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2023, 52(11): 20230212.
doi: 10.3788/IRLA20230212
机载LiDAR数据分类是根据数据特征为每个点指定类别标签。针对现有方法忽略全波形与点云在物理特性上的关联、缺乏对邻域几何和语义相关性的深入挖掘，从而导致捕获局部结构能力不足的问题，搭建了结合目标物理与几何特性的分类方法，实现了由全波形和点云组成的机载LiDAR数据端到端分类。首先，构建了特征融合模块，提取了全波形时序特征和点云几何特征，依据两种数据物理意义上的关联，通过双低秩矩阵实现了全波形与点云特征级融合。其次，构建了邻域特征增强模块，挖掘点对相关性，增强对局部几何结构的学习。最后基于层次化编解码结构搭建了分类网络。该网络在机载LiDAR数据集上测试，达到平均精度0.96、平均召回率0.90、平均F1分数0.92，证明了网络的有效性。
2023, 52(11): 20230158.
doi: 10.3788/IRLA20230158
通过搭建飞秒时间分辨的泵浦探测阴影成像系统，研究了聚焦的飞秒激光脉冲产生空气等离子体的瞬态演化特性，并对不同聚焦条件下空气等离子体的时间特性进行了数值模拟。实验结果表明：聚焦的飞秒激光电离空气等离子体的电子瞬态密度峰值先升高后缓慢下降；同时得到了高时间分辨下的电离速度变化与电子数密度的空间分布。计算结果显示：更高的单脉冲能量对应更高的饱和电子数密度，高数值孔径聚焦条件下隧穿电离也更早出现，表明飞秒时间分辨的泵浦探测阴影成像可为超快激光微加工的瞬态过程提供观测手段，同时可对超快激光微加工过程中的等离子屏蔽效应提供机理解释与加工工艺的优化参考。
2023, 52(11): 20230129.
doi: 10.3788/IRLA20230129
371~385 nm波段的紫外激光器可以应用在超精密材料加工、激光多普勒冷却、光子纠缠和量子通讯等诸多领域。为实现这一波段激光输出，报道了一台可调谐翠绿宝石连续紫外激光器。首先，采用了水平偏振的635 nm红光半导体激光二极管阵列作为抽运源。其次，选用V型折叠腔结构，端面泵浦了长度为10 mm、Cr3+掺杂浓度为0.2at.%的国产翠绿宝石晶体，再利用长度为7 mm的I类位相匹配偏硼酸钡晶体进行腔内倍频。最后，微调节BBO晶体角度，实现了波长可连续调谐的371~385 nm连续运转的紫外激光输出。当泵浦光功率为17 W时，在波长为378 nm处得到最大稳定输出功率为1.25 W，泵浦光到紫外光的最大转换效率约为7.3%，波长为378 nm紫外激光光束质量因子沿着x和y方向分别为1.13和1.12。
2023, 52(11): 20230198.
doi: 10.3788/IRLA20230198
高功率650~660 nm波段激光器在可见光光电对抗领域具有重要作用，目前该波段光源由固体激光器通过半导体激光器泵浦并倍频输出，输出功率高、光束质量近衍射极限，但转换效率低。半导体激光器的转换效率高，但输出功率低，需要通过增加激光单元的方法提升功率，并通过激光合束的方式提升光束质量。文中提出外腔光谱合束的650 nm波段半导体激光器结构，通过实验验证可实现连续功率为7.3 W、光谱线宽为6.45 nm、电光转换效率为23.4%的650 nm波段激光输出，光束质量为M2X=1.95，M2Y=11.11，接近固体激光器，未来通过增加合束的激光单元数量并结合偏振合束可以获得更高功率的650 nm波段激光。
2023, 52(11): 20230140.
doi: 10.3788/IRLA20230140
石墨烯作为一种新型半金属材料，具有良好的导电性、光学透明度和机械性能，自发现以来备受研究者关注。特别是石墨烯的零带隙狄拉克色散关系赋予其特殊的光电性质，如宽带光吸收和高载流子迁移率，使得石墨烯基光电探测器具有宽广谱检测和快速响应能力。然而，传统的石墨烯制备方法包括机械剥离法、化学气相沉积法和氧化还原法等存在产量低、设备昂贵、工艺复杂和化学污染等问题。除此之外，单层石墨烯光吸收率和载流子寿命短，严重影响了石墨烯光电探测器的响应度。为了解决上述问题，文中采用一步激光刻蚀法在三聚氰胺-聚酰亚胺复合薄膜上原位诱导生成氮掺杂的多孔石墨烯，制备了光响应增强的石墨烯宽光谱探测器。这种激光直写的制备工艺效率高、成本低、无污染，可快速制备石墨烯光电探测器。经测试，该探测器在630 nm可见光辐照下的光响应度为2.17 mA·W−1，相比未掺杂的激光诱导石墨烯光电探测器的响应度提高了一个数量级。此外，该探测器在343 nm紫外和1 550 nm红外波段都具有光响应能力，响应度分别为3.06、2.63 mA·W−1。该方法为简单、高效、低成本制备高性能石墨烯基光电器件提供了可行性方案。
2023, 52(11): 2023015.
doi: 10.3788/IRLA20230150
基于Maxwell方程组构建了描述激光在大气中传播行为的理论模型，并通过求解得到了具有高斯分布特征的激光分布解析解；同时，基于流场控制方程计算了不同马赫数的流场分布特征；在此基础上，通过建立非线性折射率模型，考虑流场密度、温度、组分以及压力的影响，研究了各因素对激光折射率的影响规律；最后，基于激光电场分布特征、流场分布特征以及比尔定律，建立了描述激光在高速流场中的能量衰减模型，揭示了高速流场对激光折射和衰减的影响规律。
2023, 52(11): 20230138.
doi: 10.3788/IRLA20230138
相干激光测风雷达具有体积小、探测效率高、信噪比强等特点，在气象、航空保障以及风电等行业得到了广泛的应用，但是目前雷达数据产品大多是利用回波多普勒频移信息反演的风场数据产品，未对雷达回波信号强度信息进行数据挖掘。针对当前相干激光测风雷达数据产品开发不足的问题，介绍了一种新型基于相干探测的激光雷达数据产品生成技术，该技术在探测风场的同时，实现云高、消光系数及能见度等多种气象要素数据产品的生成。首先，通过分析回波信号特性，推导出雷达回波信号功率的计算方法，获取探测范围内各距离位置的回波信号强度信息。在此基础上，利用阈值法和微分零叉法反演出云底高度，同时采用改进型Klett算法实现大气消光系数的反演，继而实现能见度的测量。最后，与气象站能见度仪、激光云高仪以及532 nm气溶胶激光雷达进行数据对比验证试验，试验数据结果显示：云高对比精度可达5.0%，能见度对比精度可达12.2%，消光系数对比有较好的一致性，并可长期在多种气象环境下连续测量。
2023, 52(11): 20230172.
doi: 10.3788/IRLA20230172
在激光雷达远程测距中，雷达接收机需要在接收信号信噪比较低的背景下，对其中的有用信号进行识别、提取和判决。因此，为保证雷达系统的探测距离和精度，在激光发射功率一定的前提下，需在信号接收处理的各环节中设法提高信号的信噪比。当前外差式激光雷达接收机在变频时将本振光和信号光直接混频，导致镜像频率噪声与有用信号叠加，致使解调信噪比恶化。针对激光雷达接收机提高信号信噪比的需求，提出了一种在信号解调过程中对镜频干扰进行抑制，从而提高解调信噪比的方法。采用光电联合I/Q下变频，首先参考Hartley结构，在光信号的解调过程中对镜频处的噪声进行抵消，随后采用I/Q支路不平衡补偿算法对潜在的双支路不平衡量进行矫正，最后使用数字正交下变频将中频信号解调至基带。仿真和实验表明，该方法能够有效消除调频信号变频过程中引入的镜像频率噪声，相较于传统激光相干雷达接收机方案，该方案解调得到的基带信号信噪比提升了约3 dB。
2023, 52(11): 20230216.
doi: 10.3788/IRLA20230216
基于多普勒效应的相干激光雷达广泛应用于测风等大气探测领域，实际应用于风场观测时，由于噪声杂波干扰、回波信号较弱和风场不均匀性等影响了多普勒频移估计的精度。为准确估计激光雷达弱回波信号中的多普勒频移，提升相干测风激光雷达的探测距离和探测精度，文中开展了基于激光雷达功率谱信号的多普勒频移估计算法以及探测性能提升的评估研究。在快速傅里叶变换的基础上，提出了一种结合线性预测频谱估计与导数增强方法的功率谱分析方法，通过与常用的最大似然离散谱峰值频移估计算法(ML DSP算法)进行比较，验证了文中方法在相干测风激光雷达微弱信号频移估计过程中的优势。风速数据的时间及空间相关性分析结果表明，功率谱分析方法具有更好的风速估计稳定性，有效风场探测距离相较ML DSP算法提升了73%。与超声风速计对比结果表明，文中提出的综合算法在弱信号情况下的风速测量精度高，风速结果与超声风速计的标准偏差相较ML DSP算法降低了0.23 m/s，偏离率BIAS降低了0.3 m/s，有效提高了低信噪比范围内多普勒频移估计的精度。
2023, 52(11): 20230160.
doi: 10.3788/IRLA20230160
实时准确获取飞机尾涡的特征参数信息，将有利于在保持机场基础设施的情形下进一步提升机场吞吐量。相干多普勒激光雷达作为飞机尾涡的有效探测手段，可提供其位置与强度信息。针对飞机尾涡特征反演算法在近地面环境下出现的误识别及定位精度下降问题，通过采用区域聚焦的方法减少背景环境对识别精度的影响，并引入尾涡的旋转特征、对反演结果检验，以此提高结果的可靠性。针对扫描中尾涡的移动、扭曲或数据缺失引起的强度评估不准问题，通过尾涡速度分布校正和理想化飞机尾涡模型校正两步来提高强度反演精度。经成都双流国际机场观测数据验证，该优化算法的正确识别率提高2.8%，漏报率下降2.7%，虚警率下降20.86%。
2023, 52(11): 20230156.
doi: 10.3788/IRLA20230156
二频机抖陀螺每个抖动周期要两次经过锁区，每次过锁区时的随机误差会使激光陀螺产生随机游走。在工程上实现了二频机抖陀螺的锁区补偿，并采用Allan方差方法分析了锁区补偿前后输出数据的角度随机游走，实验结果表明，锁区补偿后随机游走具有大幅度的改善。首次报道了机抖激光陀螺中锁区补偿对角度随机游走的改善。
2023, 52(11): 20230234.
doi: 10.3788/IRLA20230234
提出了一种时标基准信号红外长程传输结合近程光电-电光转换的时标激光系统设计方案，该方案首先使用红外单模光纤完成时间基准信号的长程传输，然后使用光电探测器将红外时标基准信号转换为电信号驱动蓝光直调LD激光器，最终获得输出波长为450 nm，输出功率47 mW，脉冲宽度为120 ps的时标光信号。实验结果表明，所提方案可为激光驱动器提供窄脉宽，可长程传输的时标光信号用于甚多束紫外激光脉冲同步同发监测，同步监测精度可达10 ps。文中技术方案规避了敏感的固体激光放大与倍频过程，提高了时标光脉冲波形的稳定度与同步监测系统的可靠性。
2023, 52(11): 20230136.
doi: 10.3788/IRLA20230136
为精确地评估真空低温状态下大面积黑体辐射源的均匀性，设计了高灵敏度中波红外辐射计。给出了辐射校准的物理模型，详细分析了目标温度200 K和213 K的信噪比，得到真空低温下200 K和213 K目标信噪比分别为460 倍和1 492倍。设计了高信噪比测量200 K目标的总体方案，研制了高灵敏度真空低温环境下使用的中红外辐射计。采用透射式光学系统及温度系数匹配稳定的高刚性光机支撑结构，满足真空低温的环境条件。采用外置黑体标定中红外辐射计的温度/辐射响应度，创新性采用调制器兼顾内置定标辐射源，采用四级TE制冷中红外探测单元，配合高性能探测单元及80 倍动态范围的同步积分锁相放大器，获取大占空比的高质量方波信号用于辐射计算。实验结果表明：在温度77 K、真空度1×10−5 Pa真空低温环境下，测试213 K目标黑体辐射源，1 h内的信号不稳定度为0.24%；噪声等效温差（NETD）值为0.034 K；测量精度优于2%。中红外辐射计满足真空低温环境下高精度测试微弱目标的要求。
2023, 52(11): 20230146.
doi: 10.3788/IRLA20230146
太阳辐射对飞行中的直升机局部蒙皮有加热作用，从而改变整机红外辐射的分布特征。构建了包含直升机机身蒙皮、主旋翼、发动机机匣以及排气系统的物理模型，综合考虑发动机机匣、排气系统与发动机舱蒙皮的换热，耦合直升机前飞来流、旋翼下洗气流、尾桨气流，以时刻、季节、直升机朝向为变量，计算分析太阳辐射对直升机8~14 μm波段红外辐射特性的作用规律。计算结果表明：夏季正午太阳直射可使机身向阳面整体升温20 K以上，局部最高可达25 K。直升机向阳面机身蒙皮8~14 μm波段红外辐射强度在全天变化趋势呈山峰状，其峰值出现在12点前后。越靠近机身顶部向阳面，太阳辐射对8~14 μm波段红外辐射强度增强作用越显著，最高可达25%。以冬季为基准，秋分、春分、夏至时的整机红外辐射分别增加7%、11%、21%左右。除夏季外，其他季节的机身两侧8~14 μm波段红外辐射强度分布都呈现不对称性，春、秋两季两侧相差在5%左右，冬季在6.5%左右。整体上，夏季上午10点的太阳辐射对不同飞行方向的直升机8~14 μm波段红外辐射强度分布影响较小。
2023, 52(11): 20230133.
doi: 10.3788/IRLA20230133
空间外热流仿真计算是航天器热控设计以及地面试验验证的关键技术之一。传统蒙特卡洛法(MC)抽样的随机性问题导致其计算地球红外和反照辐射外热流的收敛速度慢。为解决这一问题，文中首先分析比较外热流积分各个随机变量维度对积分的贡献程度，发现前四维随机变量对积分贡献程度最高。之后在外热流积分的前四维度中，将拟蒙特卡洛法(QMC)代替传统MC，对所求目标面元光线发射点和方向进行采样，其他积分维度仍采用MC，该方法将MC和QMC混合到一起计算外热流。最后以某航天器为算例，通过大数据光线追踪实验得出外热流准确度和收敛速度。研究结果表明，混合-QMC计算地球红外和反照辐射外热流的准确度始终优于传统方法。进一步的分析表明，该方法在地球辐射外热流准确度上的收敛速率，优于传统方法所呈现的收敛速度值（即-0.5）。此外，在面元地球辐射外热流求解的光线追踪过程中，若面元所发光线不存在反射的情况，混合-QMC方法能够更准确快速地求解其外热流。将混合-QMC应用到地球辐射外热流计算中，可以在一定程度上提高计算效率。
2023, 52(11): 20230170.
doi: 10.3788/IRLA20230170
为满足红外成像器件对目标模拟的需求，同时避免在真实环境下进行系统测试受限于人力、物力、环境等因素，提出了一种基于微辐射阵列的红外动态场景模拟技术，通过传热方程建立了芯片理论模型，并进行了仿真实验。微辐射阵列芯片采用MEMS (Micro-Electro-Mechanical System)工艺加工，阵列分辨率为1024×768，像素大小设计为60 μm×60 μm，以此为核心器件，构建了红外动态场景模拟系统样机，样机口径大于300 mm，光源使用半导体激光器替代传统的汞灯，提高了模拟器的性能。使用红外热像仪进行了测试实验，结果表明：样机可在中波红外和长波红外两个波段实现高质量的动态场景模拟，图像清晰无闪烁，其模拟温差大于50 K，对比度大于3∶1，帧频大于80 Hz。
2023, 52(11): 20230171.
doi: 10.3788/IRLA20230171
对于雷达天线伺服跟踪这种高动态应用环境，传统的有限脉冲响应（Finite impulse response, FIR）低通滤波抖动解调引入的时间延迟会导致较大的跟踪误差。为了解决时间延迟问题，文中提出一种FIR滤波与抖动剥除相结合的测量方法，FIR实现具有时延的精确解调，抖动剥除对FIR延迟时间段进行精确补偿。抖动剥除基于相关抵消原理，通过Kalman滤波对陀螺抖动剥除增益因子进行动态跟踪，并对时延前后的抖动量进行实时计算。文中对无延时测量方法进行了激光陀螺实验测试，测试结果表明：该测量方法能够对FIR时延时间段的抖动量进行精确计算，抖动剥除精度优于0.5″，实现了陀螺无延迟测量。FIR滤波和抖动剥除相结合兼顾了激光陀螺的高精度和实时性，具有很好的应用前景。
2023, 52(11): 20230103.
doi: 10.3788/IRLA20230103
传统的地面目标红外辐射特性研究方法有理论建模分析法和外场测试法。由于大部分的理论建模计算量庞大，无法满足实时计算；外场测试往往成本较高，无法获得任意时刻地面目标整体的红外辐射特性。典型部位温度可以实时获得，但如何布置传感器使其更好地反映和预测整体的温度分布需要开展研究。文中引入本征正交分解（proper orthogonal decomposition，POD）方法对两种地面目标的温度场进行模态分析，建立两种地面目标的温度场降阶模型，利用降阶模型实现地面目标温度场的快速预测；将温度场的降阶模型与QR (orthogonal right triangular)分解算法结合，确定最佳传感器测量位置，实现对两种地面目标温度场的预测。研究结果表明，无论是POD温度场降阶模型还是通过QR分解算法得到的最佳传感器测量数据进行预测，二者的精度均较高，正方腔体的平均绝对误差均小于1.5 K，模型坦克的平均绝对误差均小于2.5 K。通过分解算法得到的最佳传感器测量数据进行预测效率更高，未来可利用该方法预测目标红外特性，从而支撑目标规避或伪装方案的制定。
2023, 52(11): 20230112.
doi: 10.3788/IRLA20230112
光子计数测距激光雷达在暗弱目标探测、激光遥感等方面均有着极大的应用潜力。激光固态密集分束照明探测虽然相较逐点扫描的方法而言，能够有效提高探测时效性，但在保证较高探测空间分辨率的条件下，激光能量损耗较大。为了能够既保证对目标的高效探测，同时减少密集分束对激光能量的消耗，提出了旋转扫描与推扫相结合的探测方法。对目标进行激光分束照明后，在推扫的过程中快速旋转激光束群，并利用单光子阵列探测器同时对不同目标点返回的信号光子进行采集，以此在固定时间内得到更多的采样点数据。搭建单光子测距系统，发射端利用光纤将激光进行分束，利用位移台模拟推扫，旋转光纤支架模拟旋转扫描，接收端通过单光子阵列探测器并行接收回波光子。对文中所提方法进行了原理性验证，测量出系统测距的精度和准确度，并对上述二者与光子计数间的关系进行了探究。实验结果表明：对于文中所搭建系统，目标点所在像素位置测距的精度优于1.48 cm，准确度优于2.78 cm。二者均随着光子数的增加而提高，并逐渐趋于一个常数。经过旋转扫描，所测得的深度信息较未经旋转扫描所测深度信息增加了33%。总结可得通过旋转扫描能够有效提高探测得到的目标空间分辨率。
2023, 52(11): 20230134.
doi: 10.3788/IRLA20230134
海水折射率测量在海洋学中发挥了重要作用，但对于海洋气候和海水流场监测领域，现有的折射率传感器无法满足应用场景的高精度与高采样率要求。有鉴于此，文中基于光外差干涉原理设计了海水折射率传感器，分析了该原理下的散粒噪声、相位解调噪声对传感器折射率测量的影响，研制了高精度海水折射率传感器样机，其采样频率为24 kHz，折射率变化量测量值的标准偏差为$1.584\;8\times $$ {10}^{-8}\;\mathrm{R}\mathrm{I}\mathrm{U}$，该技术促进了海水折射率测量在海洋气候及海洋洋流等领域的应用。
2023, 52(11): 20230151.
doi: 10.3788/IRLA20230151
光电跟踪系统在运行中受到摩擦力矩的影响导致在跟踪过程中产生抖动以及爬坡等现象，严重影响跟踪精度。为提升跟踪精度，结合Stribeck摩擦力矩提出一种最小二乘法与粒子群算法（PSO）结合辨识的方法，建立摩擦模型并使用扰动分离自抗扰（DSADRC）算法进行补偿。首先对转台系统进行建模，分析摩擦对系统的扰动；其次根据Stribeck摩擦模型的特点通过恒转速—力矩实验测得数据，使用最小二乘法与粒子群算法对力矩数据进行辨识，建立起Stribeck模型并将模型等效进系统中；最后使用扰动分离自抗扰控制算法对摩擦模型进行补偿。实验结果表明：最小二乘法与粒子群算法相结合辨识得到的摩擦模型与实测数据之间的平均误差为3.4%，扰动分离自抗扰在单边最大速度误差方面相较于PID控制与经典自抗扰控制分别下降了77.72%和58.78%，在摩擦力矩抑制方面与PID控制和经典自抗扰控制相比分别提升了73.59%和60.59%。
2023, 52(11): 20230119.
doi: 10.3788/IRLA20230119
测距精度是相位式激光测距系统的重要指标之一。为了提高测距精度，采用欠采样方法和全相位FFT(all-phase FFT, apFFT)算法设计了鉴相电路，使用卡尔曼(Kalman)滤波提高了测量数据的稳定性。根据欠采样谱分析鉴相原理，仿真分析了在不同采样频率和不同信号频率下的鉴相精度，对比了基于欠采样的FFT鉴相法和apFFT鉴相法在高斯白噪声、频率偏移等因素影响下的鉴相性能。仿真结果表明，欠采样不会影响鉴相精度，并且欠采样apFFT鉴相法的鉴相精度优于欠采样FFT鉴相法。进行了鉴相性能的实验验证，实验数据表明，当采样频率为100 MHz、信号调制频率为201 MHz时，apFFT鉴相精度为0.134°，卡尔曼滤波后鉴相精度优于0.023°，测距精度可达0.20 mm。因此，基于Kalman滤波的欠采样apFFT鉴相法具有精度高、抗干扰能力强等优点，在相位式激光测距系统中具有重要的应用价值。
2023, 52(11): 20230238.
doi: 10.3788/IRLA20230238
针对无人机载光电吊舱总体设计过程中高效便捷地分配各测量模块的误差，以便确定最优器材选型方案的需求，提出了一种基于单纯形策略的改进麻雀算法，从多目标优化角度对小微型无人机载光电吊舱观瞄角误差分配问题进行研究。首先根据小微型无人机载光电吊舱的特点建立坐标系，利用空间齐次坐标变换法推导目标定位及观瞄角测量模型；然后分析误差主要来源，建立观瞄角误差模型，基于蒙特卡洛模拟法进行误差分析；最后以观瞄角误差模型为基础，采用平均分配法、加权分配法以及改进麻雀算法进行误差分配，并对分配结果进行对比分析。仿真实验结果表明，载机偏航角误差和振动偏航角误差对观瞄角总误差影响最大，误差传递效率近似为100%，载机横滚角误差和振动横滚角误差对观瞄角总误差影响最小，误差传递效率仅约34%；改进麻雀算法的误差分配余量能够达到$ 1{0}^{-8} $量级，与传统误差分配方法相比显著提高了分配效率，验证了基于单纯形策略的改进麻雀算法解决小微型无人机载光电吊舱观瞄角误差分配问题的有效性。
2023, 52(11): 20230221.
doi: 10.3788/IRLA20230221
随着红外传感器技术的飞速发展，全天时星敏感器白昼观星效果明显提升，传统宽光学响应带宽设计引起的成像色差、信噪比下降，逐步成为限制其精度进一步提升的瓶颈之一。根据近红外波段大气窗口特性，选择合适波段作为全天时星敏感器光学响应波段可有效缓解此类问题。为此，首先建立了全天时星敏感器不同光学响应波段0等星信噪比模型，在此基础上，利用modtran软件仿真计算相关波段大气参数，结合不同波段恒星分布密度，分析了全天时星敏感器采用不同光学响应波段探测恒星数量、分布密度及定姿成功率，并利用白昼测星平台开展了验证试验。结果表明：同等硬件条件下H波段为全天时星敏感器最优光学响应波段，整体恒星探测能力约为R、I、J波段的17倍、10倍和2倍，定姿成功率也有明显优势。
2023, 52(11): 20230137.
doi: 10.3788/IRLA20230137
设计了一种新型多层次结构的光子晶体光纤，其纤芯区域由大、小两种椭圆空气孔包围而成，而所有空气孔是沿y轴堆叠排布且关于x轴对称的。利用有限元法对该光纤的二维模型进行数值分析，在施加0~40 MPa的横向压力的情况下将温度的研究范围扩大到−100~100 ℃，在低温高压力的情况下计算不同温度和压力下的双折射频移以研究其温度和压力传感特性。研究表明，该光子晶体光纤的压力灵敏度可以达到1.021 GHz/MPa，其温度灵敏度为0.554 3 MHz/℃，与目前最优的具有“三明治”结构的光子晶体光纤设计的灵敏度为692 MHz/MPa的横向压力传感系统相比提高了328 MHz/MPa，适用于海底、土木等恶劣环境的高精度监测。
2023, 52(11): 20230125.
doi: 10.3788/IRLA20230125
星地激光通信具有高带宽通信的潜力，但大气湍流会显著影响卫星对地和地对卫星这类通信系统的能力。星地通信系统的室外实验费用昂贵且难以重现，现有的数值仿真大都基于水平均匀路径，不适用于星地链路长距离且不均匀的湍流路径，为了评估湍流对通信系统的影响，因此开发适用于星地链路的数值仿真是非常重要的。在数值仿真中，模拟湍流的相位屏数量太多会增加系统的复杂度，通过计算传统的Kolmogorov谱下相位屏为2层、3层、6层、11层以及21层时观测面光场的互相干因子并将其与理论值比较，发现三层模型能够在保证传输准确性的同时降低系统的复杂度。在此基础上，提出了地星大气激光传输三层模型，分析了不同湍流谱模型下（Kolmogorov谱与Non-Kolmogorov谱）的高斯光束辐度轮廓变化以及接收光束相干性的变化。仿真结果表明，在相同的大气条件下，与Kolmogorov谱相比，谱指数随高度变化的Non-Kolmogorov谱对传输光束的幅度以及相干性的影响更大。
2023, 52(11): 20230229.
doi: 10.3788/IRLA20230229
环境氛围对再生光纤光栅的温度特性有直接影响，文中将不同的环境氛围引入高温再生光纤光栅的制作过程，分析了850 ℃高温退火温度下光栅中心波长随时间的演化规律，获取了种子光栅擦除与再生光栅的生长特点。以紫外激光刻写的光纤光栅作为种子光栅，光纤涂覆层为聚酰亚胺，对比分析空气和氮气作为环境氛围的再生光纤光栅的性能。两种再生光纤光栅的反射率相差不大，然而在350~750 ℃升降温循环下，氮气环境氛围下的再生光纤光栅具有较好的温度稳定性，在700 ℃时其测温精度可达±2.9 ℃。氮气环境氛围条件下制备的再生光纤光栅有助于提升其稳定性及测量精度，在高温测量领域具有潜在的应用前景。
2023, 52(11): 20230100.
doi: 10.3788/IRLA20230100
激光致声技术可以将空气中的激光信号转化为水下的水声信号，将两种最佳信道高效地结合起来，从而解决空中-水下跨界通信问题。为了提高激光致声跨界通信的保密性和光声转化效率，采用了数值计算方法对不同条件下，激光在海面三维散射特性和透射特性进行了研究。首先，为了提高仿真计算的准确性，建立了三维激光海面散射场的数学模型。其次，采用数值计算方法求解三维激光海面散射的表面积分方程，并根据入射光波的特点，对入射界面进行强、弱区划分，以提高计算效率。最后，通过室内模拟试验对仿真结果进行了验证。研究结果表明，入射角度对于汽化激光致声通信的保密性和效率有着重要的影响，为后续的系统设计和相关应用研究提供了有意义的参考。
2023, 52(11): 20230356.
doi: 10.3788/IRLA20230356
基于矢量衍射理论并采用严格耦合波方法建立了一种新型的自溯源光栅正弦结构及入射条件与衍射效率的理论模型；通过控制变量法分析了自溯源光栅结构参数、激光入射条件对衍射效率的影响规律；搭建了光栅衍射效率测量系统；结合光栅方程，计算了不同Littrow角对应的衍射效率。仿真结果表明：入射波为TM偏振态、入射波长为420 nm、入射角为80°时，自溯源光栅−1级衍射效率处于峰值状态，为4.3%；在Littrow结构中，入射波为TM偏振态、入射波长为415.51 nm、Littrow角为77.5°时，自溯源光栅−1级衍射效率达到最大，且接近非Littrow角对应的自溯源光栅的峰值衍射效率。实验结果表明：入射波为TM偏振态、入射波长为405 nm、入射角从65°~85°改变时，自溯源光栅的衍射效率呈上升到平稳再下降的趋势，67°~80°改变时，其衍射效率达到平稳最大值，其结果为0.6%左右，其衍射效率变化趋势与理论计算结果一致。
2023, 52(11): 20230104.
doi: 10.3788/IRLA20230104
面向甚高精度微型星敏感器在商业卫星以及中低轨资源勘探卫星的实际应用需求，开展了甚高精度微型星敏感器光学系统设计与验证研究。基于甚高精度微型星敏感器姿态测量精度要求，完成了光学系统技术指标论证工作，具体包括：根据材料透过率与折射率，给出了适用于轻小化镜头的工作波段；根据恒星像点的弥散特性，给出了适用于高精度质心提取的高斯半径；根据黑体辐射定律与探测器参数，给出了适用于提取6.5等星时所需通光口径；根据恒星色温与星等之间的关系，并结合蒙特卡洛方法，给出了最佳工作视场大小。基于光学系统指标论证方法，确定了光学系统设计参数，并依次实现了光路设计以及像质分析，结果表明：在−40~60 ℃工作温度区间内，其星点质心偏移不超过0.05 μm，且弥散斑尺寸变化量不大于1 μm。基于设计甚高精度微型星敏感器光学系统，开展了标定测试、外场观星以及耐辐射测试，结果表明：系统标定精度为0.6″，外场测量精度为1.5″(3σ)，外场测量下可探测极限星等为6.51等星，累计60 krad(Si)辐射下可探测极限星等为6.01等星，进一步验证了所设计光学系统的精度以及可靠性，可为甚高精度微型星敏感器的工程应用提供理论基础与技术支持。
2023, 52(11): 20230187.
doi: 10.3788/IRLA20230187
甚宽视场相机作为高分六号卫星的核心载荷，具备65.6°视场、862 km超大幅宽和8谱段成像能力。针对其自由曲面离轴四反光学系统的结构特点和任务需求，采用复合型多层隔热组件进行热隔离、高导热率石墨膜进行热疏导及分级热控等措施进行了热控设计，实现了光机结构的精密控温和高热耗/热流密度电子学设备的高效散热，并利用有限元分析软件UG12.0/Space thermal仿真分析了相机高、低温工况下的温度；通过对比热分析、热试验及卫星在轨遥测温度数据，验证了该热控方案的实际效果。在轨遥测数据显示：光机结构在轨温度水平为19.7~20.3 ℃，温度梯度最大不超过0.4 ℃，CMOS焦面组件每轨摄像12 min的情况下，温度波动在19~24 ℃，均满足热控指标要求，遥测数据与热分析及热试验结果偏差小于±0.5 ℃。表明该相机热设计正确可行，热分析及热试验过程合理可靠。
2023, 52(11): 20230257.
doi: 10.3788/IRLA20230257
应某星载高精密遥感相机的功能指标要求，镜头及焦面探测器工作在不同温度，且存在较大温差，以致焦面探测器窗口玻璃的冷辐射使镜头最后一片透镜的温度梯度、面型参数等发生较大变化，不能满足光学系统成像质量的要求。为消除焦面探测器窗口玻璃的冷辐射对光学系统的影响，提出了一种于焦面探测器窗口玻璃与镜头间增加一层阻隔光窗的设计，用于将焦面窗口玻璃的冷辐射进行阻隔屏蔽，从而使光学系统的成像质量达到要求。经过建模仿真对比，证明文中的设计形式能够消除焦面组件与镜头组件间的辐射热差，提升了相机的成像质量，验证了该设计的正确性与合理性，为星载高精密相机消除部组件间的辐射热差设计起到了一定的指导作用。
