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响应性胶体晶体反射光谱预测模型及实验验证

光学学报 2024年第4期44卷 346-354页

作者：张金英王鑫野司玉琳王炳楠杨佳兴张野效桐精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室北京理工大学光电学院北京100081 北京理工大学长三角研究院浙江嘉兴314001

建立了一种以面心立方三维光子晶体为基础的有限元预测模型,研究了纳米粒子折射率、溶剂折射率、粒子直径、粒子间距等参数对反射光谱的影响。根据预测结果制备了优化尺寸的Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)纳米粒子电调谐器件。结果表明,有限元模... 详细信息

建立了一种以面心立方三维光子晶体为基础的有限元预测模型,研究了纳米粒子折射率、溶剂折射率、粒子直径、粒子间距等参数对反射光谱的影响。根据预测结果制备了优化尺寸的Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)纳米粒子电调谐器件。结果表明,有限元模型预测的反射光谱中心波长在680 nm至455 nm范围内移动,与制备器件的测试光谱匹配性良好。与解析预测模型相比,建立的三维有限元预测模型得到的反射光谱中心波长的预测结果准确性更高。对于非核壳结构,两种模型的预测误差范围分别为0.49%~1.70%、0.82%~1.49%,表现相当;对于核壳结构,两种模型的预测误差范围分别为3.51%~6.11%、0.28%~1.34%。本文建立的三维有限元模型将预测误差典型值降低为原来的1/5.9。所提模型可用于准确预测胶体体系下自组装光子晶体反射光谱的动态调谐能力,弥补了解析预测模型在核壳结构光子晶体预测准确性方面的不足,可指导粒子材料参数和结构参数设计,以及可调谐范围的优化区间筛选。对反射光谱幅值和谱宽预测准确性的提升需进一步考虑短程有序结构等随机微扰特性的影响。

关键词：光谱学胶体体系自组装光子晶体动态变色器件有限元预测模型反射光谱中心波长

基于异常反射型超表面的中红外激光偏振合束器

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光学学报 2024年第10期44卷 404-413页

作者：杨露露王欣张梦杨苏辉张金英北京理工大学光电学院北京100081 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室北京100081 信息光子技术工业和信息化部重点实验室北京100081

提出一种基于异常反射超表面的偏振合束器。当两束偏振态正交的(X方向线偏振和Y方向线偏振)4.0μm波段光束分别以11.54°和-11.54°角入射至超表面时,借助异常反射效应,两路光会同时以0°角反射,从而实现偏振合束。超表面偏振合束器由2... 详细信息

提出一种基于异常反射超表面的偏振合束器。当两束偏振态正交的(X方向线偏振和Y方向线偏振)4.0μm波段光束分别以11.54°和-11.54°角入射至超表面时,借助异常反射效应,两路光会同时以0°角反射,从而实现偏振合束。超表面偏振合束器由2μm×20μm的周期性排列超胞构成,制备在硅衬底上。每个超胞包含10个离散的2μm×2μm单胞。单胞由底层金、中间层二氧化硅和顶层矩形硅柱构成。采用粒子群算法优化顶层硅柱的两个边长尺寸,可实现两路正交偏振光相位和振幅的独立操纵,使X和Y方向线偏振光的异常反射率高达96.6%和97.7%。基于这一偏振合束器,设计了中红外激光偏振合束实验装置。当两路入射光均为基横模高斯光束时,通过仿真分析得到合束后光束的传输质量因子M2为1.12,整个合束装置的合束总效率为85.3%。仿真结果表明,所提出的合束技术可有效提高中红外激光的输出亮度。

关键词：物理光学中红外波段超表面偏振合束异常反射

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稀疏孔径一维旋转合成阵列的成像特性

光学学报 2024年第4期44卷 136-145页

作者：张会燕刘明宁布惠梅董立泉孔令琴赵跃进北京理工大学光电学院北京100081 精密光电测试仪器与技术北京市重点实验室北京100081 北京理工大学长三角研究院(嘉兴) 浙江嘉兴314019

分析了一维多孔径阵列的成像特性,选取子孔径间距比为1∶2的一维非冗余三孔径结构为基阵列,以最大化频域覆盖为设计标准,设计了沿基线方向对基阵列在360°范围内以不同角度进行多次旋转的新型合成孔径结构,以提高中频调制传递函数(IFMTF... 详细信息

分析了一维多孔径阵列的成像特性,选取子孔径间距比为1∶2的一维非冗余三孔径结构为基阵列,以最大化频域覆盖为设计标准,设计了沿基线方向对基阵列在360°范围内以不同角度进行多次旋转的新型合成孔径结构,以提高中频调制传递函数(IFMTF)和系统成像质量。当填充因子为28.51%时,旋转合成得到的九孔径阵列的IFMTF值(0.1223)大于Golay-9阵列的0.0782。仿真和实验结果的定量和定性评价均证明了所提方法的有效性。

关键词：成像系统光学稀疏孔径一维多孔径阵列旋转合成中频调制传递函数频域覆盖

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长波红外量子级联激光器的高效率光纤合束

光学学报 2024年第8期44卷 139-149页

作者：张梦王欣杨苏辉李宝李卓张金英高彦泽北京理工大学光电学院北京100081 北京理工大学学精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室北京100081 北京理工大学信息光子技术工业和信息化部重点实验室北京100081 中国电子科技集团第十一研究所北京100015

长波红外量子级联激光器(QCL)具有波长设计灵活、体积小、寿命长等优点。目前单横模QCL较低的输出功率(1~3 W)是限制其应用的主要因素。光纤功率合束技术是提升输出功率的有效手段。然而由于长波红外波段缺少低传输损耗的玻璃光纤,使得... 详细信息

长波红外量子级联激光器(QCL)具有波长设计灵活、体积小、寿命长等优点。目前单横模QCL较低的输出功率(1~3 W)是限制其应用的主要因素。光纤功率合束技术是提升输出功率的有效手段。然而由于长波红外波段缺少低传输损耗的玻璃光纤,使得高效率长波红外光纤功率合束的实现难度很大。本文研究了基于低损耗单模空芯光纤的长波红外激光功率合束技术。针对基横模长波红外QCL有源区尺寸大、发散角大的特点,设计了大数值孔径扩展光源双非球面准直镜,有效提高了单模光纤耦合效率。设计制备了无端面损耗的长波红外单模光纤束,光纤传输效率高达91.2%,实现了7.6~7.8μm波段QCL的高效率合束。当4个长波红外QCL的输出总功率为2.27 W时,采用所设计的光纤耦合光学系统及制备的4×1单模空芯光纤合束器获得了1.5 W的连续输出,总合束效率为66%。此外,测量得到单根单模长波红外光纤耦合输出光的光束质量因子M~2为1.2,光强分布和光束质量因子均优于QCL的直接输出激光,说明空芯单模光纤具有一定的非高斯光束模式净化作用。合束光束的传输质量因子为2.6,依然具有较好的光束质量。本文所研究的光纤合束方式对QCL的输出波长、偏振态均不敏感,且具有良好的可扩展性。实验结果表明,此方式可有效解决长波红外QCL单元器件输出功率偏低的问题。

关键词：长波红外量子级联激光器光纤合束耦合效率空芯光纤

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波片快轴角对空间调制偏振测量精度的影响

光学学报 2024年第16期44卷 163-170页

作者：张新新宁天磊刘丽辉李艳秋北京理工大学光电学院北京100081 北京理工大学光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081

空间调制偏振仪中光子空间分布特征与偏振信息的映射关系对检测的准确性有直接影响,而该映射关系由光学元件的Mueller矩阵决定。系统分析了波片快轴角度对空间调制偏振测量精度的影响,采取仪器矩阵条件数优化的方法确定最佳波片快轴角度... 详细信息

空间调制偏振仪中光子空间分布特征与偏振信息的映射关系对检测的准确性有直接影响,而该映射关系由光学元件的Mueller矩阵决定。系统分析了波片快轴角度对空间调制偏振测量精度的影响,采取仪器矩阵条件数优化的方法确定最佳波片快轴角度,进一步从仿真和实验两个方面进行验证,结果表明,波片快轴设置为水平状态时检测精度最高且最稳定。该工作为弱光场的高精度偏振检测提供了理论和实验依据。

关键词：测量空间调制弱光场 Stokes矢量波片快轴角偏振检测

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可调谐超快激光贝塞尔光束加工方法研究

红外与激光工程 2024年第8期53卷 56-64页

作者：全宏升马威峰唐赞张宗全金昌骏邱丽荣徐可米赵维谦北京理工大学光电学院“复杂环境智能感测技术”工信部重点实验室北京100081

为了实现高效率和加工精度可灵活调节的超快激光微器件加工,提出了一种基于可调谐贝塞尔光束的超快激光加工方法。该方法通过调节可对初级贝塞尔光束压缩的双远心光学系统压缩比,实现了超快激光贝塞尔光束的中心主瓣半径和最大无衍射传... 详细信息

为了实现高效率和加工精度可灵活调节的超快激光微器件加工,提出了一种基于可调谐贝塞尔光束的超快激光加工方法。该方法通过调节可对初级贝塞尔光束压缩的双远心光学系统压缩比,实现了超快激光贝塞尔光束的中心主瓣半径和最大无衍射传输距离的灵活调节,其中不同压缩比的双远心光学系统通过闭环反馈控制的高分辨位移音圈致动器控制实现。理论分析和实验测试证实,在锥透镜(底角2°)和双远心光学系统(f_(1)=250 mm,f_(2)=36、18、9 mm)配合下,超快激光贝塞尔光束的中心主瓣半径和最大无衍射传输距离分别为3.73μm和5.28 mm,1.86μm和1.32 mm,0.93μm和0.33 mm。同时,设计了一套贝塞尔光束检测系统,可以实现对上述设计的可调谐贝塞尔光束的精确测量。最后对厚度为1 mm的熔融石英样品进行了打孔实验,实验结果表明熔融石英上的表面微孔直径与设计的贝塞尔光束的中心主瓣直径相符。该研究内容为实现高精密高效超快激光加工提供了一种新方法,具备工程化价值。

关键词：超快激光加工贝塞尔光束双远心光学系统音圈致动器

面向Link16的QualNet与虚拟机信息交互接口设计与实现

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兵工学报 2024年第4期45卷 1186-1195页

作者：杨昊伟龚鹏张继豪王卫东唐飞喜周子骄张广为北京理工大学机电学院北京100081

Link16是美国国防部采用的高速视距战术数据链,广泛应用于美国海军、联合部队和北约部队,针对其开展测试评估具有重要军事意义。通过硬件在环技术将Link16实物设备接入到仿真测试中,可有效提高测试结果的真实性和准确性。然而当测试场... 详细信息

Link16是美国国防部采用的高速视距战术数据链,广泛应用于美国海军、联合部队和北约部队,针对其开展测试评估具有重要军事意义。通过硬件在环技术将Link16实物设备接入到仿真测试中,可有效提高测试结果的真实性和准确性。然而当测试场景需要进行实物设备组网测试时,仍会带来成本问题。为此,提出一种面向QualNet MAC层的Link16专属模型以及与之匹配的虚拟机信息交互接口。该模型可高逼真模拟Link16通信行为,实现Link16节点竞争接入、时隙划分、NPG分组等功能。并基于数据分布式服务实现了虚拟机交互接口,将运行在虚拟机的Link16设备模型接入QualNet测试场景。实验测试结果表明,所设计模型具有较高真实性和准确性且接口引入延时不超过1 ms,为大规模数据链网络测试提供一种新方法。

关键词：交互接口 Link16数据链虚拟机 QualNet MAC层网络仿真

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大视场相机最优投影模型识别及星光标定方法

仪器仪表学报 2024年第1期45卷 158-169页

作者：刘其林董明利孙鹏燕必希祝连庆长春理工大学光电工程学院长春130022 北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院北京100192 北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192

针对在轨摄影测量中近距离大尺寸测量需求,提出利用星光约束的大视场角摄影测量相机最优投影模型识别及标定方法。首先,构建了具备调节系数的星光几何投影分段函数模型。随后,针对分段星光投影模型开发多站位自标定光束平差算法。通过... 详细信息

针对在轨摄影测量中近距离大尺寸测量需求,提出利用星光约束的大视场角摄影测量相机最优投影模型识别及标定方法。首先,构建了具备调节系数的星光几何投影分段函数模型。随后,针对分段星光投影模型开发多站位自标定光束平差算法。通过将光束平差算法与北方苍鹰寻优策略相结合,对投影模型调节系数、相机内方位参数、相机外方位参数及镜头畸变系数同步优化,直到星点像面重投影均方根误差达到全局最小,得到最优投影模型及其参数。实测实验表明,大视场角相机星光标定后,星点像面坐标的重投影均方根误差为1/9 pixel。在连续帧星光标定实验中,通过卡尔曼滤波算法对相机参数随机误差进行了有效消除。该方法可在相机星光标定过程中识别最优投影模型并标定全部成像参数,具备连续帧标定及参数校准能力。

关键词：在轨摄影测量大视场角相机最优投影模型识别星光标定方法

基于半导体桥和含能材料的信息储存介质自毁模块研究

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北京理工大学学报 2024年第6期44卷 579-587页

作者：娄文忠李志鹏冯恒振李明愉北京理工大学机电学院北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401120

针对高安全等级信息储存介质硬件层面的防护,开展了基于半导体桥(SCB)和含能材料的低驱动能量自毁模块的研究.建立了SCB等离子体发火、能量传递、含能材料点火的数学模型并完成了理论计算,利用COMSOL搭建SCB多物理场仿真模型并校核其性... 详细信息

针对高安全等级信息储存介质硬件层面的防护,开展了基于半导体桥(SCB)和含能材料的低驱动能量自毁模块的研究.建立了SCB等离子体发火、能量传递、含能材料点火的数学模型并完成了理论计算,利用COMSOL搭建SCB多物理场仿真模型并校核其性能,搭建了试验平台并进行SCB与含能材料发火性能测试的试验.仿真和试验结果表明:含能自毁模块具有优良的发火性能,能在5 V充电电压的激励下,起爆SCB桥区并使桥区温度能在18μs内达到2700 K,从而激发0.43 mg叠氮化铜在50μs内起爆产生爆轰波.含能自毁模块能够完成能量的传递并摧毁目标信息储存介质,有效避免信息储存介质关键信息被窃取,保证了信息储存介质的安全性.

关键词：信息安全技术自毁模块半导体桥含能材料数值模拟