在保持混凝土胶材总量、水胶比不变情况下，设计了不同砂率、不同种类砂搭配的混凝土配合比，通过测试混凝土扩展度、扩展时间(T500)，结合浆膜层厚度(PFT)、水膜层厚度(WFT)计算，详细分析了PFT、WFT与新拌混凝土流动性的关系。结果表明，混凝土流动性受PFT和WFT的影响较大，且不同种类砂搭配制备混凝土的流动性、PFT、WFT均存在较大差异。混凝土扩展度随PFT、WFT的增加而增加，且关联度较高，T500随PFT、WFT的增加而减少，但相关性较差。PFT、WFT的变化主要源于机制砂石粉含量、细度模数以及骨料空隙率的变化，当石粉含量过高时，虽然会引入更多浆体使PFT增加，但同时也会引起体积水胶比减小，比表面积增大，导致WFT变小，混凝土流动性反而变差。
混凝土 流动性 浆膜层厚度 水膜层厚度 砂率 细度模数 石粉含量 concrete fluidity paste film thickness water film thickness sand ratio fineness modulus fine content
1 广州海洋地质调查局，广东 广州 510075
2 浙江大学 海洋学院，浙江 舟山 316021
基于光学成像原理和激光三角测距法，提出将三个点激光器与水下相机结合、根据水下光学图像对水下目标物距离进行测量的思路。建立了激光束与目标物垂直、与目标物之间存在旋转角、存在俯仰角三种情况下的三点激光测距理论模型，推导了目标物距离与水下激光光斑图像之间的数学关系，在此基础上得到了三种情况下的三点激光测距公式。研制了系统样机，并通过空气中和水下的距离测量实验，测试了测距模型和定标算法的误差。实验结果显示，在8.4 m范围内，使用统一测距公式对距离进行测量时，测距误差最大值约为35 cm，平均测量误差小于15 cm。研究成果可望用于水下目标较近距离的精确测距。
水下激光测距 水下光学成像 水下图像处理 underwater laser ranging underwater optical imaging underwater image processing 红外与激光工程
2019, 48(10): 1005011
1 广州海洋地质调查局，广东 广州 510075
2 浙江大学 海洋学院，浙江 舟山 316021
根据光传输理论和水体光学衰减规律，提出了水下光源主光轴上光谱辐照度随距离分布的理论模型，确定了模型结构。在此基础上，采用数值计算的方法对模型中各待定参数进行求解，根据模型结构特点提出了对不同参数进行分步拟合的思路并给出了具体的参数求解方法。为了验证建模方法的准确性和可行性，根据水下光源实测数据进行建模并对模型的精度进行了评估。结果显示：模型拟合数据与水下实测数据吻合程度较高，拟合误差的方均根值仅为实测数据方均根值的4%，说明模型拟合精度较高。该方法有望用于水下光场建模、水下图像处理等应用领域。
水下光源 水下光场建模 模型拟合 underwater light source underwater light field modeling model fitting 红外与激光工程
2019, 48(9): 0910001
光纤光栅(FBG)传感器具有灵敏度高, 测量量程大, 抗电磁干扰能力强, 耐高温能力强等诸多优点, 在爆炸冲击测试领域具有广泛的应用前景。针对空腔爆炸压力变化历程对压力传感器的性能要求, 设计了一种抗冲击FBG压力传感器。传感器采用圆平膜片作为承压面, 利用均匀压力作用下的挠度拉伸FBG产生位移。对传感器的力学模型进行了理论计算, 并进行了有限元仿真, 理论分析与数值模拟计算结果误差小于2%。使用标准压力源对传感器进行了标定, 获得最终的压力灵敏度为545.187 kPa/nm, 线性度相关度为99.998%。根据空腔爆炸现场防护需求, 设计了有效的抗爆防护装置, 并将该传感器成功用于空腔爆炸爆后气体压力变化历程测量, 取得很好的测试效果。
压力传感器 圆平膜片 空腔爆炸 防护装置 压力变化历程 pressure sensor circular flat diaphragm cavity explosion protective device pressure changing progress
Author Affiliations
Abstract
1 Guangdong Provincial Key Laboratory of Optical Fiber Sensing and Communications, Department of Optoelectronic Engineering, Jinan University, Guangzhou 510632, China
2 Key Laboratory of Optoelectronic Information and Sensing Technologies of Guangdong Higher Education Institutes, Jinan University, Guangzhou 510632, China
3 e-mail: qiuwentao@jnu.edu.cn
4 e-mail: ttguanheyuan@jnu.edu.cn
An all-optical light–control–light functionality with the structure of a microfiber knot resonator (MKR) coated with tin disulfide () nanosheets is experimentally demonstrated. The evanescent light in the MKR [with a resonance of and an extinction ratio (ER) of ] is exploited to enhance light–matter interaction by coating a two-dimensional material nanosheet onto it. Thanks to the enhanced light–matter interaction and the strong absorption property of , the transmitted optical power can be tuned quasi-linearly with an external violet pump light power, where a transmitted optical power variation rate with respect to the violet light power of is obtained. In addition, the MKR structure possessing multiple resonances enables a direct experimental demonstration of the relationship between resonance properties (such as and ER), and the obtained variation rate with respect to the violet light power. It verifies experimentally that a higher resonance and a larger ER can lead to a higher variation rate. In terms of the operating speed, this device runs as fast as . This kind of all-optical light–control–light functional structure may find applications in future all-optical circuitry, handheld fiber sensors, etc.
Photonics Research
2018, 6(12): 12001137
因光纤法布里-珀罗(F-P)传感器的干涉光信号频谱具有稀疏性, 求解腔长时, 传统的快速傅里叶变换(FFT)算法需要计算整个频率范围内的频谱成分, 计算速度较慢。稀疏快速傅里叶变换(SFFT)算法只需计算干涉光信号的主要频谱成分, 通过频谱重排、窗函数滤波、频域降采样, 以及循环定位与估值, 能快速地计算出信号频谱中K个极大的傅里叶系数, 从中找出腔长对应的频率, 解调出腔长。该算法结构简单, 时间复杂度低。通过分析光纤F-P传感器腔长解调系统的实际干涉光信号, 验证解调结果的准确性, 以及相比FFT算法的高效性。因此, SFFT算法适用于对光纤F-P传感器腔长进行在线实时解调, 以实时测量物理量。
传感器 光纤传感器 腔长解调 稀疏快速傅里叶变换 干涉光信号
1 中国科学院 宁波材料技术与工程研究所, 宁波 315201
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
为了利用高能激光束将镍、铁、铝金属单质的混合粉末快速熔融, 得到高性能的镍铁铝合金, 并直接用于熔覆, 采用激光3-D打印的金属粉末成型的方法, 用一台中低功率的光纤激光器, 以工程中常用的轧制不锈钢板为基底, 研究了一定比例的镍、铁、铝混合粉末的熔覆冶金情况。通过优化激光工艺参量(激光频率、扫描速率、激光功率和离焦量)组合, 得到了质量良好的单道熔覆结果。通过激光共聚焦显微镜、晶相显微镜以及扫描电子显微镜等检测手段, 对熔覆条的宏观形貌和微观组织进行观察。结果表明, 可获得良好的无气孔无裂纹的合金组织, 且合金与基板形成了良好的冶金结合; 熔覆层硬度低于基板硬度30HV左右, 但截面硬度分布均匀。该研究有助于得到各向性质统一的冶金层。
激光技术 镍铁铝 激光熔覆工艺 熔覆冶金 激光3-D打印 laser technique Ni-Fe-Al laser cladding process cladding metallurgy laser 3-D printing
提出了一种基于马赫-曾德尔干涉仪(MZI)产生高阶庞加莱球上任意矢量涡旋光束的方法。利用半波片和偏振分光棱镜组合调节支路光束振幅, 搭配常用的两个半波片组调节合成光束的相位, 进而生成并变换矢量涡旋光束, 优化了传统的实验光路, 降低了光束能量损耗, 利用1/4波片实现不同高阶庞加莱球上矢量涡旋光束的变换。与现有的基于马赫-曾德尔干涉仪矢量光束生成方法比较, 该光路结构简单, 光束转换效率提高。在理论上, 通过琼斯矩阵计算, 在拓扑荷数为m=±1高阶庞加莱球上得到了各矢量涡旋光束的偏振态。根据该方法搭建了一套矢量涡旋光束产生的实验光路, 实验结果与理论分析一致, 证明了这种方法的实用性。
物理光学 矢量涡旋光束 马赫-曾德尔干涉仪 高阶庞加莱球
1 中国科学院大学, 北京 100049
2 中国科学院宁波材料技术与工程研究所, 浙江 宁波 315201
利用纳秒激光器对7075铝合金进行激光冲击钻孔实验研究, 采用控制变量法, 分别研究了不同激光脉冲数、激光峰值功率以及不同离焦量条件下对进出孔直径以及孔锥度的影响规律。结果表明, 在一定参数范围内, 不同激光脉冲数对进出孔直径具有一定影响, 激光峰值功率在一定程度上增加会减小孔的锥度, 但当峰值功率增加至45.22 kW时, 大量的熔融物和飞溅物对孔的形貌影响很大; 当激光焦点位于工件表面时, 可获得最小入口直径86 μm, 最小锥度为0.38°。研究结果为铝合金激光微孔加工工艺优化和参数选取提供参考。
激光微孔加工 冲击钻孔 控制变量法 7075铝合金 laser microhole processing percussion drilling parameter control method aluminum alloy 7075
在飞秒激光随机扫描双光子显微成像系统中使用宽带二维声光偏转器扫描飞秒激光, 可以增大扫描角度至74 mrad, 增大双光子显微成像范围。但宽带二维声光偏转器在大角度扫描时引入的色散较大, 造成成像范围边缘的光斑严重畸变, 边缘光斑直径达2.3 μm, 影响边缘视场的成像质量。为了提高成像质量, 设计了一种新的色散补偿方法, 基于衍射透镜组成的开普勒望远系统, 可以同时补偿不同扫描角度的不同色散。经过色散补偿后成像边缘的光斑直径小于1 μm, 使系统获得大范围扫描成像的同时, 所有扫描角度的色散都能够得到很好的补偿, 在整个视场范围内光斑直径小于1 μm, 实现更均匀的荧光激发, 均匀成像。
双光子荧光显微成像 声光偏转器 色散补偿 随机扫描 衍射透镜 two-photon fluorescence microscopy acousto-optic deflector dispersion compensation random-access laser scanning diffractive lenses Zemax Zemax
