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2024,43(5):589-594, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.05.001
Abstract:
硅衍射微透镜阵列通常被用来与红外焦平面集成，从而提高器件性能。在常规套刻法用于制备硅衍射微透镜阵列时，光刻误差是很难避免的，这对器件性能及后续应用产生严重的影响。针对此问题，本文提出一种高精度硅衍射微透镜阵列制备的新颖自对准方法。该方法中硅衍射微透镜阵列的制备精度只由第一次掩膜光刻的精度决定。在后续的刻蚀中，采用掩膜层和牺牲层或保护层将已刻蚀区域进行保护，对未保护区域进行刻蚀，有效地阻挡非刻蚀区域，精确刻蚀所需刻蚀区域。采用新颖自对准法可以制备出高精度硅衍射微透镜阵列，其衍射效率可达到92.6%。与红外焦平面探测器集成后，平均黑体响应率提高了8.3%，平均黑体探测率提高了10.3%。这表明硅微透镜阵列可以通过会聚作用提高焦平面阵列占空因子，同时降低串扰，进而提高焦平面阵列性能。该研究结果对通过优化微纳器件制作水平提升其性能具有重要参考意义。
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刘茂繁, 于春蕾, 马英杰, 于一榛, 杨波, 田宇, 宝鹏飞, 曹嘉晟, 刘奕, 李雪
2024,43(5):595-602, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.05.002
Abstract:
InGaAs/InP单光子雪崩二极管（SPAD）研制需要采用两次元素扩散方法，以实现对倍增层厚度以及电场分布的精确控制。针对两次扩散深度的有效预测问题，围绕InGaAs/InP SPAD中锌原子的两次扩散行为开展了仿真分析和器件研制。基于二维模型拟合模拟的两次扩散深度，建立了预测扩散深度的公式
。利用扫描电子显微镜和二次离子质谱表征器件双扩散区的二维杂质形态和一维杂质分布，制备了不同扩散组合多种倍增层厚度的InGaAs/InP SPAD器件，各倍增层厚度与实测击穿电压呈现线性关系，击穿电压与仿真结果具有良好的一致性。根据器件暗计数率（DCR）结果，提高倍增层厚度减小了器件DCR。在倍增层厚度为1.5 μm时，过偏压3 V下温度为300 K、273 K、263 K、253 K时，分别具有2 106、1 105、4 104、2 104的DCR。这些结果证明，在基于InP的平面器件处理中精确控制双扩散锌结几何形状的有效预测路线。 - 1
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李云鹏, 罗嘉诚, 冀若楠, 谢茂彬, 崔文楠, 王少伟, 刘锋, 陆卫
2024,43(5):603-608, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.05.003
Abstract:
长波红外的超表面在热成像、大气遥感和目标识别等领域具有巨大的应用潜力。在这项研究中，我们设计并实验展示了一种 4 mm 尺寸的全硅超表面透镜，其具有大焦深，可在 9 μm 至 11.5 μm范围内工作。实验结果证实了超透镜在长波红外区域的有效聚焦和成像能力，为超透镜技术在长波红外领域的实际应用铺平了道路。
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2024,43(5):609-614, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.05.004
Abstract:
可变光衰减器（Variable optical attenuator，VOA）广泛应用于光通信和光电子系统中，然而很少有VOA阵列的报道。本文提出一种基于液体光阑的微流控VOA阵列，利用螺旋形轨道实现多光束能量同步非等量衰减，或者使用环形轨道同步等量衰减，其中液体光阑的通光孔径通过介质上电润湿效应调节。该VOA阵列结构紧凑、体积小、操作简单、成本低，可灵活调整多光束之间的衰减比以实现多信道功率均衡。研究结果表明：所提微流控VOA阵列具有超越一般VOA阵列的宽衰减范围（0~100%衰减）和很小的插入损耗（0.26 dB），响应时间为0.1 ms，对偏振不敏感。它也能兼作光开关阵列。所提VOA阵列展示了集成和高性能的潜力，并为应用提供一种经济有效的方式。
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2024,43(5):615-620, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.05.005
Abstract:
光调制反射光谱因其高灵敏的特性而广泛的用于研究半导体及其表面与界面特性。基于光栅光谱仪其测量光路根据分光顺序的不同可以分为前置分光构型（暗构型）与后置分光构型（亮构型）。本文以InP/In0.52Ga0.48As/InP异质结外延结构为例，阐述了两种光路构型的不同特点和适用条件。揭示前分光构型能很好地分离荧光谱线与调制谱线；后分光构型则有利于采用较强调制激光而有效提取荧光较弱的电子结构信息。后分光构型实验中还观察到，当使用低能量激光（1 064 nm）只调制激发窄带隙的InGaAs层时，却观察到宽带隙InP的谱线形的反常现象。这起源于光生载流子的界面电场调制作用，表明界面激发的后分光构型可作为一种非接触“电调制”方法而方便地应用于宽带半导体的异质外延结构的研究。
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杨君, 杨春丽, 方辉, 袁俊, 鄢善入, 李华英, 黎秉哲
2024,43(5):621-627, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.05.006
Abstract:
随着非制冷红外探测器像元尺寸的逐步缩小，提高探测器吸收率变得越来越重要。该文章基于现有的制备工艺，提出了一种IMIAM（Insulator-Metal-Insulator-Air-Metal）腔体型超表面非制冷红外探测器结构，在增强探测器吸收的同时有效改善了光敏层受热的均匀性。通过系统的仿真优化，其在长波红外波段（8～14 μm）的平均吸收率超过了97%，使器件几乎实现了百分百的完美吸收，同时在中红外波段也表现出了优异的吸收特性。该文章还通过工艺验证了该结构的可靠性，对于改进现有非制冷红外探测器工艺具有一定的启示意义。
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2024,43(5):628-633, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.05.007
Abstract:
本文研究了一种基于石墨烯的双频频率选择表面（GFSS），并分析了该GFSS的工作机理。通过调节偏置电压控制石墨烯化学势在0 eV和0.5 eV间变化，可以实现GFSS在双频段带通、高通低阻、低通高阻、带阻四种工作状态。基于此GFSS，提出了一种六边形天线罩加载在一个宽带全向单极子天线上，可以实现1.08 THz和1.58 THz双频段独立的360°六波束全向扫描。此外，在增加方向性的同时双频段的峰值增益分别达到了7.44 dBi和6.67 dBi。该工作为实现多频段太赫兹多波束可重构天线提供了一种简单的方法。
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姜璐涵, 马晗松, 张沁旖, 田鹏, 韩扬, 王明旭, 谭景文, 徐思聪, 张冰, Rehim Uddim, 魏怡, 杨雄伟, 李韦萍, 余建军
2024,43(5):634-641, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.05.008
Abstract:
为了适应高速大容量的通信需求，提出了采用基于概率整形（PS， Probabilistic Shaping），离散多音调制（DMT， Discrete Multi-tone Modulation）和离散傅里叶变换扩展技术（DFT， Discrete Fourier Transform）实现300GHz太赫兹信号无线传输。概率整形通过增加星座点距离提升信号接收机灵敏度，可最多降低55%的误码率，可延长传输距离。离散傅里叶变换扩展技术在系统中降低1.68 dB正交频分复用（OFDM， Orthogonal Frequency Division Multiplexing）信号的峰均比，提升抗非线性效应能力。通过结合这些先进的数字信号处理技术，分别实现了12GBaud PS-16QAM的OFDM-DMT信号及10GBaud PS-64QAM的DFT-S-OFDM-DMT信号1 m无线传输。基于300GHz的太赫兹无线传输系统，比较了采用这些数字信号处理技术的性能优势。
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郭缘森, 陈利刚, 颜识涵, 付颖, 邱付成, 杨忠波, 张明焜, 汤明杰, 王化斌
2024,43(5):642-656, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.05.009
Abstract:
近年来，太赫兹（Terahertz，THz）技术在生物医学领域的应用研究发展迅速。科技工作者利用THz技术在生物分子、细胞、组织及生物个体等层面取得了一系列的重要研究成果，为生物医学研究和诊疗提供了新视角和手段。作者从THz光谱检测、成像及生物效应三个方面总结了THz技术在生物医学领域的研究现状，分析了THz技术在生物医学应用中所面临的挑战，并对未来的发展方向进行了展望。
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李宜奇, 孙晓兵, 黄红莲, 刘晓, 提汝芳, 郑小兵, 樊依哲, 余海啸, 韦祎晨, 王宇轩, 王宇瑶
2024,43(5):657-670, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.05.010
Abstract:
金星上层霾消光和微物理特性的变化会影响金星大气的化学和辐射平衡，为研究其时空分布，选取2006~2013年间金星快车SPICAV SOIR仪器的太阳掩星数据进行分析。首先利用MODTRAN建模去除金星中上层大气的吸收效应，后利用剥洋葱法计算67~92 km高度处金星上层霾的消光廓线。研究表明：1）金星上层霾的消光系数总体趋势是随着高度增加而减小。不同区域间的消光系数变化较大，低纬度霾在任务开始时大幅增加，昼夜间霾的平均消光系数略有变化。霾层的垂直光学厚度在10-2数量级。2）上层霾的数密度随高度增加而减小，从南极到北极，上层霾的数密度呈现先增加后减小的趋势。3）低纬度地区的云顶高度较高，为82.7 ± 5.8 km；极区的云顶高度较低，北极地区云顶高度为73.3 ± 2.4 km，南极地区为79 ± 3.5 km。北极地区上霾层平均标高为4.0 ± 0.9 km。
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2024,43(5):671-683, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.05.011
Abstract:
光学相干层析成像（Optical Coherence Tomography，OCT）技术具有非侵入、高分辨率、可实时成像等优点，在生物医学、材料学及红外传感等众多领域被广泛应用。设计了一种基于氮化硅（Si3N4）的脊形悬空光波导，基于时域有限差分法对所设计波导的主要结构参数进行了优化，并研究了该波导中产生的超连续谱特性。数值模拟结果表明，在脊宽=750 nm、脊高=700 nm、平板厚度=200 nm以及上覆层高=150 nm的优化结构下，当入射泵浦光波长为1.3 μm，峰值功率为2 kW，和脉宽为50 fs时，基于该光波导可以产生波长覆盖可见光至中红外（703~4 014 nm）的宽带超连续谱。这一结果对于促进片上集成宽带光源在生物医学等领域的应用具有重要作用。
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2024,43(5):684-695, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.05.012
Abstract:
遥感图像场景分类旨在根据遥感图像的内容为其自动赋予相应的语义标签，已成为当前遥感图像处理领域中的研究热点。基于卷积神经网络（Convolutional Neural Networks， CNNs）的方法和基于自注意力机制的方法则是当前遥感图像场景分类中的两大主流方法。然而，前者不擅长学习长程上下文关系；后者对局部信息的学习能力有限，且具有较大的参数量和运算量。针对上述问题，提议一种基于知识蒸馏的轻量化遥感图像场景分类方法。该方法分别以Swin Transformer和小型CNN网络作为教师模型和学生模型，通过知识蒸馏的方式融合两种模型的优势；更进一步，提出一种新颖的知识蒸馏损失函数，使学生模型能够同时关注遥感图像类间和类内的潜在信息。在两个大规模数据集上的实验结果表明，与现有其它方法相比，所提出方法不仅有高的分类精度，还具有显著降低的参数量和运算量。
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阳宇, 龙明亮, 张海峰, 张晓祥, 黄星旻, 丁洁, 李朴, 邓华荣, 张忠萍
2024,43(5):696-702, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.05.013
Abstract:
高精度的空间碎片测量，可以提供更精确的碎片目标实时信息，增强卫星对空间碎片的规避预警实效性。通过对青海口径1.2 m量子通信望远镜（海拔3 200 m）进行改造，采用单脉冲能量1.2 mJ、重复频率1 kHz皮秒激光开展了卫星激光测距（SLR）与空间碎片激光测距（DLR）试验，其中合作卫星的探测范围由低轨扩展至同步轨道，测距精度优于2 cm；空间碎片目标测量最远距离1620.5 km，雷达散射截面积（RCS）为2.41 m2，测距精度达到10.64 cm，实现了单套激光器系统既可开展合作目标厘米级高精度测距，又可实现空间碎片观测。这是目前为止国际首次采用高重频低功率激光测距系统实现对空间碎片目标高精度测量，体现了皮秒激光及高海拔大口径望远镜测量优势，为我国西部开展空间目标的激光测距提供参考，以及为空间碎片激光测距系统选址与空间碎片监视能力的提升提供了有效途径。
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2024,43(5):703-721, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.05.014
Abstract:
通过充分的调研和对比总结，梳理了20世纪60年代以来，元宇宙概念以及航天领域相关技术的发展趋势和代表性工作，指出多星组网以及数字化、虚拟化成为未来空天科技发展的重要方向。针对这一发展态势提出了“空天元宇宙”的概念，围绕这一概念对其数理基础进行了分析，提出航天数字孪生、广域超高速智能感知等构建空天元宇宙所需的关键技术并对其实现途径进行了阐述；进一步地，结合航天科技蓬勃发展的蓝图，预判了可能首先获得应用的场景，分析了构建空天元宇宙的现有困难，并提出了解决建议，为空天技术的发展提供了新思路，最后对空天元宇宙未来的发展进行了展望。
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2024,43(5):722-730, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.05.015
Abstract:
高分辨率遥感影像地形图的几何精度不可避免地受到轨道器姿态颤振的影响。因此，有必要在发射前对月球轨道器上搭载的立体测绘相机进行初步研究。提出了一种考虑姿态颤振的轨道器光学影像成像仿真方法。通过分别模拟三个姿态角的抖动，分析了不同姿态抖动对地形起伏的影响。所提出的模拟方法基于严格的成像模型，利用月球数字高程模型（DEM）和正射影像作为参考数据。在考虑姿态颤振的情况下，对月球立体测绘相机的轨道和姿态进行了仿真。根据轨道器在给定轨道上的位置和姿态生成二维模拟立体影像。利用DEM和仿真立体影像进行了实验分析。仿真成像结果表明，该仿真方法在保证成像效率的同时，又不损失地形制图的精度。通过DEM对比分析了姿态颤振对立体仿真影像制图精度的影响。
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2024年第43卷第5期
红外物理与材料器件
毫米波与太赫兹技术
红外光谱与遥感技术
遥感技术与应用
红外光电系统与应用技术
红外学科交叉融合研究
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.06.017
Abstract:
为避免现有多帧红外弱小目标检测算法在显式对齐多帧特征时产生的估计误差累积，并缓解网络降采样导致的目标特征丢失，提出了一种渐进时空特征融合网络，采用渐进时序特征累积模块隐式地聚合多帧信息，并利用多尺度空间特征融合模块增强浅层细节特征与深层语义特征之间的交互。针对多帧红外弱小目标数据集稀缺的现状，构建了一个高度真实的半仿真数据集。与主流算法相比，提出的算法在所提出数据集和公开数据集上的检测概率分别提升了4.69%与4.22%。
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王浩淼, 贺钰雯, 李弋, 胡耀, 张亮, 杜维川, 高松信, 唐淳, 马骁宇, 刘素平
DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.06.006
Abstract:
主控振荡功率放大（MOPA）激光器可实现高功率、高光束质量输出而受到越来越多的关注。为了提高MOPA激光器的偏振度以减小偏振合束时的效率损失，有源区采用InGaAs/AlGaAs压应变单量子阱，脊型波导1.35 μm的深刻蚀设计提高了TE模式的光限制因子，锥形放大器采用金属应力调控增加量子阱中的压应变。结合这两种方案，不仅提高了两个区域的偏振度，同时减小了偏振角度差。采用标准工艺制备的MOPA器件，实现了11W@15A连续输出和90%以上的偏振度。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
特殊环境下道路目标的三维感知对汽车的全天候、全气候自动驾驶具有重要意义，红外双目视觉模仿人眼实现微光/无光等特殊环境下目标的立体感知，目标检测与匹配是双目视觉立体感知的关键技术。针对当前分步实现目标检测与目标匹配的过程冗杂问题，提出了一个可以同步检测与匹配红外目标的深度学习网络SODMNet（Synchronous Object Detection and Matching Network）。SODMNet创新的融合了目标检测网络和目标匹配模块，以目标检测网络为主要架构，取其分类与回归分支深层特征为目标匹配模块的输入，与特征图相对位置编码拼接后通过卷积网络输出左右图像特征描述子，根据特征描述子之间的欧式距离得到目标匹配结果，实现双目视觉目标检测与匹配。与此同时，采集并制作了一个包含人、车辆等标注目标的夜间红外双目数据集。实验表明，SODMNet在该红外双目数据集上的目标检测精度mAP（Mean Average Precision）提升84.9%以上，同时目标匹配精度AP（Average Precision）达到0.5777。结果证明，SODMNet能够高精度地同步实现红外双目目标检测与匹配。
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许向前, 龚广宇, 孙雷, 李宇, 康晓晨, 李思敏, 潘时龙
DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
本研究采用三维异构集成技术实现单行载流子光电二极管与微波集成电路芯片堆叠集成，研制出一款微波光子应用的高功率、宽带探测器芯片。通过优化单行载流子光电二极管的材料掺杂和外延工艺，显著提高了功率承受能力；采用集成背入射透镜和增设金属反射层的设计，有效提升了响应度；通过提取光电二极管的精确模型并采用阻抗补偿及宽带匹配电路设计技术，成功增强了宽带特性。将光电二极管芯片倒装集成在微波集成电路芯片上，大幅减小了芯片互连电路对高频性能的不利影响；采用高导热率底层芯片的设计，极大提升了探测器芯片的导热性能和高功率处理特性。研制的三维异构集成光电探测器1 dB带宽高达42 GHz，射频回波损耗优于11 dB，响应度优于0.85 A/W，暗电流低于50 nA，饱和输入光功率超过120 mW。三维异构集成微波光子探测器芯片实现了优异的带宽和响应度特性，该设计方法为微波光子应用提供了创新性的解决方案。
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尚嘉乐, 陈艳, 颜浩然, 狄云翔, 黄新宁, 林铁, 孟祥建, 王旭东, 褚君浩, 王建禄
DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
在光电子领域中，光电探测器扮演了关键的角色，应用范围从高速数据通信到精确的环境感测。尽管取得进步，传统的光电探测器在响应速度和暗电流方面仍面临挑战。在本研究中，我们提出了一种基于面内MoTe2 p-n结的光电探测器，该探测器由半浮铁电栅控制。强铁电场使得器件中的p-n结耗尽区较短，有助于减少载流子传输时间，从而提高光电响应速度。这种非易失性MoTe2同质结在外部栅压的作用下，能够改变内建电场的方向。作为光伏探测器，它实现了20 pA的极低的暗电流和2μs快速的光响应时间。光谱响应扩展到1550 nm的短波红外范围。此外，还展示了设计了一个有光/无光作为二进制输入，将电流信号转化为电压输出的逻辑运算系统。这项研究不仅展示了二维材料在复杂光电探测器设计领域的多功能性，还为其在能效高、性能优的光电设备中的应用开辟了新途径。
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邱千里, 章晋国, 周东劼, 谈冲, 孙艳, 郝加明, 戴宁
DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
双波段窄带宽热辐射器在红外传感、加密、检测等众多领域具有重要的应用潜力。这种辐射器能够提供集中且精确的红外辐射能量，从而提高红外技术的灵敏度和分辨率。不过，在不同波段构建窄带辐射的条件通常会相互制约，同时实现双波段窄带热辐射仍具有一定的挑战性。本文提出了一种新型无需光刻的红外双波段窄带热辐射器。该辐射器由铝薄膜上非周期性的交替沉积Ge和YbF3薄膜组成，Ge和YbF3薄膜组成的分布式布拉格反射镜和铝基底在一定条件下可以激发Tamm等离激元（Tamm plasmon polaritons，TPP），从而实现窄带辐射。首先使用多目标粒子群优化算法对辐射器的结构参数进行优化，以满足双波段TPP的激发条件。最后实验结果也验证了双波段辐射器在中波红外和长波红外具有窄带辐射的特性。本文提出的方法也可用于多波段辐射调控器件的设计，从而可以应用于多气体传感和多带红外伪装等领域。
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龚航, 周福贵, 封瑞泽, 冯识谕, 刘桐, 史敬元, 苏永波, 金智
DOI:
Abstract:
在这项工作中，我们研究了整个小凹槽偏移对 InP 高电子迁移率晶体管（HEMT）的直流和射频特性的影响。Lg=80 nm HEMT采用双凹栅极工艺制造。 我们重点关注它们的直流和射频响应，包括最大跨导（gm，max）、导通电阻（RON）、电流增益截止频率（fT）和最大振荡频率（fmax）。这些设备具有几乎相同的RON。随着整个小凹槽向源移动，gm，max会提高。然而，尽管整个小栅极凹槽向漏极移动会导致较小gm，max，但较小的栅源电容（Cgs）和较小的漏极输出电导（gds）会导致最大的fT。根据小信号建模，整个小凹槽朝向漏极的器件表现出优异的射频特性，例如fT=372 GHz和fmax=394 GHz。这一结果是通过注意调整电阻和电容寄生效应来实现的，这些寄生效应在高频响应中起着关键作用。
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李湘, 胡金瀚, 钟志鹏, 陈于中, 王志强, 宋苗苗, 王洋, 张磊, 李建丰, 黄海
DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
有机半导体材料因其易于制备、低成本、质量轻、可柔性弯折等特点，在光电子器件开发中表现出了独特的优势。本文探究了有机半导体晶体材料Y6-1O材料的在光探测器件中的应用。首先利用溶液滴铸法在硅基衬底上制备Y6-1O单晶材料，并利用偏光显微镜、荧光光谱等方法表征了Y6-1O材料的光学性质，验证其高度单晶结晶性能以及近红外区的发光性能。接着制备了基于不同厚度Y6-1O材料的场效应晶体管器件，通过光电性能测试，发现器件表现出良好的可见至近红外光响应，器件的光谱响应峰值在785 nm的近红外区，光开关比达102，光响应率可达16 mA/W。还发现器件的光谱响应可受栅压调控，并且与材料厚度等因素相关，为优化调节近红外光电探测器性能提供了重要条件。本研究不仅展示了基于Y6-1O单晶材料的有机光电晶体管在近红外探测上的优异性能，也为未来发展红外探测器提供了新的思路和方向。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
针对红外空中目标样本匮乏、传统深度学习易产生过拟合等问题，提出一种基于交叉相关网络的少样本红外目标分类方法。该方法结合简单无参数自注意力和交叉注意力两个核心模块，通过分析支持图像和查询图像之间的自相关性和互相关性，实现少样本条件下红外目标的有效分类。所提出的交叉相关网络结合了这两个模块，以端到端的方式进行训练。其中，简单无参数自注意力负责提取图像内部结构，交叉注意力可以计算图像之间的互相关，进一步提取并融合图像之间的特征。与现有的小样本红外目标分类模型相比，该模型通过建模支持集和查询集之间特征的语义相关性，聚焦红外图像的几何结构和纹理信息，从而更好地关注目标对象。实验结果表明，该方法在各项分类任务中性能均优于现有的红外空中目标分类方法，且分类准确率最高提升超过3%。此外，消融实验和对比实验也证明了该方法的有效性。
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黄新宁, 姜腾腾, 狄云翔, 谢茂彬, 郭天乐, 刘晶晶, 吴斌民, 施静梅, 秦强, 邓功荣, 陈艳, 林铁, 沈宏, 孟祥建, 王旭东, 褚君浩, 葛军, 王建禄
DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
胶体量子点（CQDs）受量子限域效应的影响，其带隙具有可调谐的特性，因此该类材料能够覆盖更宽的红外光谱范围，为突破传统红外探测器的技术路线提供了一种高成本效益的替代方案。近年来，得益于量子点的溶液加工特性以及其与硅基读出电路的单芯片集成能力，基于碲化汞胶体量子点的红外探测器展现出极大的应用前景。然而，面对垂直堆叠光伏器件的挑战，如阻挡层的匹配和薄膜非均匀性等问题，当前大部分与读出电路集成的器件仍采用平面结结构，限制了光吸收效率以及光生载流子的有效拆分和收集。在这里，我们通过合成高质量碲化汞量子点及精准控制界面质量，成功制备了基于HgTe和ZnO量子点材料的光伏型探测器。该探测器在80 K的工作温度下，实现了低至5.23×10-9 A cm-2的暗电流水平和较高的整流比，以及满意的探测灵敏度。这项工作为碲化汞量子点在硅基读出电路上的垂直集成开辟了新途径，展示了其在高性能红外探测领域的巨大潜力。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
在亚纳米碳纳米管中，水表现出独特的动力学特性，在红外光谱的高频区域，水分子内部氧-氢（O-H）键的伸缩振动与其氢键网络密切相关。因此，深入分析这两者间的关系至关重要。本文通过分子动力学模拟，研究了（6， 6） 单壁碳纳米管（SWNT）中一维受限水（One-Dimensional Confined Water，1DCW）与体相水（Bulk water，BW）的O-H键伸缩振动的红外光谱及其运动特性，结果表明，1DCW中两个O-H键的伸缩振动在红外光谱中展现出不同的吸收峰频率。而BW的O-H键都呈现两个相同的主频率峰。进一步使用弹簧谐振子模型分析揭示，O-H键伸缩幅度的差异是导致其振动频率变化的主要因素，伸缩幅度增加导致弹簧刚性降低，进而振动频率降低。更深入的研究发现，水分子间的氢键相互作用是O-H键伸缩幅度增加和振动频率降低的根本原因。最后，通过分析H原子的运动轨迹，清楚地揭示了1DCW和BW之间的动态差异。这些发现为理解纳米尺度下水分子行为提供了新视角，并对推动红外光谱探测技术的发展具有重要意义。
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田宇, 于春蕾, 李雪, 邵秀梅, 李淘, 杨波, 于小媛, 曹嘉晟, 龚海梅
DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.06.005
Abstract:
超小中心距InGaAs探测器的制备需要降低探测器像元间的串音和探测器的暗电流。通过探索微台面InGaAs探测器制备工艺，成功制备了10 μm和5 μm中心距微台面InGaAs光敏芯片测试结构，并对其像元间的串音和探测器的暗电流进行了详细研究。结果表明，当隔离沟槽刻蚀进入吸收层时，微台面结构能有效抑制像元间的串音；但是由于在制备微台面器件过程中造成的材料损伤，由此引起的复合电流和欧姆漏电流的增加，会导致探测器暗电流增幅超过一个数量级。研究结果为制备超小中心距InGaAs焦平面探测器提供了新思路和启示。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.06.012
Abstract:
本工作提出了一种新的薄膜厚度检测方法，该多波长方法显著地降低了膜厚检测对于宽光谱数据的需要。不同于需要几百个光谱数据点的传统技术，多波长方法在仅采用10个波长数据点的情况下即可实现精确的膜厚测量。这一创新不仅简化了光谱测量分析的过程，同时也使得工业化镀膜产线上实时的膜厚准确检测成为可能。该方法能够在使用少量数据的情况下有效地恢复和拟合可见波段光谱（400～800 nm），同时能够很好地将膜厚检测误差保持在7.1%以内。这一进展为许多工业应用中更加实用而高效的薄膜厚度检测技术奠定了基础。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.06.015
Abstract:
光子计数激光雷达采用单光子探测器，受背景环境、目标特征和仪器性能等因素的影响，在记录目标散射/反射回波信号的同时还记录了大量的背景噪声。为实现海量光子点云中地物信号光子的高精准识别，本文提出利用两级体素的光子点云自适应降噪方法，包括：1）利用光子点云的空间分布特征构建大尺度的体素，结合体素的密度属性筛选包含密集信号光子点云的体素，实现光子点云的粗降噪；2）基于最近邻距离建立粗降噪后光子点云的小尺度体素，并利用拓扑关系进一步提取聚集于地物表面的信号光子。以Ice， Cloud and land Elevation Satellite-2/Advanced Topographic Laser Altimeter System（ICESat-2/ATLAS）获取白昼与夜晚光子点云的ATL03级数据为实验数据，将提出方法与改进Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise（DBSCAN）、改进Ordering points to identify the clustering structure（OPTICS）以及ATL08级数据产品进行比较分析。结果表明，该方法具有最优的性能表现，其平均精度（P）、召回率（R）和F1分数（F1）分别达到0.98、0.97和0.98。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.06.009
Abstract:
针对合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）图像中属性散射中心模型（Attributed Scattering Center Model，ASCM）参数估计复杂度高的问题，提出了一种融合图像域信息的稀疏表示参数估计方法。首先，利用改进的分水岭算法将不同区域的散射中心进行分割。然后，基于分割结果，将频率域稀疏表示字典进行解耦拆分，提出序列化正交匹配追踪（Serialized Orthogonal Matching Pursuit，SOMP）进行散射中心参数估计，从而降低算法复杂度。结合仿真数据和MSTAR实测数据，验证了该方法参数提取的有效性和效率，并分析了理论复杂度优化情况。结果表明，该方法可以在和普通的正交匹配追踪算法取得相近的结果的前提下，较大程度地减小算法的时间和空间复杂度，可用于对SAR图像的高效属性散射中心参数提取。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.06.008
Abstract:
合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）是一种高分辨率的二维成像雷达，但在成像过程中，合成孔径雷达易受到有意和无意的干扰，导致图像质量的严重下降，其中最常见是射频干扰。为了解决上述问题，众多算法被提出，虽然图像修复已经取得了优秀的结果，但是其泛化能力未知，以及在跨传感器实验中它是否仍然有效仍需要进一步验证。通过在时频域上对干扰信号分析，本工作发现射频干扰在不同传感器之间具有域不变的特征。因此，本工作重构了损失函数，并提取域不变特征，以改善网络的泛化能力。最终，本工作提出了一种基于域不变特征的合成孔径雷达射频干扰抑制方法，并将射频抑制网络嵌入到合成孔径雷达的成像过程中。所提方法与传统的陷波滤波方法相比，不仅能够消除干扰，还能有效保留强散射目标。同时与PISNet相比，所提方法可以提取域不变特征，具有更好的泛化能力，即使在跨传感器实验中，仍然可以取得优秀的结果。在跨传感器实验中，训练数据和测试数据来自不同的雷达平台，具备不同的雷达参数，因此，跨传感器实验可以为模型的泛化能力提供证明。
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张猛, 杨希, 郭嘉伟, 蔡和, 吴芯洋, 韩聚洪, 王顺艳, 王浟
DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.06.013
Abstract:
LD直接泵浦固体激光器具有原理简单、体积小和结构紧凑等优点，该结构用于实现3~5 μm波段的中红外激光输出时具备较大优势。然而，相较于常规近红外LD泵浦的固态激光器，LD直接泵浦中波红外固体激光器存在着较大的量子缺陷，可能导致较大的热损伤并限制其功率的进一步提升。为解决这一问题，本文提出了减小晶体比表面积和改善晶体结构释放热能的方法，并确定了氟化钇钡激光晶体（Ho3+：BY2F8）的最佳长度。通过COMSOL软件进行了热力学仿真模拟，研究了不同长度激光晶体的冷却结构。实验结果显示，采用长度略短于冷却器的激光晶体可以提高输出功率并较大缓解激光晶体内部的热应力。实验表明，在泵浦重复频率为15 Hz、脉冲宽度为90 μs时，在激光器输出波长约为3.9 μm时的单脉冲能量为7.28 mJ，此值约为长度为10 mm晶体输出能量（2.81 mJ）的3倍。这一研究结果为未来构建实用化的中波红外激光器铺平了道路。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.06.018
Abstract:
行人重识别是从多个数据源中检索出指定目标的任务。红外（IR）和可见光（VIS）的图像差距较大，可见光和红外图像跨模态检索是主要挑战之一。为了能在弱光或夜间也具备相同的检索能力，需要结合红外图像的跨模态模型实现判断。 本文提出一个通过人体关键点引导注意力的新方法，通过关键点引导将全局特征拆分为局部特征，再用生成的局部掩码重新训练原模型，强化对不同局部信息的注意力。使用这个方法，模型可以更好地理解和利用图像中的关键部位，从而提升行人重识别任务的准确率。
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张星宇, 朱首正, 周天舒, 亓洪兴, 王建宇, 李春来, 刘世界
DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.06.016
Abstract:
基于压缩感知理论的编码孔径快照式光谱成像系统可以看作编码器，高效获取压缩后的二维光谱数据，再通过深度神经网络解码为三维光谱数据。然而，深度神经网络的训练需大量难以获得的干净数据。针对深度神经网络训练数据不足的问题，提出一种基于邻域采样思想的自监督高光谱去噪神经网络，并将其嵌入到深度即插即用框架中，最终实现自监督光谱重建，并验证不同噪声退化模型对最终重建质量的影响。实验表明，在不需要干净数据作为标签的情况下，自监督学习方法相较有监督学习方法的平均峰值信噪比提升1.18 dB，结构相似度提升0.009，且获得了更优的视觉重建效果。
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李雪楠, 赵增月, 郁菲茏, 陈金, 李冠海, 李志锋, 陈效双
DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.06.011
Abstract:
超表面为电磁波的动态调控提供了一个强大平台。超表面与相变材料的结合促进了多功能器件的产生，其基于非晶态和晶态之间转换展示了多种可调的功能。然而，可调状态的内在限制增加了对超器件多路复用的通道约束。介绍了一种通过对编码相变超单元进行二级调控实现多功能超器件的新方法，利用相变材料Ge2Sb2Se4Te1（GSST）和高折射率液体二碘甲烷（CH2I2）实现了对电磁波调控的精确控制。设计的超表面由GSST的相态控制可调功能的开启和关闭，当可调功能开启时，微纳孔洞中液体的存在与否决定了偏折的角度。提出的可调编码超表面在宽波谱展现了良好的鲁棒性。与高折射率液体结合拓展了超器件的调控维度，使器件能在不同比特编码间实现动态切换。基于相变材料的二级可调超器件为多功能的动态调控提供了一条可行的路径。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.06.007
Abstract:
基于GaAs平面肖特基二极管工艺，采用反向并联二极管对的平衡结构，实现了W波段宽带三倍频器芯片。采用有限元法和等效电路法联合的方式，建立10~280 GHz频率范围的平面肖特基二极管的精确等效电路模型。采用非线性谐波平衡联合仿真方法，实现了W波段倍频器的最优化设计。在片测试结果表明，在17 dBm的驱动功率下，倍频损耗小于15 dB，最大倍频效率6.7%，芯片尺寸0.80 mm×0.65 mm ×0.05 mm。
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HABIBA Um E, 陈天业, 刘赤县, 窦伟, 刘晓燕, 凌静威, 潘昌翊, 王鹏, 邓惠勇, 沈宏, 戴宁
DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.06.004
Abstract:
阻挡杂质带结构红外探测器的响应波长可达200 μm，是最重要的甚长波长红外天文探测器。离子注入方法简化了器件的制造过程，但容易造成晶格损伤，引入晶体缺陷，并导致探测器暗电流增加。文章对锗掺硼离子注入工艺进行了研究，并对晶格损伤机制进行了讨论。实验条件包括使用80 keV能量进行硼离子注入，剂量范围为
至 。注入后，在450 °C下进行热退火，以优化掺杂剂活化并减轻离子注入的影响。使用各种表征技术，包括X射线衍射（XRD）、拉曼光谱、X射线光电子能谱（XPS）和二次离子质谱（SIMS）来阐明晶格损伤。在较低剂量下，未观察到明显的结构变化。然而，随着剂量的增加，特定的微观形变变得明显，这可能是由于点缺陷和残余应变造成的。热处理可以恢复产生的晶格损伤，但在高剂量下，注入引起的不可逆应变仍然存在。 - 1
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.06.010
Abstract:
发射率作为表征物体辐射特性的关键参量，其准确测量对于高温目标识别、材料改性表征、金属冶炼过程调控等领域具有重要价值。多光谱辐射法测量发射率因其非接触和测量速度快等优势而成为研究热点，其测量精度由欠定方程组的求解精度决定。目前对欠定方程组求解精度的研究主要关注方程求解算法误差，忽略了光谱仪自身的测量误差，导致未能合理地控制系统误差。本文基于适用范围广、测量精度高的缓变假设，通过模拟不同条件下光谱通道数和信噪比对发射率测量误差的影响，确定了相应条件下光谱仪的参数配置，并对发射率测量效果进行实验验证。实验结果表明，使用基于缓变假设的多光谱辐射法，为使黑体发射率测量误差小于1%，光谱仪的光谱通道数应不小于400，信噪比不低于1 000；对发射率变化复杂的目标而言，为使测量误差小于1%，应至少具有1 000个光谱通道数及1 200以上的信噪比。综合考虑算法误差和光谱仪参数匹配关系，是合理控制系统误差的关键，可以获得更精确的发射率测量结果，这为多光谱辐射法精确测量发射率的应用提供了新的依据和解决方案，对于高温目标的准确识别和相关领域的应用具有重要意义。
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秦嘉怡, 罗曼, 成田恬, 孟雨欣, 祖源泽, 王鑫, 余晨辉
DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.06.003
Abstract:
六方氮化硼（h-BN）由于其优良特性被广泛应用于栅介质层、钝化层、隧穿层等功能。目前，对关于超薄h-BN的基本物理性质和其中的电子隧穿效应的研究还存在不足。文中采用实验与理论相结合的研究方法，通过拟合金属/绝缘体/金属结构的电流-电压曲线成功提取了不同层数h-BN的有效质量。结果显示在4~22层范围内，h-BN的有效质量随着层数的增加而单调下降。作者利用已提取的有效质量精确确定当h-BN中发生电子隧穿时，Fowler-Nordheim隧穿模型的物理参数。此外，文中使用该物理参数在Sentaurus TCAD软件中研究了金属/h-BN界面处固定电荷以及不同种类的金属电极对该结构中Fowler–Nordheim隧穿的影响。这项工作对促进h-BN相关红外物理和技术领域的应用具有一定的参考和指导意义。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.06.001
Abstract:
本文介绍了一种具有低成本高效益的化学方法，通过将辛烷（C8H18）和十二烷（C12H26）两种类型的烷烃基团分别嫁接到MXene表面，实现对薄片的弯曲形变，从而增强了中波长的红外吸光度。烷烃的链长超过表面官能团Tx（=O、-OH、-F）的键长，从而将片内应力和片间应力作用到Ti3C2Tx MXene薄片表面。电子显微镜和原子力显微镜测试表明，薄片有明显的边缘褶皱和拉伸/压缩变形。薄片终端的烷烃将Ti3C2Tx Mxene从2.5 μm到4.5 μm波长的中波红外区域的吸光度从略高于50%，提高到99%以上。这种吸收增强归因于Ti3C2Tx MXene红外反射率的降低。C-H键骨架振动覆盖了上述区域，并部分降低了表面反射率。同时，由于边缘褶皱和拉伸/压缩导致的薄片变形增加了比表面积，从而增加了吸收。此结果对于中波红外伪装技术具有应用价值。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
提出一种能够准确预测超材料吸收结构光谱响应和共振特性的RLC等效电路模型理论，对其设计进行了扩展，同时详细表征了该模型中的参数。利用该模型，我们对不同尺寸超材料吸波材料的响应波长和带宽进行了计算。与有限差分时域（FDTD）模拟结果相比较，结果吻合很好。所设计的吸收器采用微纳制造工艺制备，通过实验测试，在波长为9.28 μm时，吸收率超过90%。我们将预测结果与测试结果进行对比，表明两者的共振响应具有较好的一致性，从而证实了该模型的合理性和准确性。
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白治中, 黄敏, 徐志成, 周易, 朱艺红, 沈益铭, 张君玲, 陈洪雷, 丁瑞军, 陈建新
DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2024.06.002
Abstract:
报道了12.5 μm的InAs/GaSb II类超晶格长波红外焦平面探测器。实验采用分子束外延技术在GaSb衬底上生长超晶格材料。吸收区超晶格结构为15ML（InAs）/7ML（GaSb）。探测器采用PBπBN的双势垒结构以抑制长波探测器暗电流。研制了规模为1 024×1 024，像元中心距为18 μm的长波焦平面探测器。采用金属杜瓦封装，与制冷机耦合形成超晶格长波探测器制冷组件。在60 K温度下测试了探测器各项性能。探测器50%截止波长为12.5 μm，平均峰值探测率达到6.6×1010 cmHz1/2/W，盲元率为1.05%，噪声等效温差NETD为21.2 mK。红外焦平面成像测试得到清晰的长波成像。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
光电导天线阵列作为太赫兹辐射的重要发射器件，传统天线因固定偏振状态而限制了其应用的灵活性。针对这一问题，我们设计并研究了一种偏振可调的四元太赫兹砷化镓光电导天线阵列，旨在增强其在应用中的多功能性和适用性。该天线阵列通过精细控制阵元的激励方式，采用同相不等幅激励和90°相差激励两种方式，实现线偏振和圆偏振太赫兹波的精确调控。结果表明，采用同相不等幅激励时，实现了线偏振太赫兹波在360°范围内的灵活调控；采用90°相差激励时，产生了圆偏振太赫兹波，其-10 dB阻抗带宽范围为0.057 ~ 1.013 THz，相对带宽为178.69%；轴比带宽范围为0.815 ~ 0.947 THz，相对带宽为14.98%。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
针对高光谱亚像元空中航空器探测时受复杂背景影响而产生的低探测率、高虚警率问题，提出一种基于航迹云提议的高光谱遥感图像空中航空器探测方法。首先，基于高光谱语义分割模型搜索航迹云，并利用航迹云提议航空器像元区域，减少无效搜索范围，抑制虚警；其次，提出一种基于字典学习和半盲非负矩阵分解的端元提取算法，有效提升混合像元航空器端元提取精度；最后，在国产高分五号高光谱遥感卫星图像数据集上开展实验验证，结果表明本文提出的算法能够在复杂场景下有效抑制虚警，显著提高亚像元空中航空器的探测率和探测精度。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
针对红外弱小目标检测在复杂云背景下面临的背景与目标对比度低、噪声抑制能力不足等问题，提出了一种基于张量核规范和方向残差加权的红外小目标检测方法。在将红外图像转换为红外块张量模型的基础上，从背景张量的低秩特性出发，利用背景与目标在不同方向上的对比度差异，设计了一种基于方向残差加权的双邻域局部对比度方法（double-neighborhood local contrast based on direction residual weighting method, DNLCDRW），并结合张量核范数部分和方法（partial sum of tensor nuclear norm, PSTNN），实现了对红外小目标的有效背景抑制和恢复。实验表明该算法能有效抑制背景，提高对目标的检测能力。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
金属、光学镜面、硅晶圆等光滑物体一般具有极低的辐射率和较高的反射率，称之为低辐射率物体。微弱的低辐射率物体自身辐射会被其表面反射的环境辐射淹没。低辐射率物体的红外测温一直是红外测温领域的一个难题。随着金属冶炼、太阳望远镜热控、半导体生产等领域对低辐射率物体非接触测温需求的不断增长，人们提出了大量用于低辐射率物体的红外测温方法。本文首先阐述了低辐射率物体红外测温的难点，并将目前用于低辐射率物体的测温方法归纳为五类。然后，综述了每种测温方法的基本原理和技术路线，并详细分析了每种测温方法的优缺点。最后对低辐射率物体测温可能的发展方向进行了展望。
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李依凡, 杨贺, 杨睿, 贾一鸣, 胡家敏, 娄存广, 于宇, 刘秀玲, 姚建铨
DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
太赫兹波因其低能性、高透过性、抗干扰能力强、指纹性等独特特性，在探测、成像、雷达、军事防御等领域发挥着至关重要的作用，近年来得到了国内外学者的高度重视。但高成本和高损耗仍然是制约太赫兹调控发展的重要因素。钙钛矿材料具有优异的光电学特性，且制备工艺简单，可大批量生产，成为制备太赫兹探测器最有潜力的材料之一。此外，钙钛矿易于调节的特性弥补了超表面难以调节的缺陷，满足了可调谐超表面的需求。将这两者结合起来，可以在光场下有效地调控太赫兹。本文设计了两种编码超表面，由有机-无机杂化钙钛矿CH3NH3PbI3、聚酰亚胺和铝组成，并通过光场控制分别改变两种结构的工作频率，将结果与理论计算进行对比验证其效果。第一种结构可以通过光场调控，在宽带工作频率和高效工作效率之间选取。第二种结构仅工作在0.1 THz，可以通过光改变相位，使得原有结构相位出现反转，从而控制波束反射方向。在此基础上我们制备了器件并进行了验证。本文一定程度上填补了编码超表面在光场调控领域下的空白，为后续研究提供了一种思路。
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梅雪晗, 陈翔, 徐港, 杨元忠, 张仲, 雷诚, 李胜, 王行环, 王度
DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
波长2 μm附近的激光位于大气传输窗口和水的强吸收峰，在医疗、激光雷达、材料加工以及中红外泵浦源等方面具有重要应用。掺铥光纤激光器（thulium-doped fiber laser， TDFL）是一种可在2 μm波长获得高功率输出的重要光源。本文针对准连续（quasi-continuous wave， QCW）TDFL中的弛豫振荡和模间四波混频问题，通过增加偏置电流、优化增益光纤长度以及改变光纤盘绕直径等方案，优化了激光器的时域及频域输出特性，并探究了不同增益光纤结构对光纤传输模式的影响。研制的QCW-TDFL在脉宽100 μs，重复频率1 kHz，占空比为10%的情况下，在中心波长1939.2 nm实现了峰值功率894 W，平均功率89.4 W的输出，并获得了稳定可控的脉冲输出波形和光谱特性。
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李朝旭, 徐清宇, 安玮, 贺旭, 郭高伟, 李淼, 凌强, 王龙光, 肖超, 林再平
DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
弱小目标检测一直是红外图像处理领域的经典问题，通常所关注的弱小目标在亮度上高于所在的局部背景。然而在一些场景下，目标辐射能量会弱于背景，如在高空中巡航的民航飞机，由于机身蒙皮温度低于地表，在中等空间分辨率的热红外卫星图像上呈现为暗弱点目标。针对暗弱目标形态特征少、现有目标检测网络结构冗余的问题，作者提出了一种基于可形变注意力机制的极轻量级暗弱目标单帧检测网络AirFormer，参数量仅为37.1K，在256×256尺寸的图像上浮点运算次数仅有46.2M。此外，针对当前红外图像暗弱目标检测数据集缺乏的问题，作者通过对热红外卫星图像民航飞机的特性进行分析，提出了一种中等空间分辨率热红外卫星图像民航飞机的简易仿真方法，并以民航飞机为仿真对象构建了红外图像暗弱目标检测数据集IRAir数据集。在IRAir数据集上进行验证，所提的AirFormer网络对暗弱点目标的召回率可达71.0%，检测准确率可达82.6%。此外，基于仿真数据训练，AirFormer可有效检出热红外卫星图像上真实的民航飞机。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
大型航空器的高度信息在航空安全和空域资源管理等方面有重要意义，目前仅依靠被动遥感手段难以获取大型航空器高度信息。结合大气特性反演，高灵敏度红外遥感手段通过对目标热辐射信息进行精确测量，具备一定航空器特征信息定量化观测的潜力。提出了一种基于红外多通道特征匹配的大型航空器估计方法，第一步，基于大型航空器目标热红外辐射特性，结合大气辐射传输模型建立热红外谱段的航空器辐射特性观测模型。第二步，基于观测模型得到不同大气条件下不同高度、飞行状态下的航空器光谱仿真数据库。第三步，提取遥感图像中的目标光谱信息，利用光谱角匹配法开展飞行高度估计。最后，利用仿真数据和SDGSAT-1在轨数据进行验证和分析。结果表明，对于巡航高度的大型航空器可实现千米量级的估计精度。该方法为被动式天基手段开展航空器高度估计提供了新思路，具有重要的参考意义。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
光斑质心定位的准确度对系统跟踪精度和激光链路搭建的稳定性有重要影响。在卫星激光通信系统中，采用短波红外波段作为信标光可以降低大气吸收，减少信号衰减。然而，短波红外图像中存在较强的非均匀性和盲元，这使得图像失真从而导致光斑质心定位精度下降。因此，短波红外图像光斑质心高精度定位具有重要的研究意义。提出了一种短波红外高精度光斑质心定位模型，对短波红外图像的非均匀性和盲元进行了校正，并量化了二者造成的定位误差；进一步基于模型进行了定位误差仿真，使用最新的640×512面阵InGaAs短波红外探测器，设计了用于卫星激光通信的新型光斑质心定位载荷。实验结果表明矫正后的图像非均匀性由7%降到0.6%，盲元剔除率达到100%，帧频可达2 000 Hz，光斑质心定位精度高达0.1像素点，实现了高帧频短波红外图像的高精度光斑质心定位。
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马秋静, 段微波, 于天燕, 李大琪, 余德明, 刘保剑, 庄秋慧, 刘定权
DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
研究了沉积方式及氟化钙（CaF2）的掺杂对氟化镱（YbF3）薄膜材料光学和理化特性的影响。分别使用电子束蒸发工艺和电阻蒸发工艺，制备了纯YbF3薄膜及掺杂不同比例CaF2的YbF3薄膜，通过光谱测量、应力测量、X射线衍射（XRD）、原子力显微镜（AFM）等测试方式对单层膜样品进行了表征，并使用经典洛伦兹谐振子色散模型对其进行光学常数拟合。结果表明，在采用电子束蒸发工艺、CaF2掺杂比例为1%的条件下，获得了光学和理化性能较好的单层膜。在该条件下，设计和制备了长波红外减反射膜系，并对其进行了光谱表征和可靠性测试，结果表明其在长波红外区的透过率达到99%以上，可靠性达到空间红外光学薄膜相关标准要求。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
本文研究了Sb/In比对200 nm InAsxSb1-x薄膜传输特性和晶体质量的影响。通过对称（004）扫描和非对称（115）扫描的HRXRD计算了所有样品中InAsxSb1-x薄膜的Sb含量。计算结果表明，在Sb/In比为6和As/In比为3的条件下生长的InAsxSb1-x薄膜中，Sb组分为0.6。InAsxSb1-x薄膜在室温下测得的最高电子迁移率为28560 cm2/V·s。同时，本文还研究了Sb/In比和As/In比对Al0.2In0.8Sb/InAsxSb1-x量子阱异质结的输运性质和晶体质量的影响。结果显示，在Sb/In比为6和As/In比为3的条件下生长的沟道厚度为30 nm的Al0.2In0.8Sb/InAs0.4Sb0.6量子阱异质结的最高电子迁移率为28300 cm2/V·s，最小表面粗糙度为0.68 nm。通过优化生长条件，我们的样品具有更好的晶体质量和更光滑的表面形貌。
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DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.XXXX.XX.001
Abstract:
近红外飞秒激光诱导铁电畴反转技术是三维非线性光子晶体制备领域的重要手段，基于其制备的样品已在光学频率变换和非线性波前整形领域取得了一系列重要研究成果。目前，已报道的激光诱导铁电畴反转过程均在常温下进行，然而铁电体在升温时会逐步趋近居里点，其矫顽场等与铁电畴反转特性相关的物理性质均会随温度升高而发生改变，但目前关于温度对飞秒激光诱导铁电畴反转过程的影响规律尚不明确。本文选取居里温度约70℃的铌酸锶钡铁电晶体作为加工基质，在温度25-65℃下利用近红外飞秒激光诱导了反转铁电畴结构，通过观测结构的二次谐波光场分布推测铁电畴反转情况，获得了不同温度下畴反转所需的激光阈值功率，并对影响规律的产生原因进行了推测。
红外学科交叉融合研究
红外物理与材料器件
红外学科交叉融合研究
红外光电系统与应用技术
红外物理与材料器件
红外光电系统与应用技术
红外物理与材料器件
红外光谱与遥感技术
红外物理与材料器件
红外光电系统与应用技术
毫米波与太赫兹技术
红外光电系统与应用技术
红外学科交叉融合研究
红外光电系统与应用技术
毫米波与太赫兹技术
红外物理与材料器件
红外光谱与遥感技术
红外物理与材料器件
红外光电系统与应用技术
红外物理与材料器件
太赫兹与毫米波技术
遥感技术与应用
红外物理与材料器件
红外光电系统与应用技术
毫米波与太赫兹技术
红外物理与材料器件
红外学科交叉融合研究
红外物理与材料器件
红外光谱与遥感技术
红外光电系统与应用技术
红外物理与材料器件
红外光电系统与应用技术
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低功耗、高散热效率太赫兹量子级联激光器的研究
谭诚, 严川峰, 臧善志, 王凯, 甘良华, 曹晨涛, 陈炳奇, 陈宏泰, 张月蘅, 房玉龙, 徐刚毅
Abstract:
提出并实现了以二维贴片天线阵列为谐振腔的单模太赫兹量子级联激光器（THz-QCL）。单个贴片天线中有源区处在上下金属层之间，具有全尺度亚波长特性，并激发竖直方向低辐射损耗的电四极子模式。阵列内天线之间的交互耦合有效抑制了电磁场在平面内的泄漏。因此，当阵列仅包含少数天线时即获得高的品质因子和低的阈值电流密度。由此，激光器功耗低至950 mW。此外，离散分布的天线阵列使得散热面积远大于发热面积，结合非泵浦区域提供的横向散热通道，激光器的单位面积热阻低至5.6 mK/W/cm2。通过显著降低激光器功耗、提升散热效率，所研制的激光器激光频率为3.18 THz，边模抑制比达19.5 dB，光束发散角35°×35°，20 K时连续工作达到3.14 mW，最高连续工作温度达到90 K，显著高于相同材料研制的法布里-泊罗腔激光器的工作温度。本工作为提高THz-QCL的连续工作温度提供了新的思路。
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基于自构卷积核改进模板匹配的红外十字靶标中心定位算法
Abstract:
靶标中心定位是红外热成像仪标定过程中的关键技术。针对靶标形貌相对复杂的特点，提出了一种基于自构卷积核改进模板匹配的中心定位算法。算法首先通过构造具有靶标图像特征的归一化模板，在下采样与预处理的目标图像上移动模板进行匹配运算，得到粗定位结果；根据粗定位中心对原图进行ROI精细匹配，并通过亚像素细分算法进一步校正，从而最终确定准确的靶标中心位置。利用该算法对制作的模糊、边缘特征不明显等情况的靶标图像进行检测，能有效避免模糊、遮挡、背景复杂或者特征不明显的情况对定位的干扰，具有较好的鲁棒性，能够准确地定位靶标中心，且运算速度快，与传统CCORR、NCC等模板匹配和Hough变换相比有较大的提升，可以满足红外热成像仪自动标定过程中的定位需求。
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融合密集连接与多注意力机制的星载红外遥感图像超分辨率网络
Abstract:
星载红外遥感图像在环境监测和军事侦察等领域具有重要应用价值。然而，由于器件工艺限制、大气扰动和传感器噪声等因素，这类图像面临分辨率不足和细节纹理模糊的问题，严重限制了后续分析和处理的准确性。为了克服这些困难，提出了一种新的超分辨率生成对抗网络模型（Generative adversarial network，GAN），该模型将密集连接与Swin Transformer架构相融合，实现跨层特征传递和上下文信息的有效利用，同时增强了模型的全局特征提取能力。此外，将传统的跳跃连接改进为基于多尺度通道注意力机制（Multi-scale channel attention，MSCA）的特征融合，使网络能够更加灵活地整合多尺度特征，提升了特征融合的质量和效率。随后，通过构建联合损失函数，以全面优化生成器的性能，进一步提升超分辨率图像质量。所提算法在不同数据集上进行对比测试均取得了明显提升，且超分后的图像在目标检测等下游任务中，也展现出更高的性能，验证了该算法在星载红外遥感图像超分辨率中的有效性和应用潜力。
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多通道交互注意与轮廓增强的红外无人机检测
Abstract:
无人机因其小巧、轻便、灵活的特点，在农业、物流、救援、赈灾等方面有着广泛的应用。然而如果使用不当或管理不善，不仅会造成个人隐私泄露、财产损失，还可能对公共安全甚至军事安全构成威胁。因此，实时准确地对空域内的无人机进行检测与预警具有重要作用。对此，提出了一种用于红外无人机检测的多通道交互注意力和边缘轮廓增强的方法（MCIAECE）。首先，通过构建多通道交互注意力机制模块和边缘轮廓增强模块组成的多通道对红外图像的浅层和深层特征进行提取，经过注意力机制可以增强目标特征而边缘轮廓增强则可以获取更多细节信息。然后使用多级特征融合模块将所提取的各层特征进行融合增强，从而获得检测结果。实验结果表明，在三个数据集上用多通道交互注意力和边缘轮廓增强的方法都能够达到较好的效果。其中在NUDT-SIRST红外数据集上效果最佳，检测概率和交并比分别为98.83%和85.11%与基线网络相比提高了1.95%和6.88%，与其他方法相比，在目标的边缘轮廓还原方面效果显著。
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1.6Tbps 以上速率数据中心LWDM AWG的设计和制备
黄淞, 崔鹏伟, 王玥, 王亮亮, 张家顺, 马骏驰, 张春雪, 郭利勇, 杨涵茗, 吴远大, 安俊明
Abstract:
采用二氧化硅平面光波回路 (PLC) 技术，设计并制备了 O 波段、通道间距 800 GHz 的 16 通道阵列波导光栅 (AWG)。将波长分配从 IEEE 802.3bs 规定的 8 个通道扩展到 16 个通道，增加了通道数量并提高了传输容量，以满足未来数据中心对 1.6 Tbps 及更高速信号传输的要求。通过优化 AWG 结构，使其插入损耗优于 -1.61 dB，插损均匀性低于 0.35dB，偏振相关损耗 (PDL) 低于 0.35 dB，相邻信道串扰低于 -20.05 dB，纹波小于 0.75dB，中心波长偏差低于 0.22nm，1 dB 带宽超过 2.88 nm。同时验证了该 AWG 可以传输每通道 53.125 Gbaud 的 4 级脉冲幅度调制（PAM4）信号，总传输速率可达1.6Tbps以上
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基于硒化镓晶体的电光取样探测技术在中红外波段的性能分析
Abstract:
电光采样探测技术已在太赫兹技术领域得到广泛应用，该技术还可以测量少周期激光脉冲的电场时域波形。其频率响应和探测带宽直接由电光晶体和探测激光脉冲的脉宽决定。研究了基于薄硒化镓晶体的电光取样探测技术在中红外少周期激光脉冲测量中的频率响应特性和探测性能。计算了该技术在探测过程中引起的激光脉冲中心频率偏移和带宽变化规律，进而讨论了引起的脉冲畸变规律。研究发现这种技术会导致探测的少周期激光脉冲中心频率发生红移、带宽变窄。当测量的激光波长从2 ?m增加到10 ?m时，这种变化随之减小。本工作有助于评估电光取样探测技术在中红外波段的测量性能，并为相关实验提供参考。
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基于超对称波导的宽脊中波量子级联激光器结构设计
杜舒豪, 郑显通, 贾涵, 崔锦涛, 张诗雅, 柳渊, 冯玉林, 刘铭, 张东亮
Abstract:
在大面积量子级联激光器功率扩展过程中，经常遇到光束质量下降、多叶远场模式发射等挑战。这些问题随着脊宽的增加而变得尤为突出，最终导致多模问题。针对这一问题，提出了一种基于超对称原理的创新多脊波导结构。该结构由中间较宽的主波导和两边较窄的辅助波导组成。通过模式匹配设计将主波导的高阶模式与辅助波导的模式耦合，辅助波导的光损耗抑制这些高阶模式，从而实现较宽主波导的基模激光发射。本文采用有限差分特征模方法对4.6 μm波长量子级联激光器进行了详细的结构建模和仿真优化，成功实现了脊宽为10 μm的单横模QCL。与传统单模QCL（脊宽约5 μm）相比，MRW结构有可能使激光器的增益面积提高100%，为提升中红外量子级联激光器单模发光功率提供了一种新颖的设计理念和方法，具有重要意义。
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吸收倍增分离型雪崩器件的穿通现象研究
李冲, 马子怡, 杨帅, 刘玥雯, 王稼轩, 刘云飞, 董昱森, 李紫倩, 刘殿波
Abstract:
本文研究了吸收倍增分离型雪崩光电探测器（SACM APD）的穿通特性，基于器件的光谱响应、电容特性以及不同工作温度下的I-V特性，结合SILVACO仿真平台计算得到的器件内部电场和能带分布，分析了SACM APD穿通前后器件性能并建立相应的数学模型。设计优化硅基SACM APD器件结构参数和工艺参数，当场控层离子注入能量为580keV时，仿真得到，优化结构器件的穿通阈值电压为-30V，电容降低至穿通前的1/3。基于CMOS工艺制备了硅SACM APD器件，测试得到器件的穿通阈值电压为-30V，穿通时光电流升高至原来的2.18倍@808nm，响应峰值波长由穿通前的590nm红移至穿通后的820nm，峰值响应度由0.171A/W@590nm升高至0.377A/W@820nm，电容降低为穿通前的1/3@1MHz。
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基于在轨数据的FY-3E/HIRAS-II红外光学载荷热模型标校研究
李玉涵, 杨宝玉, 张强, 郭志鹏, 吴亦农, 唐晓, 李尚举
Abstract:
红外高光谱大气探测仪II（HIRAS-II）是风云三号E星（FY-3E）上的关键设备，具有高光谱、高灵敏度和高精度的垂直大气探测能力。为了确保探测精度，需要将其热模型与在轨温度数据进行标校。本研究中，通过引入先进的克里金代理模型和高效的自适应区域优化算法，建立了一种智能化、自动化、精准化的标校方法，命名为智能热模型标校平台（ICP-TM）。利用该方法对FY-3E/HIRAS进行热模型标校后，结果表明，与在轨数据相比，热模型的预测误差在低温工况（10℃）下从5 K降低到±1 K以内。随后在高温工况（20℃）下验证了标校后的模型，该模型在不同工况下表现出良好的通用性。这种标校精度也优于其他类似文献中的误差值（如3 K）。此外，使用ICP-TM平台完成该标校过程仅用了8天，效率远高于基于手动标校方法的3个月时间成本。这说明所提出的方法显著提高了热模型的精度和效率，有助于后续红外光学载荷的在轨精密热控研究。
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基于多物理场耦合的空中目标红外探测多参数联合寻优方法
Abstract:
弱小目标高灵敏度探测是天基红外感知的重要发展方向，而以目标背景辐射特性为驱动的红外探测系统指标体系设计方法是主要突破点之一。以民航飞机为典型的空中目标活跃于对流层上部及平流层底部，在复杂地球背景杂波和大气衰减效应作用下，表现出暗弱多变的辐射特性，对天基红外探测效能提出了极大挑战。针对这一问题，本文提出了一种基于多物理效应耦合的空中目标红外探测系统多参数联合寻优方法。首先，基于目标、背景的光谱辐射特性以及目标-天基探测平台的光谱大气透过率变化特征完成对天空中目标探测谱段的初步优选，并提出了探测灵敏度需求。然后，建立了以目标运动速度限、地球背景限、探测灵敏度为三大边界的系统参数寻优方法，实现了空中目标红外探测指标体系的建立。
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浮空器平台海雾背景下红外偏振特性分析及作用距离建模
Abstract:
研究旨在通过仿真实验揭示红外偏振成像系统在浮空器平台海雾背景下的探测优势。首先，基于偏振双向反射分布函数，分析了偏振特性随观测角度变化的规律，研究结果表明红外偏振在浮空器斜掠观测中的适用性。其次，借助蒙特卡洛方法和MRTD模型，构建了红外偏振成像系统的最远作用距离模型，从而验证了红外偏振成像相较于红外强度成像在海雾背景下特征保持和探测距离上存在优势。为红外偏振探测技术在浮空器平台上的部署应用，提供了理论分析和仿真依据。
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基于微双臂马赫-曾德尔干涉仪的近红外全光纤模式监测器
朱晓军, 刘宇, 吴越, 庄浩然, 孙丹, 施跃春, 曹娟, 杨永杰
Abstract:
提出了一种基于微双臂马赫-曾德干涉仪(MTP-MZI)的新型近红外全光纤模式监测器。这种MTP-MZI模式检测器是利用光纤熔接机将两段无芯光纤(NCF)和单模光纤(SMF)熔接耦合而成,形成两个独立的厘米级的光传输路径。由于NCF中传输的近红外高阶模式相较于SMF的基模对曲率变化引起的能量泄露更为敏感,因此当曲率发生变化时,NCF中的近红外高阶模式光泄露,从而引起MTP-MZI的透射光谱发生变化。通过分析器件的曲率、透射光谱和空间频谱之间的关系就可以分析曲率变化过程中参与干涉的模式,以此揭示光纤中近红外光的模式传输特性。在验证实验中,在光纤模式监测器之前,熔接一段空芯光纤(HCF)来激发进入器件的高阶模式。当MTP-MZI曲率发生变化时,由于引入器件的近红外光的高阶模式发生泄露,从而使得透射光谱恢复到最初未弯曲且未接入HCF的状态。这个验证实验说明MTP-MZI可以作为全光纤的模式监测设备来监测外部环境引入光纤中的模式,为光纤信息系统中的近红外全光纤模式监测提供了实验和理论依据。
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稀疏性和自相似性先验引导的深度学习图像盲超分
Abstract:
图像盲超分旨在从未知退化的低分辨率图像中恢复出相应的高分辨率图像，已成为计算机视觉领域中的研究热点。由于该问题的病态本质，如何合理选择并利用图像先验成为解决该问题的关键，然而，现有的基于深度学习的图像盲超分算法仅利用神经网络端到端地学习低分辨率图像到高分辨率图像的映射，让网络隐式地学习图像的先验，导致算法仍产生模糊的超分结果。针对上述问题，提出一种稀疏性和自相似性先验引导的深度学习图像盲超分算法。首先，针对不同的低分辨率图像输入，利用动态线性核估计模块，有效估计出相应模糊核；然后，利用基于FISTA算法的深度展开反卷积滤波模块，显式地对信号的稀疏性先验进行建模，实现对退化图像的反卷积恢复；最后，利用双通道多尺度大感受野恢复模块，借助于图像自相似性先验进行超分恢复。在公开的Gaussian8和DIV2KRK数据集上的实验结果表明，与现有方法相比，所提出算法恢复出的图像不仅具有最高的复原指标，还具有更佳的视觉效果。
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MoTe2量子点薄膜的制备及椭圆偏振光谱研究
李国彬, 胡坤, 张泰玮, 杨 奥, 夏溢坪, 李学铭, 唐利斌, 杨培志, 王善力, 陈晟迪, 杨丽, 张 艳
Abstract:
量子点薄膜的制备和光学常数的准确测定在其光电领域的发展应用尤为重要。目前通过机械剥离和化学气相沉积制备的MoTe2单晶薄膜的光学常数测定较为成熟,然而,2H-MoTe2量子点薄膜的光学常数的报道却较为少见。采用超声辅助液相剥离的方法制备出2H-MoTe2量子点,并通过改变辅助溶剂的种类与超声顺序制备了两种尺寸的2H-MoTe2量子点；使用椭圆偏振光谱技术,通过B-spline模型和Tauc-Lorentz模型分别研究了两种尺寸量子点薄膜的折射率、消光系数与介电常数等光学常数。结果显示,两种尺寸的2H-MoTe2量子点在可见到红外波段内具有相近的折射率、消光系数和较宽的光谱吸收；与MoTe2体材料相比,具有较低的介电常数。
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基于波形频域匹配的高分七号激光足印定位方法
周思寒, 赵朴凡, 杨 坚, 韩启金, 王 恒, 马 跃, 周 辉, 李 松
Abstract:
高分七号卫星搭载的激光测高仪主要用于为影像提供高程控制点。在卫星运行过程中受环境变化的影响导致激光指向偏移,足印定位误差增大,直接降低了控制点高程精度。这种影响在复杂山地尤为明显。为了提高星载激光测高仪观测成果在复杂山地的可用性,提出一种基于波形频域匹配的激光足印定位方法：利用高精度的地形数据进行波形仿真,由计算仿真波形与高分七号接收波形在频域的相关性确定激光足印的位置；由多足印频域匹配的联合计算,得到激光指向的系统偏差。在美国蒙大纳州中部、怀俄明州西部、犹他州东部三个区域进行的实验结果表明,该方法获得的足印平面偏移距离标准差、平面正北夹角标准差、等效激光指向偏离角度标准差等均优于时域波形匹配方法,证明了基于波形的频域匹配方法在足印高精度定位方面具有优势,为提高卫星激光测高仪观测成果在复杂山地的可用性、以及利用波形匹配实施对卫星激光测高仪指向误差校正奠定了基础。
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中红外海面太阳耀光方向辐射模拟与评估
Abstract:
传感器入瞳处接收到的中红外波段能量包含反射的太阳能量与地物自身的发射能量。通常该波段反射的太阳能量很弱，但在海面太阳耀光区域的特定情况下，被中红外通道探测到的反射太阳能量是比较可观的。目前，关于太阳耀光物理模型在中红外波段的应用尚不明确。基于此，研究不同可见光与短波红外的太阳耀光模型应用在中红外波段上的精度，以评估其适用性。文章选取了Breon-Henriot模型、Ebuchi-Kizu模型和Wu模型三种模型，首先对不同太阳耀光模型的敏感性进行评估。随后，利用经过筛选的四幅MODIS太阳耀光影像作为数据源，结合与卫星数据相匹配的ERA5再分析数据计算大气参数。通过三种模型计算出海面反射的太阳辐射强度，并进一步利用中红外辐射传输模型验证各模型的精度。结果显示，Breon-Henriot模型与MODIS测量值的相关系数和均方根误差总体上表现最好。该结果不仅拓展了太阳耀光模型在中红外波段的应用范围，还进一步完善了中红外正向模型体系，为中红外辐射传输提供新的理论支撑，提升中红外遥感产品在气候变化监测和海表温度动态分析中的应用效能和准确性。
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基于线性优化法设计的高输出功率340GHz平衡式二倍频器
刘志成, 周静涛, 孟进, 魏浩淼, 杨成樾, 苏永波, 金智, 贾锐
Abstract:
在本文中,报道了一种用于太赫兹电路设计的线性优化方法,以提高仿真效率,缩短整个电路设计流程的时间。该方法通过谐波平衡仿真来快速得到二极管在相应带宽得到最佳效率的嵌入阻抗,然后通过该阻抗进行线性匹配电路的优化,从而将倍频电路的线性部分与非线性部分的仿真分离,极大的提高了仿真速度。片上线性匹配电路设计采用分块电路设计的方法,引入了固定负载电阻以简化匹配问题。基于该方法设计了一款340GHz二倍频器并且进行了验证。测试结果显示在330GHz到342GHz的带宽内,倍频器的效率在10%以上,输入功率的范围在98mW到141mW之间,输出功率在13mW以上。当输入功率为141mW,在334GHz处测得峰值输出功率为21.8mW,对应的效率为15.8%。
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BDMFuse:基于红外与可见光图像基础特征和细节特征的多尺度融合
司海平, 赵文汭, 李婷婷, 李飞涛, 费尔南多.巴桑, 孙昌霞, 李艳玲
Abstract:
红外与可见光图像融合结果应该突出红外图像显著目标，同时保留可见光纹理细节。为了满足上述要求，本文提出一种基于自编码器的红外与可见光图像融合方法。编码器根据优化目标构建基础编码器和细节编码器。基础编码器用于提取图像的低频信息，细节编码器用于提取图像的高频信息。这种提取方式会造成部分信息未被捕捉，我们提出补偿编码器补充信息。同时，我们引入多尺度分解来更加全面的提取图像特征。随后，将编码器获取的图像特征送入解码器。解码器先将高频、低频和补充信息相加获取多尺度特征。我们从多尺度特征中获取注意力图，与对应尺度的融合图像相乘。多尺度融合中引入Fusion模块，实现图像重建。本文提出的网络在TNO、RoadScene和LLVIP数据集上证明网络的有效性。实验表明我们的网络能够更好的感知光线变化，较好的提取图像细节信息，融合后的图像更符合人的视觉感知。
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Urban Tree Species Classification with Multispectral Airborne LiDAR 基于多光谱机载激光雷达的城市树种分类研究
胡佩纶, 陈育伟, Mohammad Imangholiloo, Markus Holopainen, Yicheng Wang, Juha Hyyppä
Abstract:
城市树种可为城市提供各种基本的生态系统服务，如调节城市温度、隔离噪音、固定碳以及减轻城市热岛效应。这些服务的质量受到物种多样性、树木生长状况以及树木分布和组成的影响。传统上，有关城市树木的数据都是通过实地数据收集和人工解读遥感图像收集的。在这项研究中，我们评估了使用多光谱机载激光扫描数据对芬兰埃斯波市 24 种常见城市路边树种进行分类的能力。我们利用树冠结构信息、强度特征和光谱信息进行分类。结果表明，使用多光谱激光雷达数据进行分类的总体准确率为 71.5%，这表明在单帧中结合结构和光谱信息可以提高分类准确率。今后，我们将重点确定物种分类中最重要的特征，并寻找效率更高、准确率更高的算法。
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基于时序Sentinel-2影像和近红外潮滩指数的海岸带潮滩提取方法
Abstract:
利用遥感瞬时影像提取海岸带潮滩时，受潮汐影响导致空间分布提取准确性低。本文以削弱潮汐影响为目的，提出一种联合时序Sentinel-2影像与潮滩指数的海岸带潮滩提取方法。首先，基于Sentinel-2时间序列影像，利用分位数合成法生成高、低潮影像，分析不同地类在高、低潮影像上的光谱反射率特征，构建一种可排除潮汐瞬时干扰的近红外波段潮滩提取指数；将影像光谱与潮滩提取指数输入到机器学习算法中，实现潮滩的快速、高效提取。此外，本文讨论了潮滩指数的可分离性及方法的普适性。结果表明：本文构建的潮滩提取指数对潮滩具有较好的可分离性，潮滩提取总体精度为93.02%，Kappa系数为0.86，提出的方法对含有近红外波段的遥感影像均具有良好的适用性。，本研究能够实现自动、快速地潮滩提取，为海岸带资源的可持续管理和保护提供数据支持。
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拉曼光谱对月面典型矿物中水冰的检测与定量
闻道远天, 赵海艇, 刘向锋, 徐卫明, 许学森, 雷欣瑞, 舒嵘
Abstract:
月面物质中的水可以促进月球地质和环境的演变，并为月球资源利用提供所需的条件。由于月球遥感探测手段的分辨率低，难以获得水冰的直接证据或确定水冰的赋存形态。激光拉曼光谱无需光照、样品预处理、无损地获得月岩和矿物以及水体的指纹信息，能为月面物质的类型、分布范围甚至含量提供直接有利的信息。本文利用拉曼光谱法对典型月岩/矿物以及吸附水、冰、结晶水和羟基结构水等形态的含水特征进行检测，并对水体含量进行定量分析。首先，利用532nm激光显微拉曼对月面典型矿物和模拟月壤中多种形态的水进行含水信号识别与特征分析。其次，检验并分析了模拟月壤中吸附水、结晶水和羟基结构水的检测限，及其含量与信号强度间存在的规律。然后，利用岭回归、偏最小二乘回归、线性回归对模拟月壤中三种形态水的不同含量进行定量分析。实验结果表明（1）能明确识别月壤模拟物中四种形态水的特征谱峰，其中模拟月壤组分和水体的峰位分布区域分别位于100-1700cm-1和2600-3900cm-1，且水体的特征谱峰体现为不同比例的氢键OH的宽包络峰和无氢键OH伸缩振动尖峰的组合；（2）模拟月壤中吸附水、结晶水（MgSO4·7H2O）、羟基水（Al2Si2O5(OH)4）检测下限分别为1.3wt%，0.8wt%和0.3wt%；（3）模拟月壤中含水谱峰强度与含水量之间呈线性关系，利用线性回归、岭回归和偏最小二乘回归定量分析的均方根误差分别为1.75wt%、1.16wt%和1.19wt%。
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面向弱光探测的短波红外异质结光电晶体管器件仿真设计
Abstract:
探测器灵敏度是红外探测器的核心技术指标。短波红外探测器暗电流低,其探测灵敏度受到探测系统固有的读出电路噪声限制,而在探测器中引入内增益是进一步提升探测灵敏度的有效途径。异质结光电晶体管具有高增益、低工作偏压和低过剩噪声等优点,为高灵敏探测的实现提供了新的途径。本文主要针对InGaAs/GaAsSb II类超晶格短波红外光电晶体管展开了仿真设计,研究了不同器件尺寸结构与器件光电特性之间的影响关系。结果显示,更小的基区尺寸能实现更高的电流增益、更低的暗电流和更短的响应时间。基于器件尺寸结构的优化设计,可以获得噪声等效光子数优于10的探测灵敏度,为实现高灵敏度异质结光电晶体管探测器提供了新的技术途径。
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基于因子先验的非凸张量塔克分解的红外小目标检测方法
杨俊刚, 刘婷, 刘永贤, 李博扬, 王应谦, 盛卫东, 安玮
Abstract:
低秩稀疏分解方法因其好的检测性能在红外小目标检测领域受到广泛关注。然而，现有低秩稀疏分解方法在复杂场景中仍然面临检测性能不高，检测速度较慢等问题。虽然现有的低秩塔克分解方法在复杂场景下取得了令人满意的检测性能，但基于低秩塔克分解的方法需要根据经验提前定义秩，预估的秩过大或者过小会导致漏检或虚警。而且，不同场景中秩的大小不一样，这不适用于实际场景。为了解决这一问题，本文采用非凸秩接近范数约束低秩塔克分解的潜在因子，这避免了根据经验提前设置秩，提高了算法在不同场景中的鲁棒性。同时，设计了基于对称高斯-赛德尔的交替方向乘子法(symmetric GaussSeidel based alternating direction method of multipliers algorithm, sGSADMM)来求解所提模型。与现有基于交替方法乘子法不同的是，sGSADMM算法可以利用更多的结构信息来获得更高的精度。大量的实验结果表明，该方法与其他先进算法在检测性能和背景抑制等方面具有优越性。
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2002,21(3):161-166, DOI:
Abstract:
在结合Mumford-Shah模型和水平集方法中的窄带解法优点的基础上，提出了一种新的图像分割模型。Mumford-Shah模型虽然具有良好的图像分割结果，但是其每次迭代过程都需要对所有图像数据进行计算，因而很费时，导致这种方法不适用于大的图像数据，特别是三维图像的分割。本文通过一种新的初始化方法把Mumford-Shah模型和水平集中的窄带解法结合在一起。这种新 的初始化方法是通过在特定条件下简化快速行进法得到的。通过去除快速步进法中费时的 排序过程，使得初始化的计算时间只有O（N）。窄带Mumford-Shah模型把分割计算限制在窄带范围内，避免了大量的计算，但取得了与原始的Mumford-Shah模型相同的分割效果。实验结果表明基于快速步进法的初始化方法是可行的，而窄一喧M－S分割模型一次迭代计算的时间比原M－S模型减少许多。
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2001,20(3):184-188, DOI:
Abstract:
测量了几种不同处理的Cd1-xZnxTe(x=0.04)表面的傅里叶变换拉曼散射光谱和电流－电压（I－V）特性。通过分析拉曼光谱反Stokes分量，并与表面I－V特性进行比较，结果表明与表面处理相联系的晶格声子的行为反映了表面完整性的变化，Te沉淀是影响表面质量的关键因素，并对有关表面处理方法的实际应用进行了讨论。
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2003,22(2):132-136, DOI:
Abstract:
根据粗糙面基尔霍夫小斜率近似研究了脉冲波入射时实际海谱分布的一维分形海面的电磁散射。分析了毫米波入射时不同分维、入射角和入射中心频率下双频散射截面的散射角分布。结果表明分形海面的双频散射截面在镜反射方向有最大的相关带宽，随着海面分维的减小、入射中心频率和入射角的增加，该相关带宽是增大的。对于入射功率为δ函数时的散射波功率是一个具有一定脉冲展宽的散射脉冲，且脉冲展宽与相关带宽成反比关系。
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Fu Y Chiragwandi Z G(o..)thberg P Willander M
2003,22(6):401-405, DOI:
Abstract:
IntroductionThedevelopmentoflow dimensionalsemiconductormaterialshasbeenextensive[1].Toalargeextent,themodernmicroelectronicsindustryisstilllargelybasedontheconventionaldevicecomponents (withareduceddis cretedevicedimensionfollowingMoore′slaw) ,whereasth…
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2002,21(3):175-179, DOI:
Abstract:
采用溶胶－凝胶法在石英玻璃衬底上制备出均匀透明的无定形PbTiO3薄膜，并对其 光学性质进行了详细的研究，发现其折射率的波形符合经典的Cauchy函数。由半导体理论计算得到无定形的PbTiO3薄膜的光学禁带宽度为3．84eV.FTIR透射光 谱研究表明无定形PbTiO3薄膜在中红外波段没有吸收峰出现，对于在550℃下 快速热退火得到的PbTiO3薄膜，通过远红外反射光谱测量，观察到了6个约外活性声子膜。
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2010,29(1):53-56, DOI:
Abstract:
研究了用近红外光谱法快速定性和定量检测纯牛奶中三聚氰胺.实验分别配制了两组不同三聚氰胺含量的纯牛奶样品,用于定性和定量分析.通过近红外光谱与聚类分析法相结合,可将含有和不含有三聚氰胺的牛奶样品有效分类;结合光谱预处理和波长选择及模型优化方法建立的检测三聚氰胺的近红外定量分析模型具有较好的稳定性和预测能力.结果表明,近红外光谱分析是一种快速、方便和环保的检测乳制品中三聚氰胺的新方法.
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2006,25(2):113-117, DOI:
Abstract:
粒子滤波（Particle Filter）是一种处理非线性和非高斯动态系统状态估计的有效技术．提出了一种基于粒子滤波的红外目标稳健跟踪新方法．在粒子滤波理论框架下，红外目标的状态后验概率分布用加权随机样本集表示，通过这些随机样本的Bayesian迭代进化实现红外目标的跟踪．系统状态转移模型选择为简单的二阶自回归模型，并自适应地确定系统噪声方差．红外目标的描述利用目标区域的灰度分布，该灰度分布通过核概率密度估计建立．通过计算参考目标的灰度分布和目标样本的灰度分布之间的Bhattacharyya距离，建立系统观测概率模型．实验结果表明该方法是有效的和稳健的．
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2002,21(3):189-194, DOI:
Abstract:
从偏差－方差模型出发，提出了一种通过模糊规则推理动态调整正则项系数的新方法，并有效地确定了模糊推理规则和隶属度函数，并将该方法与BP算法和固定正则项系数的方法进行了比较，该方法具有精度高、收敛快和泛化能力高等优点，通过实例表明了该方法的有效性。
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2008,27(2):123-128, DOI:
Abstract:
多数传统分类算法应用于高光谱分类都存在运算速度慢、精度比较低和难以收敛等问题.本文从支持向量机基本理论出发建立了一个基于支持向量机的高光谱分类器,并用国产OMIS传感器获得的北京中关村地区高光谱遥感数据进行试验,分析比较了各种SVM核函数进行高光谱分类的精度,以及网格搜寻的方法来确定C和愕闹?结果表明SVM进行高光谱分类时候径向基核函数的分类精度最高,是分类的首选.并且与神经网络径向基分类算法以及常用的最小距离分类算法进行比较,分类的精度远远高于SVM分类算法进行分类的结果.SVM方法在高光谱遥感分类领域能得到广泛的应用.
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2010,29(1):63-68, DOI:
Abstract:
提出了一种新的基于粒子群优化粒子滤波(PSOPF)的红外目标提取算法,将红外目标提取阈值的计算问题看作系统状态估计问题.在粒子滤波的框架下,建立了关于灰度—方差加权信息熵和像素点灰度值的阈值状态空间,建立了基于粒子群优化算法思想的系统状态转移模型,建立了基于红外目标提取效果评价函数的系统观测模型,它有效综合了红外图像中灰度、信息熵、梯度、像素点的空间位置等信息.最后,以粒子的加权平均估计目标提取的阈值.实验结果表明,该方法是有效且稳健的.
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2010,29(1):69-74, DOI:
Abstract:
近来出现的谱聚类算法在模式识别和图像分割中得到了广泛应用.与传统的聚类算法相比,谱聚类算法能在任意形状的样本空间上聚类且收敛于全局最优解.本研究从谱聚类和权核K-均值的等价性出发,基于图像的空间一致特性,提出了一种基于空间约束特性的谱聚类算法.该算法通过对加权核K-均值的目标函数加上空间一致约束项,利用近似逼近将目标函数最小化与谱聚类算法等价起来.仿真实验表明,此算法在图像分割中取得了比原始谱聚类算法更好的分割效果.
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2001,20(3):207-210, DOI:
Abstract:
给出了一种新的基于多尺度分解的像素级图像融合方法。该方法利用小波变换对每一图像进行多尺度分解，按照不同的融合规则，采用多种融合算子去构造融合图像对应的各小波系数，再根据融合图像的各小波系数重构融合图像。该方法被成功地用于红外与可见光图像的融合处理。实验结果表明该融合方法十分有效，获得的融合图像更符合人们的视觉特性、更有利于机器视觉。
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2016,35(5):600-609, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2016.05.015
Abstract:
传统的火点检测算法通常利用高温地物在中红外波段或热红外波段的高发射率特性来提取火点, 然而受制于影像空间分辨率的限制如MODIS、AVHRR等, 使得很多小规模火情现象被漏检.研究发现短波红外数据也同样能被用于高温地物的识别和检测, 并且相较于热红外波段数据对低温和高温地物的区分度更大, 在精确识别和定位高温目标方面更加准确.文章利用空间分辨率为30米的Landsat-8 OLI传感器数据, 根据高温火点在近红外及短波红外波段的波谱特性, 利用改进的归一化燃烧指数(NBRS)结果自适应地确定阈值来提取疑似火点, 然后再利用高温火点在短波红外的峰值关系进行误检点剔除, 从而得到最终的火点产品.提出的算法能检测到所占像元面积10%左右的火点, 并能够有效地排除云层及建筑物的干扰, 在保证较低漏检率的同时还能达到90%左右的准确率, 相比于传统算法的火点提取精度有很大的提高.
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2019,38(1):79-90, DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2019.01.014
Abstract:
随着石墨烯产业的蓬勃发展,氧化石墨烯作为制备工程化应用石墨烯的中间体产物而备受关注。同时由于其自身优异的物理化学性质,使其在各大领域均有前所未有的新兴应用。针对国内外氧化石墨烯的各种结构模型、制备方法、性质和相关应用,以及氧化石墨烯的还原进行了总结与概述。在对比各种方法的基础上,提出了氧化剂和还原剂的选择是反应的关键要素,归纳了选择的基本原则。最后,指出氧化石墨烯制备和还原研究中还需解决的问题,并对其发展和影响做出了评价和展望。
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2008,27(3):227-233, DOI:
Abstract:
随着搭载干涉成像光谱仪HJY20-1-A的我国环境与减灾遥感卫星HJ-1A即将发射,我国干涉光谱成像研究也从实验室开始走向实用化.在干涉光谱成像过程中,切趾函数处理是干涉成像光谱仪光谱复原过程中的一个重要环节,对复原光谱的精度有着极其重要的影响.根据HJY20-1-A的参数设置,文中首先模拟了24种典型地物对应于HJY20-1-A和其它最大光程差设置的干涉成像光谱仪数据,在不同切趾函数作用下的复原光谱,结果表明Hanning函数是其中最有效、最为稳定的切趾函数,同时发现切趾函数的应用虽然可以提高复原光谱的精度,但与真实光谱仍存在一定差距,尤其对应HJY20-1-A,复原光谱的精度更加有限.在以上分析基础上,提出了基于仪器线型函数标准化的光谱复原改进算法,实验结果证实了该方法可以显著提高复原光谱精度,尤其适用于最大光程差较小的空间调制型干涉成像光谱仪.最后,就HJY20-1-A复原光谱对3种典型植被指数求解,进一步证明了该方法的有效性.
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2005,24(2):135-139, DOI:
Abstract:
在分析基于颜色直方图及信息熵进行图像检索的基础上，提出了一种改进的基于信息熵的图像检索算法，该方法同以往的基于信息熵的图像检索算法相比具有更强的鲁棒性．同时，文中又提出利用空间分布熵描述图像颜色的空间分布信息，并给出了一种基于图像信息熵与空间分布熵的彩色图像检索算法．试验结果表明，该方法效果良好，大大提高了图像检索的速度．
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2001,20(2):111-116, DOI:
Abstract:
描述了给定幅度分布和功率谱密度多种杂波仿真方法，给出了仿真实验结果，及在杂波环境下雷达目标频域散射中心的数学模型，并研究了该数学模型的求解方法，还给出了仿真数据和飞机缩比模型测量数据的实验结果。
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吴翔, 裴志斌, 屈绍波, 徐卓, 张介秋, 马华, 王甲富, 王新华, 周航
2011,30(5):469-474, DOI:
Abstract:
提出了一种构建超材料带通频率选择表面的新方法，该方法通过调节单元结构的等效介电常数实现.金属丝阵列在等离子频率以下等效介电常数为负，产生传输禁带，在金属丝阵列中加入介电常数符合Lorentz模型的短金属线结构，可得到一维带通频率选择表面，理论分析和仿真计算充分验证了这种方法的可行性.基于这种方法，将一维超材料频率选择表面单元拓展设计为二维对称结构，实现了一种宽入射角、极化无关的频率选择表面，最后加工了两个样品对基于等效介质理论的频率选择表面设计方法进行了实验验证.这种设计方法不必考虑常规频率选择表面所涉及的复杂计算和多参数优化等问题，拓展了频率选择表面的设计思路，对于THz频段频率选择表面的设计，及多通带、可调、小型化频率选择表面都具有借鉴意义.
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2005,24(3):236-240, DOI:
Abstract:
提出夜视彩色融合图像质量评价的三个基本指标是“目标探测性”、“细节”和“色彩”，并且通过视觉评价实验，研究了“感知质量”与这三个指标的相关性．对十个场景的微光与红外图像采用四种融合算法产生的40幅假彩色图像进行评价实验，实验结果得出：融合图像都有好目标探测性，感知质量与目标探测性的相关性很小；感知质量与细节的相关系数是0．89，感知质量与色彩的相关系数是0．75．说明在满足目标探测性要求条件下，细节是视觉感知融合图像质量的最主要评价指标，而且色彩成为夜视彩色图像质量的一个重要指标．
