1 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院波谱与原子分子物理国家重点实验室，湖北 武汉 430071
2 上海卫星工程研究所，上海 201109
3 中国科学院大学，北京 100049
脉冲激光由于具有峰值功率高、脉冲宽度窄等特点，在激光致声、激光焊接等领域中得到了广泛应用。使用特殊波形的脉冲激光，可获得比单脉冲高斯激光更加优异的应用效果，因此脉冲激光波形调节方法具有重要的应用价值。针对这一需求，提出并实验验证了一种基于分光延时的脉冲激光波形调节方法。首先对脉冲激光分光延时叠加原理进行了理论分析，设计出基于两次分光的四脉冲分光延时叠加光路，确定了产生矩形、三角形、驼峰形和双峰形脉冲激光所需的分光比与延时。然后搭建了一套基于Nd∶YAG脉冲激光器的二倍频532 nm激光的四脉冲分光延时叠加实验装置，成功获得了矩形、三角形、驼峰形和双峰形等特殊波形的脉冲激光。
激光光学 脉冲激光 激光波形可调 分光片
光学 精密工程
2022, 30(15): 1857
针对四旋翼无人机会受到电池欠压及转动惯量变化的影响,提出一种分数阶模型参考自适应 (FO-MRAC)PD控制算法,用以解决无人机姿态控制的问题。首先,对带有电机模块的无人机非线性运动方程进行分析,构建包含时变及不确定因素的控制模型; 然后,分别设计了俯仰、滚转和偏航的3个通道控制律,并通过Lyapunov方法证明其稳定性;最后,通过与传统PD控制、整数阶模型参考自适应控制的对比仿真实验,证明了分数阶模型参考自适应PD控制的优越性,能有效消除误差,改善动态性能并提高稳定性。
四旋翼飞行器 姿态控制 分数阶 模型参考自适应控制 quadrotor aircraft attitude control fractional order model reference adaptive control
1 1.上海理工大学 机械工程学院, 上海 200093
2 2.上海微高精密机械工程有限公司, 上海 201203
砷化镓因其良好的光电特性被广泛应用于电子与半导体领域, 为推动砷化镓解理加工技术, 对砷化镓材料力学特性的各向异性进行计算并分析。本研究对砷化镓各个晶面之间的夹角、面间距、原子的密度等结构参数进行计算, 基于广义胡克定律结合压痕实验, 分析砷化镓材料表层弹性模量、泊松比、剪切模量、硬度、断裂韧性等力学特性在{100}晶面沿不同晶向力学性能的变化规律。结果表明: 砷化镓不同晶面间结构参数的不同是导致砷化镓力学特性呈现各向异性的主要原因; 砷化镓在{100}晶面上弹性模量、泊松比、剪切模量的各向异性均呈现出周期性变化, 且{100}晶面的剪切模量为恒值59.4 GPa; 砷化镓{100}晶面硬度的各向异性变化幅度较小, 断裂韧性变化幅度较大, 最小值为0.304 MPa·m1/2, 位于<110>晶向, 确定<110>晶向是裂纹最容易扩展的晶向。
砷化镓 力学特性 各向异性 压痕实验 gallium arsenide mechanical property anisotropy indentation test
1 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院波谱与原子分子物理国家重点实验室, 湖北 武汉 430071
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 上海卫星工程研究所, 上海 201109
4 中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室, 北京 100190
提出一种多通道单脉冲激光能量变化的监测方法,用于实时监测脉冲激光的状态。首先采用多合一光纤束,对待测激光进行取样;再经过消色差透镜将光纤合束端面成像到CMOS图像传感器的感光面,通过软件获取光斑图像并提取不同光斑的灰度值,以表征脉冲激光能量;最后根据各待测激光总能量大小对灰度值进行标定,即可实现不同位置处激光能量变化的同时在线监测。利用该方法,对全高程全天时大气探测激光雷达系统中1064,532,589nm激光以及脉冲染料激光器中自发辐射 (ASE) 荧光的单脉冲能量变化进行了长时间同时在线监测,得到了激光雷达运行过程中这4束光单脉冲能量的变化情况,并根据监测结果计算了倍频晶体的倍频效率、脉冲染料激光器的转换效率及ASE比例系数。该研究为需要对多路激光单脉冲能量变化进行同时在线监测的光电系统提供了一种有效的解决方法。
激光光学 单脉冲 激光能量 多通道 中国激光
2020, 47(12): 1201004
1 中国电子科技集团公司第三十八研究所, 安徽 合肥 230093
2 中国科学技术大学附属第一医院, 安徽 合肥 230036
3 上海大学通信与信息工程学院, 上海 200444
提出一种基于光学亮环晶格进行空间光信息编码通信的方法。基于面向目标的计算全息术,生成4种简单模式的光学亮环晶格对应的计算全息图,并将其加载在反射式空间光调制器(SLM)上,SLM调制入射光,直接重建4种简单模式的光学亮环晶格。4种光学亮环晶格模式对应4个不同的四进制数,易于识别,通过光学亮环晶格模式的组合完成一幅32 pixel×56 pixel的256阶灰度图的编码与空间传输。距离发射端2 m处的电荷耦合器件(CCD)接收光学亮环晶格图像并通过计算机对数据进行解码,可以在部分干扰情况下,无差错地恢复原始图像信息。在此基础上,实验拓展单个光学亮环晶格至2×2和4×4阵列,传输效率和系统容量提升了4倍和16倍。本研究成果为光学亮环晶格的编码通信研究提供了理论和实验依据。
光通信 光学涡旋 拓扑电荷数 光学亮环晶格 计算全息图 编码 光学学报
2020, 40(11): 1106002
1 上海理工大学 机械工程学院, 上海 200093
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 绵阳 621900
为了提高熔石英元件的抗激光损伤能力, 采用基于氢氟酸刻蚀的湿法化学技术去除元件内的激光损伤诱因。利用不同的氢氟酸溶液处理经氧化铈抛光的熔石英元件, 并对元件的刻蚀速率、表面洁净度、粗糙度、透过率和激光损伤性能进行评价。研究结果表明, 与传统的静态刻蚀相比, 在质量分数为6%的氢氟酸刻蚀溶液中引入能量密度约为0.6 W/cm2的兆声能量对元件的溶解速率和激光损伤性能没有明显的提升作用; 化学刻蚀产生的沉积物对元件表面粗糙度和透过率均有不利影响, 且沉积物比例与所用的刻蚀液成分和浓度密切相关; 经质量分数6%或12%的纯氢氟酸溶液刻蚀(5±1) μm深度后, 熔石英元件的激光损伤阈值相比于未刻蚀元件提升了约1.9倍; 熔石英元件的激光损伤性能与表面粗糙度和透过率之间不是简单的线性关系, 但激光损伤阈值较理想的元件(＞20 J/cm2@3ns)往往具有较光滑的表面, 即表面粗糙度＜2 nm, 由此可以确定有利于熔石英元件激光损伤性能的刻蚀条件, 并获得元件表面粗糙度的控制指标。
激光损伤性能 熔石英 氢氟酸湿法刻蚀 刻蚀沉积物 表面粗糙度 laser damage performance fused silica optics HF-based etching etching-induced deposits roughness
1 四川大学华西第二医院妇产科，四川 成都 610041
2 四川大学出生缺陷与相关妇儿疾病教育部重点实验室，四川 成都 610041
3 太赫兹科学技术四川省重点实验室，四川 成都 610054
4 电子科技大学电子科学与工程学院太赫兹研究中心，四川 成都 610054
近年来太赫兹光(0.1 THz～10 THz)因其良好的探测能力和非电离特性受到研究者们的关注。根据不同的检测方式和信号处理方法，可分为太赫兹成像技术和太赫兹光谱技术两大类。太赫兹技术在医学科学中发展迅速，其中生物大分子检测和组织成像令人印象深刻。水含量和结构差异是太赫兹成像技术的理论基础，据此可对生物组织进行检测识别。不同的生物组织具有不同的太赫兹特征谱，太赫兹光谱技术通过检测吸收系数、折射系数和反射系数来识别不同的生物分子、细胞或组织。实时、无标记的检测方式有望在临床实践中发挥重要作用，但仍需克服生物安全性不明等困难。综述介绍了太赫兹技术在医学科学中的应用及研究进展，同时探讨了太赫兹技术目前需要克服的难题和潜在的生物安全性问题。
太赫兹成像 太赫兹光谱 医学 terahertz imaging terahertz spectroscopy medicine
浙江大学生物系统工程与食品科学学院, 浙江 杭州 310058
实时监测发酵液中固形物含量的变化, 对控制厌氧发酵过程的稳定性具有重要作用。 研究中采用近红外高光谱技术结合化学计量学方法, 对水葫芦和稻草秸秆混合厌氧发酵过程中的固形物含量进行定量检测研究。 与传统2540G(APHA, 1990)标准方法相比, 近红外高光谱技术具有无损、 快速的优点。 实验过程中, 首先获取发酵液样本的高光谱信息, 应用移动平均平滑法(MAS)进行光谱预处理, 并采用竞争自适应重加权采样算法(CARS)、 连续投影算法(SPA)和Random frog算法提取光谱特征信息, 然后基于全谱和所选特征波长下的光谱信息分别建立总固形物含量(TS)和挥发性固形物含量(VS)的校正模型, 建模方法包括偏最小二乘回归(PLSR)和最小二乘-支持向量机(LS-SVM)。 研究表明, SPA-LS-SVM模型的预测结果最好, 其中TS的预测均方根误差(RMSEP)及相关系数(Rp)分别为0.005 8和0.841; 而VS的RMSEP和Rp分别为0.004 1和0.874。 结果表明, 利用近红外高光谱结合化学计量学方法可以实现厌氧发酵液中的固形物含量的检测, 为布置光谱传感器以便定量检测厌氧发酵过程中的固形物含量奠定了理论依据。
近红外高光谱 总固形物含量 挥发性固形物含量 厌氧发酵 化学计量学方法 Infrared hyperspectral Total solid Volatile solid Anaerobic digestion Chemometrics 光谱学与光谱分析
2017, 37(12): 3833
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentation, College of Optical Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
Silicon-rich oxide films with controllable optical constants and properties are deposited by the reactive magnetron sputtering method on a Si target. The O/Si atomic ratio x of SiOx is tuned from 0.12 to 1.84 by adjusting the oxygen flow rate, which is found to be a more effective way to obtain SiOx films compared with changing the oxygen content [O2/(Ar+O2) ratio]. The optical properties of SiOx films can be tuned from semiconductor to dielectric as a function of ratio x. The structures and components are also investigated by an x ray photoelectron spectroscopy analysis of the Si 2p core levels, the results of which exhibit that the structures of SiOx can be thoroughly described by the random bonding model.
160.4670 Optical materials 310.6860 Thin films, optical properties 310.1860 Deposition and fabrication Chinese Optics Letters
2016, 14(5): 051603
