1 中国民用航空飞行学院民机复合材料研究中心, 四川 广汉 618307
2 温州大学机电工程学院, 浙江 温州 325035
飞机蒙皮激光除漆过程的在线监测, 是实现分层可控除漆、 满足适航维修要求的重要手段, 也是推进激光除漆工程应用、 飞机维修自动化的核心技术。 激光诱导击穿等离子体光谱（LIBS）技术可通过激光材料作用过程中产生的等离子体发射光谱快速分析材料表面元素变化, 实现激光清洗表面状态的在线监测。 基于搭建的高频纳秒红外脉冲激光除漆LIBS在线监测平台, 分别采集了不同激光功率下, 面漆、 底漆、 铝合金基体去除过程中的3类LIBS光谱（各100幅）。 分析了不同激光功率下, 各类光谱示踪元素特征谱线的变化情况, 初步筛选了12条特征谱线作为光谱识别的特征。 进一步对这12个特征进行主成分分析（PCA）, 并将前3个主成分（PC1、 PC2、 PC3）构成的数据集作为支持向量机（SVM）识别模型的输入量, 建立了3类光谱的识别模型。 形成了多漆层结构激光分层可控清除过程的LIBS在线监测判定规则, 并对该规则的有效性进行了实验验证。 结果表明, 与低频脉冲激光单点作用采集的针状LIBS光谱相比, 基于该平台采集的LIBS光谱普遍存在较强的连续背景（大于5 000 a.u.）以及1.5 nm左右的半峰全宽; 针对此类光谱设计了改进均值平滑滤波算法, 在去除背景光谱的同时有效避免了特征谱线强度失真; 示踪元素的特征谱线存在不稳定性; 主成分分析中前3个主成分PC1、 PC2、 PC3对光谱的解释率达95%, 在其构成的三维空间中, 同类光谱呈区域性聚集; PCA-SVM模型对训练集、 测试集的识别准确率分别为99.44%、 100%; 验证实验结果表明3类光谱的识别模型与在线监测判定规则有效。 所建立的识别模型与判定规则, 可为飞机蒙皮激光分层除漆过程监测及自动化解决方案提供核心技术支撑。
激光除漆 激光诱导击穿光谱 在线监测 识别模型 判定规则 Laser paint removal Laser-induced breakdown spectroscopy On-line monitoring Identification model Decision rule 光谱学与光谱分析
2023, 43(12): 3891
1 中国民用航空飞行学院民机复合材料维修研究中心，四川 广汉618307
2 温州大学激光与光电智能制造研究院，浙江 温州 325035
随着飞机蒙皮“部分褪漆”维修理念的提出，多漆层结构激光除漆的可控性值得关注。基于响应面分析方法，建立了激光参数（光斑搭接率、激光功率及扫描次数）与可控性指标（漆层去除厚度、表面粗糙度）间的数学模型，分析了激光多参数耦合作用对可控性指标的影响规律。结果表明：激光参数对漆层去除厚度的影响顺序依次为扫描次数、激光功率、光斑搭接率，且均为正相关；表面粗糙度随光斑搭接率的增大而减小，随激光功率的增大而增大，扫描次数对表面粗糙度的影响具有峰值效应。验证试验结果表明：响应面模型可为厚度精度为±5 μm的激光可控除漆提供参考。基于响应面分析方法建立的多漆层结构激光可控清除数学模型，可为飞机蒙皮漆层的激光可控清除提供方法指导与理论支撑。
激光技术 激光除漆 多漆层结构 耦合作用 可控性 响应面分析 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1514004
吉林大学地球探测科学与技术学院，吉林 长春 130026
为探究典型地物间光谱特征差异以及针对传统光谱分类方法预处理复杂、精度较低等问题，以大豆、玉米、水稻和裸土4类地物为例，充分挖掘变量在分类中的重要性，进行深度学习方法与传统方法的对比分析与验证。首先利用连续投影算法（SPA）进行基础波段筛选，对比分析在原始光谱、特征波段以及部分特征波段条件下一维卷积神经网络（1DCNN）和长短时记忆人工神经网络（LSTM）两种深度学习模型的分类精度，探究特征波段对原始光谱的信息承载能力；然后针对错分问题，采用进阶式波段筛选方法，在基础变量组合条件下，对各类地物错分样本进行再次训练，如此循环，直到分类精度无明显增加，研究错分样本的光谱特征及错分规律；最后比较不同方法的分类精度。研究结果表明：基础波段筛选可以剔除光谱数据中大量的冗余信息，简化网络结构，提高模型效率；进阶式波段筛选方法可以递进增补针对错分样本的有效光谱信息，对提高传统方法的分类精度具有较大意义；在不经过光谱变换等预处理步骤时，深度学习方法也能取得较高的分类精度，明显优于传统方法，但训练过程较为复杂，可解释性较差。
高光谱 分类识别 深度学习 波段筛选 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1530002
1 东北电力大学 现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室 电气工程学院 化学工程学院，吉林 吉林 132012
2 南开大学 电子信息与光学工程学院，天津 300350
3 华东师范大学 纳光电集成与先进装备教育部工程研究中心 极化材料与器件教育部重点实验室，上海 200241
4 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室，上海 200083
5 复旦大学 光电研究院 上海市智能光电与感知前沿科学研究基地，上海 200433
硫硒化锑（Sb2（S，Se）3）薄膜太阳电池因其制备方法简单、原材料丰富且低毒、性能稳定等本征优势成为研究热点。目前Sb2（S，Se）3太阳电池最高效率已超过10%，显示出产业化潜力。Sb2（S，Se）3太阳电池的研究重点是提高吸光层质量和优化器件结构。首先，系统介绍了Sb2（S，Se）3薄膜的主流生长工艺；其次，对Sb2（S，Se）3太阳电池各功能层选择和渐变带隙结构设计进行分析；最后，对Sb2（S，Se）3太阳电池的大面积制备和其在锑基多结叠层太阳电池中的应用潜力做了进一步展望，为其产业化发展提供可行性参考。
硫硒化锑太阳电池 制备方法 载流子传输层 渐变带隙 Sb2（S，Se）3 solar cell preparation methods carrier transport layer gradient bandgap
1 温州大学激光加工机器人国际科技合作基地，浙江 温州 325035
2 中国民用航空飞行学院航空工程学院，四川 广汉618307
3 温州大学激光与光电智能制造研究院，浙江 温州 325105
碳纤维复合增强材料（CFRP）作为一种力学性能优异的新材料，已经成为航空和汽车轻量化领域的优选材料。因此实现CFRP与铝合金的高强度连接是提升CFRP与铝合金复合结构件整体强度的关键。提出了一种激光阶梯扫描制备倒钩阵列的方法，并将该方法与硅烷表面改性相结合，实现了铝合金与CFRP接头的高强度连接。实验结果表明：激光阶梯扫描制备的倒钩阵列大大增强了胶接界面之间的机械互锁效应，进而增强了接头强度。硅烷偶联剂改性后铝合金与黏结剂之间出现了硅烷过渡层，接头强度得到进一步提升。与砂纸粗化处理相比，激光处理后强度提升了24.6%，达到16.7 MPa，硅烷改性后强度得到进一步提升，达到17.4 MPa。
激光技术 脉冲激光器 激光材料加工 碳纤维增强塑料 胶接接头 拉伸剪切强度 中国激光
2023, 50(12): 1202203
1 中国民用航空飞行学院民机复合材料维修研究中心，四川 广汉618307
2 温州大学激光与光电智能制造研究院，浙江 温州 325035
为了验证激光清洗飞机蒙皮表面漆层的可行性，阐明漆层清除对基材表面完整性的影响，采用脉冲光纤激光器在12.89~25.48 J/cm2能量密度下对2024铝合金飞机蒙皮开展了除漆实验，研究了除漆效果、基材表面形貌、粗糙度、显微硬度及微观组织特征的变化规律，利用Ansys Workbench软件模拟分析了温度场分布对除漆效果和基材表面完整性的影响。结果表明，随着能量密度的增大，残漆率降低，基材表面粗糙度（Sa）和峰谷高度差（PVHD）增大，显微硬度小幅提升，同时表面晶粒细化，位错密度增大，强化相σ（Al5Cu6Mg2）析出，当能量密度大于22.90 J/cm2时，漆层彻底清除。在22.90 J/cm2的能量密度下，漆层与基材交界处的温度为415.46 ℃，低于基材的初始熔化阈值，基材表面未发生明显的塑性变形，PVHD为8.28 μm，显微硬度相较于原始试样提高了2.8%，获得了良好的表面完整性。研究结果为提升激光除漆技术在航空工程领域中的应用可靠性与安全性提供了参考。
激光技术 激光除漆 飞机铝合金蒙皮 表面完整性 温度场
1 中国民用航空飞行学院民机复合材料维修研究中心，四川 广汉 618307
2 温州大学激光与光电智能制造研究院，浙江 温州 325035
研究激光单脉冲作用后漆层表面的凹坑形貌可以有效抑制激光多参数叠加效应及脉冲重叠的光热与光力效应，有助于揭示激光与材料的作用机制，同时可为激光参数优化提供依据。本团队利用实验凹坑形貌数据获得漆层去除深度d及能量密度F的关系式，并基于烧蚀机制建立了高斯激光单脉冲作用后模拟漆层凹坑形貌的数学模型，采用MATLAB对13.58~27.16 J/cm2能量密度下的凹坑形貌进行了模拟与验证。结果表明：低能量密度（13.58~16.98 J/cm2）下，凹坑深度和直径误差均小于5%，凹坑表面近似为旋转抛物面，凹坑剖面轮廓近似为抛物线；高能量密度（20.37~27.16 J/cm2）下，凹坑深度误差小于5%，但凹坑直径误差高达40%，模拟结果与实验结果存在显著差异。误差分析表明，在高能量密度下，等离子冲击与热辐射机制对凹坑形貌具有显著影响。基于上述分析对模型进行修正，修正模型对凹坑深度和直径的模拟误差均控制在5%以内，显著提高了模型模拟的准确性。基于凹坑形貌实验数据建立的形貌模型以及该模型的验证，不仅揭示了不同能量密度下激光与材料主要作用机制的差异，还为高、低能量密度下除漆效果的精确控制及激光参数优化提供了参考。
激光技术 激光除漆 单脉冲 凹坑形貌 模拟与验证
强激光与粒子束
2022, 34(9): 095005
Author Affiliations
Abstract
Department of Electronic Engineering, School of Electronic Science and Engineering, Xiamen University, Xiamen 361005, China
We demonstrate the dynamic coloration of polymerized cholesteric liquid crystal (PCLC) networks templated by the “wash-out/refill” method in the presence of organic compounds. The reflection colors were modulated by two key approaches, that is, the injection of mutually soluble organic fluids into a microfluidic channel and the diffusion of volatile organic compounds (VOCs). The reversible tuning of reflected colors with central wavelengths between and was achieved by alternative injection of nematic liquid crystal E7 (nav = 1.64) and benzyl alcohol (n = 1.54) using syringe pumps. The fascinating iridescence with reflection centers from to was presented from the volatilization and diffusion of alcohol as a model VOC. Additionally, the flow velocity of fluid and the diffusion time were adjusted to explore the underlying mechanism for the dynamic coloration of cholesteric networks. This work is expected to extend the study of PCLCs as a dynamically tunable optofluidic reflector, visually readable sensor, or compact anti-counterfeit label in response to organic compounds.
cholesteric liquid crystal structural color microfluidics diffusion volatile organic compounds Chinese Optics Letters
2022, 20(9): 091602
1 温州大学 激光加工机器人国际科技合作基地，浙江 温州 325035
2 中国民用航空飞行学院 航空工程学院，四川 广汉 618307
在航空飞行器的碳纤维复合材料(CFRP)结构件损伤修复时，挖补胶接技术是获得高性能的CFRP层合板接头的理想工艺。本文提出一种CFRP层合板的多梯层挖补胶接接头设计策略，设计了挖补胶接接头阴阳膜构建和分层切片激光三维雕刻扫描工艺代码生成算法，探索了CFRP梯层界面的激光烧蚀成型工艺规律和粘结性能改善机理，验证了胶接接头拉伸强度和冲击韧性的有效提升，接头失效方式符合所设计的粘接剂失效，提供了一种高自动化、柔性化的航空、航天、交通等领域CFRP构件的高性能挖补胶接接头设计和制备方法。
