（PSLD）的概念，并对阵列间互相关积累的影响进行了定量分析。依据峰值旁瓣差对生成的混沌序列进行了筛选，以保证其能够满足所需阵列规模的抗互扰要求。最后给出了具体的编码流程。
探测器 单光子探测阵列 混沌序列 峰值旁瓣差 级联编码 中国激光
2023, 50(19): 1906004
1 长春长光智欧科技有限公司，吉林 长春 130102
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
针对基因测序、半导体检测、工业显微镜及生命医疗等领域对显微物镜日益增长的技术需求，成像谱段向着宽谱段深紫外（DUV）方向发展，目前非浸液式显微物镜存在数值孔径（NA）低、视场小、宽谱段内色差严重等问题。基于此，提出一款折反射式物镜。所提折反射式物镜具有宽谱段、高数值孔径、消色差等优点，根据折反射式结构的消色差光学特性，镜片只采用一种材料就可以校正色差。系统由12片镜片组成，数值孔径为0.91，成像谱段为深紫外到可见光（275~600 nm），最大视场为0.3 mm，系统全视场全谱段波像差小于0.033λ，消除了二级光谱，成像质量满足使用要求。
高数值孔径 深紫外 折反射物镜 消色差 光学学报
2023, 43(19): 1922002
