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    Image Processing and Software Simulation

董丽丽   张彤   马冬冬   许文海  

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在复杂多变的海面环境下，应用红外成像技术对海面中小目标进行搜救时，为有利于后续针对不同场景的目标处理，有必要对采集的原始图像进行分类处理。根据不同的环境条件，将海面红外图像分为五类场景。从两个方面对训练集图像进行特征提取，一个是通过高斯滤波将图像分为基础层和细节层，然后使用改进的方向梯度直方图（HOG）方法提取特征；另一个是提取图像的局部对比度得到局部特征。将提取的特征向量融合并输入到分类器中，使用支持向量机（SVM）对测试集图像进行分类。文章使用了HOG和局部对比度方法（LCM）结合的新特征描述符对海面红外图像的场景进行分类，与其它方法相比，结果表明改进方法的准确率达到96.4%，体现了可行性和有效性。

       PDF全文               HTML全文 红外与毫米波学报, 2020年第39卷第5期 pp.650-659      

张磊   陈略   朱含露   饶鹏  

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在天基平台下实现对空中飞机目标的探测，存在距离远、目标信号弱、背景杂波复杂和探测器噪声等不利因素，因此，要获取目标的最强信号，确定在探测过程中的谱段至关重要。为此系统性地建立了飞机羽流的梯形羽流和锥形羽流仿真模型，并提出了利用信噪比（SNR）和信杂比（SCR）联合的SNCR方法对空中目标的探测谱段进行确定。实验结果表明：针对空中目标，不同目标SNCR值不同，但峰值区域不变，由此方法可以确定探测谱段，最终确定探测的谱段分别为：中波波段为3.7~4.15μm，波段间隔在0.3μm以上；长波波段为8~12μm，波段间隔在0.35μm以上。

       PDF全文               HTML全文 红外与毫米波学报, 2020年第39卷第5期 pp.660-666      

    Infrared Spectroscopy and Spectral Analysis

王仍   焦翠灵   陆液   霍勤   乔辉   李向阳  

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室温下利用阴极荧光光谱技术对ZnSe晶体进行了350~850 nm的无损全光阴极荧光图谱检测，分析了晶体内部缺陷及夹杂情况，室温下测得ZnSe晶体在400~550 nm的阴极荧光光谱，阴极荧光光谱测得462 nm处的ZnSe本征发光峰。缺陷处测得462 nm的本征发光峰和453 nm的缺陷发光峰，结合能谱分析，ZnSe晶体表面缺陷处的Zn：Se比约为6：4。阴极荧光图谱中缺陷处发光峰主要来自Zn夹杂缺陷发光。

       PDF全文               HTML全文 红外与毫米波学报, 2020年第39卷第5期 pp.601-604      

禹化龙   薛海中  

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受激拉曼散射（SRS）效应是制约高功率激光单模光纤远距离传输应用的瓶颈因素。采用1550nm非偏振连续波单模光纤激光器作为光源， 通过实验研究了不同注入光功率条件下经过103km单模光纤传输所产生的受激拉曼散射现象，运用级联长周期光纤光栅带阻滤波器进行了受激拉曼散射抑制实验，并进行了相应的理论分析。提出了光纤受激拉曼散射抑制有效性判据，实验演示了受激拉曼散射现象，验证了级联长周期光纤光栅带阻滤波器对受激拉曼散射抑制的有效性。

       PDF全文               HTML全文 红外与毫米波学报, 2020年第39卷第5期 pp.605-609      

黄俊   黄印博   卢兴吉   曹振松   谈图   刘丹丹  

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激光外差光谱测量技术具有光谱分辨率高、探测灵敏度高、成本低等特点，近年来在温室气体探测、激光大气传输等领域得到了广泛的应用。以3.66 μm 分布反馈式带间级联激光器作为本振光源搭建了一套高分辨率激光外差太阳光谱测量装置，实现了水汽吸收光谱的实时测量，并利用最优估算法对整层大气中的水汽柱浓度进行了反演，得到合肥地区2019年5月22日和23日的水汽柱浓度。反演结果与同步进行观测的傅里叶变换光谱仪EM27/SUN测量结果变化趋势一致，相关性优于0.8，偏差小于15%。研究结果表明，搭建的激光外差光谱测量装置能够实现大气中水汽吸收光谱的实时测量以及水汽柱浓度的精确反演，同时为后续的水汽浓度廓线测量与研究奠定了基础。

       PDF全文               HTML全文 红外与毫米波学报, 2020年第39卷第5期 pp.610-618      

    Materials and Devices

钟敏   史先春  

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提出了一种基于Dirac半金属层的具有四个方孔谐振器的超材料波导，其波长范围为800~1100nm。 在共振波长842nm、921nm、1010nm和1061nm处分别获得四个透射峰（70％、61％、72％和63％）。 这些透射峰源自于分布在主腔和腔1、2、3或4中的磁场的干涉增强作用。通过将费米能量从50meV增加到70meV，可以增加四个透射峰并将其转移到更短的波长。 所提出的超材料波导可能在纳米级滤波器，开关或折射率传感器中应用。

       PDF全文               HTML全文 红外与毫米波学报, 2020年第39卷第5期 pp.576-582      

谢天   叶新辉   夏辉   李菊柱   张帅君   姜新洋   邓伟杰   王文静   李玉莹   刘伟伟   李翔   李天信  

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室温工作将为光子型红外探测开辟更广泛的应用，系统整理和分析了从近红外到长波红外的III–V族及Ⅱ-Ⅵ族半导体探测器的室温性能，讨论不同材料体系和器件结构的室温暗电流机制。其中InAs/GaSb等二类超晶格的短周期带间级联结构以及HgCdTe抑制俄歇过程的方案在提升中长波红外室温探测性能方面都显示出了独特的优势。这些电子学结构的设计与近年来亚波长光子结构增强耦合、降低暗电流的新进展相结合，有望实现近室温工作的高灵敏红外探测。

       PDF全文               HTML全文 红外与毫米波学报, 2020年第39卷第5期 pp.583-594      

师好智   张继军   王淑蕾   王振辉   穆成阳   薛名言   曹萌   黄健   王林军   夏义本  

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CdZnTe晶片是HgCdTe外延薄膜的理想衬底。为了优化CdZnTe衬底的电学接触性能，作者基于真空蒸发法和磁控溅射法分别在p型导电性CdZnTe晶片（111）B （富碲面）制备Au/Cd复合电极。通过接触粘附试验，研究了复合电极的制备方法对电极与衬底之间的粘附性；利用卢瑟福背散射光谱法（RBS）比较了不同沉积方法下样品的元素深度分布；采用电流-电压（I-V）测试比较了两种制备工艺对Au/Cd复合电极与CdZnTe衬底欧姆接触特性的影响，从而确定了最佳复合电极的制备工艺。

       PDF全文               HTML全文 红外与毫米波学报, 2020年第39卷第5期 pp.595-600      

    Millimeter Wave and Terahertz Technology

徐凯琦   徐煌   张家振   吴向东   杨露寒   周洁   林方婷   王林   陈刚  

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单层石墨烯具有较低的固有光吸收效率，且材料中含有较多的缺陷，导致仅依靠石墨烯本身很难制备高性能的光电器件。通过石墨烯与半导体材料复合形成异质结构的方法可以克服这一瓶颈。本工作中利用石墨烯/砷化镓高迁移率异质晶体管结构制备了毫米波光电探测器，有效地提升了二维电子气特性，大幅度提高了器件在室温条件下的毫米波响应和探测能力。实验证明，400 mV的偏置电压下，该器件在25 GHz波段的获得了20.6V?W^-1响应率，响应时间为9.8 μs，噪声等效功率为3.2×10^-10 W?Hz^-1/2。在太赫兹波0.12 THz下响应率仍然达到了4.6V?W^-1，响应时间为10 μs，噪声等效功率为1.4×10^-9 W?Hz^-1/2。该工作展示了石墨烯/砷化镓异质结构毫米波太赫兹探测器的巨大应用前景。

       PDF全文               HTML全文 红外与毫米波学报, 2020年第39卷第5期 pp.533-539      

杨益林   张波   纪东峰   王依伟   赵向阳   樊勇  

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介绍了基于反向并联肖特基二极管的宽带低驱动功率太赫兹四次谐波混频器。详细地分析了二极管寄生参量与混频器性能间的关系。为了降低四次谐波混频器的最佳本振功率，对肖特基二极管的主要参数进行了优化。实际测试结果显示，在 7 mW 的最佳本振功率驱动下，该四次谐波混频器在 340~490 GHz的宽带内，变频损耗在 14.2~20 dB 之间。同时，该频段内的混频器噪声温度为 4020~17100 K。

       PDF全文               HTML全文 红外与毫米波学报, 2020年第39卷第5期 pp.540-546      

张晨   王维   宋韬   黄杰   曹毅超   刘頔威   胡旻   张开春   吴振华     钟任斌   赵陶   龚森   刘盛纲  

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研究了双共焦波导回旋行波管高频结构的电磁特性。根据惠根斯原理的光衍射理论，分析得出双共焦波导中的两类本征模式（叠加模和环形模）对应的截止频率和场分布情况。理论分析结果与商用仿真软件CST的仿真结果一致。其中用作回旋行波管工作模式的“反相叠加TE₀₆模”的损耗明显小于其他模式，这种不同模式损耗不同的特性将有效抑制竞争模式带来的寄生振荡。双共焦波导的模式密度略大于传统单共焦波导的模式密度，但是明显小于圆波导的模式密度，因此双共焦波导适合用作回旋行波管的高频结构。

       PDF全文               HTML全文 红外与毫米波学报, 2020年第39卷第5期 pp.547-552      

武丽敏   廖彬   徐德刚   王与烨   葛梅兰   张超楠   李佳桦   孙忠成   陈图南   冯华   姚建铨  

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乳腺癌是女性常见癌症之一，乳腺癌区域的精准检测对乳腺癌的治疗有至关重要的作用。本文采用频率为2.52THz的连续太赫兹波反射式成像系统，对小鼠在体皮下乳腺癌模型进行了太赫兹波成像检测。研究结果表明，太赫兹波成像可以清晰识别出乳腺癌区域，且与肉眼可见肿瘤区域一致。在体乳腺癌区域的太赫兹波相对反射率高于正常组织，两者相对反射率差值高达15%。进一步，对距离皮肤表面不同深度的离体乳腺癌组织进行切片和苏木精-伊红（H&E）染色，作为金标准对照。结果发现乳腺癌区域的面积随着距离皮肤表面深度的增加而增大。通过将太赫兹波成像与H&E染色结果对比可知，在距离皮肤表面约460μm处，太赫兹波图像和H&E染色图中的肿瘤区域面积相等。由此可知，太赫兹波对在体皮下乳腺癌的探测深度大约在460μm左右，太赫兹波有望实现深部肿瘤的检测。

       PDF全文               HTML全文 红外与毫米波学报, 2020年第39卷第5期 pp.553-560      

姜宗丹   李培丽   张元方  

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在完整的二维三角晶格硅光子晶体中，引入线缺陷和非线性聚合物材料的点缺陷，利用线缺陷模和点缺陷模的耦合作用和非线性聚合物材料的三阶非线性克尔效应，提出了一种基于二维光子晶体的光控分光比可调Y型太赫兹波分束器。采用平面波展开法（PWM）和时域有限差分法（FDTD），对分光比可调的太赫兹波分束器性能进行了研究。研究结果表明，通过改变控制光的光强，可实现两输出端口分光比可调的Y型太赫兹波分束器。此分束器可实现特定波长的太赫兹波分光，透射率达到98%以上，附加损耗低于0.087 dB，响应时间达到ps量级。该分光比可调的分束器将在未来太赫兹波通信中具有广阔的应用前景。

       PDF全文               HTML全文 红外与毫米波学报, 2020年第39卷第5期 pp.561-566      

边慧琦   杜朝海   潘石   刘濮鲲  

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研究并设计了一种具有宽频带工作能力的太赫兹准光模式变换器。该准光模式变换器采用具有高效率特性的Denisov 辐射器，工作在TE_6，2模式，用于实现回旋管内的模式变换。由于Denisov 辐射器的参数是影响准光模式变换器宽带性能的主要因素，因此通过对辐射器参数的优化设计，达到增大模式变换器带宽的效果。使用自主开发的准光学模拟程序进行仿真，模式变换器中心频率为94 GHz，带宽达2 GHz。

       PDF全文               HTML全文 红外与毫米波学报, 2020年第39卷第5期 pp.567-575      

    Photoelectric Technology and Application

张琛琛   毛海央   白乐乐   熊继军   王玮冰   陈大鹏  

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传统地，MEMS红外探测器响应时间的测量需要基于黑体辐射源、斩波器、水冷装置等设备搭建一套复杂的测量系统，然而斩波器的遮挡区域和透光区域具有一定的面积，其按某频率工作时会消耗一定的时间，而测试所得的器件响应时间无法排除斩波器的工作耗时，导致测试结果存在较大误差，所测响应时间为14.46ms。为解决这一问题，提出了一种以钛宝石激光器为辐射光源，利用声光调制器构建纳秒级激光脉冲，MEMS红外探测器响应激光脉冲的作用输出脉冲电信号，很好地规避了测量系统中设备工作耗时引入的时间参数，所测响应时间仅为3.13ms。由此可见，传统方法中斩波器工作耗时引入的时间误差甚至超过器件响应时间的300%，充分证明了此方法可以有效解决这一问题，进而为MEMS红外探测器以及其它光学探测器性能参数的测试与计量提供了一种新的方法。

       PDF全文               HTML全文 红外与毫米波学报, 2020年第39卷第5期 pp.619-625      

    Remote Sensing Technology and Application

陈全   周忠发   王玲玉   但雨生   汤云涛  

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土壤水分是地球表层水循环、能量循环和生物地球化学循环中的重要组成部分，是研究喀斯特石漠化地区生态系统的关键参数。基于多时相的Sentinel-1 SAR数据与Alpha 近似模型构建土壤水分观测方程组，反演喀斯特石漠化地区地表土壤水分并对其时空变化特征及误差影响因素展开分析。研究发现观测周期内区域土壤水分总体变化趋势与降雨量变化趋势高度一致，石漠化地区土壤水分高值与空间异质性程度明显高于非石漠化地区。精度验证结果显示土壤水分反演结果的均方根误差为0.059 cm³/cm³，平均误差为0.026 cm³/cm³，该方法在区域地表土壤水分反演中表现出一定的适用性，分析认为地表土壤因周边的复杂生境条件产生的混合像元问题是导致反演误差的主要影响因素。研究可为利用短时间周期重复遥感观测方法获取复杂山区环境下的土壤水分提供参考，为喀斯特石漠化地区生态系统修复和生态产业发展提供支撑。

       PDF全文               HTML全文 红外与毫米波学报, 2020年第39卷第5期 pp.626-634      

侯春华   李富平   何宝杰   谷海红   宋文  

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矿产资源的开发推动了社会经济的迅速发展，但同时也使矿区成为地表高温聚集区，对生态环境带来不利影响。基于2000~2018年研究区的Landsat卫星遥感影像，利用辐射传输方程法（Radiative Transfer Equation，RTE）反演地表温度（Land Surface Temperature，LST）；基于NDVI-DFI像元三分模型反演植被覆盖度（Vegetation Fractional Coverage，VFC）；借助回归分析法定量分析4个陆表生物物理指标（光合植被覆盖度（Fractional Cover of Photosynthetic Vegetation，f_PV），土壤湿度（Normalized Difference Moisture Index，NDMI），建筑指数（Normalized Difference Build-Up Index，NDBI），裸土指数（Bare Soil Index，BSI））对地表温度的驱动机制；利用主成分分析方法（Principal Component Analysis，PCA）耦合以上4个生态参数，提出一种能够综合分析矿业开发密集区地表热环境分异效应的遥感综合生态模型（Remote Sensing Integrated Ecological Index，RSIEI），利用时空分析法定量化和可视化分析矿业开发密集区地表热环境时空分异的影响机理；借助热场变异指数（Heat Index，HI）分析研究区地表热环境分异效应与生态环境质量之间的关系。结果表明：4个生态参数对地表热环境分异效应具有不同的驱动作用，定量回归分析表明，f_PV和NDMI与LST均呈线性负相关关系，并通过了p<0.01的显著性检验，说明光合植被覆盖度和土壤湿度的增加，对地表均具有降温效应；NDBI和BSI与LST均呈线性正相关关系，并通过了p<0.01的显著性检验，说明建筑用地和裸地面积的增加，对地表起升温效应。4个镇域矿业开发密集区RSIEI影像与LST影像的空间光谱分布特征表明，二者具有空间逆关联特点，即RSIEI值高（生态环境质量好）的像元对应于LST值低的像元，反之亦然。对4个镇域矿业开发密集区3个年份的RSIEI与LST的定量回归分析表明，RSIEI的值每上升10%，LST的值相应下降0.67~0.77°C。经验证基于主成分分析方法建立的RSIEI模型适用于矿业开发密集区地表热环境分异效应的综合评估。

       PDF全文               HTML全文 红外与毫米波学报, 2020年第39卷第5期 pp.635-649