2021年 第50卷 第8期
2021, 50(8): 20210456.
doi: 10.3788/IRLA20210456
近年来，可调谐中红外新波段超强超短激光的出现与迅速发展，开辟了强场物理领域中迄今仍很少探索过的参量空间，为开拓超强超短激光与物质相互作用的新物理、新效应及新应用提供了新机遇。文中总结了中红外超强超短激光近年来的发展趋势与研究方向。针对光参量放大、光参量啁啾脉冲放大、中红外脉冲后压缩以及中红外新型光场调控技术4个研究方向，较全面地分析各自的国内外研究现状，并对未来中红外超强超短激光的发展趋势进行了展望。
2021, 50(8): 20210396.
doi: 10.3788/IRLA20210396
近十年来，超强超短脉冲是激光光学发展的一个重要趋势。尤其是在中红外（MIR）波段，由于中红外波长具有更大的有质动力并且其光谱范围几乎包含了所有分子“指纹”共振峰，这使得中红外激光的研究在强场物理、中红外光谱学、材料加工以及生物医学研究等领域中至关重要。目前已经有许多比较成熟的激光技术可以对脉冲进行整形、放大，例如差频（DFG）、啁啾脉冲放大（CPA）、光学参量放大技术（OPA）以及光学参量啁啾脉冲放大（OPCPA）等。利用OPCPA技术具有的高放大增益、高信噪比、宽增益带宽的优点在高非线性系数的非线性晶体中进行脉冲放大已经成为当前获取超强超短中红外脉冲的主要手段之一。文中总结了利用OPCPA技术在2~20 μm波长范围内产生和放大MIR少周期脉冲的研究进展，并对其在强场物理、分子频谱探测以及生物医学方面的应用进行了简要的阐述。
2021, 50(8): 20210346.
doi: 10.3788/IRLA20210346
2 μm激光处于水的吸收峰，对人眼安全而且处于大气窗口波段，在空间通讯、遥感探测、环境监测、激光制导、红外对抗、外科手术等领域具有重要的应用价值。随着各类掺铥和铥钬共掺激光介质的不断丰富及锁模技术不断发展，2 μm波段超短脉冲全固态振荡器成为最近几年激光技术的研究热点之一。文中系统分析了2 μm波段激光基质材料和锁模技术，概括了近年来国内外2 μm 超短脉冲全固态掺铥振荡器的最新进展，并对代表性实验进行了分析介绍，最后对2 μm波段超短脉冲全固态掺铥振荡器的发展前景做出总结与展望。
2021, 50(8): 20210355.
doi: 10.3788/IRLA20210355
具有少周期量级脉冲宽度的高功率2 μm波段超快激光在非线性频率变换、激光光谱学以及医疗等领域有着重要且广泛的应用。利用高功率2 μm超快光源驱动孤子自压缩是产生高功率少周期2 μm激光的一种有效方法。文中利用自建的2 μm Ho:YAG锁模碟片振荡器作为种子源，在大模场光子晶体光纤中进行光谱展宽并实现孤子自压缩，最终获得了平均功率为10.2 W、脉冲宽度为3个光学周期的2 μm激光输出。实验采用FROG对输出脉冲的宽度和光谱进行测量，并与波长计测量的光谱以及理论模拟的结果进行了比较，验证了实验结果的准确性。
2021, 50(8): 20210352.
doi: 10.3788/IRLA20210352
2 μm波段的飞秒激光光源在高分辨分子光谱学、中红外光学频率梳产生和超宽光谱的中红外光源产生等方面都具有重要的应用价值。Cr: ZnS/ZnSe具有很宽的发射峰，使其成为该波段产生宽光谱短脉冲中红外飞秒激光的重要材料。全正色散锁模的飞秒激光由于更容易实现较短的脉冲宽度与较高的峰值功率而受到青睐。文中在Cr: ZnS上实现全正色散条件下的克尔透镜锁模运转。在5.1 W的泵浦功率下实现波长覆盖范围2.0~2.7 μm，平均功率660 mW，脉冲宽度37 fs的稳定锁模脉冲输出，这是首次在Cr: ZnS中实现全正色散锁模运转的固体激光器。Cr:ZnS 全正色散锁模的飞秒激光器在高分辨分子光谱学、宽光谱中红外光光源产生等方面具有广阔的应用前景。
2021, 50(8): 20210368.
doi: 10.3788/IRLA20210368
基于差频产生的中红外飞秒光源具有波长调谐范围宽（6~20 μm）、覆盖范围广（整个“指纹区”）和系统复杂程度低等优势，超快光纤激光器驱动的中红外飞秒光源只有差频部分采用了空间光路，进一步提高了系统的稳定性。文中介绍基于超快光纤激光器驱动的光学差频产生长波中红外飞秒脉冲的技术路线，阐述在差频过程中如何通过非线性光纤光学技术（包括超连续谱产生、孤子自频移和光谱滤波技术）产生合适的信号脉冲，并从理论上详细介绍差频过程中提高中红外脉冲功率的方法。
2021, 50(8): 20210350.
doi: 10.3788/IRLA20210350
自1994年首次利用克尔透镜锁模钛宝石激光器泵浦RTA光学参量振荡器实现中红外飞秒激光输出以来，在这20多年的时间内，随着高功率近红外泵浦源与各种优质非线性晶体的不断涌现，中红外飞秒光学参量振荡器在平均功率、脉冲宽度、调谐范围等方面都取得了长足的发展，为基础科学研究、生物医疗以及国防安全等领域提供了多样化的应用工具。文中将2~5 µm中红外飞秒光学参量振荡器分为波长可调谐输出型与宽光谱输出型两类，分别重点就这两类中红外飞秒光学参量振荡器的国内外研究进展进行综述，最后对进一步发展趋势进行了展望。高功率、高光束质量中红外飞秒光学参量振荡器和大能量中红外飞秒光学参量振荡器是其中两个重要的发展方向。
2021, 50(8): 20210341.
doi: 10.3788/IRLA20210341
超快双谐振光参量振荡器（DRO）在宽带中红外频率梳产生、中红外超短脉冲产生等领域有较大的应用前景。由于信号光与闲频光均在腔内振荡，DRO呈现出很多同单谐振光参量振荡器（SRO）所不同的工作特性。其中，在简并附近的腔长调谐特性是DRO中最具有代表性的特点。随着腔长的改变，DRO会在非简并、近似简并以及完全简并态之间切换状态。为具体分析腔长调谐对简并附近DRO工作状态的作用，文中基于数值仿真，对常用泵浦条件下，低色散飞秒泵浦DRO的腔长调谐特性进行了系统的研究与总结，并对相关特性的产生原因进行了理论分析。
2021, 50(8): 20210314.
doi: 10.3788/IRLA20210314
提出并实验探究了基于同步脉冲诱导的中红外差频产生技术，利用高速光电探测器将泵浦光脉冲转换为超短电信号，使其驱动宽带的幅度调制器，作用于可调谐连续激光器上，从而实现双色脉冲的稳定时域同步。利用了同步脉冲诱导的非线性差频过程，有效降低了光参量下转换的泵浦阈值，能够获得瓦量级的中红外超短脉冲输出，最大泵浦光转换效率达60%，且中心波长在3000~3175 nm范围内可调谐。得益于全保偏光纤架构，平均功率的不稳定度(STD/MEAN)在1 h内低至0.07%，展现了优异的长期稳定性。此外，该方案利用光-电-光高速调制实现高精度脉冲同步，免除了复杂的反馈电路，具有结构简单、即插即用、鲁棒性强的特点，为拓展中红外光源在野外的应用奠定了基础。
2021, 50(8): 20210436.
doi: 10.3788/IRLA20210436
稀土离子Tm3+/ Ho3+ 掺杂中红外2 μm波段超快激光由于广泛的应用前景成为近十余年来激光领域的研究热点之一。文中首先综述了稀土离子Tm3+/Ho3+掺杂固体/光纤2 μm波段超快激光锁模技术进展，包括主动锁模技术以及饱和吸收、克尔透镜、非线性偏振旋转、非线性光环形镜、非线性多模干涉等被动锁模技术；其次，结合激光增益介质及色散管理技术回顾了Tm3+/ Ho3+掺杂固体和光纤锁模激光脉冲宽度压缩进展；再次，总结了Tm3+/ Ho3+大能量/高功率超快激光技术及进展；最后，对2 μm波段超快激光发展趋势进行了总结和展望。
2021, 50(8): 20210336.
doi: 10.3788/IRLA20210336
3 μm波段激光是高精度外科手术的理想光源，也可作为长波中红外光参量振荡器的有效泵浦源。LD直接泵浦Er3+掺杂晶体是获得2.7~3 μm波段中红外激光的有效技术途径，具有成本低、结构紧凑简单等优点。由于Er3+ 2.8 μm激光下能级阻塞问题，一般需要高浓度掺杂，但高浓度掺杂易引起强烈的光吸收，增强了激光晶体的热效应，从而阻碍了激光功率的提升。低声子能量的氟化钙晶体特有的萤石型结构使得三价稀土离子极易形成“团簇”，将低浓度Er3+掺杂到氟化钙晶体中即可获得高效率的中红外激光增益介质。笔者课题组使用温度梯度法成功生长了低浓度掺杂1.3at.%Er3+: CaF2激光晶体，利用LD直接泵浦获得了2.2 W的中红外激光输出，这是目前利用LD端面泵浦同类晶体中的最高中红外激光输出功率。同时，文中还对上转换泵浦方式下该晶体的2.8 μm激光特性进行了研究。实验结果表明，低浓度掺杂的1.3at.%Er3+: CaF2晶体是一类具有产业化前景的中红外激光材料，有望推动长波中红外激光器向着结构紧凑、成本低的方向发展。
2021, 50(8): 20210349.
doi: 10.3788/IRLA20210349
报道了一种采用氧化石墨烯作为可饱和吸收体的二极管泵浦的被动调Q和调Q锁模运转的Tm, Ho: LLF激光器。采用透过率分别为3%、5%和9%的输出镜，首先研究了Tm, Ho: LLF激光器的连续运转特性。实验和模拟结果均表明采用透过率为9%的输出镜输出特性最好，当最大泵浦功率为20 W时，连续光输出功率高至1793 mW。接着以氧化石墨烯为饱和吸收体，采用透过率为9%的输出镜研究了Tm, Ho: LLF激光器的调Q和调Q锁模特性。实验表明：当790 nm LD泵浦功率小于7.26 W时，激光处于单纯调Q运转状态；当大于7.26 W时，激光器进入稳定的调Q锁模状态，当最大泵浦功率为20 W时，最大输出功率为1052 mW，锁模重复频率为53.19 MHz，对应的平均单脉冲能量为19.77 nJ，该单脉冲能量是目前2 μm锁模激光器的最高指标，同时证实了氧化石墨烯材料在大能量高功率激光锁模中是发展潜力优良的二维锁模材料。
2021, 50(8): 20200471.
doi: 10.3788/IRLA20200471
A hybrid PSO-AMLS-based method for data fitting in the calibration of the infrared radiometer was described. The proposed method was based on Particle Swarm Optimization (PSO) in combination with Adaptive Moving Least Squares (AMLS). The optimization technique involved parameters setting in the AMLS fitting, which significantly influenced the fitting accuracy. However, its use in the calibration of the infrared radiometer has not been yet widely explored. Bearing this in mind, the PSO-AMLS-based method, which was based on the local approximation scheme, was successfully used here to get the relationship between the radiation of the standard source and the output voltage of the infrared radiometer. The main advantages of this method were the flexible adjustment mechanism in data processing and the ability in reducing the adverse effect resulting from the non-uniform distribution of fitting data. Numerical examples and experiments are performed to verify the superior performance of the PSO-AMLS-based method compared to the conventional data fitting method.
2021, 50(8): 20200510.
doi: 10.3788/IRLA20200510
针对红外图像相比于RGB图像纹理较少的特性，提出一种使用Lp归一化权重的红外目标检测网络压缩方法，旨在改进基于卷积神经网络的目标检测方法对红外图像场景的适应性，在压缩网络规模的同时提升其泛化能力。首先阐述了Lp归一化权重的稀疏性可以通过调节p进行精确控制这一现象。基于该现象，提出了一种目标检测网络稀疏化训练方法。该方法分别使用Lp球面梯度下降与经典梯度下降训练主干网络和检测器，以平衡网络规模与拟合精度。仿真红外数据集测试结果表明，其在网络规模和目标检测精度方面均优于稠密模型：在网络规模上，稀疏化方法将Faster R-CNN、(Single Shot multibox Detector，SSD)与YOLOv3的有效参数分别减少了52%、78%和66%；在检测精度上，稀疏化方法将Faster R-CNN、SSD和YOLOv3的(mean Average Precision, mAP)分别提高了0.1%、0.3%和0.2%，验证了所提出方法的有效性。
2021, 50(8): 20200418.
doi: 10.3788/IRLA20200418
Single frame infrared (IR) small dim target detection with high detection rate, low false alarm rate and high detection speed is a difficult task, since the targets are usually very small and dim, and different types of interferences exist, such as high brightness backgrounds, complex background edges and Pixel-sized Noises with High Brightness (PNHB). The single frame detecting algorithms based on HVS can usually achieve a better performance than traditional algorithms. However, for an algorithm based on HVS, how to define the formula for local contrast is one of the key issues, which directly determines the performance of the algorithm.By now, researchers have not reached a consensus on how to define the local contrast, and many local contrast definitions have been proposed. Existing algorithms, such as the ratio form local contrast methods and the difference form local contrast methods, cannot effectively enhance real targets and suppress all the interferences simultaneously, they just simply take the local surrounding areas as background without taking into account the diversity of the local surrounding background itself and the local diversity information which can be used to further suppress the complex backgrounds is wasted. A Multi-scale Ratio-Difference joint Local Contrast Measure (MRDLCM) was proposed. It could combine the advantages of the ratio form methods and the difference form methods, so it could suppress all the types of interferences while enhancing different sizes of real targets, and did not need any preprocessing algorithms. Besides, a weighted function utilizing the Reversed Local Diversity (RLD) was proposed, it utilized the local diversity of the local surrounding areas to suppress the complex backgrounds further. Experimental results show the effectiveness and the robustness of the proposed MRDLCM_RLD algorithm against existing algorithms in detection rate and false alarm rate. Besides, the proposed algorithm has the potential of parallel processing, which is very useful for improving the detection speed.
2021, 50(8): 20200371.
doi: 10.3788/IRLA20200371
衍射光学系统具有大口径轻量化的优点，但其光谱范围较窄，能利用的红外信号能量较小，通常认为采用后会使红外相机的探测信噪比降低。基于衍射光学系统，分析了对地观测红外相机的目标探测性能，结合一个非制冷红外相机信噪比计算示例，明确了在地物背景和目标光谱特性不同的条件下，基于衍射光学系统的红外相机仍可能具有良好的目标探测性能。同时将红外相机等效噪声功率与激光和电子学系统进行对比，提出了红外探测系统的性能还可能进一步提高的观点，给出了一种引入激光本振结合电子学滤波细分红外光谱降低等效噪声功率的方法。
2021, 50(8): 20200517.
doi: 10.3788/IRLA20200517
为了在空间限制严格的条件下，实现远距离、双波段、摆扫成像要求，采用双波段折反缩束镜、双快反镜及紧凑的单波段透镜后组，并通过优化设计，建立了一种紧凑型双波段摆扫成像光学系统。其中，双波段折反缩束镜由RC系统、CAF2分色棱镜、及单波段透镜组组成，分别在0.6~0.9 μm及3.6~4.9 μm波段取得接近衍射极限的像质，且摆扫成像像移均控制在半个像元以内。该双波段系统中，主次镜间无透镜，可见光系统焦距为1752 mm，光学系统三维尺寸为380 mm (轴向)×Φ360，远摄比达到0.22，线遮拦比为0.34。在无遮光罩的前提下，仿真分析表明，入射角大于30°时，红外PST均小于1×10−4。且该系统加工及装调工艺成熟可控，成本较低。
2021, 50(8): 20210006.
doi: 10.3788/IRLA20210006
面源红外诱饵作为一种主动干扰型的红外对抗装备，与传统的红外诱饵弹相比，在运动特性和干扰效能等方面有显著的优越性。综合考虑到试验的成本和干扰效能评估的效率，文中提出了一种基于空战对抗仿真算例的效能评估思路：首先，建立了导弹运动模型、介绍了跟踪优化算法和抗干扰识别算法；其次，重点分析了飞机蒙皮红外辐射特性的求解过程；然后，分析了诱饵箔片的运动扩散模型以及燃烧优化算法；最后，改变面源诱饵的参数，如发射角度、发射高度以及发射速度，进行干扰成功率的仿真计算。将仿真结果与实测数据进行比对，验证了效能评估思路的可行性，基本满足干扰效能评估的要求。
2021, 50(8): 20200396.
doi: 10.3788/IRLA20200396
高分七号卫星（GaoFen-7, GF-7）搭载了我国首台正式用于对地观测的星载激光测高仪，其测高精度备受国内外关注。文中系统性介绍了基于地形匹配、单片足印影像以及地面探测器阵列的3种检校方法，并利用同一地区GF-7星载激光数据，分别进行不同检校试验与验证，对比和分析3种不同检校试验后GF-7星载激光测高仪的高程测量精度。结果表明，基于地面探测器阵列的检校方法精度最高。以高精度机载LiDAR点云作为地面验证数据，GF-7星载激光测高仪经检校后波束1精度达到0.177 m，波束2为0.157 m；受限于检校所用的参考数据精度不足，其他2种检校方法精度相对较低，测高精度达到0.8 m。
2021, 50(8): 20200408.
doi: 10.3788/IRLA20200408
数据处理技术的发展与进步是实现毫米级卫星激光测距（Satellite Laser Ranging，SLR）的重要保障。文中简要回顾了SLR技术的发展历程，阐述了数据处理技术在SLR的实际应用，着重介绍了国内外典型的数据处理算法及其发展脉络。同时，针对大地测量产品的应用需求，分析了目前SLR数据处理算法的适用性、稳定性及存在的问题。最后，针对激光测距的未来发展态势，提出了新一代SLR数据处理方法面临的挑战及可能的解决方案，并对其发展趋势做出展望。
2021, 50(8): 20200429.
doi: 10.3788/IRLA20200429
通过分析误差传递规律，仿真分析了多波束激光反演三轴真空速、攻角及侧滑角的精度变化规律，并对反演精度变化规律进行了实验验证，实验与仿真结果吻合得较好。结果表明：三轴真空速反演精度随测量激光数目的增加而提高；x、y轴与z轴真空速精度随仰角变化具有不同的趋势，为保证三轴真空速反演精度小于2倍的测量精度，仰角取值范围应在20°~70°；角度反演精度与真空速、侧滑角的取值相关，与攻角取值无关，并随着真空速增大而提高；给定反演精度下，侧滑角的取值范围随着空速的增大而增大。文中的分析结论有助于光学大气数据测量系统的优化设计。
2021, 50(8): 20200390.
doi: 10.3788/IRLA20200390
利用纳秒脉冲激光器对典型金属材料在毫米级烧蚀光斑尺寸下的冲量耦合特性进行了实验研究。基于典型扭摆测量系统测量激光烧蚀产生的冲量特性，采用局部最小二乘法平移拟合的方法，对扭摆振动产生的微小位移实验数据进行了预处理，避免了噪声对冲量测量的干扰。设计了一种毫米量级烧蚀光斑尺寸测量方法。在此基础上，实验获得了毫米量级光斑辐照金属靶材Al 5A06、TC4、30CrMnSiA的冲量，研究结果表明，在相同能量密度的情况下，钛合金TC4对应的冲量最大，TC4获得的最大冲量耦合系数大于Al 5A06和30CrMnSiA，其对应的最优能量密度却是三种材料中最小的。为了分析烧蚀羽流对冲量耦合特性的影响，估算了不同能量密度对应的羽流透射率，计算结果表明，当羽流透射率低于0.3时，大量的入射激光能量被羽流吸收，导致冲量耦合系数的下降。
2021, 50(8): 20200391.
doi: 10.3788/IRLA20200391
机载激光武器系统是一种定向能武器系统，对跟踪精度要求较高，传统PID控制无法满足其高精度跟踪需求。建立了预瞄模型、探测器模型、快速反射镜模型、时滞模型等数学模型，搭建完整的仿真系统，并创新性地采用自抗扰控制算法和复合轴控制结构相结合的控制方式，以提高控制精度。通过功能验证试验验证文中搭建的仿真系统，加入实际采集的某运输机扰动，其跟踪精度为5.16 μrad，相较于传统PID控制，跟踪精度提高25倍。同时给出一种虚拟战场场景，经文中搭建的仿真模型验证，其俯仰轴和偏航轴的跟踪精度均小于10 μrad。
2021, 50(8): 20200432.
doi: 10.3788/IRLA20200432
针对航空相机焦面检测的问题，提出了一种基于异相差分滤波器的航空相机焦面检测方法。首先对空间滤波效应自动检焦原理进行介绍；其次使用异相差分检波算法设计异相差分滤波器消除空间滤波信号中的基频成分，增大信号信噪比与振幅，提高检焦精度，并对异相差分滤波器输出信号的频谱进行分析；最后设计成像实验，在5~53.2 mm/s之间根据典型速高比设置导轨移速，进行25次像面检测并选用传统图像检焦算子与差分滤波法的检焦效果进行比较。结果表明：差分滤波检焦法的场景适应性强、灵敏度高，且检焦系统最大误差为45.18 μm，小于光学系统的允许误差76.8 μm，满足工程需求。
2021, 50(8): 20200493.
doi: 10.3788/IRLA20200493
为了提高空间离轴相机反射镜组件的设计效率，以某长条反射镜组件为例，提出了一种参数优化设计方法，以反射镜及柔节为研究重点，详细阐述其结构参数优化设计过程。对优化后的反射镜组件进行仿真分析，该组件在1 g轴向重力工况下，镜面面形RMS值为1.60 nm≤λ/50(λ=632.8 nm）；在5 ℃均匀温升载荷作用下，镜面面形RMS值为6.70 nm≤λ/50；质量为2.58 kg，基频为274 Hz，数据均满足设计要求。表明对反射镜组件结构进行参数优化可较好地满足指标，并由计算机进行结构参数优化迭代，显著提高了设计效率。
2021, 50(8): 20210025.
doi: 10.3788/IRLA20210025
主三反射镜支撑结构是离轴三反生物成像系统研制过程中的关键技术难点之一，为了减少工作环境下主三镜面形变化，满足支撑系统稳定性要求，利用有限元方法对主三镜组件进行了优化设计。首先，根据光学系统设计要求确定了反射镜及其支撑结构的材料和支撑方式。接着，优化布局了反射镜底部3点和侧面6点支撑位置，设计了轻量化镜室结构。根据优化数学模型设计了圆弧悬臂梁式柔性铰链结构，分析了在重力工况下和温度载荷工况下各参数对镜面面形精度的影响。然后，对反射镜支撑组件进行了静力学和热力学仿真分析，分析结果为重力工况下镜面均方根值RMS为1.529 nm，温度变化4 ℃时镜面均方根值RMS为2.426 nm。最后，采用Zygo干涉仪对支撑作用下的主三反射镜和系统波像差进行检测，实测反射镜镜面RMS值为0.025 λ，系统波像差RMS值为0.102 λ (λ=632.8 nm)，基本满足了生物成像系统技术指标（主三镜镜面RMS≤λ/40，系统波像差RMS≤λ/10）要求。
2021, 50(8): 20210053.
doi: 10.3788/IRLA20210053
星模拟器是为模拟真实的恒星物理特性而设计的，由于不同恒星的色温和星等不同，为了更真实地模拟恒星，需要星光光源模拟系统能够实现色温和星等大范围高精度可调。该系统由积分球、光源模块、控制模块以及光纤光谱仪构成闭环光源模拟系统。为保证出射光的均匀度，采用了溴钨灯和多种单色LED混光作为光源，用恒流驱动方式控制LED的输出亮度。引入量子行为粒子群算法作为光谱匹配算法，求解LED系数ai。随着迭代次数的增加，适应度函数的值达到最小，则色温和星等的模拟误差变小。经实验验证：实现了色温3 000、4 300、5 500、6 500、7 600、20 000 K的模拟，色温匹配误差优于±10%；模拟星等+2~+8.5 Mi可调，星等匹配误差优于±6%。
2021, 50(8): 20210042.
doi: 10.3788/IRLA20210042
为使观瞄系统以简单、紧凑结构实现探测、识别目标功能，选用光学补偿法设计紧凑型双视场可见光镜头。首先，根据视场、作用距离指标完成相机选型和焦距计算，依据已选相机像元尺寸和最低照度计算F数，并分析双视场光学系统的特点；其次，对比常规的光阑位置固定方案与光阑位置切换方案，得出后者在实现光学总长、最大通光孔径、变焦行程有效压缩的同时，可以实现更大的相对孔径和更好的像质；最终，选用光阑位置切换方案设计了由11片透镜构成，光学总长为150 mm，最大通光孔径为Φ42 mm，变焦行程为35.97 mm的紧凑型双视场可见光镜头。该镜头短焦焦距为32 mm，F数为2.3，满足水平视场角不小于12°、探测距离不小于5 km的要求；长焦焦距为126 mm，F数为3，满足水平视场角不小于3°、畸变小于0.5%、识别距离不小于5 km的要求。设计结果表明，对于焦距32 mm和焦距126 mm，全视场调制传递函数（MTF ）均大于0.45，全视场点列图的均方根 （RMS）直径小于或接近4 μm，整体像质良好。公差分析结果表明，在135 cycles/mm处，全视场MTF大于0.3的概率达到90%以上。
2021, 50(8): 20200363.
doi: 10.3788/IRLA20200363
自适应光学系统中，波前传感器的准确性和鲁棒性极大地影响像差探测能力和闭环校正效果。在波前振幅分布不均匀或信标光能量不足的情况下，哈特曼波前传感器由于存在子孔径缺光现象会导致传感精度下降，而基于远场光斑反演波前相位的无波前传感自适应系统实时性难以满足实用需求。基于深度学习复原波前的方法是通过输入远场光强图像直接求取像差，可以作为自适应光学系统的有效补充。文中通过数值模拟，证明了深度残差神经网络能够通过远场光斑直接预测波前相位的Zernike系数。实验验证了输入与重构波前相位之间校正后残差RMS为0.08λ，GPU加速后的平均计算耗时小于2 ms。该方法能较准确地预测入射波前畸变的Zernike系数，具有一定像差校正能力，适合在传统自适应光学技术中，用于测量并校正波前畸变的主要成分，或为优化式自适应光学提供良好的初始波前估计。
2021, 50(8): 20210263.
doi: 10.3788/IRLA20210263
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。
2021, 50(8): 20210121.
doi: 10.3788/IRLA20210121
光纤网络通信中异常信息的快速、准确识别是保证通信稳定的关键，随着光纤网络通信数据的激增，也成为了近年来的一个研究热点。文中结合异常信息识别算法的精度与收敛速度之间的制约机理，提出了基于贝叶斯分区数据挖掘的异常信息识别算法。首先，采用贝叶斯定量完成数据样本的特征分类，通过极大化分析修正先验概率；然后，依据异常信息的不同类型设置挖掘特征参数及概率化系数；最后，依据贝叶斯分区分别对样本数据进行具有针对性的数据挖掘。实验以光纤局域网的通信状态数据为样本，将该算法与人工神经网络算法和遗传算法的识别结果进行对比，计算了三种算法的识别正确率、收敛速度以及算法稳定性。该算法的识别正确率均值为93.83%，在数据量增大时未发生明显的降低。收敛速度与遗传算法相近，均值为3.25 s。漏检率和误检率均值分别为0.10%和0.54%。结果表明：该算法识别正确率与收敛速度均得到了提高，稳定性好，并能够在漏检率与误检率之间通过参数控制进行微调，具有较好的应用价值。
2021, 50(8): 20200382.
doi: 10.3788/IRLA20200382
水下无线光通信具有的高带宽、低时延等特点，已成为水下通信的可行选择。系统发送端光源由6只绿光发光二极管(LED)构成阵列，接收端由3只光电倍增管(PMT)构成阵列，形成了6×3的多输入多输出(MIMO)传输方式。在室内10 m水槽水下信道下，实现了1 Mbps的信息传输速率。通过MATLAB软件对接收平面光功率分布仿真，最大值为−35.8 dBm。此外，测试了PMT阳极输出电压波形，并推导出阴极电流波形。理论计算得出信噪比为19.4 dB，理论误码率约为1.1×10−5。所选PMT模块理论上最小接收功率可低至1.5×10−9 W，体现出极高的探测灵敏度。最后，通过蒙特卡洛(Monte Carlo)数字仿真说明，在信噪比25 dB可达到约35 bit·s-1·Hz-1的信道容量。
2021, 50(8): 20200400.
doi: 10.3788/IRLA20200400
通过实验研究了大气湍流信道下中轨道角动量（OAM）光束与高斯光束的传输性能，并将两种光束的传输性能进行对比。实验以加载调制信号的OAM光束以及高斯光束为传输载波，分别测量了在大气湍流信道下两种光束的光束展宽、指向偏差、功率抖动以及误码率。实验结果表明：在大气湍流信道中传输后，OAM光束相比高斯光束，光束展宽减少10.5%，功率抖动的方差下降0.13，指向偏差的散布圆直径减小30.4%，并且光束中心更集中于接收面中心；OAM光束载波系统的最低探测灵敏度达到−28.97 dBm，相比高斯光束提升2.5 dB。实验结果证明了在大气湍流信道传输中，OAM光束比高斯光束受到湍流的影响更小，并且随着湍流强度的增加，OAM光束恶化程度远小于高斯光束。实验的结论为大气湍流信道下自由空间激光通信的发展和应用提供了参考。
2021, 50(8): 20210357.
doi: 10.3788/IRLA20210357
2021, 50(8): 20210509.
doi: 10.3788/IRLA20210509
数字剪切散斑干涉技术已被广泛应用于复合材料无损检测，但常规检测面积有限，难以完成大尺寸复合材料的缺陷检测。提出了一种投影辅助数字剪切散斑干涉大尺寸复合材料扫描检测方法，该方法基于数字剪切散斑干涉技术并利用辅助投影引入额外表面特征，通过分视场间投影图的单应性矩阵计算分视场间实物图和散斑干涉图的全局匹配和坐标统一，完成了投影图-实物图-干涉图的多视场扫描与匹配拼接，同时在单视场检测引入4f光路及超广角镜头扩大单次检测面积。实验结果表明：此扫描检测系统能够实现缺陷位置、尺寸较精确的测量，位置定位均方根误差为7.0 mm，尺寸测量误差的均方根值为4.9 mm。在1.2 m的工作距离下单次检测面积可达600 mm×500 mm，全局扫描检测面积高达3.5 m×4.0 m。此方法具备抗刚体位移干扰强，缺陷检测灵敏度高的优点，适合大尺寸高性能复合材料无损检测现场使用。
2021, 50(8): 20210044.
doi: 10.3788/IRLA20210044
基于Sagnac效应的谐振式微光学陀螺(Resonant Micro-Optical Gyros, RMOG)在集成化、小型化和灵敏度等方面具有巨大潜力，在微纳卫星姿态控制、机器人控制、医学诊断和检测仪器等领域中具有广阔的应用前景，成为近年来研究的热点。谐振微腔作为谐振式微光学陀螺的核心敏感元件，其光学特性与陀螺系统的性能息息相关，谐振腔的研究进展已经严重制约到谐振式微光学陀螺的发展，目前可以通过集成光学技术、微纳光学加工技术和新型材料的应用来减小谐振腔的重量和尺寸，降低成本和功耗，增加系统的可靠性和性能指标。结合期刊会议和相关研究机构披露的信息，简要介绍了谐振式微光学陀螺的发展现状、基本原理以及谐振微腔的特征参量，列举了近期国内外谐振微腔的各种新型结构设计并分析了不同结构的特点与潜力，此外还综述了近期国内外制作谐振微腔的新型材料并总结了不同材料的光学特性，初步探讨了谐振式微光学陀螺敏感单元谐振微腔的后续发展方向和技术发展途径。
2021, 50(8): 20210279.
doi: 10.3788/IRLA20210279
太赫兹波因其指纹谱识别和无损探测等特性可被应用于物质的快速定性与定量识别。现阶段太赫兹技术方法对物质含量检测的下限在毫克量级，然而实际生物医学样本中待测物的浓度通常在微克量级甚至以下，现有方法限制了其检测灵敏度和可行性。研究中以脑胶质瘤里的特异性物质肌醇(MI)和γ-氨基丁酸(GABA)为例，基于电容电感效应，设计了一款增强太赫兹检测灵敏度的超材料芯片。然后通过测试MI和GABA在不同浓度下的太赫兹光谱，证明其各自随着浓度的变化，芯片谐振峰频移呈现不同的规律，从而进行有效的定性识别，且对于MI和GABA的已知样品，可以根据频移规律实现定量分析。根据实验数据计算可得，所设计的芯片对这两种样品含量检测下限分别为3.457 µg和2.552 µg，与传统压片法的检测极限相比提高了三个数量级。这些结果对后期生物医学中定性和定量检测疾病的微量特异性物质具有重要参考价值。
2021, 50(8): 20210246.
doi: 10.3788/IRLA20210246
近年来，在超表面中实现对电磁诱导透明的主动式调控引起了越来越多的研究兴趣。采用石墨烯-金属复合结构，设计并研制了一种新颖的调制策略，通过同时施加光泵和偏置电压改变石墨烯的电导率，在太赫兹波段实现了一种主动式电磁诱导透明超表面，其在透射窗口频率处的振幅调制深度可达73%。模拟和理论分析表明，其内在物理机理在于石墨烯对金属谐振结构的短接作用，石墨烯的电导率越大，短接效果越明显，谐振强度也越弱。该石墨烯-金属复合超表面为设计紧凑的主动式太赫兹光开关器件提供了一种实现途径，在太赫兹通信中具有潜在的应用前景。
2021, 50(8): 20210138.
doi: 10.3788/IRLA20210138
提出组合多决策准则的稀疏表示分类（Sparse Representation-based Classification，SRC）并在合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）目标识别中进行应用。传统SRC通常在全局字典上对测试样本进行重构，分别计算不同训练类别对于测试样本的重构误差，最终根据最小重构误差的原则进行分类决策。然而，由于SAR目标识别问题的复杂性，单一决策准则往往对扩展操作条件的适应性不强，导致整体性能下降。为此，文中基于稀疏表示求解的系数矢量，分别采用最小重构误差原则、最大系数能量原则以及局部最小重构误差原则分别进行分类。最小重构误差准则直接采用传统算法。最大系数能量准则分别计算不同训练类别系数能量，按照能量最大的原则进行判决。局部最小重构误差原则在局部字典上对测试样本进行表征和分析，充分体现SAR图像的视角敏感性。对于三个准则获取的决策变量，通过适当转换统一采用概率分布形式进行表达。最终，基于线性加权融合对三个准则的结果进行分析，判决测试样本所属目标类别。基于MSTAR数据集对方法进行测试，分别验证了提出方法在标准操作条件、俯仰角差异、噪声干扰及目标遮挡等情形的性能。实验结果表明：所提方法通过结合多决策准则能够有效提升SAR目标识别性能。
2021, 50(8): 20200407.
doi: 10.3788/IRLA20200407
基于可变形模型的目标跟踪算法因其能够处理目标部分遮挡及形变问题成为目标跟踪领域的研究热点。当目标发生形变或部分遮挡时，可变形模型跟踪器可利用未被遮挡的子块继续完成跟踪。现有基于子块的目标跟踪算法均为手动选取子块的个数和尺寸，但在实际应用中，很难为子块的选取提供人机交互的机会，且手动选取子块易受主观因素影响。针对上述情况，提出了一种采用多特征融合的子块自动提取方法，该方法首先采用基于人眼视觉注意机制对目标模板的显著性区域进行度量；其次，利用边缘方向离散度对目标的纹理丰富度进行度量；然后，融合上述特征获得联合适配性置信度，并根据目标的面积和宽高比自适应确定子块的个数和尺寸；最后，根据联合适配性置信度提取目标子块。实验结果表明，与现有手动选取子块的可变形模型目标跟踪方法相比，采用所提方法自动提取的子块可获得更高的跟踪精度。
