1 中南民族大学激光与智能制造研究院，湖北 武汉 430074
2 中南民族大学电子信息工程学院，湖北 武汉 430074
透射式玻璃光栅可简化光学系统结构，降低调制难度和成本，在紧凑型微小型分光仪和光谱系统中应用广泛。因玻璃材料脆、硬等特点，传统加工技术已无法满足现代工业日益增长的需求。采用波长为1040 nm、重复频率为100 kHz、脉冲宽度为388 fs的飞秒激光刻蚀透射式石英玻璃光栅，重点研究了激光功率P、扫描速度v、重复扫描层数N对石英玻璃光栅刻痕宽度和深度的影响。此外，使用氦氖激光器（波长为632.8 nm）对已刻蚀石英玻璃光栅样品进行衍射效率测试，利用CCD记录光栅衍射图样，通过灰度重心法得到其衍射效率。在实验中，当激光功率为442 mW，扫描速度为380 mm/s，重复扫描层数为10时，刻蚀的光栅刻痕宽度d约为5.67 ，光栅周期D约为8.17 ，测得该石英玻璃光栅的0级、-1级和+1级衍射效率分别为24.98%、31.80%和31.04%。
飞秒激光加工 石英玻璃 透射式光栅 光栅衍射效率 激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0714006
1 中南民族大学激光与智能制造研究院，湖北 武汉 430074
2 中南民族大学电子信息工程学院，湖北 武汉 430074
为探究金属材料微孔的高质量成型工艺，采用皮秒激光旋切加工的方式在金属材料表面上开展微孔成型的实验研究。通过控制旋转光学系统光路中楔形棱镜的偏转和反射镜的平移来实现对微孔形状（尺寸和锥度）的控制。以1 mm厚的304不锈钢为实验对象，主要研究了激光脉冲能量、离焦量、重复频率以及激光旋转速度等实验参数对微孔成型质量的影响。实验结果表明：激光脉冲能量是微孔成型质量的关键因素；离焦量在一定程度上能改变微孔的锥度；激光的重复频率和旋转速度决定微孔的热影响和重铸层厚度。当激光脉冲能量为141 µJ、重复频率为66.67 kHz时，取离焦量为+0.1 mm、激光的旋转速度为8000 r/min，制备出了孔径范围在100~300 μm之间、锥度均可控的高质量微孔。
激光加工 皮秒激光 旋切制孔 不锈钢 微孔 激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0714005
近红外光谱分析技术近年来在各种领域的定性、 定量分析等方面得到广泛的应用。 多元标定技术则是光谱分析领域中最先进的技术, 而环境条件、 测量仪器或测量物质自身的变化, 都可能导致多元标定模型不再适用于新样本的预测。 重新标定和重新建模必然会浪费大量时间和资源。 一种解决方案是标定迁移, 将源域已有的标定模型扩展到目标域中, 避免重复建模的代价。 在化学计量学的相关文献中, 绝大多数迁移方法都需要在两台仪器相同条件下都测量一组迁移标准样品, 但在近红外光谱测量技术中, 由于标准样品具有挥发等特性, 使得构建仪器标定迁移方法的标准样品难以获得和保存。 针对这些问题, 提出了一种联合特征子空间分布对齐(JSDA)的标定迁移方法, 此方法可以在从仪器没有标准样本的情况下建立标定迁移模型。 JSDA首先建立源域和目标域数据特征的联合主成分分析(PCA)子空间; 然后通过对齐映射在联合特征子空间中的源域特征分布和目标域特征分布来校正标定模型; 最后, 应用最小二乘模型构建校正后源域上的标定模型, 该模型可直接用于目标域的标定。 实验结果表明与已有成熟的标定迁移方法相比, JSDA在公开的真实数据集上的预测性能比较有优势, 验证了该模型在实际应用中的有效性和优越性。
近红外光谱 标定迁移 PCA子空间 联合子空间分布对齐 Near infrared spectroscopy Calibration transfer PCA subspace Joint subspace distribution alignment 光谱学与光谱分析
2021, 41(11): 3411
华中科技大学 激光加工国家工程研究中心, 武汉 430074
为了解决激光振镜加工中由于数据点集过于密集导致激光在单点停滞时间过长引起激光烧蚀问题, 将原始数据点集经过稀疏化、曲线点集分段、三角二分法贝塞尔曲线拟合数据处理, 转换成由少量直线和曲线构成的实体, 在激光路径输出时, 根据输出放大倍数的大小及曲线曲率大小对曲线进行整体的适应性插补, 从而解决因放大倍数不同引起的数据点过密或过疏的问题, 并通过对前后数据以不同的标刻分辨率进行标刻。结果表明, 在保证拟合后的加工误差不超过2μm下, 解决了数据过密引起的激光烧蚀问题; 在高放大倍数下也具有平滑的加工效果, 具有更高的加工效率和质量。此研究为高密集数据激光加工提供了参考, 在高质量激光加工领域如激光精密刻蚀有良好的应用前景。
激光技术 激光振镜加工 贝塞尔曲线优化 三角二分法 弦高误差分割 激光烧蚀 laser technique laser galvanometer processing Bezier curve optimization triangular dichotomy chord height error segmentation laser ablation
1 江西开放大学 现代教育技术中心, 南昌 330046
2 南昌大学 信息工程学院, 南昌 330031
3 武汉大学 电子信息学院, 武汉 430072
可见光通信(VLC)作为射频通信的有效补充技术, 可提供高速率、超低时延、绿色环保、低成本和安全可靠的通信服务。但覆盖范围受限和链路遮挡已成为VLC系统可靠通信的瓶颈。针对上述问题, 在VLC中采用中继技术是一种有效方法。文章从中继技术的功能特性出发, 分析中继协作的VLC系统模型, 对中继协作的VLC系统的应用场景、组网方式、转发策略、调制方式、工作模式和多址接入等关键技术进行综述, 并对采用相应关键技术中继协作的VLC系统的可靠性、安全性和能效性进行分析, 最后提出采用非正交多址、多输入多输出和全双工模式的多中继协作的VLC异构网络是未来通信网络的研究重点和方向。
可见光通信 中继技术 非正交多址 正交频分复用 多输入多输出 VLC relay technology non-orthogonal multiple access orthogonal frequency division multiplexing multi-input and multi-output
中南民族大学激光与智能制造研究院，湖北 武汉 430074
针对目前陶瓷材料功能性结构的高质量成型需求，探究了纳秒短脉冲紫外激光在Al2O3陶瓷基板上微铣削盲孔的激光加工工艺。分别采用不同焦距的场镜来进行铣削实验，研究了激光能量密度、振镜扫描速度、重复扫描次数等工艺参数对盲孔成型的锥度和底部粗糙度的影响规律。实验结果表明，在上述加工参数中，场镜的焦距对盲孔锥角的影响最为显著，其他参数则起到优化加工质量的效果。因此合理地选择场镜焦距，能够有效地改善盲孔的锥角。在场镜焦距f =160 mm，激光脉冲能量密度为25.80 J/cm2，扫描速度1000 mm/s，重复扫描次数为400次的条件下，能够获得较好的加工质量，盲孔深度为0.83 mm、锥角为5.4°，其底部粗糙度为2.48 μm。
激光加工 Al2O3陶瓷 盲孔 锥角 粗糙度 激光与光电子学进展
2021, 58(5): 0514005
中南民族大学激光与智能制造研究院, 湖北 武汉 430074
采用波长为1040 nm、脉宽为388 fs、重复频率为100 kHz的飞秒激光对石英玻璃表面进行大深宽比微型凹槽的刻蚀。首先,通过面积推算法,实验测量得到石英玻璃的损伤阈值为10.61 J/cm 2。然后,采用单线刻蚀法,研究了激光单脉冲能量、扫描速度和扫描次数对微槽刻蚀深度和宽度的影响。最后,利用激光扫描振镜,使用螺旋环切法,有效地增大微槽深宽比。实验结果表明:激光单脉冲能量是影响微槽深宽比的主要因素,在激光单脉冲能量为110 μJ、扫描速度为100 mm/s、扫描次数为30的条件下,能够获得质量良好、槽宽50 μm且深宽比达5.4的石英玻璃微槽。
激光光学 飞秒激光加工 石英玻璃 微槽 损伤阈值 光学学报
2020, 40(23): 2314001
1 天津工业大学物理科学与技术学院激光技术研究所, 天津 300387
2 暨南大学先进耐磨蚀及功能材料研究院, 广东 广州 510632
采用激光熔覆技术制备了碳纤维增强316L不锈钢,研究了扫描速度对碳纤维增强316L不锈钢显微结构、显微硬度和耐磨性的影响。结果表明:激光熔覆316L不锈钢由γ-Fe相组成,而激光熔覆碳纤维增强316L不锈钢主要由M23C6、γ-Fe和α-Fe组成,其中M23C6均匀地分布在γ-Fe和α-Fe树枝晶间;随着扫描速度增大,枝晶臂间距减小,显微硬度先增加后减小,耐磨性先增强后降低;当扫描速度为12 mm/s时,激光熔覆碳纤维增强316L不锈钢的耐磨性最好,相对于未加碳纤维的激光熔覆316L不锈钢提高了约25.3%。
激光技术 316L不锈钢 碳纤维 扫描速度 显微组织 耐磨性能
1 南昌大学信息工程学院，江西 南昌 330000
2 武汉大学电子信息学院，湖北 武汉 430072
3 中国矿业大学信息与控制工程学院，江苏 徐州 221116
可见光通信(VLC)是一项有前景的技术，作为现有无线通信网络的有益补充，可提供高速率、低延迟及多设备接入等通信服务。借助传统无线通信的高性能编码调制技术，已经设计并实现了各种适配于VLC 系统的物理层通信技术。不同于传统射频通信，VLC 采用LED 作为信号的发射源，LED 的调制容易产生非线性失真且调制带宽有限，已成为VLC 高速通信的技术瓶颈。针对这两方面的挑战，本文以白光LED 为出发点，阐述了白光LED 能有效兼顾照明和通信的特性，总结和分类了非线性失真补偿和拓展调制带宽的多种技术，最后本文提出了LED 封装材料及工艺、新型Micro-LED 器件研究、光源布局设计、码间干扰消除技术等开放性研究问题，以期提高可见光通信系统的性能。
可见光通信 白光LED 非线性失真补偿 带宽拓展 visible light communication white light emitting diode nonlinear distortion compensation bandwidth expansion
1 海军装备部装备项目管理中心, 北京 10071
2 空军装备部, 北京 100843
3 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471000
拼接光窗在气动保形、电磁隐身、大尺寸等方面均具有较好的性能，但由于子光窗间状态不一致，导致各区域入射波前分离并产生附加光程差，系统点扩散函数(PSF)随之退化，从而使得成像图像模糊，因此,分析拼接光窗对成像质量的影响对于高性能机载光电探测系统的开发十分必要。通过图像数值仿真，对拼接光窗影响光学成像的因素逐一进行分析并确定图像特征和形成原因。同时给出了一个设计实例，对合理确定子光窗加工精度和面形精度的方法进行说明。
光学成像系统 拼接光窗 调制传递函数 optical imaging system splicing light window modulation transfer function
