西南交通大学材料科学与工程学院材料先进技术教育部重点实验室，四川 成都 610031
界面金属间化合物的厚度和种类是影响铝/钢异种材料激光熔钎焊接头性能的关键。研究了不同摆动参数下接头金属间化合物（IMCs）的厚度和种类，并进一步分析了不同摆动参数下接头的拉伸性能及断口形貌。结果表明，摆动激光可以改善铝/钢异种材料激光熔钎焊接头界面金属间化合物的厚度和相组成。未加摆动激光时，在界面形成了厚度约为8.45 μm的两层IMCs，焊缝侧IMCs为τ5-（Fe，Ni）1.8Al7.2Si，钢侧IMCs为θ-（Fe，Ni）（Al，Si）3。当激光摆动直径为2 mm、频率为30 Hz时，IMCs的分布更加连续均匀，厚度约为2.21 μm，界面层组织为τ5-（Fe，Ni）1.8Al7.2Si，最优接头线载荷为289.1 N/mm，比未加摆动激光时的接头线载荷提高了约33.9%。
激光技术 铝/钢激光熔钎焊 摆动激光 金属间化合物 力学性能 中国激光
2024, 51(12): 1202105
西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
针对太赫兹频率选择表面（FSS）单元结构复杂、参数繁多、优化耗时等问题，基于卷积神经网络（CNN）并结合遗传算法，提出一种FSS智能化融合设计方法，并将其应用于典型滤波FSS的性能优化设计。将FSS周期单元拓扑编码为16×16的“0/1”旋转对称序列，收集26000组0.5~3 THz的透反射光谱作为数据集，利用19层CNN实现光谱预测，对测试集的平均绝对误差低至0.06。利用预测光谱与目标光谱的差值，给出各类典型FSS设计的通用目标函数，结合遗传算法，设计实现了带宽为0.1 THz的单频带通和带阻FSS、带宽为0.5 THz的单频带通和带阻FSS、带宽为0.2 THz的双频带通FSS，且均具有良好极化稳定性。计算结果表明，通过优化设计FSS的拓扑编码，可以简洁高效地实现各类典型带通带阻FSS。
频率选择表面 拓扑编码 卷积神经网络 遗传算法 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0424001
1 福建工程学院机械与汽车工程学院，福建 福州 350118
2 福建省汽车电子与电驱动重点实验室(福建工程学院)，福建 福州 350118
针对金属材料3D打印过程模拟异常复杂和耗时问题，以金属材料激光选区熔化(SLM)加工工艺为研究对象，采用修正固有应变方法，实现3D打印过程残余变形的精确快速预测。考虑到3D打印过程的周期性，对连续两个打印层进行热-弹-塑性耦合分析，通过修正固有应变理论，提取3D打印过程等效的修正固有应变载荷；将提取到的修正固有应变逐层施加到弹性有限元模型，实现3D打印过程高效模拟及残余变形精确预测；通过与3D打印完整过程热-固耦合分析及3D打印试验对比，验证修正固有应变方法预测3D打印残余变形的精确性和高效性。
激光选区熔化 残余变形 修正固有应变 数值模拟 selective laser melting residual deformation modified inherent strain numerical simulation
浙江大学控制科学与工程学院, 工业控制技术国家重点实验室, 浙江 杭州 310058
目前, 三维荧光技术在应急性饮用水污染事件检测中的应用越来越广泛, 但其仍存在易受水环境波动影响、 低浓度污染事件检出率较低等不足。 因此针对在线检测需求, 提出了一种基于时间序列双阈值的三维荧光饮用水异常事件检测方法。 该方法采用主成分分析法提取检测样本的三维荧光光谱主元特征值, 进行线性自回归（AR）模型训练并对未来时段水质样本主元特征值进行预测, 通过与实测样本主元特征值作差得到特征值差值, 同时结合实测特征值的变化率, 设置特征值差值-特征值变化率双阈值, 最终确定污染事件的时间起始点与结束点, 从而确定整个污染事件。 研究通过模拟高浓度污染事件、 低浓度污染事件、 供水水质波动等场景对所提方法进行了验证。 实验结果表明, 该方法不仅保持了高浓度污染事件检测的准确性, 在检测低浓度污染、 高干扰环境下的低浓度污染时, 该方法相较于常规判别方法, 检测结果准确率分别提高了9.4%和20.7%。
水质异常事件检测 三维荧光光谱 时间序列双阈值 主成分分析（PCA） 线性自回归（AR） Water pollution incident detection Three dimensional fluorescence spectroscopy Time series double threshold Principal component analysis (PCA) Linear autoregression (AR) 光谱学与光谱分析
2023, 43(10): 3081
1 中国科学院合肥物质科学研究院 核能安全技术研究所合肥 230031
2 中国科学技术大学合肥 230026
为准确预测液态铅铋在燃料组件棒束内截面的摩擦压降特性，需选取合适的摩擦压降模型。针对8种不同的绕丝棒束内摩擦压降模型，采用统计分析的方式评估模型的适用性，研究不同模型在不同流态范围内实验数据的预测准确性。分析结果表明：摩擦系数不仅与棒束数量（Nr）和节径比（P/D）有关，还与螺径比（H/D）有关；在层流范围内BBDD模型和本文模型与实验数据较为吻合；在过渡流范围内BBDD模型、CTD模型和本文模型与实验数据较为吻合；在湍流范围内Rehme模型、UCTD模型和本文模型与实验数据较为吻合。因此，本文提出的模型适用于全流态的燃料组件棒束内截面的摩擦压降预测。
全流态 绕丝棒束 截面摩擦系数 Full flow Wire-wrapped rod Cross-section friction coefficient
西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
为了表征伪装涂层表面的辐射偏振特性，以Priest Germer（P‐G）模型为基础，针对镜面反射和漫反射，建立一种基于几何衰减效应的二分量偏振双向反射分布函数（pBRDF）模型，引入镜面反射系数和漫反射系数，推导出红外辐射线偏振度模型，并对此模型进行校验，结果与实验数据吻合较好。数值分析涂层表面粗糙度、几何衰减效应及漫反射效应对红外线偏振度的影响，结果表明，涂层表面粗糙度越大，由粗糙度引起的遮蔽阴影效应越明显，对应涂层的红外线偏振度越小，且目标涂层的环境辐射与其红外线偏振度呈负相关。上述结果为实现**伪装和反伪装、目标识别等提供了理论支撑和技术支持。
激光光学 红外偏振 几何衰减效应 漫反射效应 偏振双向反射分布函数 伪装涂层 中国激光
2023, 50(13): 1304007
1 西安邮电大学电子工程学院，陕西 西安 710121
2 中国船舶重工集团705研究所水下信息与控制重点实验室，陕西 西安 710077
为改善室内可见光通信中传统光源布局方式造成的接收光功率不均匀从而导致通信盲区的问题，本文提出了一种局部非均匀的对称型布局方式，并结合自适应机制及模拟退火算法对遗传算法中的选择、交叉和变异算子进行改进，在考虑墙面一次反射的情况下利用改进遗传算法对LED芯片位置、芯片上的灯珠数目及半功率角进行同步优化。仿真结果表明：在5 m×5 m×5 m的房间模型中，采用改进遗传算法对灯源布局进行优化后，接收光功率均匀度达到了97.7%，平均光功率为1029 μW，光照均匀度达到了0.84。此外，利用改进的遗传算法针对不同尺寸房间模型中的灯源布局进行了优化，结果表明，接收光功率均匀度均得到了提高。
光通信 可见光通信 遗传算法 光源布局 接收光功率 中国激光
2023, 50(13): 1306001
西南交通大学材料科学与工程学院，四川 成都 610031
Inconel690镍基合金具有良好的综合力学性能，其焊接结构已经被广泛应用于核电产业中，通过改变热输入与填丝可以改善其焊接接头的力学性能。对Inconel690镍基合金与SUS304不锈钢进行激光对接焊试验，分析接头显微组织和力学性能。研究发现，焊缝呈现激光焊接典型的高脚杯形状，焊缝区域弥散分布含钛相。当未填充焊丝时，低热输入（1.5 kJ/cm）接头与高热输入（2.6 kJ/cm）接头相比，焊缝晶粒尺寸减小约40%，接头抗拉强度提高约9.7%，焊缝平均硬度提高约7.7%。在填充焊丝后，焊缝中Ni元素含量提高，Fe元素含量下降，出现弥散分布的富铬相，结合X射线衍射（XRD）结果分析，推测其为Cr0.19Fe0.7Ni0.11相。与高热输入接头相比，低热输入填丝焊的焊缝平均硬度与接头抗拉强度均有所提高，其中焊缝平均硬度提高约22.6%，抗拉强度提高约16.2%。
激光光学 异种材料 镍基合金 激光焊接 热输入 力学性能 光学学报
2023, 43(10): 1014001
1 太原理工大学电气与动力工程学院，太原 030000
2 武汉光迅科技股份有限公司，武汉 430074
3 太原理工大学信息与计算机学院，太原 030000
针对传统选择性区域生长叠层双有源区电吸收调制激光器（SAG-DSAL-EML）在高频调制环境下的响应速度问题以及改善其远场发散角特性，文章提出利用掺铁掩埋技术对电吸收调制激光器（EML）结构进行优化，设计了InGaAsP/InP材料1 310 nm掺铁掩埋结构的SAG-DSAL-EML并制作样本芯片，新型SAG-DSAL-EML有源区变为台面结构，并在其两层外延生长掺铁InP层。同时，利用先进激光二极管模拟器（ALDS）软件和高频结构仿真（HFSS）软件对所设计掺铁掩埋结构的EML和调制器进行数值及仿真分析，结果表明，与传统多量子阱结构相比，SAG-DSAL-EML阈值电流减少了13%；与传统脊波导结构相比，掺铁掩埋结构的侧向限制能力提高52%，激光远场横纵角度之差降低了40%，具有更小的远场发散角；与传统PNPN掩埋结构相比，掺铁掩埋结构的调制器在－3 dB的响应带宽提高了约24%。对样本芯片进行测试，试验表明，SAG-DSAL-EML的阈值电流为14.5 mA，边模抑制比（SMSR）为45.64 dB，70 mA注入电流下，电吸收调制器－3 dB的响应带宽为43 GHz，满足高速激光通信的基本要求。
电吸收调制激光器 台面结构 掺铁掩埋技术 调制带宽 远场发散角 electro-absorption modulated laser mesa structure iron-doped buried technology modulation bandwidth far-field divergence angle
