In this paper,based on the analysis of the operation characteristics of laser diode end-pumped laser crystal,a thermal model of laser diode end-pumped Tm∶YAG crystal rod is established.The temperature field,thermal stress field and end-pumped crystal rod are numerically calculated by finite element method using heat conduction theory.The effects of laser beam with different laser energy distribution(circular Gaussian spot,elliptical Gaussian spot,cir-cular flat top spot,square flat top spot),pump spot radius and Tm3+doping concentration on the temperature field dis-tribution and end surface shape variables of laser rod are analyzed,and plotted in three-dimensional distribution dia-grams.The results show that under the stable state,if the laser diode pump power is 30 W,and the pump spot radius is 400 μm,the maximum temperature rise of the pump surface of the Tm∶YAG crystal rod with the doping concentration of 3.5at.％is 124.55℃,and the maximum stress of the pump surface is 209 MPa along the crystal z axis.The maxi-mum heat shape variable of the pump surface is 0.888 pm.This study provides theoretical guidance for the design of Tm∶YAG laser.
The mid-infrared 2 mu m band solid-state laser has a wide range of applications in the fields of industry, military, medical, and scientific research. Single-doped holmium solid-state laser is an important method to produce 2 mu m lasers. 2 mu m lasers can also provide an effective pump source for mid-infrared optical parametric oscillator. This paper introduces the advantages of single-doped holmium solid-state laser, and summarizes the research progress of single-doped holmium solid-state lasers based on various substrates in the past decades. Finally, the future development prospect of single-doped holmium solid-state lasers is prospected.
基于荧光光谱理论,结合弱光探测技术及等离子体放电技术,搭建了一套兼具臭氧制备及标定性能的CO物质浓度检测系统,并借助实验手段对CO化学发光规律进行了定量探究,旨在进一步揭示CO+O3 化学发光反应机理.结果表明,在常温下,当CO与 1345 ppm臭氧混合时,CO主要是与O原子而非臭氧分子发生化学激发行为,生成激发态分子,由于O原子寿命较短,当CO浓度较低时,CO浓度-化学发光光强存在较强的线性关系,R2＞0.99,当CO浓度较高时,非线性效应变强,探测光强变化速率随CO浓度增加而变大.
To address the problem that manually extracted features are not sensitive to infrared targets, resulting in inaccurate tracking of infrared targets, a UAV infrared target tracking algorithm is proposed in the framework of fully-convolutional Siamese networks, fusing multi-layer depth features and combining with channel perception.Firstly, the pre-training network is used to extract the target depth feature, and the Conv4-1,Conv4-3 and Conv5-2 layers of the target to be tracked are extracted respectively.Then, the feature channels that are more sensitive to the target activity and scale changes are selected through gradient calculation to participate in the subsequent cross-correlation operation, and the target response map is obtained by calculating the similarity between the template image and the candidate region search image.Finally, the average peak correlation energy（APCE）is used to evaluate the tracking results, and the Kalman filter is used to correct the tracking results.The performance test is carried out on the LSOTB-TIR infrared target tracking data set, and compared with the current nine excellent algorithms.The experimental results show that the algorithm in this paper has the highest tracking success rate, can effectively deal with the challenges of thermal crossover and distractor in infrared target tracking, and has better real-time performance.
基于螺旋谱理论推导出矢量涡旋光束在斜程大气湍流传输中的轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)谱,讨论了修正Kolmogorov大气湍流对不同阶矢量涡旋光束光场分布及光束OAM谱的影响.利用旋转毛玻璃作为随机相位屏,实验采集了矢量涡旋光束通过旋转毛玻璃后的光强图像与归一化强度.结果表明:经大气湍流斜程传输后,矢量涡旋光束的光强分布产生畸变且OAM谱发生弥散,OAM谱弥散程度随传输距离的增大而增大.传输距离不变时,天顶角越大,主OAM模相对功率越小,湍流内尺度减小与折射率结构常数增大均会导致主OAM模相对功率减小.同一传输路径下,随着湍流强度的增大,矢量涡旋光束中心相位奇点的强度逐渐增大,并且拓扑荷不变时,偏振阶数高的矢量涡旋光束受到的湍流影响较小.
弱点目标探测系统要求系统具备高的探测灵敏度和高空间分辨率,实现弱点目标的稳定探测、目标的精准定位以及多目标伴飞时的精细分辨.光电跟瞄系统一般分为目标捕获和目标跟踪两个阶段.在目标捕获阶段,由于速度估计偏差,目标高速飞行的同时,若采用长积分时间进行探测,易出现目标能量跨像元的现象,难以实现目标探测信噪比的提升.为了解决目标高速运动导致的探测灵敏度降低的问题,本文提出了一种基于滑窗像素binning的高速弱点目标探测跟踪技术.像素binning模式提高了初始捕获阶段的探测灵敏度和探测稳定性,当跟瞄系统完成目标的稳定跟踪时,可以采用长积分时间和高分辨率模式完成目标的高灵敏度和高分辨率探测.本文对像素binning模式的信噪比增强效果进行了分析.分析表明,像素binning模式有利于提高高速弱点目标探测的信噪比和探测稳定性.
针对大功率激光辐照可见光成像探测器损伤机理,开展了 1080 nm波段大功率连续激光对CCD探测器损伤模型仿真与实验研究.首先,基于CCD典型结构及各层材料特性,建立了连续激光对CCD探测器热效应损伤模型,仿真模拟了CCD各层瞬态温度场和应力场,分析了连续激光损伤CCD多层结构的时间演化规律;其次,开展了连续激光对CCD探测器损伤实验,获取了CCD损伤阈值,并利用金相显微镜、扫描电镜对CCD探测器各层熔融情况进行了分析;最后,对模型仿真与损伤实验结果进行了对比,并分析了损伤阈值存在差异的原因.结果表明,1080 nm连续激光辐照可见光CCD探测器400 ms时的仿真损伤阈值为 1.45×106 W/cm2,实验损伤阈值2.13×106 W/cm2,误差约为31.9%.仿真与实验结果对探究大功率激光辐照CCD探测器损伤机理、评估干扰效果具有一定的参考意义.
机载光电告警装备的运用是在复杂电磁环境下提升飞机平台生存能力的重要措施,是机载平台末端对抗的关键基础.本文分析了国外机载光电告警的典型装备与研制情况,并基于上述的介绍分析,总结了机载光电告警系统的发展趋势及对我国相关领域研究发展的启示.
一般二维数据传感器在智能焊接领域应用中,跟踪焊缝区域时,焊接枪抖振会导致跟踪误差大的问题,提出基于 3D激光扫描传感器的激光焊缝自动跟踪方法,应用 3D激光扫描传感器获取到完整的激光焊缝 3D位置数据.对采集到的焊缝位置信息展开全局最优解处理,提取激光焊缝的相关特征.对激光焊缝跟踪相关的距离特征进行分类处理:设计模糊跟踪算法,利用基本论域方法建立目标边缘特征模型,调整激光焊缝隶属度参数,实现目标融合特征分类.在激光焊缝特征分类的基础上,利用变论域理论提高焊接跟踪控制准确率和焊缝成形检测效率,完成焊缝区域的控制跟踪,实现无人化焊接.实验结果表明:这种方法在减小跟踪误差中有明显的效果.
以无人机为代表的低慢小目标对当前军事产生了重大变革,特别是在复杂作战环境下对现代战争产生的威胁.本文通过对多种探测手段的分析,阐明了光电探测在低空复杂背景探测下的绝对性优势,分析了光电探测系统的研究现状,介绍了当前光电系统面临的四个主要的挑战难题:大视场远距离探测、大视场与高分辨兼容、复杂背景低虚警探测与高精度识别、多目标跟踪定位,并给出了对应的解决思路,同时也是未来光电探测系统的发展趋势,通过光电探测能力的提升,实现真正与雷达能力的匹配.
远距离探测情况下红外目标无纹理特征、易受噪声和杂波干扰,属于弱特征目标,检测难度大.将红外序列中的多尺度目标检测视为图像中的逐像素分割问题,更好适应复杂环境下的小尺度目标;提出了基于注意力全卷积的弱特征目标分割方法,通过构建时域显著图,将源自不同相机的图像在同一空间进行表征,提高模型的泛化能力和收敛速度;通过注意力机制自适应学习双模态多层次信息,强化对目标区域的特征学习能力.利用实测数据和仿真数据对检测方法在不同条件下的性能进行了对比分析,实验结果表明,所提方法能够有效提升多尺度弱特征目标检测性能.
自适应光学校正技术中常用的PID控制依赖于变形镜的响应模型,响应模型易受扰动影响因此标定过程较为复杂.针对此问题提出一种不依赖变形镜响应模型的变论域模糊控制方法,将哈特曼重构波前中提取的波面评价指标的残差参数与残差差分参数作为变论域模糊控制器的输入,对输出的比例积分微分参数进行自整定,实现自适应控制.利用Matlab进行变论域模糊控制方法与传统模糊控制方法进行对比的相关仿真.波前校正实验结果表明,变论域方法校正后波面数据优于传统模糊控制方法,波前残差的均方根值也更小.控制器系统性能实验中,传统模糊控制器的超调量偏大,而变论域模糊控制器的超调量几乎为零,调节时间也更短.变论域模糊控制方法在保证系统的鲁棒性,提升系统的快速性的同时,利用参数自整定的特性克服了扰动因素对变形镜响应模型造成的不利影响,提高了校正效率,对于波前校正更具有实用性.
无线电波、声波和光波通信技术可有效应用于复杂的海洋通信环境中,然而在极寒地区和极地区域海面冰层覆盖的情况下,其在远端发送信号将无法穿透冰层介质,而难以实现空中与水下的通信联络,故提出一种应用于跨冰层介质传输的激光致声通信体制,通过空中发射激光与海面固体冰层的互作用诱导声波信号,再利用海面上覆盖冰层的声源辐射,向下方水体传播来建立空中到水下光波与声波的通信链路,系统将光学与声学技术的有机融合,充分利用固体冰层对声波的快速传导作用,探讨光声转换机理、调制编码及激光声传输特点与性能分析,有效解决海洋通信中受冰层覆盖影响和单一种类信号传输受限问题,为海洋跨空通信提供一种新的技术途径.
为提高AF1410 钢的耐磨性,通过激光熔覆技术在其表面制备了WC含量为 60%的NiCrBSi涂层,利用扫描电镜,X射线衍射,摩擦磨损,硬度等实验评价涂层的微观组织,硬度和耐磨性.结果表明:涂层内的典型物相是WC,W2 C等含钨碳化物树枝晶以及树枝晶间隙内颗粒状分布的γ-(Ni,Fe)固溶体和M23 C6、M7 C3 等碳化物.涂层硬度和耐磨性得到有效增强,其最小平均磨损率达到8.78×10-8mm3/(N·m),相对基体减少了近60 倍.
常见的被动型或采用日光光源的逐点扫描型傅里叶变换红外光谱(FTIR)测量易受杂散光干扰,无法得到较高时空精度气体浓度分布,因此面阵型FTIR技术在污染气体遥测中越来越得到重视.本文利用波长范围7.4～12.5 μm小型面阵FTIR设备,在夜间借助月光散射对我国北方某化工园区进行污染物排放实验测量,测量区域包括烟囱排放区和化工设备排放区,经原始干涉数据处理和反傅里叶变换得到了全波段辐亮度灰度图,观测到烟囱口附近白色排放气体团,辐亮度较背景高;化工设备排放区三块黑色云,辐亮度较背景低,存在吸收效应.实验测量中,以月亮为原位标准光源进行了原位光谱辐亮度标定,其中光源不确定度为 7%,数值处理方法精度6%,FTIR测量均方误差最高约为9%.根据本文建立的基于红外高光谱的污染物空间浓度分布计算模型,与HITRAN数据库给出的计算谱线对比,确定污染物主要为硫化物(SO2,H2 S),特征峰分别为 1060 cm-1、1310 cm-1 与 1020 cm-1、1210 cm-1,结合标定数据给出了气体云辐亮度的时空分布,其成像周期 1.5s,排放气体云团空间分辨率约为0.4m×0.4 m.根据反演得到的污染物排放浓度时空云图可知,两个烟囱受东南风影响与水平方向分别呈60°、30°向西北飘散,气体浓度均在距排放口约 30m处飘散到本文设定的最低检测限19 ppm·m以下.本文发展的基于月光散射面阵型FTIR测量方法,实现了高时空分辨率、高精度的污染气体测量,对化工污染气体、温室气体排放定量测量具有重要意义.
激光武器作为最先投入作战运用的定向能武器之一,具有光速射击、生效速度快、使用效益高、可控性强等优点,当前,美国以"多域作战"为牵引,不断加强激光武器在陆海空天等作战域的研发与部署.本文全面分析梳理了美国激光武器的顶层规划和发展建设机制,并结合近五年其激光武器技术发展和演示验证情况,对未来一段时间美国激光武器发展策略及发展方向进行了预测,以期为相关领域研究提供一定的参考.
目前扫描红外热像仪有着广泛的应用,且一般采用基于定标的非均匀性校正方法;该类方法不能有效地校正图像中出现的扫描线.针对这一问题,本文对扫描线的表现进行分析,提出了一种基于场景的非均匀性校正算法,该算法采用图像像素点邻域标准差作为基础,通过类标准差对图像的差异信息进行计算,能够排除复杂场景的干扰,成功地识别扫描线,并对扫描线提取补偿.该算法计算简单,可以根据场景进行自适应校正,校正效果显著,具有一定的工程应用价值.
在激光模拟训练中,具有智能打击功能的靶标装置可以更加逼真地模拟实战对抗过程,满足智能化军事训练需求.但目前大多数靶标不具备智能打击或反击功能,靶标仅能实现作为目标的被打击功能或者非智能的触发反击功能,模拟训练形式单一,靶标运动或打击功能呈现规律性,不能真实模拟敌方目标主动攻击的能力,因此为适应模拟训练发展的需求实现模拟训练智能化、提高模拟仿真程度就需要通过智能靶标来模拟敌方目标进行作战.在智能靶标的研制过程中其中首先要解决的问题就是目标检测.本研究最终目标是对战场环境中的单兵目标进行检测并做出攻击活动,故对单兵目标的检测速度和精度有较大要求,本文提出一种基于Yolov5 神经网络架构提高目标检测精度、加快目标检测速度的算法,采用改进网络结构对传统的目标检测算法进行优化,保证在输入可见光图像下,能够实现快速检测,并保证检测的精度.
随着科技的发展,功能梯度材料能够更好地满足实际应用的需求,例如梯度掺杂结构的激光陶瓷能够很好的缓解热效应.然而,通过传统方法制备梯度结构材料通常是困难的.3D打印具有成型复杂构型的能力,可以很好地适应于功能梯度材料制备.本文提出了一种基于直书写3D打印激光陶瓷的主动混合打印头,并选用了纯YAG和0.25 at%Yb ∶YAG陶瓷浆料来验证该混料喷头的混合性能.首先,探究了两种浆料的流变性能.然后,采用Ansys Fluent软件对混合过程进行了计算机流体力学(CFD)仿真,探究了混合转速对混合均匀性的影响.此外,通过扫描电镜(SEM)结合能谱(EDS)面扫描检测了不同混合转速下混料喷头挤出线条截面上Yb元素的分布,并将实验结果与数值模拟结果进行了比较,验证了模拟的正确性.最后,将该混料喷头与直书写装备相结合,成功制备了梯度掺杂Yb ∶YAG激光陶瓷.总之,混料直书写打印为制备梯度掺杂Yb ∶YAG激光陶瓷提供了更多可能性.
海浪、船舶尾流以及海洋生物游动与呼吸等原因会导致海水中存在大量的气泡,气泡群带来的散射效应对光信号的水下传输具有重要影响,但典型的水下无线光通信信道模型一般不考虑气泡群带来的负面效应.为了进一步完善传统的水下无线光通信信道模型,本文利用Mie散射理论分析海水中的微气泡及微气泡群光散射特性,基于蒙特卡洛法建立包含气泡散射的复合海水信道模型,分析不同海水水质、气泡密度、链路距离等参数条件下接收端的光学特性和信号特性.结果表明:当链路距离为5m时,随着气泡密度的增大,接收端光斑的弥散程度加剧,其面积可增至初始大小的 3～5 倍,中心能量也显著降低,最多可降至最大值的0.5%;当链路距离为 10～40m时,气泡群的存在以及链路距离的增长会导致接收端第一次接收到光子的时间延长约 10～200 ns,且使脉冲展宽值增大;当链路距离为 2～10m时,气泡群密度的增大最多可使归一化接收功率降低至初始值的0.004%,但随着水质的恶化,其他粒子含量提高,气泡群对接收功率的影响逐渐减小.该研究可以为水下无线光通信系统的设计和理论分析提供参考.
