脉冲激光远场能量密度测量：成像法与不确定度分析

"成像法测量脉冲激光远场能量密度的模型及不确定度分析" 本文是一篇关于使用成像法来测量脉冲激光远场能量密度的研究论文，主要探讨了如何构建数学模型以及如何分析测量过程中的不确定度。研究者张宝东等人来自国防科学技术大学光电科学与工程学院，他们在2008年的《强激光与粒子束》期刊第20卷第9期发表这篇论文。 首先，他们提出了一种基于漫反射成像法的测量方案，这种方法通过使用CCD（电荷耦合器件）相机来捕捉脉冲激光在漫反射板上的分布，然后建立CCD图像灰度值与激光能量密度之间的对应关系。在这一过程中，考虑到漫反射板的漫反射率和CCD像元响应度的空间不一致性，以及不同测量位置的离轴角影响，对模型进行了修正。 论文深入分析了各种参数对测量不确定度的影响。例如，CCD灰度值、镜头透过率、漫反射率和CCD响应度的不确定度传播系数均为1，意味着这些因素对结果的影响相对直接。而镜头光圈数的不确定度传播系数为2，表示其影响程度更大。镜头焦距的不确定度传播系数则随离轴角的增大而增加，这表明在远离光学中心的位置，焦距的不确定性会显著影响测量结果。成像中心像素坐标的不确定度传播系数在图像顶点处最高，这提示在图像边缘的测量尤为敏感。 论文还指出，相机标定是确保测量精度的关键步骤。作者在实验中发现，使用Tsai的单视角共面点标定方法可能导致定焦镜头的焦距存在较大偏差。因此，他们建议对于定焦镜头采用其他离线方法进行更准确的标定，而对于变焦镜头，可以使用单视角非共面点或多视角共面点进行在线标定，以提高标定的准确性。 激光能量分布的测量在激光指示器和激光有源干扰等装备的靶场鉴定中具有重要意义。对于脉宽短、光斑大的激光，探测器点阵法和成像法是常见的测量手段。虽然探测器点阵法精度高、响应速度快，但空间分辨力有限；而成像法则具有更高的空间分辨力，但需要复杂的建模和标定。考虑到成本和复杂性，漫反射成像法被广泛应用，比如在美国HAFB空军基地。 该研究提供了脉冲激光远场能量密度测量的详细模型和不确定度分析，为激光测量技术提供了理论支持和实践指导，有助于提升测量的精确性和可靠性。