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激光眩目系统关键技术研究

2020-12-02阅读(548)

激光眩目系统关键技术研究

论文摘要

激光眩目系统以其非致盲、无永久性伤害的特点,可以广泛应用于安防及反恐等领域。但作为激光眩目系统的核心,激光眩目效应研究进展缓慢,特别是对以蓝绿光谱为主的“高效率视网膜眩目区”相关研究十分匮乏。随着激光技术的发展,该光谱区激光种类逐渐增多,输出功率大为提高,在医疗、工业以及军事等领域拥有广泛的使用前景,相关从业人员将面临视网膜损伤概率也逐渐升高。由于激光眩目及损伤阈值数据匮乏,眩目效应随激光波长、照射时间以及环境因素等照射条件的变化规律仍未阐述清楚。本论文以540nm和525nm波长激光作为激光眩目光源,以人眼反应时间(0.1~0.25s)为照射时间,通过理论估算及实验研究激光与眼组织之间相互作用关系,本论文取得的主要成果如下。1、基于人眼成像理论,对激光眩目效应的产生机理进行分析;根据眩目效应产生机理,提出并构建了一种人眼模拟系统,实现了对540nm和525nm波长激光、不同照射剂量及宽范围入射角度的激光能量吸收;理论分析了不同视网膜成像状态对激光眩目效应的影响,通过试验验证了理论分析的正确性;对比了不同视网膜黑色素含量对眩目效应的影响,在相同照射条件下,540nm和525nm激光造成新西兰白兔视网膜损伤阈值明显高于青紫灰蓝兔。2、基于视觉生物电法研究激光眩目效应。通过试验得到,明适应条件下,540nm激光眩目效应效果优于532nm和525nm激光;而在暗适应条件下,525nm波长激光眩目效应为三者最佳;此外,连续激光具有峰值功率低的特点,较脉冲激光更适用于眩目领域;在照射时间0.1~0.25s范围内540nm/525nm激光视网膜损伤阈值时间依赖特性影响明显,呈现出与脉冲激光眩目效应明显不同的机理;分别获得540nm和525nm激光在不同环境照度下,当照射时间为0.1s~0.25s时的眩目辐照量区间以及激光视网膜损伤阈值。3、建立人、猴和兔眼变化矩阵,从理论估算三种动物视网膜损伤阈值。开展动物对比试验,获得不同环境照度下,540nm和525nm波长激光恒河猴视网膜损伤阈值均高于青紫灰蓝兔2~2.4倍。4、建立激光辐照量自适应控制数学模型,并以数学模型为基础,设计完成自适应激光眩目系统;根据激光眩目系统的功能要求,对高功率半导体激光器开展研究,在提高功率转换效率和量子效率方面取得了一定的进展;研究了高功率A1GaAs/GaAs量子阱激光器的欧姆接触,提高了激光器的欧姆接触性能。功率转换效率高,降低了大电流下的焦耳热工作,从而提高了输出功率。5、通过试验验证激光眩目系统主要技术指标,可在不同环境照度下,根据目标距离自适应控制激光能量输出;实现作用距离50m~200m范围内,角膜辐照量均未超出激光眩目辐照量区间上限阈值,远场光斑不均匀性低于20%,眩目持续时间9s。本论文基于激光眩目效应关键技术开展激光眩目系统的研制,该系统的研制对激光安全标准的制订或修订提供理论支撑和实验依据。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  •   1.1 研究背景及意义
  •   1.2 激光眩目效应研究现状
  •     1.2.1 眩目辐照量区间上限研究
  •     1.2.2 最小眩目辐照量研究
  •   1.3 研究内容
  • 第二章 人眼及仿真装置的眩目效应研究
  •   2.1 眼组织的光学性质
  •     2.1.1 屈光介质对入射光的散射、反射和折射
  •     2.1.2 屈光介质的吸收和透射
  •     2.1.3 视网膜的吸收
  •   2.2 人眼模拟系统
  •     2.2.1 人眼模拟系统组成
  •     2.2.2 人造视网膜吸收层的研制
  •   2.3 屈光状态的影响
  •     2.3.1 材料与方法
  •       2.3.1.1 激光器及测量仪器
  •       2.3.1.2 实验原理及方法
  •     2.3.2 实验结果
  •     2.3.3 讨论
  •   2.4 入射角度变化的影响
  •     2.4.1 材料与方法
  •       2.4.1.1 激光器及测量仪器
  •       2.4.1.2 实验原理及方法
  •     2.4.2 实验结果
  •     2.4.3 讨论
  •   2.5 眼睛观察远近目标的影响
  •   2.6 视网膜黑色素含量对激光眩目效应的影响
  •     2.6.1 材料和方法
  •       2.6.1.1 实验条件及实验动物
  •       2.6.1.2 激光器及测量仪器
  •       2.6.1.3 实验原理及方法
  •       2.6.1.4 统计处理
  •     2.6.2 实验结果
  •       2.6.2.1 不同黑色素含量对激光眩目效应的影响
  •       2.6.2.2 不同黑色素含量视网膜损伤观察
  •     2.6.3 讨论
  •   2.7 总结
  • 第三章 激光输出特性对眩目效应的影响及其规律研究
  •   3.1 不同环境照度下激光波长对激光眩目效应的变化规律研究
  •     3.1.1 材料与方法
  •       3.1.1.1 实验条件及实验动物
  •       3.1.1.2 激光器及测量仪器
  •       3.1.1.3 视觉电生理法检查眼睛视功能
  •       3.1.1.4 实验原理及方法
  •     3.1.2 实验结果
  •       3.1.2.1 激光眩目辐照量区间下限阈值
  •       3.1.2.2 激光视网膜损伤阈值及眩目辐照量区间上限阈值
  •     3.1.3 讨论
  •   3.2 540nm和525nm连续激光眩目辐照量区间随照射时间的变化规律研究
  •     3.2.1 材料和方法
  •       3.2.1.1 试验动物
  •       3.2.1.2 激光器及测量仪器
  •       3.2.1.3 实验原理及方法
  •     3.2.2 实验结果
  •       3.2.2.1 不同照射时间激光眩目辐照量下限阈值
  •       3.2.2.2 不同照射时间激光视网膜损伤阈值及眩目辐照量区间上限阈值
  •       3.2.2.3 540nm和525nm激光兔眼视网膜损伤阈值随照射时间的变化关系
  •     3.2.3 讨论
  •   3.3 总结
  • 第四章 激光对人眼眩目效应的数值模拟与实验分析
  •   4.1 建立人眼模型
  •     4.1.1 模型眼与简化眼
  •       4.1.1.1 模型眼
  •       4.1.1.2 简化眼
  •     4.1.2 近轴矩阵光学
  •   4.2 计算结果
  •     4.2.1 人眼的变换矩阵
  •     4.2.2 猴眼以及兔眼的变化矩阵
  •     4.2.3 人、猴和兔眼视网膜损伤阈值量效关系
  •   4.3 兔眼与猴眼视网膜损伤阈值量效关系验证试验
  •     4.3.1 材料与方法
  •       4.3.1.1 实验动物
  •       4.3.1.2 激光器及测量仪器
  •       4.3.1.3 实验原理及方法
  •     4.3.2 实验结果
  •     4.3.3 激光发散角对视网膜光斑的影响
  •   4.4 讨论
  •   4.5 总结
  • 第五章 自适应激光眩目系统及测试分析
  •   5.1 建立激光辐照量自适应控制数学模型
  •     5.1.1 数学模型影响因素
  •       5.1.1.1 目标距离
  •       5.1.1.2 环境照度
  •       5.1.1.3 大气能见度
  •     5.1.2 数学模型的建立
  •   5.2 自适应激光眩目系统
  •     5.2.1 高功率半导体测距单元研究
  •       5.2.1.1 高功率高效率半导体激光器的优化研究
  •       5.2.1.2 测距单元激光接收研究
  •     5.2.2 激光光束匀化技术
  •   5.3 自适应激光眩目系统测试分析
  •     5.3.1 不同目标距离激光眩目系统眩目效应测试
  •       5.3.1.1 材料与方法
  •       5.3.1.2 测试仪器
  •       5.3.1.3 实验方法
  •       5.3.1.4 实验结果
  •     5.3.2 不同环境照度激光眩目系统眩目效应测试
  •       5.3.2.1 材料与方法
  •       5.3.2.2 测试仪器
  •       5.3.2.3 实验方法
  •       5.3.2.4 实验结果
  •   5.4 总结
  • 第六章 结论与展望
  •   6.1 主要研究工作总结
  •   6.2 论文主要创新工作
  •   6.3 前景展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 攻读博士期间的学术成果情况

    • 文章来源

    类型: 博士论文

    作者: 郭林炀

    导师: 马晓辉

    关键词: 激光眩目系统,激光眩目效应,激光眩目辐照量区间,视网膜损伤,激光波长,照射时间,激光安全,自适应控制

    来源: 长春理工大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,信息科技

    专业: 物理学,无线电电子学

    单位: 长春理工大学

    分类号: TN24

    DOI: 10.26977/d.cnki.gccgc.2019.000007

    总页数: 131

    文件大小: 8164K

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