采用1080 nm连续激光器对Q235B碳钢上的锈蚀层进行清洗，研究了激光功率以及清洗速度对清洗后试样的表面宏观与微观形貌的影响，分析了不同工艺参数对粗糙度的影响规律，并对清洗后的试样表面进行截面金相观察、元素含量以及物相分析，并结合电化学分析以及硬度检测发现，在清洗速度恒为100 mm·s-1、激光功率为4 kW时，试样表面粗糙度最小为3.94 μm，Fe含量处于峰值，O含量处于谷值，激光清洗效果最好。当激光功率恒为7 kW、清洗速度由100 mm·s-1增至500 mm·s-1时，试样表面粗糙度先减小后增大，在清洗速度为400 mm·s-1时达到最小为3.68 μm，此时激光单次扫描就能完全清洗锈蚀层，其清洗效率为20.6 m2/h。清洗后的基材表面产生重熔层，这使得锈蚀层清洗后基材表面的耐腐蚀性有相应提高，且其硬度在激光功率为7 kW、清洗速度为100 mm·s-1时相比钢材本身提升接近4倍。在Ansys中建立连续矩形光斑激光清洗模型，并与实验结果对比分析，可以通过该模型为高功率连续激光清洗工艺参数提供选择和效果预估。
激光器与激光光学 连续激光 激光清洗 粗糙度 重熔层 耐腐蚀性 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2314002
南华大学 核科学技术学院，湖南 衡阳 421001
提出了一种基于激光尾波场加速电子诱导光核嬗变的优化方案并开展了135Cs光核嬗变的数值模拟研究。蒙特卡罗模拟研究发现随着电子能量的增加，嬗变产额逐渐趋于饱和，单位能量电子的嬗变效率在40 MeV附近时存在峰值，半高处能量为20、120 MeV。为了提升半高处能量内的电子电量从而优化嬗变产额，使用粒子模拟程序研究了超短超强激光在气体等离子体中的传输过程。研究结果发现，随着等离子体密度的降低，尾波场加速的电子能量逐渐升高，但是电荷量逐渐减少，并且圆偏振激光加速的电子能量和电荷量均优于线偏振激光。通过调整等离子体密度和激光偏振，发现在圆偏振激光和特定等离子体密度条件下，存在嬗变产额的最优值。利用电导率等效方法对345 GHz折叠波导行波管中的电磁信号的传输损耗进行了仿真研究，考察了流通管孔径、加工粗糙度等对冷腔传输损耗的影响，流通管孔径较大或加工粗糙度较大都会导致电磁信号传输衰减严重。还模拟分析了热腔中电磁信号衰减对慢波结构净增益、带宽、最佳周期数等器件特征参数的影响，结果显示，电磁信号衰减会使得增益下降和带宽降低。
光核嬗变 激光尾波场加速 长寿命裂变产物 气体等离子体密度 photo-transmutation laser wavefield acceleration long-lived fission products plasma density 强激光与粒子束
2023, 35(9): 091006
1 长春大学 电子信息工程学院, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学 博士后流动站, 吉林 长春 130022
针对常规星模拟器存在的模拟参数少、精度低和模拟技术难度大等具体问题, 将μLED发光技术引入到星模拟器的设计中, 提出一种基于μLED发光技术的新型星模拟器研制方法。结合星模拟器准直光学系统设计结果, 详细设计了整体机械结构, 以确保其具有在仿真环境下, 最大程度弱化温变、振动等外界因素的特性。重点研究星点位置精度和星点发光亮度的控制技术, 并对星点圆度、星点发光均匀度以及星点光谱控制技术进行具体分析。分析与测试结果均表明, 所设计的星模拟器具有星间角距精度小于3″, 多种5个连续星等模拟, 同时满足星点圆度、发光均匀度以及发光光谱的多参数模拟性能。所提出的设计方法也为更高级别的星模拟器研制提供一种可行的技术方案。
星模拟器 光学设计 星间角距精度 星等 star simulator optical design μLED μLED accuracy of angular distance between stars magnitude 红外与激光工程
2016, 45(4): 0424002
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春大学电子信息工程学院，吉林 长春 130022
3 北方光电股份有限公司，陕西 西安 710065
为了检测红外瞄具在高低温恶劣环境下对不同波长的红外目标成像可靠性，利用黑体和平行光管组成的光学系统模拟无穷远红外目标，红外瞄具置于高低温环境下，CCD采集红外瞄具对红外目标所成的像，从而判定高低温下红外瞄具成像质量。所设计的平行光管视场大，各波长对应焦平面处在20 lp/mm空间频率下的MTF均高于0.2。同时为了实现快速准确地在检测系统中提供稳定的-55~70 ℃的高低温实验条件，采用一种基于自适应模糊PID温度控制技术。采用自适应因子将模糊推理器和PID控制器相结合，通过在线自调整控制参数，进一步提高了PID控制器的性能和系统的控制精度。实验表明该方法提高了常规PID控制的动态响应过程并保持无静态误差，其控制精度可达±0.05 ℃。
红外瞄具 可靠性检测 红外平行光管 温度控制 自适应模糊PID IR aiming device reliability detection IR collimator temperature control self-adaption fuzzy PID 红外与激光工程
2015, 44(10): 2938
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春130022
2 吉林省光电测控仪器工程技术研究中心, 吉林 长春130022
针对高精度星敏感器对其功能测试设备精确模拟星点位置和星等的实际要求，设计了一种硅基液晶(LCOS)型高精度动态星模拟器的光学系统。分析星模拟器准直与照明光学系统的任务需求并给出了设计方案。为提高模拟器的成像精度，提出了LCOS的光学拼接方法，详细设计了大视场、大相对孔径、大出瞳距离的准直光学系统并进行了像质评价；为同时满足显示器件的照明条件和-1～7等星的准确模拟，对照明光学系统进行了详细设计并给出了仿真结果。提出了一种动态星模拟器星点位置修正方法，通过实验测试，动态星模拟器的星间角距误差优于12″，精确模拟-1～7等星，满足当前对高精度星敏感器的检测需要。
光学设计 星模拟器 硅基液晶 光学拼接 复眼照明
1 电子科技大学 电子工程学院, 成都 610054
2 西华大学 数学与计算机学院, 成都 610039
提出了一种MAINV稀疏近似逆预条件算法, 用于改善电磁场边值问题的有限元分析所产生的的线性系统的迭代求解。该预条件子是在基本AINV算法基础上, 在分解过程中对可能导致算法崩溃的极小主元进行实时补偿, 从而获得高质量的预条件子。数值结果表明, MAINV预条件子对SQMR以及若干经典迭代法的加速效果十分明显; 此外, 与其他常规预条件子相比较, MAINV具有更好的求解性能。
预条件 稀疏近似逆 电磁场边值问题 preconditioner sparse approximate inverse electromagnetic boundary problem
1 电子科技大学 电子工程学院, 成都 610054
2 西华大学 数学与计算机学院, 成都 610039
提出了一种新型RIC预条件COCG迭代技术, 用于改善有限元法仿真分析光电工程问题所产生的高度非正定的线性系统的迭代求解。提出的RIC预条件子是针对基本IC算法可能出现的分解崩溃问题, 通过对主元进行加强来获得稳定的分解过程, 进而产生高效的预条件子。数值试验表明, 提出的RIC预条件子不仅能有效避免COCG迭代等方性崩溃, 而且比常用的预条件子更高效; 此外, RIC对其他若干Krylov子空间迭代法求解性能的改善作用也相当明显。
预条件 IC分解 有限元 迭代法 preconditioner IC decomposition FEM iterative method
1 长春理工大学光电工程学院， 吉林 长春 130022
2 长春大学电子信息工程学院， 吉林 长春 130022
针对大型太阳模拟器光源过热造成光学系统特性不稳定或者丧失的实际问题，以大型太阳模拟器中的散热器为研究对象，通过其热传导分析，建立其三维立体模型，并构建出气工作状态下的数学模型，运用有限元分析方法，设定优化区域值，对散热量、结构与质量构成的多目标参数进行优化设计。优化结果实现了散热器质量不大于16 kg时，散热量不小于11000 W的优化目标，所研究方案为大型高温工作的光学设备研制提供了一种有效设计方法。
太阳模拟器 光学积分器 散热器 结构优化 激光与光电子学进展
2012, 49(12): 122301
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 长春大学电子信息工程学院, 吉林 长春 130022
3 吉林省光电测控仪器工程技术研究中心, 吉林 长春 130022
为满足高精度光学导航敏感器地面标定要求，针对传统标定用目标标准源技术特点，给出了一种基于有机电致发光器件(OLED)光源与光纤光导技术相结合的高精度目标标准源设计方法。分析设计方案并给出了目标标准源的整体结构；同时为提高OLED与光纤耦合效率，详细设计了标准目标源的光纤光源耦合机构以及光纤入/出射板的结构；为满足5～10等星的精确控制，对光耦合机构的自聚焦透镜和星等输出模拟系统中的滤光片进行了详细设计，并对自聚焦透镜进行了参数优化。对目标标准源的主要参数星等和星点间距精度进行的理论分析和实际测试表明所设计目标标准源达到了高精度星敏感器标定需要。
光学器件 星敏感器 目标靶 光纤 星等
1 长春理工大学光电工程学院， 吉林 长春 130022
2 长春大学电子信息工程学院， 吉林 长春 130022
3 光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室， 吉林 长春 130022
针对轴向预载随结构的热变形改变而导致光机系统特性失效的设计难点，提出了一种光机结构轴向一致性可控方法。建立光机结构的热效应模型，分析热变形与轴向预载的关系，通过与传统轴向压紧结构的热分析比较，设计了一种轴向预载与温度变形一致可控的挠性构件；对不同结构参数挠性构件的变形分析表明，所设计的挠性构件在温度变化时具有很高的轴向变形可控性；建立了轴向变形量Δδ与挠性构件参数的数学模型，给出具体结构参数的设计方法。将所研究的挠性构件引入星模拟器的结构设计中，实际测试结果表明光机系统具有很好的常温特性，验证了所提光机结构轴向一致性可控方法的有效性。
光学设计 光机结构 预载 热变形 挠性构件
