江苏大学材料科学与工程学院，江苏 镇江 212013
为探明扫描激光冲击成形工艺中激光功率和扫描线间距对成形微结构高度的影响规律，采用纳秒光纤激光在 20 μm 厚的铝箔上实现直径为 200 μm 的凸起阵列的激光冲击成形，并采用激光共聚焦显微镜测量微凸起的三维形貌。结果表明：在激光功率从 10 W 变化到 18 W 的过程中，成形微结构高度从 17 μm 先增大至 29 μm 再减小至 12 μm；扫描线间距从 30 μm 变化到 50 μm 的过程中，成形微结构高度从 14 μm 逐渐增大到 30 μm。扫描激光冲击成形工艺中的这种激光功率和扫描线间距的影响，本质上是受到能量吸收层厚度的约束和激光烧蚀能量吸收层产生的冲击波强度的影响的共同结果，这种综合影响在多道次扫描激光冲击成形中需要得到重视。
激光冲击成形 扫描冲击 小光斑 激光功率 扫描线间距 laser shock forming scanning shock small spot laser power scanning path spacing
1 江苏理工学院 机械工程学院，江苏常州2300
2 常州祥明智能动力股份有限公司，江苏常州13011
在QFN芯片封装缺陷检测中，增加图像分割环节可有效提高缺陷检测准确性与检测效率。针对图像分割中传统算法效率低、智能优化算法分割精度低稳定性差的问题，本文提出一种基于改进灰狼优化算法（IGWO）的图像多阈值分割方法。首先，改进原始灰狼优化算法非线性因子，平衡算法搜索效率与挖掘能力；其次，引入反向学习策略提高种群整体质量，引入正弦函数、调整头狼权重以改进灰狼更新策略，增强算法多样性与挖掘能力；然后，提出头狼靠拢与种群变异交替进行的位置更新策略，平衡算法收敛性能与跳出局部最优能力；最后，以Kapur熵为适应度函数，求解最优分割阈值。将本文提出的改进灰狼优化算法的多阈值图像分割方法，与灰狼优化算法（GWO）、基于翻筋斗觅食策略的灰狼优化算法（DSF-GWO）、基于莱维飞行的樽海鞘群优化算法（LSSA）、改进北方苍鹰算法（INGO）的图像分割方法进行实验对比，结果表明：本文方法在分割用时方面，约为DSF-GWO的1/2，INGO的1/4；在分割精度与稳定性方面，在进行QFN芯片缺陷图像的连续30次分割时，本文方法具有最大Kapur熵平均值、最小标准差与最短分割时间。因此本文方法可实现高精度、高稳定性与高效率的QFN芯片图像多阈值分割。
灰狼优化算法 多阈值分割 Kapur熵 QFN Grey Wolf Optimization（GWO） multi-threshold segmentation Kapur entropy Quad Flat No-lead package(QFN)
1 北京邮电大学 电子工程学院，北京 100876
2 中国电波传播研究所 第三研究部，山东 青岛 266108
针对小目标在整幅图像中占比很低，且目标周围存在大量杂波，提出了一种基于联合方向梯度（Associated Directional Gradient，ADG）和均值对比度（Mean Contrast，MC）的红外弱小目标检测算法。该算法由两个模块组成：ADG利用红外弱小目标的高斯分布模型，将单一方向的梯度与一个相邻方向上的梯度相加组成新的联合梯度特征，增强真实目标、抑制背景杂波的同时能够消除高亮边缘对目标检测效果的影响；MC融入方向信息来计算目标的多方向对比度，选用多方向对比度的最小值抑制结构噪声，并将均值滤波的思想引入对比度的计算，抑制背景中的孤立噪声，进一步降低检测的虚警率。在实际红外图像上的实验结果表明，该算法在增强目标信噪比和抑制背景噪声方面，能够取得较好效果。
红外图像 目标检测 联合方向梯度 均值对比度 infrared image target detection associated directional gradient mean contrast
天津工业大学 电子与信息工程学院， 天津 300000
低半波电压电光调制器是实现大规模光电集成的关键。文章提出了一种半波电压低于1.5V的薄膜铌酸锂马赫-曾德尔(Mach-Zehnder，MZ)电光调制器，选用绝缘体上单晶薄膜铌酸锂材料作为设计基础，分析了直波导、多模干涉耦合器、弯曲波导和调制臂等结构对电光调制器的影响。结果表明，当调制臂长为3mm时，该薄膜铌酸锂电光调制器具有1.05V的低半波电压、0.319dB的低损耗和27dB的高消光比。同时，该调制器半波电压长度积为0.315V·cm，调制效率高，具有与CMOS技术兼容的半波电压，有利于大规模光电集成。
铌酸锂 马赫-曾德尔电光调制器 多模干涉耦合器 低半波电压 lithium niobate Mach-Zehnder electro-optic modulators multimode interference couplers low half-wave voltage
强激光与粒子束
2023, 35(9): 094002
1 国防科技大学 前沿交叉学科学院&新型纳米光电信息材料与器件湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学 南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
过渡金属硫族化合物及其范德华异质结在光电探测方面具有重要的应用前景。近年来，基于光电导效应、光诱导栅控效应、光伏效应、光-热电效应等机理的器件被提出并广泛研究。其中，基于光诱导栅控效应的过渡金属硫族化合物平面型光电器件因其与晶体管相近的器件结构、工艺兼容性以及较高的光电探测响应率而备受关注，然而往往存在响应速度慢、不施加栅压时暗电流大等缺点，制约了器件性能的进一步提升。因此，针对过渡金属硫族化合物光诱导栅控型光电器件，如何提高其响应速度、降低暗电流成为亟需解决的重要问题。该研究通过实验构建石墨烯/MoS2/h-BN/石墨烯垂直异质结构，在传统石墨烯/MoS2异质结中插入宽禁带h-BN势垒层以抑制器件暗电流，同时利用光照条件下光生载流子的FN隧穿效应提升器件的光电响应速度。该研究成功实现了皮安量级的暗电流以及相对较快的光电探测响应速度（响应时间约为0.3 s），相比于传统石墨烯/MoS2异质结器件（响应时间约为20 s）有近两个数量级的提升，同时验证了基于FN隧穿效应的范德华垂直异质结构对于增强光电探测性能的积极作用。
光电探测器 范德华垂直异质结 FN隧穿 MoS2 h-BN 石墨烯 photodetector van der Waals vertical heterostructure FN tunneling MoS2 h-BN graphene 红外与激光工程
2023, 52(6): 20230217
1 国防科技大学 前沿交叉学科学院&新型纳米光电信息材料与器件湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学 南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
近年来，因为体现出诸多异常拓扑现象，外尔超材料一直备受关注。此前的研究表明外尔超材料的反射场具有偏振转换特性。然而，关于反射本征态的讨论却不够深入，原因在于入射电磁场与反射电磁场处于不同的态空间，给分析计算带来了诸多不便。文中从电场为极矢量、磁场为轴矢量的基本特性出发，通过引入镜像算符将入射态空间与反射态空间联系起来，最后对全反射界面的本征态进行了明确的定义。依据上述定义，笔者对外尔超材料的反射本征态进行了计算，结果显示：在入射电磁场为线性偏振的前提下，外尔超材料的反射本征态均为线性偏振态。反射本征态为线性偏振态，这一性质是由系统能量守恒与洛伦兹互易性共同保证的。经过进一步探讨发现，当动量空间的路径绕外尔点一圈时，本征态的电磁场方向旋转角度为90°。这也意味着如果电磁场要回到初始状态，动量空间的路径需绕外尔点4圈。这一现象的拓扑结构可以类比为四阶莫比乌斯环。此外，依据反射本征态为互相垂直的线性偏振态这一特性，笔者定义了旋转角度θ用以描述本征态朝向的变化规律。值得一提的是，这种计算方法不仅仅适用于外尔超材料，满足条件的全反射界面的反射本征态均可以依照上述定义与方法进行分析求解。
超材料 外尔点 本征态 线偏振 莫比乌斯环 metamaterial Weyl points eigenstate linear polarization Möbius strip 红外与激光工程
2023, 52(6): 20230233
1 中国科学院上海光学精密机械研究所激光智能制造技术研发中心，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
采用摆动激光填丝焊接Al?Si涂层22MnB5钢，研究摆动频率对焊接接头的组织和力学性能的影响。并与常规激光自熔焊接（LW）进行对比，讨论摆动激光填丝焊接（OLFW）工艺对δ?铁素体的抑制作用。结果表明，LW焊缝表面出现下凹，而OLFW工艺能够改善焊缝成形，并降低焊缝中α?铁素体的含量。当摆动频率为200 Hz时，α?铁素体的体积分数最低（11.51%）。高含量的α?铁素体造成LW接头的平均硬度、抗拉强度、延伸率分别降低至392 HV、1440 MPa、1.92%。与LW相比，热冲压前摆动激光填丝焊接样品2（OLFW2）焊缝中Al的平均含量（质量分数）由2.16%降低至1.38%。热冲压后OLFW2接头的平均硬度、抗拉强度、延伸率分别提高至471 HV、1561 MPa、3.1%，分别提高了20.2%、8.4%、61.5%。焊缝中α?铁素体的形成和不均匀分布是造成LW和OLFW2接头断裂在焊缝的主要原因。
激光技术 摆动激光焊接 热成形钢 铝硅涂层 焊丝 微观组织 力学性能 中国激光
2023, 50(16): 1602106
沈阳工业大学机械工程学院，辽宁 沈阳 110870
针对双头螺杆廓形参数难以实现高精度、高效率检测的问题，以四轴旋风铣床为载体，设计并实现了一种基于激光三角位移传感器（LTDS）的在机测量系统。为了提高系统的测量精度，基于变结构元广义形态学方法、多项式插值算法及椭圆拟合法，实现了含噪光斑图像质心的微米级提取，并进行了实验验证。为了避免最小二乘分段拟合方法在断点处不满足函数连续性和可导性的缺陷，提出了基于拉格朗日乘数法的点云信号光顺处理算法。最后根据信号重构结果实时计算廓形参数，判断加工质量。实验结果表明，设计的在机测量系统可在39.7 s内完成一个螺距的螺杆廓形参数检测，测量精度为±9 μm，其中长轴、短轴、螺距的测量不确定度分别为0.72、0.69、1.65 μm，显著提高了测量精度和效率。
测量 螺杆转子 激光位移传感器 信号处理 中国激光
2023, 50(14): 1404002
