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红外—可见光上转换寻的技术研究

作　者: 万继敏
导　师: 周彦平
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 光学工程
关键词: 上转换寻的器激光照射方程 Y2O3(Er3+) 980nm红外光
分类号: TJ414
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 248次
引　用: 3次
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内容摘要

激光制导炸弹是在普通炸弹的基础上引入激光半主动寻的制导系统,实现对目标的跟踪和炸弹的控制,从而精确攻击目标的一种有效武器。激光制导炸弹发射后可以继续导向目标,能以较小的圆概率误差（CEP）命中目标,具有结构简单、价格低廉、威力大、效能高等优点,是目前世界各国装备数量最大的精确制导空地武器,在现代空地攻击作战中具有重要意义。激光制导炸弹中最关键的部分是红外寻的器,本文利用红外上转换材料设计了一种新型的红外上转换寻的器,提出了红外上转换寻的器的基本模型,为激光制导炸弹提供了一种新型的低成本寻的器方案。主要创新之处是提出了红外上转换寻的器的设计方案,将对红外光的探测转换为对可见光的探测,进而扩展了可见光探测器的应用范围。所做的主要工作为:1、对上转换材料的上转换机制和分类进行了综述分析,并介绍了各种常见的上转换基质材料和稀土发光离子。根据对材料的分析,选定了某种Y₂O₃(Er³⁺)来进行设计实验,为上转换寻的器的设计提供实验上的支持;2、提出了一种红外上转换寻的器的基本模型,对其中主要结构进行了设计选择,主要是对滤光膜系的选择设计;建立了红外上转换寻的寻的器激光照射方程,并且计算了照射激光在大气中的传输模型;3、设计了红外上转换材料的实验,测定了上转换材料的吸收谱、上转换发光谱、上转换效率、上转换发光和荧光衰减时间,并分析了与激励光之间的关系,为上转换寻的器材料提供了基本的光学参数;4、提出了红外上转换寻的器设计中的关键技术,并对上转换寻的器的设计提出了基本要求;初步分析了红外上转换寻的器的激光接收模型的误差,为未来红外上转换寻的器的实际设计应用提出了一些建议。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题背景和意义  10
  1.2 国内外发展现状  10-14
    1.2.1 上转换技术的发展  10-13
    1.2.2 红外上转换技术的应用  13-14
  1.3 本课题的主要研究内容  14-16
第2章上转换原理与红外上转换寻的器材料选择  16-26
  2.1 上转换材料  16-22
    2.1.1 上转换机制  16-20
    2.1.2 红外上转换材料的分类  20-22
  2.2 红外上转换材料选择  22-25
    2.2.1 Er~(3+)离子上转换发光  22-23
    2.2.2 选定材料的基本参数特性  23-25
  2.3 本章小结  25-26
第3章红外上转换寻的器方案设计  26-41
  3.1 激光寻的器简介  26-28
    3.1.1 激光制导炸弹  27-28
    3.1.2 激光照明器  28
    3.1.3 分析小结  28
  3.2 红外上转换寻的器方案设计  28-33
    3.2.1 整体方案设计  28-29
    3.2.2 激光照射器的选择  29-30
    3.2.3 高通滤光片和低通滤光片的选择  30-32
    3.2.4 CMOS图象传感器的选择  32-33
  3.3 寻的器激光传输模型  33-40
    3.3.1 朗伯反射体与朗伯反射定律  33
    3.3.2 激光半主动制导照射方程  33-34
    3.3.3 980nm近红外光在大气中的传输  34-38
    3.3.4 红外上转换寻的器激光照射能量传输模型  38-40
  3.4 本章小结  40-41
第4章红外上转换寻的器材料实验  41-57
  4.1 实验理论  41-45
    4.1.1 上转换材料发光效率  41-42
    4.1.2 与稀土离子有关的光谱实验  42-44
    4.1.3 实验设计  44-45
  4.2 上转换材料光谱实验  45-48
    4.2.1 实验中所选用的上转换材料Y_2O_3(Er~(3+))  45
    4.2.2 材料吸收谱  45-46
    4.2.3 材料上转换发光光谱  46-48
  4.3 上转换材料特性测定实验  48-55
    4.3.1 上转换效率测定  48-51
    4.3.2 上转换发光强度与激励光功率之间的关系测量  51-53
    4.3.3 上转换发光瞬态过程测量  53-55
  4.4 实验结果分析  55
  4.5 设计红外上转换寻的器的一些原则  55-56
  4.6 本章小结  56-57
第5章实用红外上转换寻的器设计中的关键技术  57-64
  5.1 红外上转换寻的器方案中重要组成结构的选择  57-60
    5.1.1 红外上转换材料的选择  57-58
    5.1.2 红外上转换寻的器照射激光器的选择  58-59
    5.1.3 红外上转寻的器上转换膜系的设计  59-60
  5.2 红外上转换寻的器激光接收影响因素分析  60-63
    5.2.1 激光照射器、光斑和炸弹的相对位置方程  60-62
    5.2.2 误差分析  62
    5.2.3 降低红外上转换寻的器激光接收影响因素的一些措施和建议  62-63
  5.3 本章小结  63-64
结论  64-66
参考文献  66-69
附录  69-81
攻读学位期间发表的学术论文及申请专利  81-83
致谢  83-84
个人简历  84

红外—可见光上转换寻的技术研究

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