中远红外高功率量子级联激光技术研究进展

量子级联激光器具有体积小，重量轻，波长可调谐，以及光源能够覆盖中远红外和太赫兹波段等特点，使其在痕量气体检测、定向红外对抗、自由空间光通讯以及红外成像和光谱等领域有着广泛的应用。自从1994年第一个量子级联激光器问世以来，大功率、高电光效率以及室温下连续工作的量子级联激光器一直是人们追求的目标。首先介绍了量子级联激光器的有源层设计、波导设计和器件散热设计方面的研究进展；其次重点讨论了4 μm~5 μm 中波红外和 8 μm~12 μm长波红外高功率室温下连续量子级联激光器的发展和演变、以及大功率脉冲量子级联激光器研究情况；最后简要介绍了大功率量子级联激光器芯片的外延制备技术。     

Time resolved study of laser triggered electric discharge spark in atmosphere: Machine learning approach

In this paper we analyze the possibilities of using machine learning algorithms for analysis of optical spectra of electric discharge spark in atmosphere. Breakdown in air can be initiated by intense laser pulse, making plasma which has a significant electrical conductivity. The formed plasma can be further maintained by electric current obtained from capacitor discharge. In such a case the capacitor voltage can be much lower than the striking voltage (the voltage needed to initiate the electric breakdown in air). Present setup has timing precision and low jitter of fast laser and arbitrary high energies corresponding to capacitance and voltage to which the capacitor is charged. We have used a streak camera equipped with a spectrograph to analyze optical emission of plasma obtained in this way. Q-switched Nd:Yag laser was used to achieve the initial breakdown in air. Machine learning methods were used in order to classify optical spectra of plasmas with different electron temperatures obtained with different excitation energies. We have shown that, instead of using the usual way of identifying the spectral peaks and calculating their intensity ratio, it is possible to train the computer software to recognize the spectra corresponding to different electron temperatures. Principal component analysis was used to reduce the dimensionality of problem. We present possibilities of plasma electron temperature estimation based on several clustering algorithms.     

部件冷却对二元俯仰矢量排气系统红外特征抑制实验

实验测试了采用中心锥气膜冷却和喷管冲击-气膜冷却的二元俯仰（2D-CD）矢量排气系统，在几何偏转0，10，20°三种角度下，壁面温度和红外辐射特征分布，并与未冷却状态进行了对比分析。结果表明:前密后疏的气膜孔排布形式可有效减小热侧面高温区域大小。中心锥冷却时，密流比为0.8条件下壁面冷却效率达45%~63%，排气系统尾向±10°范围内红外辐射强度下降20%；但是由于冷气流注入，导致下游壁面（隔热屏、喷管）温度升高，在30°探测方向上红外辐射强度上升15%。喷管冷却时，收敛段（密流比为0.25）冷却效率达19%~33%，扩张段（密流比为0.65）冷却效率达75.5%~83.5%，侧壁段（密流比为0.65）冷却效率达78%~90%，导致在排气系统尾向15°~75°范围内，红外辐射强度下降30%以上，最大降幅达80%（几何偏转20°，宽边探测面30°探测方向）。      

全红外光激发里德堡原子微波电场测量

基于高激发里德堡原子的微波电场测量技术与传统金属天线相比有诸多优越性，是未来微波电场高精度测量的重要方案之一。采用全红外光激发里德堡原子的方案不再依赖复杂而昂贵的短波长激光器，大大减小了激光器系统的体积与能耗。在三红外光级联激发里德堡铷原子的过程中，发现了中间态对应的双光梯形电磁诱导透明光学参数对三光激发里德堡态电磁诱导吸收峰信噪比具有重要影响，因此采用光失谐方法能很好地优化三光EIA光谱。利用微波场下的Autler-Townes分裂效应和标准天线方法对微波喇叭天线发射的微波电场实现精确的校准，并以此为基础通过超外差接收技术成功探测到本地场与信号场所形成的拍频信号，得到了拍频光电信号与信号场强度之间的线性关系。最终通过实验噪声基底的噪声功率谱得到三红外光里德堡铷原子微波测量的极限灵敏度为37.5(5.5) nV·cm－1/Hz。采用三束红外光激发的方法为研制小型里德堡原子微波电场探测仪器奠定了物理基础。     

基于HLS的红外遥感图像连通域快速提取方法

连通域提取是红外遥感图像目标检测算法中的重要组成部分,包含在粗检算法中,能够筛去多数虚警,提升粗检效果,减少检测算法的运算量,降低系统功耗。现有的一些连通域提取算法基于CPU处理方式设计,不适合部署在现场可编程逻辑门阵列(FPGA)硬件端。本文采用高层次综合(HLS)的开发模式,设计了适合FPGA加速的连通域提取方法,相比传统的硬件描述语言开发方法具有更高的灵活性和效率。通过只扫描一次二值图像,将面积、范围和连通信息均记录在远小于图像的等价表中,通过简化标记规则和等价表刷新的方法,既提高了运算速度又节省了大量缓存,最终在硬件平台实测256×256的8 bit图像达到了797帧/s的处理速度。