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张桂鸣, 朱军锋, 张亭, 杜志强, 吴斌, 杨延召, 蔡高航
2025,46(8):7-12
Abstract:
光电导天线(Photoconductive Antenna, PCA)是目前太赫兹时域光谱系统中使用最多的太赫兹辐射源之一。根据PCA产生太赫兹信号的原理，利用基于InGaAs/InAlAs超晶格材料的PCA芯片，开展1560 nm激光激发的光纤耦合式太赫兹辐射源模块的设计与仿真。通过集成化的光路与结构设计，获得了小型化光纤耦合式太赫兹辐射源。在平均功率为25 mW、脉宽为100 fs、中心波长为1560 nm的飞秒脉冲激光激发下，太赫兹辐射源单条波形采样中得到的太赫兹信号光谱范围达到0.1~2.9 THz，同时动态范围达到57 dB。另外，通过实验探究了太赫兹辐射源输出信号幅值与偏置电压及激励光功率之间的关系。
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2025,46(8):13-21
Abstract:
超短太赫兹脉冲耦合隧道扫描显微技术具有超强的时空分辨成像能力，在材料表面成像、性能诊断和检测等方面有很好的应用。基于Simmons模型分析了太赫兹隧道扫描显微技术的工作原理和影响隧穿电流的因素。结合数值计算详细研究了太赫兹脉冲参数和样品功函数对势垒和隧穿电流的影响。结果表明，隧穿电流是太赫兹脉冲相位的周期性函数；太赫兹电场与直流偏置电场诱导产生的隧穿电流存在临界值，该临界值由材料功函数决定，耦合电场大于该值后隧穿电流是太赫兹电场的线性函数；若太赫兹脉冲脉宽增加，则隧穿电流整流电子数目呈振荡式下降并趋于稳定。研究结果对于深入理解太赫兹隧道扫描显微技术的微观物理机制、指导相关实验具有较好的参考价值。
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2025,46(8):22-29
Abstract:
为了更好地表征物体表面辐射偏振特性，以P-G模型为基础，针对物体表面微面元分布情况，建立了一种基于柯西分布的二分量偏振双向反射分布函数(Polarization Bidirectional Reflection Distribution Function, PBRDF)模型。基于红外偏振辐射传输特性，采用黑体辐射定律推导出红外辐射线偏振度模型，并通过设计红外偏振成像实验对该模型进行检验。将实测数据与数值计算结果进行对比,分析引入柯西分布后的红外线偏振度模型相较于高斯分布对精度的影响。结果表明，采用柯西分布表征的微面元模型在描述物体表面的红外线偏振度时具有更好的适用性。研究结果为双向反射分布函数(Bidirectional Reflection Distribution Function, BRDF)模型精度的进一步优化提供了理论支撑与技术支持。
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2025,46(8):30-37
Abstract:
红外热像仪作为非接触式测温工具在热冲压工艺中具有显著优势，但其测量精度易受表面发射率、观测角度以及目标温度等多种因素的影响。提出了一种基于动态发射率补偿的测温优化方法。采用投影测量技术精准获取复杂曲面零件的空间角度参数，然后通过实验量化分析观测角度和温度值对测温偏差的作用规律；采用机器学习算法构建发射率与多维变量之间的非线性映射模型，实现了动态发射率参数的智能补偿。实验结果表明，经补偿后测温系统误差可稳定控制在±1.5 ℃范围内，精度比固定发射率模式提升60%，为高精度红外测温在智能制造场景中的应用提供了有效解决方案。
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2025,46(8):38-48
Abstract:
实现复杂形状隧道轮廓变化分界点的精准定位与各分段轮廓提取，可为隧道形变监测、点云正射影像图生成以及既有隧道模型重建提供有力的支持。基于通过移动激光扫描采集的高精度隧道点云数据，先对原始断面点云进行提取与预处理，再凭借轮廓特征点邻域密度特征识别轮廓变化，最后结合里程定位法和边界提取算法，完成隧道分段及其轮廓提取。使用某地铁隧道与公路隧道实测数据开展实验，验证了该方法的可行性。与现有研究相比，本文方法摆脱了对隧道中轴线的高度依赖，能自主精准识别轮廓变化，有效提升了处理效率，为复杂形状隧道分段与轮廓提取的相关工程应用提供了高效创新的解决方案，对高性能激光扫描技术的应用优化具有一定的参考价值。
2025年第46卷第8期
论文
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基于卫星红外资料的PM2.5信号识别与可解释反演
Abstract:
直径小于2.5微米的地面细颗粒物（particulate matter，简称PM）（PM2.5）对人类健康和经济产生了负面影响。大多数方法都是从卫星反演的气溶胶光学厚度间接产品或白天大气顶部反射率中获取PM2.5。文中目的是直接使用风云四号B星多通道扫描成像辐射计（Advanced Geosynchronous Radiation Imager，简称AGRI）红外资料和人工智能模型近实时全时段（包括白天和夜晚）反演江淮地区4公里和15分钟时空分辨率的PM2.5。文中首先分季节探讨了AGRI亮温对不同量级PM2.5的信号响应；其次，分季节基于随机森林方法开展了AGRI亮温反演PM2.5研究。试验结果得到四季节反演的PM2.5相关系数均超过0.87；最后，基于SHapley加性预测实现了模型可解释，得到地理信息对PM2.5贡献率较大。并进一步探讨了文中产品的应用。
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基于HO-RF的大气透过率求解研究
Abstract:
为提升红外辐射测试中大气透过率参数的获取效率与精度，本研究提出了一种基于HO-RF算法的大气透过率求解模型。该模型以温度、湿度、作用距离和大气压等关键环境因素作为输入，结合实测数据建立回归求解模型，从而实现大气透过率的快速准确求解。仿真结果表明，相较于传统BP神经网络与RF模型，所提HO-RF模型在求解精度方面表现更优，均方根误差（RMSE）降低至0.010745，R2值为0.95877，平均绝对误差（MAE）为0.0080021。本研究提出的模型可有效降低实验操作复杂性，相较于传统方法具有更高精度、稳定性和可靠性，提高战机红外特性测试效率，具有良好的实际应用价值。
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基于近红外光谱大数据的井下流体类型 智能识别方法及应用
Abstract:
虽然中海油服成功地研发了井下光谱分析仪，但是在解释方面尚有不足，尤其是在井下光谱数据驱动的实时智能流体识别方面。本文首次提出了光谱测量数据驱动的实时智能流体识别方法。首先基于大量光谱实测数据，建立各种流体的数据库。其次，对数据库中的光谱数据和流体类型分别进行预处理。再次，用主成分分析法对256通道光谱数据进行降维，并选择前10个主成分作为输入变量；流体类型（输出变量）分为5类：气、油、水、钻井液（乳化物或无效测量）、油/气-水混合物。然后，用23种模型进行流体识别建模，主要模型包括：各种树、判别式、支持向量机、K-最邻近法、人工神经网络等。然后，对所有模型进行分析对比，选择最佳模型嵌入地层测试工具中。23种模型训练后的测试精度为78.1% - 99.9%。最佳模型为人工神经网络（精度为99.9%）。最后，再使用40多个测点的光谱数据对最佳模型进行进一步检验。结果表明：最佳模型能准确预测流体类型。新智能识别方法为消除水对油、气光谱的影响，更精确地分析油、气组成奠定了坚实基础。从而降低作业风险及节省作业时间和成本。
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液相外延碲镉汞薄膜表面“圆台”状缺陷研究
Abstract:
为减小液相外延碲镉汞薄膜缺陷对红外探测器性能的影响，本文通过扫描电子显微镜、能量色散X射线光谱仪、聚焦离子束等多种测试表征手段以及对比实验，系统研究了一种特殊的表面缺陷——"圆台"状缺陷。该缺陷尺寸约150 μm到400 μm之间，光学显微镜下形貌类似于中间凹陷的圆台。通过成分分析，发现缺陷表面组分与正常形貌薄膜无明显差异。通过对碲锌镉衬底与碲镉汞外延层的界面进行分析，发现该缺陷为贯穿型缺陷，来源于碲锌镉衬底上中心有孔洞的三角形碲夹杂，且碲夹杂尺寸几乎都在20 μm以上。因此，可以通过提升碲锌镉衬底质量，并加强衬底筛选降低碲镉汞薄膜"圆台"状缺陷，提高碲镉汞外延材料的质量，满足高性能红外探测器发展的需求。
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2019,40(6):35-43
Abstract:
介绍了红外热成像技术的特点，讨论了红外热成像技术在民航、电力、石化、森林防火、医疗等民用领域的应用情况。介绍了红外热成像技术的市场状况，分析了不同应用领域对红外热成像技术的发展需求。
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2008,29(8)
Abstract:
介绍了一种利用MATLAB和数值逼近理论计算费米函数的简捷方法.计算结果的误差在10-6数量级,甚至可以更高.与其他方法相比,该方法具有精度高、使用便捷和速度快等优点.
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2008,29(12)
Abstract:
本文给出了四波混频的原理及特点,理论上推导了四波混频的产生,并给出了四波混频在光纤通信的密集波分复用、相位共轭波产生、四波混频实时光学检测中的应用.本文的研究目的旨在较为全面地掌握四波混频这一典型的非线性光学效应的应用方向,通过总结四波混频在已经较为成熟的研究领域的具体应用及研究方法,借此寻找四波混频更广泛的应用领域.
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2019,40(6):44-48
Abstract:
为实现光谱分析仪器的合理分类，从光谱仪的工作波段和分光技术原理两个角度进行了分类研究。在深入调研国内外现有光谱仪产品发展现状的基础上，对其进行了归纳分析，并给出了具体的分类方法和分类结果。同时，根据掌握的光谱研究技术，在结合光谱仪分类研究的基础上，概括介绍了光谱仪的比较研究结论，指出了其中的关键技术和核心部件。该结论能够为光谱仪研究人员提供一种全景的观察视角，同时也可为跟踪行业发展提供有价值的参考。
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2010,31(3):42-46
Abstract:
根据有限差分法原理，将求解范围划分为一系列等间距的离散节点后，一维薛定谔方程转化为可以用一个矩 阵方程表示的节点线性方程组。利用MATLAB提供的矩阵左除命令，即可得到各未知节点的函数近似值。该方法概念简单，使用方便， 不需要花费较多精力编程即可求解大型线性方程组。
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2019,40(7):35-46
Abstract:
综述了功能性近红外光谱脑成像噪声源及去噪方法。从成像原理、噪声来源和发生机制等方面分析并给出了抑制噪声的方法和操作，详细分析了干扰的组成成分及特性，给出了有效去除方法和提高近红外光谱脑成像分析建模过程中的信号质量算法。这些方法能对近红外光谱脑成像数据的分析和处理提供指导。总结了3种会影响近红外光谱脑成像信号的噪声源：电气噪声、实验设计和操作误差、生理伪影，给出了2种实用去噪算法，并阐述了成像技术的发展趋势。
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2008,29(12)
Abstract:
详细介绍了太赫兹波的优良性质及利用光导天线和光整流产生太赫兹波的方法.从远程监视、成像、爆炸物鉴别及无损检测等方面,重点介绍了太赫兹技术在军事领域中的应用.
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2019,40(7):18-25
Abstract:
系统性地分析了红外点目标探测系统的作用距离理论模型。通过建立大气分层模型，结合MODTRAN模型计算了中波红外光和长波红外光在典型大气条件下的透过率。两者计算结果的对比数据可为红外探测系统设计中的波段选择提供参考依据。通过对目标红外辐射强度的理论模型进行分析，计算了几种典型目标在不同波段的红外辐射强度，为系统作用距离的指标论证提供了支撑。从红外图像噪声的概率密度分布函数出发，推导出了图像信噪比与系统检测概率及虚警概率的理论公式，为检测门限设置提供了参考依据。红外点目标探测系统的作用距离理论模型分析结果对于提升红外探测系统作用距离指标论证的可信度和系统参数设计的合理性具有非常重要的理论支撑作用。
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2010,31(3):11-14
Abstract:
台风中心定位一般依靠气象专业人员采用人工手动方式进行，自动化程度不高，效率低。本文利用 单幅红外台风云图，根据台风运动特征以及天气学诊断原理，建立了基于红外卫星云图的云运动矢量主方向提取方法；在此基础上，根据台 风密闭云区近似为圆的几何形状，构建了以圆的几何特性为约束的台风中心自动定位最优目标函数，求得了解析解，实现了有眼和无眼台 风的自动定位。用这种方法对2005年“海棠”台风多个时次的红外卫星云图进行了台风中心自动定位仿真。该方法的定位精度较高，可作 为台风中心自动定位的良好技术手段。
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2019,40(6):27-34
Abstract:
主要从理论数值模拟和近场辐射实验研究的角度介绍了近几年在近场热辐射传热方面的最新研究成果。理论研究的焦点主要集中在石墨烯复合材料、人工加工或合成超材料等方面的传热研究。实验研究的焦点是实验室基于纳米尺度近场热辐射测量的设备制造与方法创新。目前实验上已经实现了最小距离仅为2 nm的极近场热辐射测量。近场热辐射的进一步研究可为热光伏、辐射制冷以及高效能源收集应用提供理论基础。
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2019,40(7):1-11
Abstract:
随着各种新型探测雷达、先进红外探测器和精确制导武器的相继问世，红外/雷达兼容隐身材料已经成为了目前隐身技术研究的重点。综述了传统和新型红外/雷达兼容隐身材料的隐身原理和研究现状，并对未来红外/雷达兼容隐身材料的发展方向进行了总结与展望。
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2013,34(7):15-19
Abstract:
从定态Schrodinger方程出发，研究了不同Al组分和不同温度对宽量子阱红外探测器吸收光谱的影响。当体系的费米能级固定后，发现量子阱基态束缚能随着Al组分增长而变大，且相应的吸收光谱峰值趋于短波。环境温度对AlGaAs/GaAs量子阱红外探测器的响应光谱影响不大。通过理论计算定量给出了AlGaAs/GaAs量子阱红外探测器吸收光谱随量子阱阱宽、Al组分和温度变化的规律。
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2008,29(12)
Abstract:
第一部分 一、探测与识别 1.高光谱图像的结构模型中正交子空间投影探测器与匹配滤光片的分析比较(P.Bajorski,美国罗彻斯特理工学院)
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高宇轩, 陈星明, 代俊, 杨美霞, 黄守彬, 陈翔, 侯振岩, 黄建
2023,44(4):20-32
Abstract:
调焦是高能激光系统中发射聚焦装置的关键一环。调焦机构对系统的瞄准和打击精度有着重要作用。为了解调焦机构的研究现状和发展趋势，首先对国外各类研究成熟的调焦机构进行了介绍，并分析了其调焦控制的原理以及针对各类技术问题所提出的解决方案。对于国内研究情况，则着重介绍了凸轮、丝杠、蜗轮蜗杆和直接驱动四种形式的调焦机构。然后分析了其控制调焦的基本原理，并介绍了应用于不同系统的调焦机构的设计特点。通过分析各类型调焦机构的设计及控制，总结和对比了它们的优点与不足，提出了适用于高能激光系统的调焦机构设计思路及研究方向，为高能激光系统调焦机构研究打下了技术基础。
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2008,29(8)
Abstract:
本文研究由介电系数和磁导率为负的材料组成的一维光子晶体中的电磁波脉冲的传播特性.利用传输矩阵的方法,计算出了该结构中脉冲传播的透射谱和相时间.数值结果表明,在光子带隙的带边和带底会分别出现脉冲传播速度减慢和加快的现象.若周期结构中间存在缺陷层,光子带隙中会出现极窄的透射峰,因此,对应于该频率的电磁波在该体系中传播时速度会变得更加缓慢.
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2010,31(1):1-7
Abstract:
设计了一种基于棱镜-光栅-棱镜(PGP)的便携式地面成像光谱辐射计。系统的波段范围为可见--近红外，共有344个波段，光谱分辨率优于10nm，空间分辨率优于1mrad。本文以混合像元分解研究为应用背景，阐述了地面成像光谱辐射计的基本原理，分析了系统的主要技术指标，详细论述了系统设计，并对系统进行了相关测试。结果表明，系统具有较高的光谱、空间分辨率及良好的便携性，工作稳定可靠，非常适合在野外环境中应用，从而验证了便携式地面成像光谱辐射计用于混合像元分解研究的可行性。
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2011,32(8):25-28
Abstract:
针对海空环境的特点，在提取海天线前进行有效的背景抑制和目标增强处理。在直 线拟合法的基础上提出了一种剔除粗大点的改进方法 ，并利用Matlab对该方法进行了仿真试验。 试验结果 表明，该方法可以有效地检测出海空背景下的海天线与舰船位置，为目标识别和图像配准奠定了良好的基 础。
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2017,38(6):1-7
Abstract:
针对近红外双色探测器在两种不同工作 波段的光谱响应曲线及暗电流，设计了一种基于近红外双色探 测器的信号采集系统及采集方法。该系统具有多种电流转电压 档位、电压放大档位和滤波电路带宽档位，能够快速进行信号 放大和带宽控制；同时通过数字/模拟转换器(D/A)为四级放大电 路提供模拟调零信号，可有效消除由光学系统的杂散光和探测器 自身的暗电流引起的噪声。该系统具有速率快、噪声低和分辨率 高等特点。通过使用这种信号采集系统，光学系统的信噪比、动态 范围、最小可测功率等指标参数都能得到提高。
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2016,37(4):27-32
Abstract:
提出了一种将视在光线法(Light Of Sight, LOS)与OpenGL软件接口相结合的方法。该方法利用OpenGL软件接口的深度测试 与遮挡查询功能，确定了复杂外形目标在某探测方向上的有效发射面元及其辐射在介质中的 传输路径。然后采用LOS法获得了大气层内目标在探测方向上的辐射特性。仿真结果表明， 本文方法行之有效，且计算效率高。
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2017,38(1):6-11
Abstract:
结合X射线衍射技术以及逐层化学 腐蚀剥离损伤层的方法，定量分析了InSb晶体 由于切割、研磨、抛光等工艺所引入的损伤层的深度，并探讨了 损伤层结构及引入因素。研究结果表明，切割加工是引入InSb晶 片表面损伤层的主要工序，其表面损伤层的深度达 到16 μm左右；双面研磨的InSb晶片表面的损伤层深度约 为12 μm；经机械化学抛光加工后的InSb晶片表面的损伤层深 度明显减小，约为2 μm。
