基于长度可变密钥的光学图像加密方法

为提升光学图像加密效果,设计了一种基于长度可变密钥的光学图像加密方法。基于混沌方程构成混沌序列均匀化普适算法,运用该算法生成均匀化伪随机序列,以此作为长度可变密钥,经空间光调制器调制后,转换此类密钥为伪随机相位掩模(PRPM),运用两个转换后PRPM双重随机相位编码初始光学图像,并结合变形分数傅里叶变换(AFrFT),相位转换编码后光学图像,获得加密光学图像,完成光学图像加密。实验结果显示,该方法可针对不同光学图像生成敏感性与唯一性密钥,实现不同光学图像的加密处理,加密效果显著,加密光学图像的像素频数分布均匀,且解密后光学图像与初始光学图像几乎一致,整体加解密效果理想,可有效保障光学图像的安全性,而且本方法可以在最短3 s的时间内完成光学图像的加密和解密,加解密效率更高,综合效果更佳。

中波红外激光器干扰效果对比实验研究

使用两种不同频率(1 kHz与15 kHz)的中波红外激光器对同一目标进行了远距离(15 km)干扰效果对比实验,分析了激光器频率与干扰效果的关系,计算了到达探测器的激光功率密度。实验结果表明:在激光器波长、平均功率一致的情况下,高重复频率(15 kHz)中波激光器的干扰效果要明显优于低重复频率(1 kHz)的中波激光器,实验结果对光电对抗装备的研制具有一定的指导意义。

异步双波长脉冲锁模动力学特性

设计了基于双峰滤波的掺铒全光纤激光模型,开展了异步双波长脉冲锁模动力学特性的数值模拟研究。以同一噪声作为初始条件,分别将增益光纤饱和能量设置为15、40、55 pJ,模拟结果表明:噪声最终分别演化成为单波长脉冲锁模、异步双波长脉冲锁模、孤子分子形式的异步双波长脉冲锁模,其中异步双波长脉冲生成的演化过程经历噪声脉冲、多脉冲锁模与增益竞争、稳定的异步双波长脉冲锁模3个阶段;增益光纤饱和能量的大小直接决定脉冲在增益竞争中的演化方向。脉冲碰撞过程中互相位调制作用引起的脉冲频率移动,导致时域脉冲时间抖动。

“阿秒光学”专题导读

2023年诺贝尔物理学奖授予皮埃尔·阿戈斯蒂尼(Pierre Agostini)、费伦茨·克劳斯(Ferenc Krausz)和安妮·勒惠利尔(Anne L’Huillier),以表彰他们“为研究物质中的电子动力学,而产生阿秒激光的实验方法”方面所作出的贡献。这些科学家们做出的开拓性的工作,使超快科学及技术的发展迎来了阿秒时代。阿秒是目前人类掌握的最小时间分辨尺度。阿秒物理从时间范畴研究物质中的电子动力学特性,也就是从时间分辨率角度,把我们认识物质世界的视野提高了一大步。如今人们已经成功将阿秒技术应用于原子、分子、纳米体系甚至固体中超快电子运动的测量和调控研究,为诸多潜在应用开辟了崭新的道路。近几年,我国在阿秒光学等相关领域进展显著,相关研究也进入了国际先进水平。

面向6G通信的SnSe_(2)薄膜太赫兹波探测器

第六代通信(6G)技术以其宽带宽、高速传播、保密性强等优势成为了通信技术的发展方向,并计划于2028年商用。然而,由于6G波段电磁波的光子能量较低而在室温下缺乏高效的探测手段,这也成了制约6G技术发展的因素之一。近年来,低带隙纳米材料的发展,为太赫兹波检测提供了一种低成本、高灵敏度的探测手段。对大面积、高灵敏度的薄膜太赫兹波探测器进行研究,同时引入532 nm激光和强垂直磁场进行调控,研究了外场作用下的探测性能变化,得到了外场对太赫兹波的探测效果具有极其显著的提升。因此,少层和多层SnSe_(2)薄膜在外场调控下对于太赫兹波探测有明显的提升作用,这一研究也证明了,外场调控下的SnSe_(2)薄膜对6G探测技术的发展具有重要意义。

格栅尾翼布局轨控干扰性能研究

针对喷口与格栅翼不同布局的轨控喷流气动干扰问题,使用计算流体力学(CFD)方法计算了典型工况的无喷、喷流全弹主要气动分量和部件气动力。对比了不同轨控喷流方向与格栅周向位置组合的纵向和横向气动干扰。研究结果表明:纵向喷流时,周向相同型(×-×)布局和周向交错型(×-+)布局都会产生较大的俯仰干扰力矩,主要由弹身产生;横侧向喷流时,×-+布局会产生较大的滚转干扰力矩,喷流导致的左右格栅受力不对称产生,×-×布局不产生该力矩。×-×布局的综合干扰性能优于×-+布局。

基于倾斜摄影与地面激光扫描的三维建模技术分析

三维激光扫描技术是一种创新的建模方法,依赖点云数据以构建精细且准确的模型。鉴于其高精度和对细节的全面捕捉,可以整合倾斜摄影和地面三维激光扫描的点云数据,运用多视角影像纹理自动化映射,以生成无缝的三维模型。此过程中,需精选校验点,对照实地测量的结果进行验证。实验表明,当结合这两种技术建模时,模型的精度超出了常规标准,同时增强了对细节构造的表现,进而提升了模型在应用中的效能。

基于模糊数据融合的空中来袭目标数据处理方法

针对舰艇编队远洋作战时空中来袭目标批次多、快速探测不够精准的问题,为克服海量多源模糊不确定信息的影响,首先引入云模型算法,并对其进行适应性改进,基于黄金分割法采用正态云生成算法生成标准云,得出来袭目标数据云的区间隶属度,再利用模糊熵进行改进,得出区间非隶属模糊熵;然后,采用区间毕达哥拉斯模糊集的概念对其进行融合处理,判断来袭目标信息,提出来袭目标识别的置信度,给出最准确的目标识别判断;最后,结合算例对该方法进行了正确性验证。研究结果表明:所提方法可有效提高舰艇编队防御拦截空袭目标群快速处理能力,确保解算数据的可靠性,为编队防空快速识别决策提供了参考依据。

基于侧影轮廓的激光射线成像图像重建方法

由于进行激光射线成像图像重建的过程中没有对图像去噪处理,导致图像画面模糊,为此提出基于侧影轮廓的激光射线成像图像重建方法。采用两侧相邻法进行直线插补,去除激光射线成像图像中存在的噪声;结合图像灰度二值化方法将去噪后的图像转化成黑白二值图像;通过侧影轮廓中心相位提取二值图像特征;采用包围盒方法,建立图像重建三维数据场,按照数据场对激光射线成像序列实行直接绘制,实现图像重建。通过实验可知,所提方法重建后图像画面清晰,能够全面展现原始图像内纹理细节信息,且图像重建效率较高。

对非线性康普顿散射几种改进物理模型的比较

非线性康普顿散射被认为是未来超短超强激光与物质相互作用中的主导性物理过程之一。目前大多数相关研究都基于一种主流的非线性康普顿散射物理模型,该模型假设辐射形成距离足够短、对初态和末态自旋求平均与求和、并忽略了参与散射的激光光子的能动量。近年来,一些研究为了在更广阔的参数空间内,更准确地描述非线性康普顿散射,也对这个主流物理模型提出了几种修正和改进。回顾了对非线性康普顿散射主流物理模型进行的几种改进和修正,介绍了它们的适用范围,分析了它们的基本性质并对其物理效应进行了简单讨论。

级联双缀饰四波混频缀饰相互作用的功率控制

主要研究Y型四能级原子系统中缀饰场功率控制的级联双缀饰四波混频的缀饰相互作用。首先,基于缀饰态理论求解当两个缀饰场同时入射非线性光学介质时的缀饰态的本征值,研究缀饰能级的位置与缀饰场功率的关系。接着,使用改变缀饰场功率,扫描探测场失谐的方法,研究四波混频的缀饰相互作用。研究发现,当两个缀饰场的失谐不同时,原子介质中会产生三个缀饰能级,相同时则会产生两个缀饰能级;而且两个缀饰场功率的变化都会令缀饰能级的位置发生偏移,偏移的程度决定于缀饰场的失谐。

云雾场多尺度水滴和冰晶粒子的脉冲激光后向散射特性

为研究云层中冰晶和水滴粒子的尺度、散射等光学特性对飞行结冰的影响,该文基于联合散射理论,建立多尺度水滴和冰晶粒子的激光后向散射模型,分析了水滴与冰晶粒子的光学特性对后向散射的影响。结合工程应用模拟云雾场实验环境,测试不同粒子浓度下的1.064μm和0.532μm激光后向散射。结果表明,随着云粒子浓度增加,云层后向散射发光强度增大,实测数据与理论数据最大误差不高于7%。0.532μm波长激光的后向散射功率明显高于1.064μm波长激光,云雾场后向散射与粒子浓度几乎呈线性增长,并且冰云的后向散射系数普遍高于水云,差异可达到2~30倍。

基于光线光学的强激光非线性效应仿真与分析

非线性效应会影响强激光系统的性能,为了改善强激光系统的光束质量,基于光线光学提出了强激光非线性效应仿真与分析研究。利用光线光学透镜的相位传递函数,得到透镜的总厚度,根据光线光学透镜的结构参数,构建了光线光学透镜的传递函数模型,基于极化强度与光电场的关系,计算出光传输介质的总折射率,在线性折射率远大于非线性折射率的情况下,计算出强激光非线性折射率,结合强激光非线性效应响应函数,仿真分析了强激光的非线性效应。仿真结果表明,当光束功率密度为2.5*10^(8)W/cm^(2)和0.75*10^(10)W/cm^(2)时,强激光的非线性效应都比较弱,从而改善了光束的质量。

激光雷达原理演示实验装置的设计与拓展

针对激光雷达在实验教学领域应用较少、相关实验教学方案有待完善的问题,研制了以激光雷达、红外相机、多场景模拟板及三维调节平台为核心部件的激光雷达原理演示实验装置.围绕装置设计了激光测距实验、物体形状识别实验和材料反射率测量实验3个功能性实验,分析采集获取的数据以评价激光雷达的性能.通过运动目标物轨迹追踪实验和利用点云图实现人体三维建模实验2个拓展性实验,让学生了解激光雷达的具体应用,加深学生对该仪器的认识.

向列相液晶激光器件侧面辐射谱研究

研究了向列相液晶激光器件侧面激光辐射谱,并深入分析了激光辐射机制。分别制备了传统液晶盒和引入SU-8光栅结构的两种器件,并注入向列相液晶TEB30A和激光染料PM597的混合物。利用Nd:YAG固体脉冲激光器倍频出的532 nm激光作为泵浦源正面入射器件,侧面探测激光辐射谱。在传统液晶盒器件侧面,测得575~600 nm范围的随机激光辐射谱。而具有周期100μm和8μm的SU-8光栅结构器件侧面,获得了多波长激光辐射谱。随着泵浦能量增大,最高强度激光辐射峰波长位置出现在583~585 nm和588~592 nm附近,FWHM约0.3 nm。基于光波导理论结合器件结构分析得出,在传统液晶盒中引入SU-8光栅结构增强了液晶器件的光波导效应,是获得多波长激光辐射谱的主要原因。

不同鉴别阈值条件下SiPM光子计数激光雷达探测模型及性能分析

硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)具有极高的探测灵敏度和响应速度,且在多光子条件下具有较高的动态范围以及线性响应的特性,在光子计数激光雷达应用中有独特的优势。然而,由于SiPM多像元、单时间通道的工作模式,其输出电压信号相较于其他单光子探测器更大概率出现脉冲堆叠现象,不同鉴别阈值条件下的SiPM探测过程更为复杂。针对该问题,本文建立了SiPM光子事件响应模型,以此为基础分析了由脉冲堆叠引发的屏蔽效应和触发效应两种特殊情况的时域分布,最终建立了SiPM半解析的探测概率与虚警概率模型。同时,搭建了基于SiPM探测器的光子计数雷达系统,通过观察实测输出电压波形以及光子点云分布与理论模型相符(R^(2)>0.95)。通过查全率与查准率对不同鉴别阈值的SiPM光子点云分布进行定量评价,并给出最优鉴别阈值区间,这对基于SiPM的光子计数激光雷达系统硬件参数的优化设计以及探测性能的定量分析具有重要的指导意义。

基于反演法的激光大气湍流传输效应分析方法

激光大气湍流传输效应是限制激光武器作战效能的重要因素之一,但目前可靠的激光大气湍流传输效应分析手段较少。为此,针对激光大气湍流传输效应分析的需求,提出了基于相位屏的高斯激光大气湍流传输效应分析方法。首先,利用功率谱反演法来模拟大气湍流相位屏,将大气湍流等价为多个相位屏的叠加;然后,根据高斯光束通过湍流后形成的光斑图像,分析光束展宽与光束倾斜效应;最后,与激光仿真软件EasyLaser获得的理论值进行了对比。研究结果表明:在作战距离1~10 km下,光束倾斜角的拟合均方差小于3μrad,光束扩展角拟合均方差小于4.5μrad,证明了该方法的可靠性。

三维激光扫描图像快速实时匹配方法改进研究

为提高三维激光扫描图像匹配效率,研究基于特征提取的三维激光扫描图像快速实时匹配改进方法。采用基于改进动态直方图均衡的三维激光扫描图像增强方法,在保证图像高频区域灰度与低频区域灰度一致的条件下,均衡地增强三维激光扫描图像,通过基于SIFT算法的三维激光扫描图像特征提取方法,提取增强后图像中的核心特征向量后,使用基于改进BRISK算法的三维激光扫描图像快速实时匹配方法,通过特征点匹配的方式完成三维激光扫描图像匹配。实验结果验证:所提方法对彩色、灰度两种三维激光扫描图特征点匹配图像具有较好的增强效果,可实现彩色、灰度两种三维激光扫描图像的快速实时匹配。

CMOS探测器星敏感器的跟踪窗口星图处理方法

近年来,商业航天微小卫星已经实现了轻小型化、低成本、快速研制等目标,但是在卫星姿态控制方面受制于星敏感器等测量敏感器的精度水平,无法实现高精度的测量与控制。为满足微小卫星在轨飞行中高精度姿态测量和大角速度运动的要求,本文提出了适用于CMOS探测器星敏感器的跟踪窗口星图处理算法方案,设计了基于姿态信息和导航星库,通过坐标系旋转和透视投影变换,预测探测星点成像位置,设置CMOS探测器跟踪窗口的方法,根据跟踪窗口设置,完成预测恒星所在图像子区域的像素灰度数据采集和背景灰度值的计算。采用这种方法后,恒星成像质心精度得到了提高,加快了星点提取质心的图像处理速度。通过试验室动态光星模和外场观星试验验证。试验结果表明:该算法提升了星敏感器的精度(2"/16")和动态性能(3(°)/s),同时提高了全天识别的概率和跟踪数据有效率。

克尔效应对两种特殊涡旋光束传输特性的影响

完美涡旋光束与环形艾里高斯涡旋光束在传输过程中能够克服衍射的影响,保持较为集中的光能量分布。当光束能量较高时,远程传输过程中这两种光束都会受到克尔效应的影响。利用分步傅里叶方法分析和比较了两种光束在克尔效应影响下的传输特性,重点讨论了入射光强和拓扑荷数变化时光束能量的变化规律。结果表明,受衍射和克尔效应共同作用,在大气中传输时两种涡旋光束的能量分布都将随传输距离的增加发生周期性变化,且能量分布变化周期随入射光强增大而减小,而且随着拓扑荷数的增大,光束稳定性也增强。相比而言完美涡旋光束的形状保持能力更好,能量演变更加平稳。