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为了满足低功耗甲烷检测技术的需要，基于甲烷气体分子在3.2~3.4 μm中红外波段具有主吸收峰的特性，研制了一种基于非色散红外光谱技术的超低功耗红外甲烷传感器及系统。在分析红外差分检测原理的基础上，重点研究了抗水汽干扰的LED、PD器件选型及光路设计。采用LED脉冲串电流驱动技术，将红外甲烷传感器的功耗降至10 mW。利用实验法研究了温度变化对传感器甲烷浓度测量结果的影响，通过数据分析及归一法线性拟合，得出了温度补偿算法公式。利用检测系统平台进行了性能实验，并给出了基本性能指标参数。该系统具有功耗低、抗水汽干扰、检测稳定性好的优点，具有重要推广应用价值。
研究了非均匀泵浦状态下径向偏振光束的退偏机理及补偿方法。理论分析表明非均匀泵浦条件下各向同性晶体横截面内由热致剪应力引起的剪切向热致双折射是导致径向偏振光退偏的主要原因。设计实验依次采用薄膜偏振片（TFP）测量法和纯度测量法评价了径向偏振光在非均匀泵浦条件下的退偏，其中TFP测量法用于检测径向偏振光的整体退偏，纯度测量法用于检测径向偏振光的局部退偏。在泵浦峰值功率1.1 kW下，两种评价方法测得的退偏量分别为2.34%和2.53%。基于理论分析和评价方法的结果，退偏补偿方案的设计中采用相位调制与空间模式匹配相结合的方式，将径向偏振光的退偏量优化了59%，并获得脉冲能量为19.36 mJ，纯度为90.13%的皮秒径向偏振光，光束质量因子M2为3.8。
利用速率方程模型分析主振-放大结构的高功率光纤激光器中反向信号光在放大级中的放大特性，结果显示连续波反向信号会被放大器所明显放大，同时严重影响激光器输出功率；而脉冲反向信号由于激光器稳态运转时不形成高储能，入射能量较高时放大效果并不明显。结合石英光纤和光纤端帽以及光纤光栅等器件的损伤阈值可知，连续波反向回光放大时系统中振荡器光纤光栅损伤风险较大，而脉冲能量毫焦量级的反向脉冲信号即可导致光纤损伤，另外端帽等器件在脉冲反向光作用下也存在损伤风险。
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In view of the thermal damage law and mechanism of monocrystalline silicon for millisecond pulsed laser, the temperature of monocrystalline silicon irradiated by millisecond pulsed laser is measured by high precision point temperature meter and spectral inversion system. Then the temperature evolution process is analyzed. Also, the temperature state during the whole process of thermal damage of monocrystalline silicon irradiated by millisecond pulsed laser and the corresponding damage structure are studied. The results of this study show that the peak temperature of laser-induced monocrystalline silicon increases with the increase of energy density when the pulse width is fixed, When the pulse width is between 1.5 ms-3.0 ms, The temperature decreases with the increase of pulse width. Temperature rise curve shows inflection point when it is close to the melting point (1687 K), the reflection coefficient is from 0.33 to 0.72. During the gasification and solidification stages, it also shows the gasification and the solidification plateau periods. Thermal cleavage damage of monocrystalline silicon precedes thermal erosion damage. Stress damage dominates under low energy density laser irradiation, while thermal damage dominates under high energy density laser irradiation. The damage depth is proportional to the energy density and increases rapidly with the increase of the number of pulses.
2023, 52(4): 20220655.
doi: 10.3788/IRLA20220655
昆明物理研究所多年来持续开展了对Au掺杂碲镉汞材料、器件结构设计、可重复的工艺开发等研究，突破了Au掺杂碲镉汞材料电学可控掺杂、器件暗电流控制等关键技术，将n-on-p型碲镉汞长波器件品质因子（R0A）从31.3 Ω·cm2提升到了363 Ω·cm2（λcutoff=10.5 μm@80 K），器件暗电流较本征汞空位n-on-p型器件降低了一个数量级以上。研制的非本征Au掺杂长波探测器经历了超过7年的时间贮存，性能无明显变化，显示了良好的长期稳定性。基于Au掺杂碲镉汞探测器技术，昆明物理研究所实现了256×256 （30 μm pitch）、640×512 （25 μm pitch）、640×512 （15 μm pitch）、1024×768 （10 μm pitch）等规格的长波探测器研制和批量能力，实现了非本征Au掺杂长波碲镉汞器件系列化发展。
2023, 52(4): 20220616.
doi: 10.3788/IRLA20220616
星载红外高光谱传感器与多通道光谱传感器在轨交叉定标时能够提升数据精度和质量，交叉定标样本通常采用星下点交叉方式匹配筛选，包括空间、时间、观测几何角度和光谱匹配，匹配误差的不确定性将对最终交叉定标精度产生影响。采用FY-3E同平台红外高光谱大气探测仪HIRAS-II和中分辨率光谱成像仪MERSI-LL均匀晴空背景进行观测，根据视线向量匹配HIRAS-II星下点瞬时视场内的MERSI-LL像素，分别通过模拟视场偏移、观测天顶角偏差和光谱响应函数变化单独分析空间、观测几何角度和光谱匹配误差引入的匹配不确定度。结果表明，空间失配引起观测背景辐射亮温变化，偏移一半像元视场时的相对不确定度约为10%，达到一个像元时为25%~30%；观测几何角度失准引起光谱辐射亮温变化，观测天顶角偏移20°时的不确定度优于0.2%；光谱响应函数差异引起光谱等效辐射亮温变化，响应函数发生展宽时对吸收通道的不确定度最大约为2.5%，窗区通道为0.4%，收缩时的不确定度整体优于0.3%，平移引起的不确定度相对较小，移动5倍波长间隔时优于0.1%。
2023, 52(4): 20220644.
doi: 10.3788/IRLA20220644
以GF5B卫星发射前实验室定标为基础，采用星上0级黑体定标数据，建立了适用于GF5B热红外通道的星上绝对辐射定标模型。通过对2022年01月12日星上黑体定标数据进行处理，获得成像仪热红外通道的绝对辐射定标系数。对星上定标系统精度进行分析，并采用地面同步烟台浮标数据对定标结果进行精度验证，结果表明，在轨后星上定标系统的绝对定标精度为0.9 K；星地验证结果显示B11和B12通道亮温的偏差分别为0.33、0.77 K。说明基于星上黑体的定标方法具有较好的精度，定标结果可靠，可满足遥感数据定量化应用的需要，为实时准确获取热红外通道定标系数提供了方法借鉴。
2023, 52(4): 20220476.
doi: 10.3788/IRLA20220476
点面复合红外诱饵是国内外飞机平台使用的先进红外干扰装备之一，具备较好的对抗红外制导导弹的能力。为获得点面复合红外诱饵空中动态散布特性，为其使用提供理论基础，提升点面复合红外诱饵使用效能，对点面复合红外诱饵的点源诱饵和面源诱饵进行动力学和运动学分析，联立方程组并进行求解，获得了点源诱饵空中运动轨迹和面源诱饵在空中的散布情况，然后改变飞机平台速度进行仿真，获得了点源诱饵和面源诱饵的相对运动趋势和平台速度影响规律。基于点面复合红外诱饵空中动态散布特性仿真，开展使用研究，阐述了点面复合红外诱饵的干扰特性和干扰机理，干扰特性主要包括辐射强度值、辐射强度变化率和辐射面积，分析了点面复合红外诱饵在红外制导导弹导引头视场的形成特点，并基于此开展干扰机理研究，分析了点面复合红外诱饵在红外制导导弹的成像阶段和非成像阶段的干扰机理，能够为诱饵使用策略的制定提供参考和借鉴，提升飞机平台战场生存能力。
2023, 52(4): 20220621.
doi: 10.3788/IRLA20220621
在火箭发动机喷焰红外辐射预测过程中，由于弹道参数的不确定性因素存在，会影响喷焰红外辐射信号计算结果的置信度。文中以Atlas-IIA低空喷焰为研究对象，以来流速度、来流温度、来流压力和飞行攻角为不确定性输入变量，采用拉丁超立方试验设计样本，开展喷焰反应流场与红外辐射特性计算，获得各样本点对应的喷焰红外辐射响应值，利用非嵌入混沌多项式（No-intrusive Polynomial Chaos, NIPC）方法构建代理模型，采用响应面法求解NIPC多项式系数，基于统计参量研究各参量对红外辐射信号的不确定度和敏感性。结果表明来流特性引起的辐射强度不确定度与波段的选取有较高的关联度。来流速度对光谱辐射强度的灵敏程度最高，来流压力和攻角次之，来流温度的影响可忽略不计；来流速度对2.5~3.2、2.8~3.0 μm谱带内的辐射强度敏感，主Sobol指数占比均在80%左右，来流压力对4.35~4.65 μm波段辐射强度的影响占比为70%；各参数间的耦合作用对喷焰红外辐射的影响不高于4%。该研究可为火箭发动机尾喷焰红外辐射准确预估和置信度评估提供理论支撑。
2023, 52(4): 20220492.
doi: 10.3788/IRLA20220492
电路板红外温度序列包含了丰富的故障类别信息，充分利用其局部与全局特征可以提高电路板故障诊断的准确率。为此，文中提出了一种由特征提取网络（Features Extraction Network，FEN）与关系学习网络（Relationship Learning Network，RLN）并行构成的可综合利用温度序列局部特征及特征间关系的电路板故障诊断模型。其中，FEN基于多尺度膨胀卷积（Multi-scale Dilated CNN，MDCNN）残差结构搭建，可在不增加训练参数的前提下构建多层次感受野，学习温度序列不同范围的空间特征；RLN基于嵌入长短期记忆网络的注意力机制（Long Short-Term Memory hybridized with Attention，LSTMwAtt）结构搭建，通过控制温度序列信息传递来学习特征重要性并分配权重，挖掘不同位置特征间的相关性。实验结果显示，所提模型在两个自建电路板温度序列测试数据集上的诊断性能优于同类型的FCN、MFCN、LSTM和LSTM-FCN，故障诊断准确率分别达到91.15%和96.27%，可实现对电路板故障的高准确率诊断。
2023, 52(4): 20220885.
doi: 10.3788/IRLA20220885
高功率单频连续波266 nm激光在大容量信息存储、高分辨光谱监测及高精度紫外光刻等领域具有重要应用价值，近年来已成为国内外紫外激光领域的研究热点之一。文中首先综合比较了用于产生高功率266 nm紫外激光的非线性光学晶体基本性能，并根据主要的激光器频率锁定方法，重点分析了Hänsch-Couillaud (H-C)频率锁定和Pound-Drever-Hall (PDH)频率锁定方法的优缺点以及连续波单频266 nm激光器发展现状，介绍了本课题组最新研究成果，即基于H-C频率锁定方法实现了功率1.1 W的单频连续波266 nm紫外激光稳定输出。最后，针对进一步提升全固态单频连续波266 nm激光器性能亟需解决的问题和可能解决路径进行了简要分析和展望。
2023, 52(4): 20220570.
doi: 10.3788/IRLA20220570
报道了采用DBR方式，利用8 mm的高浓度掺Yb3+单模光纤，实现了波长为1064 nm的单纵模调谐激光稳定输出的实验结果。该DBR谐振腔有效腔长为16 mm，输出最大功率为7.4 mW，通过半导体制冷器温控改变谐振腔的温度，实现了0.824 nm的单纵模无跳模调谐。采用光纤外差法，并利用低损耗环形器和光纤反射镜倍增延迟线长度提升测量精度的方式，测量得到激光最大线宽为4.4 kHz。单纵模激光的弛豫震荡峰位于900 kHz处，其相对强度噪声为−110 dB/Hz，当频率大于1.5 MHz时相对强度噪声为−145 dB/Hz。
2023, 52(4): 20220553.
doi: 10.3788/IRLA20220553
短相干激光光源在进行高精度的干涉测量时，可以消除被测光学元件前后表面反射形成的杂散光，是低相干干涉仪的理想光源。针对低相干干涉应用对光源的需求，依据速率方程和激光调制特性对射频调制下的短相干半导体激光器光谱特性进行了理论研究。搭建了短相干光源系统，研究了半导体激光器斜率效率$ \eta $ 、偏置电流$ {I_b} $ 、射频信号频率$ {f_m} $ 和幅度$ {A_m} $ 对其相干长度的影响。实验结果表明，斜率效率大的半导体激光器更有助于短相干特性的实现，随着调制信号频率和幅值增加，工作在阈值附近的激光器相干长度随之降低，该系统在$ {I_b} = 1.3{I_{th}} $ 、$ {f_m} = {\text{950\;MHz}} $ 、$ {A_m} = {\text{19\;dBm}} $ 的条件下获得了相干长度为90 $ {\text{μm}} $ 的短相干光源。并成功应用于斐索干涉仪上，获得了对比度$ K = 0.931\;8 $ 的清晰干涉图像，与现有短相干光源相比，对比度提高了约51.1%，实现了对平行平板玻璃面形的测量。
2023, 52(4): 20220595.
doi: 10.3788/IRLA20220595
报道了采用纳秒脉冲激光器泵浦基于掺杂氧化镁周期极化铌酸锂(MgO:PPLN)晶体的高光束质量、闲频光谐振中红外光参量振荡器。通过选取曲率半径为200 mm的凹面输入镜和平面输出镜来建立平凹腔，实现了高光束质量的近-中红外激光输出。当输入的最大泵浦能量为21 mJ时，输出信号光和闲频光的最大能量分别为3.2 mJ和1.12 mJ，对应信号光和闲频光的斜效率分别为24%和9%。通过在25~200 ℃范围内改变MgO:PPLN晶体温度，实现信号光波长1.505~1.566 μm和闲频光波长3.318~3.628 μm的激光调谐输出。由于闲频光单谐振的光参量振荡器具有较大的衍射损耗和光束发散角，可以提高输出闲频光的光束质量。采用刀口法测量得到中红外激光在两个正交方向的光束质量因子分别为$ {M}_{x}^{2}\approx 1.2 $ 和$ {M}_{y}^{2}\approx 1.2 $ 。
2023, 52(4): 20220423.
doi: 10.3788/IRLA20220423
探测低频引力波需要脱离地缘噪声干扰，在空间搭建激光干涉引力波探测装置。太极、LISA、天琴等空间引力波探测任务，计划在几十万到几百万公里量级的臂长上实现皮米级的位移测量精度，以满足引力波探测的要求。在探测任务中，考虑轨道季节性变化和星间激光传输时间等因素，发射光束需要一个超前角度，确保远端望远镜能够接收到光束，从而完成星间激光干涉。针对发射光束需要超前角度的需求，设计并研制了一款用于激光干涉链路中提供超前角度的光束指向机构，即超前瞄准机构。该机构基于将偏转轴配置在反射镜面上的设计理念，采用柔性铰链和杠杆配合的结构形式，利用压电陶瓷自闭环进行驱动控制，实现光束一维高精度偏转。对该机构进行仿真分析，验证其力学特性以及偏转范围。对所研制的机构进行了一系列实验测试，结果表明，该机构偏转范围可达到$ 709.4 $ μrad，偏转精度可达到$ {\text{0}}{\text{.44 }} $ μrad，机构偏转引起的光程差优于${\text{10}}\;{{{\text{pm}}}/{\sqrt {{\text{Hz}}} }}\;$ (1~10 Hz)。从而验证了该机构设计的可行性，为实现光束超稳高精度偏转提供一定的参考。
2023, 52(4): 20220454.
doi: 10.3788/IRLA20220454
航天发动机供油装置的喷油流量均匀性是决定其性能质量的关键技术指标，其中供油孔的形状尺寸、内表面状态是喷油流量的重要影响因素。传统的供油孔加工方法以电火花加工为主，存在较厚的重铸层，且加工效率低。而激光制孔为典型的非接触式制孔方法，具有加工效率高、质量好，重铸层少的显著优势。为满足某型号航天发动机供油装置的高效高质量制造要求，采用脉宽为200 fs的超短脉冲飞秒激光螺旋制孔工艺，针对1.5 mm厚的GH3044镍基合金材料开展了以0.39 mm孔径为加工基准的流量数值模拟及工艺试验研究。首先通过数值模拟手段，研究了孔径、圆度、锥度以及内壁粗糙度对供油孔流量的影响规律和控制手段，之后根据模拟所获得的理论结果，通过飞秒激光制孔试验对制孔工艺进行了优化。研究发现，出入口孔径是决定流量大小最重要的因素，在单脉冲能量140 μJ，单层扫描时间1200 ms，单层进给量0.02 mm，重复频率100 kHz，旋转速度2400 r/min的工艺下，将孔径偏差控制在±5 μm以内，最终成功实现了供油孔流量偏差1.8%的制孔效果。
2023, 52(4): 20220522.
doi: 10.3788/IRLA20220522
以多元金属纳米薄膜（金、银）为基底，利用飞秒激光加工技术制备得到多元等离子体纳米结构，并研究了其局域表面等离子体共振效应（ Local Surface Plasmon Resonance，LSPR）和表面增强拉曼散射（Surface Enhanced Raman Scattering，SERS）性能。利用时域有限差分（Finite Difference Time Domain，FDTD）软件模拟了不同情况下（单层金膜、金银双层金属薄膜的平面以及阵列结构）的电场分布情况。根据仿真结果，相较于平面金属膜来说，飞秒激光制备的微纳结构阵列附近区域产生电磁场增强，集中在结构边缘处，且其强度变化与预期结果基本保持一致。此外，使用浓度为10−4 M和10−6 M的罗丹明（R6G）溶液进行SERS性能测试。测试的结果表明，单层平面金膜基本没有SERS峰值信号出现，而单层金膜上制备的等离子体纳米结构附近出现峰值信号，双层金属薄膜上制备的等离子体纳米结构展现出更高的SERS峰值信号。多元金属等离子体纳米结构展示出更强的局域表面等离子体共振效应，从而在表面增强拉曼散射、光催化、生物传感等领域具有广泛的应用。
2023, 52(4): 20220567.
doi: 10.3788/IRLA20220567
衍射光学元件作为一种典型的微光学元件，其体积小、质量轻、设计自由度多、成像质量良好，在光学成像、光学数据存储、激光技术、生物医学等领域具有广阔的应用前景。随着现代光学系统的不断发展，对衍射光学元件的加工效率和制备精度提出了更高的要求。激光直写技术凭借加工精度高、工艺简单、灵活性好等优势，成为制备高精密仪器中关键光学元件所必需的一种加工方式。针对不同的加工需求，开发了多种激光直写系统，并在应用过程中不断地改进升级。另外，突破衍射极限的飞秒激光微纳结构制造技术，能够获得更高的加工精度和更好的分辨率，为微光学元件的制备提供了新的方法。首先介绍了激光直写技术的特点；其次综述了衍射光学元件直写加工技术的研究进展，包括直写技术的影响因素、激光直写系统和多光束加工技术；接着介绍了衍射光学元件的典型应用，如红外成像、色差校正、光束整形、图像显示；最后，对激光直写技术制备衍射光学元件存在的问题和未来发展趋势做出了总结。
2023, 52(4): 20220469.
doi: 10.3788/IRLA20220469
星载光子计数激光雷达在遥感探测、导航测距等领域发挥着重要作用。依据光子数可分辨激光雷达的工作原理，建立了基于光量子统计理论的星载光子数可分辨激光雷达接收端的量子阈值检测模型。方案利用先进的光子数可分辨探测器件滤除未能达到最小检测信噪比的光子，并根据光量子统计规律重构信噪比检测公式，接收端的最小可检测信噪比相对经典光强检测方案进一步降低。同时分析了新型量子阈值检测方案的检测概率与虚警概率，数值仿真的结果表明，基于光子数可分辨探测的量子阈值检测方案的信噪比在少光子到达的条件下优于经典光强检测方案，且利用量子压缩态发射源可进一步增强量子阈值的检测性能。最后，进行了星载光子数可分辨激光雷达测高的仿真实验，结果表明在少量返回光子信号情形下的量子阈值检测方案的性能获得了显著增益。
2023, 52(4): 20220484.
doi: 10.3788/IRLA20220484
设计和构建了发射波长为355 nm和532 nm的户外型全天时激光雷达系统，用于探测大气气溶胶和水汽。运用355 nm和532 nm的米散射、532 nm的偏振、氮气和水汽分子的拉曼激光雷达技术，用于对边界层结构、对流层气溶胶和云光学特性及其形态、水汽混合比进行连续探测研究。该系统结构紧凑，运输方便，具备远程操作、数据传输、一键式启动等功能。利用该系统对大气气溶胶和水汽进行探测，探测结果表明：在大气气溶胶的探测过程中，在重污染条件下混合层高度较干净天低，在0.5 km以下，而干净天在1 km左右；通过对消光系数、Angstrom指数和退偏振比分析可知，重污染条件下，底层大气气溶胶以球形粗粒子污染物为主，干净天底层大气气溶胶以球形细粒子污染物为主；在云层中，Ang-strom指数明显减小，且出现负值，说明云粒子半径较大。在水汽探测过程中，采用自标定方法获得系统的标定常数为121，与已标定的激光雷达系统对比，误差在±0.3 g/kg以内；连续探测结果表明可对夜晚5 km及白天混合层以内进行探测。该系统满足产品化的需求，可广泛运用于大气环境的监测领域中。
2023, 52(4): 20220635.
doi: 10.3788/IRLA20220635
随着空间光学遥感器地面分辨率逐步提高，长焦距、大口径相机成为重点研究方向。为了克服重力变化、复合材料变形等因素带来的天地不一致性的问题，次镜调整成为校正光学遥感器离焦和主次镜相对位置变化的关键技术之一。将次镜柔性支撑、精密直线驱动与柔性铰链传动技术相结合，设计了一套高精度次镜调整机构。首先介绍了该套机构的光机构成、工作原理及传动链路，然后对超轻次镜、高精度直线致动、高精度调焦传动等设计分别进行了阐述，最后介绍了力学环境试验后的调整精度测试情况。试验结果表明，该套精密调整机构实测调整行程大于±120 μm，轴向调整步距精度0.18 μm (3σ值)，调整行程内次镜的最大平移误差为1.30 μm，最大倾斜误差为1.93″，具有调整范围宽、调整精度高的特点，满足空间光学遥感器精密次镜调整的要求，已成功在轨应用于北京三号B卫星0.5 m级高分辨率空间相机。
2023, 52(4): 20230053.
doi: 10.3788/IRLA20230053
为保证大口径离轴三反消像散（Three-Mirror Anastigmat，TMA）光学系统在轨成像质量，探明离轴TMA系统中次镜位姿与主镜及三镜面形误差补偿机理，以矢量像差理论为基础，用Zernike多项式表述离轴TMA系统镜面面形误差，并对系统镜面面形误差进行解析。通过分析发现，位于非光阑位置三阶彗差经光瞳坐标变换衍生出与视场线性相关像散；提出结合失调离轴系统矢量像差校正解析式，以系统出瞳波像差RMS值为评价标准，构建离轴TMA系统像差补偿模型，利用次镜位姿对主镜及三镜存在面形误差的离轴TMA系统进行补偿。仿真实验表明：系统主镜存在0.5λ像散与彗差时，所构建像差补偿模型可将系统出瞳波像差由0.18λ补偿至0.08λ；系统三镜存在0.05λ像散与彗差时，可将出瞳波像差由0.3λ补偿至0.1λ，且当三镜面形误差在（−0.03λ，0.03λ）范围内时，可将系统各视场RMS值补偿至系统设计值，使系统成像质量满足要求，为大口径反射式空间望远镜在轨主动装调提供进一步理论指导。
2023, 52(4): 20220607.
doi: 10.3788/IRLA20220607
随着红外技术的快速发展，SWaP-C （尺寸小、质量轻、功耗低、成本低）概念已深入红外热像仪整机设计全过程。在非制冷连续变焦红外热像仪设计中，相对已模块化的非制冷探测器与成像电路、光学系统影响整机包络尺寸、产品质量及价格成本，因此设计一款总长短、质量轻、成本低、性能高的非制冷长波红外连续变焦光学系统将具有广阔的市场前景。非制冷长波红外连续变焦光学因相对孔径大、光学材料种类少等因素存在系统小型化和无热化设计难题，通过采用变F#设计方法约束物镜尺寸；利用三组联动变焦技术平衡像差、压缩系统总长；通过主动补偿的消热差技术使得系统在−40~+60 ℃温度范围成像质量良好，实现四片透镜构成的非制冷长波红外连续变焦光学系统设计。该系统工作波段为8~12 μm，焦距变化范围为20.7~126 mm，对应F#为1.05~1.2，视场变化范围为21°×16.8°~3.5°×2.8°，变倍比为6.0×，最大物镜直径116 mm，光学系统总长180 mm，光学零件总质量418 g。该光学系统具有轻小型、高性能、低成本等SWaP-C特征，将在无人装备平台及手持热像仪设备中得到广泛应用。
2023, 52(4): 20220647.
doi: 10.3788/IRLA20220647
针对面结构光三维重建中，由于重建景深的限制导致待测物在超出重建景深后出现重建错误的问题，提出了一种基于辅助相机的景深拓展三维重建技术，并借助相位阈值自适应地对重建景深内外物体进行重建。采用四步相移与互补格雷码结合的方法获取绝对相位，通过多项式拟合法对相机、投影仪进行标定。提出了借助辅助相机建立超出重建景深的相位-高度映射的方法。实验结果表明：该方法能提高重建景深范围50%左右，大大提升了面结构光的重建范围。
2023, 52(4): 20220638.
doi: 10.3788/IRLA20220638
针对目前的红外成像光学系统在机器视觉工业检测领域难以同时实现成像质量好和结构紧凑设计的问题，提出了一种宽光谱可见-短波红外成像光学系统的设计方法。运用光学设计软件ZEMAX设计了一种适用于可见光和短波红外的红外成像光学系统。该系统由7组10片透镜组成，利用多组双胶合透镜来消色差，在第15个面使用非球面提高成像质量，最后对系统的成像质量进行研究。设计结果表明：该系统的的工作波长为0.4~1.7 μm，全长为79.6 mm，F数为2.8，焦距为25.7 mm，畸变小于1.4%，调制传递函数值在奈奎斯特频率100 lp/mm处均大于0.4 ，接近衍射极限，成像质量良好。该系统可以对光滑表面的装配件进行缺陷检测，具有结构简单、易于加工装调的优点，有助于高效地完成机器视觉检测。
2023, 52(4): 20220790.
doi: 10.3788/IRLA20220790
针对红外光学材料折射率不均匀导致系统波前产生异常像差，从而引起镜头像质严重下降的问题，提出了一种光学件位置迭代调整和面形修配相结合的系统波前补偿方法，实现面向高性能的红外折射式镜头装调。在光学件精密定心的基础上，设计了在线装调检测装置，依据镜头实测波前并结合计算机辅助装调技术，通过迭代调整光学件位置矫正系统波前初阶像差。对系统残留的中高阶像差，根据各视场测得的系统波前综合分析计算，采用修配光瞳处光学件面形，引入反残留波像差的方式补偿。实验上，通过对某红外折射式镜头装调，将镜头三个视场系统波前RMS （λ=3.39 μm）分别由精密定心后的0.162λ、0.118λ、0.166λ降低至0.064λ、0.040λ、0.067λ，平均MTF （@25 lp/mm）由0.31提升至0.67。结果表明，这种装调技术对红外折射式镜头系统波前补偿效果明显，可大幅提升镜头成像性能，具有重要的工程应用价值。
2023, 52(4): 20220862.
doi: 10.3788/IRLA20220862
遥感相机光学系统畸变系数作为影响相机在轨成像质量的关键因素，其检测精度一直以来都是遥感相机研制过程中的核心环节。传统的测角法主要依靠高精度二维转台，实现了光学系统视场角与像高之间的精准对应，该方法对测试设备和测试环境要求苛刻。随着相机焦距、口径和体积的增大，对于转台设备的尺寸与测量精度也日渐提升，单纯依靠提升测试设备性能无法满足后续各类高性能遥感相机的研制需求，尤其对于垂直装调类超大口径空间高分辨率光学系统，该方法不可行。在传统精密测角法的基础上，提出一种基于干涉原理的空间高分辨率光学系统几何畸变标定技术，相比于传统的精密测角法，该方法在同等测试精度的基础上，具备更广泛的适用性，其不再受限于测试设备的尺寸与精度限制，可同时满足各种类型遥感相机的畸变测试需求。文中详细介绍了该畸变测试方的基本原理、测试方法与误差链路，并对该畸变测试方法进行了应用验证，将结果与传统畸变测试方法进行对照，表明该方法的测试精度满足遥感相机的研制要求且适用范围更广，对航天长焦距大口径遥感相机研制及畸变测试有参考借鉴意义。
2023, 52(4): 20220676.
doi: 10.3788/IRLA20220676
纳米位移测量技术是实现高精度纳米制造的基础。激光自混合干涉为精密纳米位移测量提供了一种结构简便、成本低廉，同时测量精度可达纳米量级的精密位移测量方法。区别于传统基于反射镜或散射面为反馈元件的激光自混合干涉测量方案，研究了一种基于平面反射式全息光栅的激光自混合纳米位移测量方法，该方法的位移测量结果以光栅的周期为基准。实验测得了在弱反馈强度条件下的光栅自混合干涉信号，通过阈值设定的方法确定位移方向的反转点，结合反余弦的相位解包裹算法处理光栅自混合信号，获得了对应的位移测量值。最终采用商用激光干涉仪与自组装的光栅自混合干涉仪进行位移测量数据的比对测量，实验结果表明，经过线性修正后，其位移误差不超过0.241%。
硅基MEMS器件中存在大量高深宽比结构，对这些结构进行线宽和深度的无损检测，是当前的热点问题。为了实现对这些高深宽比结构无损测量系统的准确校准，采用半导体工艺研制了一系列高深宽比沟槽标准样板，宽度范围2~30 μm、深度范围10~300 μm，其深宽比最大达到30∶1。为了满足样板的校准功能，设计了多种特征结构，包括辅助定值结构、测量定位结构和定位角结构等，还设计了样板量值的表征与考核方法。考核量值包括线宽尺寸、沟槽深度尺寸和均匀性。使用扫描电镜对标准样板进行了测试，结果表明该标准样板可以用于校准近红外宽光谱干涉显微测量系统。
2023, 52(4): 20220686.
doi: 10.3788/IRLA20220686
刀具几何参数的精确测量是评估刀具性能的关键。针对复杂刀具几何参数难以测量的问题，基于聚焦深度法对其端面几何参数进行三维测量。首先，提出了一种适用于刀具端面序列图像的改进双阈值Tenengrad聚焦评价函数，通过局部像素分析确定了函数最佳计算窗口大小，在清晰度比率、陡峭度、清晰变化率、局部波动量评价指标下与常用聚焦函数进行了对比，验证了所提函数在计算刀具端面序列图像时更具有优势；其次，通过自适应sigmoid函数的图像增强算法实现了高对比度的刀具端面序列图像的获取，提升了三维测量效率，基于RANSCA算法对刀具后刀面点云表面进行平面拟合并提出了端面几何参数向量计算方法；最后，通过所构建的刀具测量系统对标准量块的阶梯深度进行了测量，误差为0.32%，并实现了刀具后刀面的三维形貌还原，进一步对主切削刃内、外刃顶角和直径参数进行测量。实验结果表明：顶角测量误差<0.3°，直径测量误差<3 μm，优于Tenengrad函数对应角度（<1.9°）及直径（<13 μm）测量结果，满足复杂刀具对角度（<0.5°）和直径（<10 μm）的测量精度要求。
2023, 52(4): 20220732.
doi: 10.3788/IRLA20220732
靶场通常采用夜间静态拍星的方式检测光电经纬仪的静态测角总误差。受大气折射率变化的影响，俯仰方向测角数据通常采用大气折光差经验公式进行修正。不同地区和时间的大气环境差异使得该经验公式存在较大误差，导致拍星解算得到的俯仰方向测角误差偏大，且影响俯仰方向测角误差因素的进一步分离。为此，提出了一种基于多台光电经纬仪同步拍星数据相关性分析的大气折光差修正方法。基于经纬仪拍星方位角和俯仰角测量残差模型推导得到了大气折光差修正误差模型。根据该误差模型，利用分布在同一区域不同点位的多台光电经纬仪拍星俯仰角残差数据，采用最小二乘法拟合得到大气折光差的修正系数并修正俯仰角测量残差数据。实测数据表明：采用该方法对俯仰角测量残差进行大气折光差修正后，光电经纬仪俯仰角测角总误差显著降低，且由垂直轴倾斜误差修正错误引起的方位角和俯仰角残差特性得以显现。文中提出的方法无需使用探空气球等获取大气参数，即可对同一地域分布的多台光电经纬仪拍星俯仰角残差数据进行修正，修正后的数据可用于进一步分离其他误差因素，具有较强的工程应用价值。
2023, 52(4): 20220514.
doi: 10.3788/IRLA20220514
挠性光电印制电路板（Flexible Electro-Optical Printed Circuit Board, FEOPCB）在高温层压制作过程中，埋入光纤会产生热应力，造成光纤损坏等缺陷，影响其可靠性和高速信号传输性能。为了降低FEOPCB弯曲半径并提升其可靠性，将在双面覆铜聚酰亚胺(PI)基板上设计制作高精度矩形光纤定位槽。首先建立有/无涂覆层光纤埋入挠性基板有限元仿真模型，对FEOPCB制造工艺进行模拟仿真，并对埋入光纤应力及影响因素进行分析。结果表明，有涂覆层光纤所受应力远小于无涂覆层光纤。针对有涂覆层光纤，采用激光刻蚀技术在双面覆铜PI基板上制作了高精度矩形定位槽，通过高温层压工艺完成了FEOPCB制作。FEOPCB完成了温度冲击、低温、高温、湿热和10万次弯曲疲劳可靠性试验，利用光学显微镜观察分析，埋入光纤无高温降解和破裂等缺陷。FEOPCB最小弯曲半径小至2 mm，弯曲损耗分别为0.57 dB （90°）和1.12 dB （180°），且相邻光纤之间无串扰，在850 nm波长条件下通信速率可达10 Gbps，误码率小于10−16。
2023, 52(4): 20220759.
doi: 10.3788/IRLA20220759
针对高轨抵近威胁在轨自主感知问题，总结归纳了地球同步轨道空间态势感知计划的发展历程、平台情况、轨道特性、任务操控、总体指标；分析了GSSAP (Geosynchronous Space Situational Awareness Program)卫星的抵近观测成像模式，提炼出绕飞成像、掠飞成像在轨运行模式，深入研究了近年来GSSAP卫星两行轨道数据，结合我国高轨卫星的轨道信息，挖掘出GSSAP对我国高轨卫星的数十次潜在的抵近侦察活动；基于实测数据分析了GSSAP-4抵近实践-20卫星的整个过程，计算出二者的相对距离、太阳相位角等信息，在距离为10~133 km、太阳相位角为44.67°~134.37°的条件下，对GSSAP的光电载荷进行了成像效果仿真。结果表明：GSSAP对我国GEO (Geosynchronous Orbit)卫星执行了多次抵近监视，在口径为500 mm，F数为10，像元间距为6.5 μm，像素规模为1024×1024，积分时间为20 ms时，GSSAP在顺光观测条件下，可以对目标进行高分辨率的精细化成像，能够看清目标的细节信息，对我国GEO高价值资产带来严重威胁。
2023, 52(4): 20220461.
doi: 10.3788/IRLA20220461
显微成像技术作为研究细胞和生物组织的主要工具，对生物医学的发展起到了极大的推动作用。生物样本的复杂化和生物医学领域对时间和空间分辨率的多样化需求决定了单一功能生物成像系统应用的局限性。为满足生物医学领域的多样化需求，解决成像质量与成像时间之间的矛盾，设计了一种基于深度学习的多分辨显微关联成像系统。该系统通过对显微镜进行硬件设计改造和软件处理，将深度学习与关联成像技术有效结合，当采样率仅为60%时，成像系统能够较好地恢复图像细节，大幅降低欠采样带来的噪声，同时显著提升系统成像的时间分辨率。另外，为了满足所设计的小型多分辨显微关联成像系统的实际需求，采用基于重参数化思想的超高效轻量超分网络，在资源受限的设备下实现实时高质量成像。所提出的成像系统可以在保证成像质量的同时显著缩短成像时间和减少内存占用。不同类型生物样本和分辨率板的测试结果进一步表明了系统的鲁棒性和抗噪性能，研究结果对生物医学领域具有重要意义。
2023, 52(4): 20220506.
doi: 10.3788/IRLA20220506
激光雷达具有全天候工作、探测精度高、有效探测距离远、易获得三维信息等特点，但工作在远距离模式时，目标点云比较稀疏。当前便携条件下，基于深度学习的算法在激光雷达点云数据直接目标识别时，实时性和成功率尚不能达到远程监视实际工程的要求。针对实际工程中利用激光雷达检测运动目标进而实时引导高分辨率相机的需求，采用基于变化的检测方法，对远距离条件下激光雷达的运动目标检测方法进行了研究，利用点云数据的距离信息，给出三维单高斯模型和三维高斯混合模型检测动目标的过程和方法，提出了利用杂波图恒虚警率检测法处理点云数据的方法。实验表明，与二维图像动目标检测方法相比，三维单高斯模型法会很大程度提高检测准确性，降低虚警率，但仍然存在较高虚警率。为适应复杂三维场景，采用基于三维高斯混合模型的方法进一步降低了虚警率，但也降低了检测速度；而杂波图CFAR的方法具有很高的实时性，同时也具有较好的检测性能。
2023, 52(4): 20220548.
doi: 10.3788/IRLA20220548
激光成像技术能获得精细化的空间信息，在解决超低空海洋环境背景下的目标探测与识别时具有独特的优势。文中基于海谱波动模型和激光海面回波反射特征的模拟，仿真分析了探测系统的视场角和入射角参数对海面回波特征的影响，对比分析了宽视场和窄视场在不同海况下的激光回波特征，并对比窄视场成像探测系统对目标反射和海面反射的空间分布差异。提出了一种数字化阵列激光扫描成像探测系统，该系统通过电控阵列激光分时高速工作可实现周向360°的固态扫描探测，并通过高速AD采样获取数字化的回波幅度和距离阵列。针对弹目高速交会的工作特点，提出了帧内判定，帧间累积的低空海背景目标识别方法。该方法通过直通滤波、数学形态学滤波、目标形态特征等方法能快速滤除海背景杂波，保证弹载探测识别的实时性和可靠性要求。通过不同交会条件的仿真验证，该方法对不同海况下的识别准确率的平均值为96.9%。
2023, 52(4): 20220443.
doi: 10.3788/IRLA20220443
胶接结构广泛应用于航空航天等国防领域，但在工艺制作及使用过程可能会产生胶接界面脱粘缺陷和损伤，由于太赫兹无损检测技术对非金属材料良好的穿透性能，已被广泛应用于复合材料的无损检测中，太赫兹无损检测技术在多层胶接结构样件胶层内部缺陷的无损检测方面具有较大优势。利用反射式太赫兹时域光谱系统检测多层胶接结构样件，得到的具有样件内部材料信息的太赫兹时域信号，但信号中还包含了大量的冗余特征和噪声等无效信息，这些无效信息大大降低了信号处理和分析效率。针对这一问题，文中提出了基于二阶梯度法提取太赫兹时域信号有效特征，以飞行时间误差为限制条件基于信号的时域特征自适应确定阈值，稀疏太赫兹时域信号，减少信号中冗余无效信息，实现太赫兹时域信号的有效压缩。然后，通过二值化图像分割识别多高斯恢复信号和太赫兹时域光谱系统检测信号的太赫兹图像缺陷区域。最后，制备具有脱粘缺陷的多层胶接结构样件，开展太赫兹无损检测实验。结果表明：文中算法的数据压缩率达到了81%，相比传统压缩算法离散余弦变换提高了59%，相比主成分分析算法提高了75%，相比K-SVD字典学习算法提高了26%，缩短了约80%的数据计算时间，减小了约95%数据存储空间占用，且缺陷识别偏差不超过0.05。文中算法极大地提高了数据处理和分析效率，保证了缺陷识别的精度。
