激光激发模式下超声信号与结构健康状态的相关性研究进展

面向激光激发模式下超声信号与结构健康状态的相关性,在分析技术难点的基础上针对性总结了面向压电测量的成像法、面向激光测量的解析法。成像法方面,得益于压电传感器的阵列化部署以及新型压电传感器的阵列化发展,结构信号测量可获得足够的数据维度和丰度,扫描、相控阵等传统成像方法均取得较好效果,时间反转、时域合成孔径等超分辨成像方法进一步解决了波长减小带来的分辨率提升与衰减率增加之间的矛盾;解析法方面,激光测量单点位、小区域的特点与激光激发的超声时频模式混叠、超声信号强度不足等难题叠加,以数值仿真或标样实验等结果作为操作信息的数据解析技术将相关性研究处理为数据挖掘活动,并通过与决策树算法、人工神经网络等人工智能技术的融合,展现了分析效率高、参数覆盖全等优势。从应用效果来看,建议重点围绕超分辨成像算法与算力的匹配、数据解析参数规模与表征有效性的协调等问题开展后续工作。

高分辨紫外电子轰击互补金属氧化物半导体器件的实验研究

基于真空紫外光电阴极和背照式互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器研制了紫外光响应的电子轰击CMOS(EBCMOS)器件,实现了EBCMOS器件在40 mlx光照度环境下的高分辨探测,电子图像灰度随电子能量的变化呈现出极好的线性关系.对器件成像分辨率测试的结果表明,在电场强度为5000 V/mm时,器件的空间分辨率可以达到25 lp/mm,与国际相关报道水平相当.研制的EBCMOS器件可直接在紫外弱光探测领域应用,如天文观察、高能物理、遥感测绘等,同时也可为下一步研制可见光和近红外敏感的EBCMOS器件提供参考.

距离选通成像系统中短脉冲激光驱动技术研究

基于单光子探测的距离选通成像系统中,需发射短脉冲激光并进行发射器和接收器之间的同步控制,使探测器工作在光子计数模式并在时间上进行积分,以完成成像操作。为了获得满足系统要求的短脉冲激光,同时减小系统体积、降低系统成本,本文提出将基于射频双极晶体管和基于阶跃恢复二极管SRD(结合短路传输线)两种产生窄脉冲电路应用于单光子距离选通成像系统。介绍了二者的原理与设计方法,进行了仿真验证、实物制作及测试,对脉冲发生器的特点、影响脉宽幅值的因素进行了分析。实物测试结果表明,基于晶体管方式可以产生上升时间为903.5 ps、下降时间为946.1 ps、脉冲宽度为824 ps、幅度为2.46 V的窄脉冲。基于SRD方式可以产生上升时间为456.8 ps、下降时间为458.3 ps、脉冲宽度为1.5 ns、幅度为2.38 V的窄脉冲,二者重复频率皆可达到50 MHz。利用这两种设计方法的任何一种配合外部电流驱动激光二极管都能够获得性能优良的短脉冲激光输出。

飞秒激光多光束干涉光刻硅表面减反微结构

为了得到均匀分布的硅表面微结构,提出了一种利用多束激光干涉光刻的方法来实现对硅表面微结构分布特征的控制.利用空间光调制器实现飞秒激光多光束干涉,形成分布均匀、周期可控的空间点阵,利用聚焦的空间点阵在单晶硅表面烧蚀得到规则分布的凹坑状结构,并通过改变附加给空间光调制器的相位实现对微结构分布特征及间距的控制.用扫描电子显微镜和分光光度计分别对结构的形貌特征和光学特性进行了测量,结果表明:采用底角为2°的四棱锥镜相位形成四光束干涉,通过10×物镜聚焦,在激光功率25mW、曝光时间30s时,可以形成间距约为3.3μm的密排凹坑微结构,所形成的凹坑结构具有良好的减反效果,在1.2～2μm近红外波段的透过率相对抛光硅平均提高了11.5%.

基于面阵CCD的瞬态光谱检测方法研究

针对瞬态光谱检测中对CCD线扫描速度要求高的特点,提出一种基于面阵CCD的瞬态光谱检测方法。该方法通过改变面阵CCD的电荷转移方式,以实现基于面阵CCD的高速线扫描。为了探究此方法的可行性,初步通过改变线阵CCD的电荷转移方式,建立了基于线阵CCD的单点超快探测系统。在发光二极管(light emitting diode,LED)光脉冲探测实验中,系统分别工作在单点超快探测模式和正常模式下。测试结果表明,基于线阵CCD的单点超快探测方法是可行的,单点探测速率可达20MHz。从而在理论上证明,通过改变CCD电荷转移方式以实现基于面阵CCD的瞬态光谱检测也是切实可行的。

利用频率叠加的方法实现高重频高压窄脉冲源

利用传统方法实现高重频高压窄脉冲源受制于的器件性能,因而提出了频率叠加的新思路。基于超快电子学和频率叠加理论,利用MARX电路产生多路高压窄脉冲,通过同步系统控制多路触发信号延时,使多路脉冲耦合成一路输出,实现高重频高压窄脉冲输出。实验中两个单路高压窄脉冲的幅度为2.56 kV,宽度为7.13 ns,重复频率为32 kHz,两路脉冲耦合后,输出脉冲幅度为2.46 kV,宽度为7.49 ns,重复频率为64 kHz。该实验验证了设计思路的可行性,实现了输出脉冲重复频率倍增。该方法可以推广至更多路脉冲的频率叠加,获得更高频率。

选通电脉冲宽度和幅度对微通道板选通软X射线皮秒分幅相机时间分辨的交互作用

微通道板(MCP)选通软X射线皮秒分幅相机(XPFC)的动态时间分辨率是其重要的性能指标之一.通过基于均匀设计分析法建立的MCP-XPFC的动态时间分辨率回归方程着重分析了选通电脉冲的宽度和幅值对MCP-XPFC的动态时间分辨率的交互影响.在选通电脉冲V1(t)(250ps,1200V)和V2(t)(170ps,1400V)的作用下,利用MCP-XPFC的选通理论模型、均匀分析法回归方程、以及飞秒激光系统分别对相机的动态时间分辨率进行了理论计算和实验测试,并对结果误差进行了分析.对于250ps的选通脉冲适合的电压范围约为800～1200V,而对于170ps的选通脉冲适合的电压范围为1100～1200V.

基于小波分解与多约束改进的序列图像配准

序列图像配准是光学影像超分辨率重建应用中的关键技术,针对如何提高序列图像超分辨率重建过程中配准的速度和精度问题,提出了一种基于小波分解和改进的多约束准则相结合的配准方法。首先对参考帧和待配准帧进行小波分解,生成小波图像金字塔以缩小搜索空间。其次,从金字塔最高层开始利用由局部灰度熵准则、灰度相似性准则和简化欧式距离比例不变准则构成的改进多约束准则提取同名特征点对,利用最小二乘法计算初始配准参数,然后逐层向下,对配准参数进行修正,实现由粗到精的配准。最后,利用模拟生成图像序列与实际获取图像序列进行测试。实验结果表明该方法在参数获取达到较高精度的情况下能有效提高配准速度,具有较好的效果。

条纹及分幅相机技术发展概述

介绍了超快诊断技术研究的意义,概述了条纹相机和分幅相机的研究历史及现状,分析了几种主流条纹管的技术特点及主要应用领域,比较了国内外超快诊断设备研制单位特点,分析了我国在超快诊断技术方面所取得的成就、存在的问题并对下一步发展出路进行初步的分析与探讨。

用于激光脉冲整形的电脉冲产生技术

介绍了一种用于激光脉冲整形的超宽带脉冲产生方法。电路中利用阶跃恢复二极管(SRD)载流子可控、截止速度快的特点,采用对阶跃恢复二极管进行串并联相结合的方法设计了超宽带脉冲产生电路。给出了实际电路的测试结果,并且对实验结果在物理层面上进行了理论分析,实验结果与理论分析结果吻合。此脉冲产生电路可输出幅度约10 V,脉冲宽度约150 ps的超宽带脉冲。输出脉冲的触发抖动小于3 ps,幅度稳定性优于3%,满足脉冲整形的要求。

炸药爆轰瞬时温度的实时测量

针对爆轰时刻光谱的特点,结合多光谱测温的理论基础,采用高速率线阵CCD,设计了瞬时多光谱爆轰测温系统。通过FPGA对各个模块进行控制,完成数据的采集、存储和传输;结合多项式回归算法,拟合出爆轰瞬间光谱信息的动态波形图。在标定过程中,采用两束激光特征谱线630和532nm进行CCD的标定,确定出对应的像元序号分别是175和270。对卤钨灯的表面温度进行实时监测表明:基于高速线阵CCD的多光谱测温系统可以完成多个时刻的瞬时光谱采集;在40MHz的高速时钟驱动下,CCD的帧频可以稳定工作在73kHz。

高量子效率InP/In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP红外光电阴极模拟

将In_(0.53)Ga_(0.47)As吸收层设计为多个薄层,通过不同浓度掺杂实现吸收层杂质指数分布,建立了InP/In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP红外光电阴极模型,在皮秒级响应时间的前提下模拟了吸收层厚度、掺杂浓度和阴极外置偏压对阴极内量子效率的影响,给出了光电子在吸收层和发射层的一维连续性方程和边界条件,计算了光电子克服激活层势垒发射到真空中的几率,进而获得阴极外量子效率随上述三个因素的变化规律,结果表明,吸收层掺杂浓度在10^(15)～10^(18)cm^(-3)范围内变化时,内量子效率变化很小;随着吸收层厚度在0.09～0.81μm内增大,内量子效率随之增大;随着外置偏压升高,内量子效率先增大后趋于平稳。文中给出一组既能获得高量子效率又能有快时间响应的阴极设计参数,理论上1.55μm入射光可以获得8.4%的外量子效率,此时响应时间为49 ps。

延迟线阳极紫外光子探测器研究

基于微通道板(MCP)的延迟线阳极探测器利用信号到达延迟线两端的时间差得到入射光子的位置信息,具有高空间分辨率、高计数率的特点,被广泛应用于紫外光谱成像系统中。分析了延迟线阳极紫外光子探测器的工作原理,提出一种新型二维延迟线阳极,仅由阳极表面收集经MCP倍增后的电子云团,上层延迟线直接收集电子,下层延迟线通过置于顶层的焊盘收集电子。该阳极采用印刷电路板(PCB)加工制作,大大简化了制作工艺。测试结果表明,阳极探测器空间分辨率FWHM优于92μm,成像非线性小于100μm。实验结果证明了该延迟线阳极探测器进行紫外光子成像的可行性,为研制远紫外波段成像光谱仪提供了理论基础及实验指导。

光电倍增管时间测量误差补偿方法研究

目前广泛使用的基于微通道板的光电倍增管,其时间分辨率受到光电子信号在各部分渡越时间限制,为光电子信号的时间信息测量带来一定程度的影响.对影响光电倍增管时间分辨率的参数进行分析,针对信号在阳极上的时间测量误差进行具体研究,确定由光电子信号在阳极位置上的差异是造成信号时间测量误差的重要因素,提出了一种简单且行之有效的误差补偿方法.采用延迟线阳极获取光电子信号的位置信息,将位置信息转化为该位置传输至电极端口的时间信息,通过这一时间信息对光电子信号的时间测量误差进行弥补.实验结果表明,该误差补偿方法能有效提升光电子信号的时间测量精度,为提高基于微通道板的光电倍增管时间分辨率提供解决思路和理论依据.

基于群广义直觉模糊软集的空袭目标威胁评估方法

空袭目标威胁评估是提高防空武器系统应对多目标的基础.针对威胁评估的实时性、多因素和信息不确定性问题,构建一种基于群广义直觉模糊软集的多属性威胁评估模型.在选择合适的威胁评估指标和量化方法的基础上,引入多专家参量集来弥补传统广义直觉模糊软集中单个专家的评估不准确性和知识局限性等缺陷.通过应用实例分析并与其他最新决策评估方法进行比较,验证了该方法的可行性和有效性.

大梯度指数掺杂透射式GaAs光电阴极响应特性的理论分析

讨论了一种具有超快时间响应特性的新光电阴极,即大梯度指数掺杂透射式GaAs负电子亲和势(NEA)光电阴极,模拟了它的量子效率、时间分辨和空间分辨能力等特性.理论分析结果表明,由于大梯度指数掺杂设计方式,在吸收层内形成较大的内建电场,因此光生电子在GaAsNEA阴极内的渡越时间大大缩短,当GaAs吸收层厚度～0.9μm时,其响应时间达到～10 ps,说明这种新NEA阴极具有远优于传统均匀掺杂NEA阴极的超快响应特性.同时在整个光谱响应范围内,量子效率达到约10%—20%,空间分辨力显著高于以往的计算结果.分析结果表明,在保证较高的量子效率条件下,这种新阴极能够突破常规GaAsNEA阴极的时间分辨率极限,提高GaAsNEA阴极本身的分辨力,有望用于超快摄影、电子加速器和自由电子激光器的电子源等领域,进一步扩展NEA光电阴极的应用范围.