山东科技大学 电气与自动化工程学院，山东青岛266590
快速反射镜（Fast Steering Mirror，FSM）是高精密光学系统中的关键仪器，基于音圈电机（Voice Coil Actuator，VCA）驱动的柔性支撑FSM存在复杂耦合特性，导致系统模型复杂并严重影响系统的控制性能，对于该问题，本文提出了一种基于系统辨识与模型降阶的双轴积分增广滑模控制方法。首先，采用基于脉冲响应的Hankel矩阵系统辨识方法建立VCA-FSM的精确耦合模型；随后，基于平衡实现与平衡截断，在保证模型精度的前提下对所建立的高阶模型进行降阶；其次，基于降阶模型，采用现代控制理论方法设计积分增广滑模控制器，通过设计状态观测器构造滑模切换函数与控制律，并在控制设计中改进符号函数以消除滑模抖振；最后，基于VCA-FSM伺服控制系统实验平台，开展频域与时域性能测试实验。实验结果表明：本文所提控制方法相较于单轴滑模、PID控制方法，系统的闭环跟踪带宽分别提高了约50.3%，251.3%，扰动抑制带宽分别提高了约39.9%，451.9%，阶跃响应调节时间分别缩短了约29.7%，97.7%，螺旋线跟踪精度分别提高了约48.5%，97.8%，且实现了对存在强耦合特性VCA-FSM的解耦控制。本文所提控制方法充分提高了VCA-FSM的控制性能。
快速反射镜 音圈电机 系统辨识 模型降阶 滑模控制 Fast Steering Mirror（FSM） Voice Coil Actuator（VCA） system identification model reduction sliding mode control 光学 精密工程
2023, 31(24): 3580
1 国网陕西省电力有限公司电力科学研究院, 陕西 西安 710100
2 国网(西安)环保技术中心有限公司, 陕西 西安 710100
3 国网陕西省电力有限公司, 陕西 西安 710048
4 国网陕西省电力有限公司超高压公司, 陕西 西安 710026
该文采用传统固相反应法制备了W6+掺杂的0.07Pb(Sc0.5Nb0.5)O3-0.93Pb(Hf0.47Ti0.53)O3(PSN-PHT)陶瓷, 详细分析了样品的晶体结构、压电和介电性能。实验结果表明, W6+掺杂可以提高钙钛矿结构中三方相的含量, 有效增加晶粒尺寸, 提高压电系数。当W6+掺杂量(摩尔分数)为1.0%时, 样品具有最佳的压电和介电性能, 即d33=585 pC/N, TC=323 ℃, εr=2 088。同时, 样品的d33在200 ℃去极化温度下仍保持570 pC/N的高值, 且经过1 080 min保温后, 压电常数略微降低, 此时d33仍可达到537 pC/N, 变化仅为5.7%。上述结果表明, W6+掺杂不仅可以提高压电系数, 同时也可增强陶瓷的温度稳定性, 使该陶瓷体系能在更宽的温度范围内使用。
压电陶瓷 掺杂 固相反应 温度稳定性 piezoelectric ceramics doping solid state reaction temperature stability
1 西安交通大学生命科学与技术学院生物医学工程系生物医学信息工程教育部重点实验室，陕西 西安 710049
2 南京医科大学生物医学工程与信息学院，江苏 南京 211100
3 清华大学医学院生物医学工程系，北京 100084
4 西安交通大学生命科学与技术学院生物医学信息工程教育部重点实验室生物医学光子学与传感研究所，陕西 西安 710049
微创介入治疗近年来发展迅速，具有重要临床价值。然而，微创条件下手术视野与操作范围受限，手术结果高度依赖医生经验。为解决这一问题，临床关注的焦点是如何实现手术信息的可视化、手术定量信息的获取和治疗范围的精准控制。光学辅助与激光消融技术在解决该问题上发挥了重要作用。增强现实技术提供新的可视化方式，光学追踪与传感为术中提供多维的定量信息，而激光消融则提供了精准治疗的途径。同时，光学技术与计算机视觉、人工智能、材料科学等多学科结合，推动微创介入朝着智能化、精准化、个性化的方向发展。聚焦于微创介入中的光学辅助与激光消融技术，主要从增强现实、光学追踪与感知、激光消融三方面，对相关研究进展进行综述。
医用光学 增强现实 光学追踪与感知 激光消融 微创介入 中国激光
2023, 50(15): 1507201
1 中国科学院微电子研究所，北京 100029
2 北京超弦存储器研究院，北京 100176
3 中国科学院大学，北京 100049
针对复杂结构对准标记仿真需求，联合严格耦合波法和分层近似法提出一种对准标记鲁棒性分析方法。利用该方法构建仿真模型：以晶圆质量和信噪比为评价函数，研究了标记槽深、槽宽、膜层厚度和侧壁对称变形等参数变化对标记鲁棒性的影响；以对准误差为评价函数，研究了侧壁非对称变形对标记鲁棒性的影响。并结合对准标记鲁棒性分析结果明晰了光刻机提升标记工艺适应性的策略。最后借助VirtualLab商业软件和实验平台，验证了分析方法的有效性和准确性。所提方法和给出的工艺适应性策略，对于对准标记设计优化和光刻机对准精度提升具有重要的理论意义和应用价值。
光刻 对准标记 严格耦合波法 分层近似法 鲁棒性 工艺适应性 光学学报
2023, 43(11): 1113002
1 盐城工学院机械工程学院, 盐城 224051
2 盐城工学院汽车工程学院, 盐城 224051
3 江苏悦达智能农业装备有限公司,盐城 224007
立体光固化成型技术是一种生产高精度、高性能陶瓷部件的新兴增材制造工艺。制备具有良好流动性和高固相含量的陶瓷浆料是立体光固化增材制造工艺的优势。本文讨论了固相含量、单体、分散剂、粉体级配等因素对浆料流变性能的影响规律, 总结了目前配制高固相含量和低黏度光固化Al2O3陶瓷浆料的材料选择原则, 归纳了制备高固相含量、低黏度Al2O3陶瓷浆料的指导方法, 指出了高性能光固化Al2O3陶瓷浆料开发的主要趋势和面临的挑战。
立体光固化成型技术 Al2O3陶瓷浆料 固相含量 黏度 单体 分散剂 粉体粒径 stero light-cured apparatus technology Al2O3 ceramic slurry solid phase content viscosity monomer dispersant powder particle size
为了研究紫外皮秒激光在均热板基板表面刻蚀微沟槽后, 不同激光工艺参数对微沟槽表面疏水性的影响规律, 采用Cassie-Baxter模型进行了理论分析, 并利用单因素实验法, 改变激光扫描速率、激光扫描间距、光斑横向重叠次数进行实验验证。结果表明, 降低固-液区域面积占比、宽度或缩短沟槽间距, 均可以提升微沟槽表面的疏水性能; 造成微沟槽表面疏水的主要原因是其内部的微纳结构以及加工时吸附的疏水性化学基团; 当激光扫描速率为125mm/s、激光扫描间距为200μm、光斑横向重叠次数为2次时, 紫外皮秒激光刻蚀出的微沟槽表面的疏水性最强。该研究为增强均热板冷凝端的疏水性能、提升其整体循环效率提供了参考。
激光技术 激光刻蚀 皮秒激光 微沟槽 疏水性 laser technique laser etching picosecond laser microgroove hydrophobic
1 江汉大学 湖北(武汉)爆炸与爆破技术研究院, 武汉 430056
2 爆破工程湖北省重点实验室, 武汉 430056
3 武汉爆破有限公司, 武汉 430056
4 武钢资源集团程潮矿业有限公司, 鄂州 436050
安全关系到爆破企业能否可持续发展。为了研究精细爆破条件下安全管理转型路径以及爆破公司安全管理的优化升级, 基于管理目标、方法和对象的新变化, 分析了系统性安全管理“三高”特征：安全对技术高度依赖; 政府、社会高度参与; 安全责任高度细分。结果表明：建立提出精细爆破综合评估标准体系是实现从控制性管理到系统性管理的转型的有效手段, 要注重标准的遴选和稳定性, 更要注重标准的研发; 精心施工的条件建设要采用性能优良的设备和技术, 更要注重以信任和责任为核心的企业文化建设, 尤其不能忽视一线职工的心理疏导和人文关怀; 系统性管理的安全管理范围更广, 必须建立多主体的精细爆破组织实施模式, 突出技术要素的基础性作用, 突破公司单一主体, 在组织领导、施工技术、综合协调和应急救援等多个环节强调责任落实的体系化。
精细爆破 系统性 安全管理 precision blasting systematicness safety management
1 南京航空航天大学机电学院, 江苏 南京 210016
2 南京市计量监督检测院, 江苏 南京 210049
加工效率低、表面完整性差以及严重的刀具磨损是微细铣削TiAl金属间化合物的主要原因。提出一种激光诱导可控氧化辅助微细铣削的复合加工方法,针对纳秒脉冲激光诱导氧化TiAl金属间化合物开展研究。主要分析了不同激光参数以及辅助气体对材料氧化行为的影响规律,揭示了TiAl材料的氧化机理以及氧化层与过渡层的形成规律与特征,为后续微细铣削加工中的参数选择提供了理论依据和数据支持。研究结果表明:TiAl材料在激光辐照下发生氧化反应并生成了疏松易去除的氧化物,生成的氧化层与过渡层随着激光能量密度的增大而变得越厚;随着激光扫描速度的加快,氧化层厚度逐渐减小,而激光扫描速度对过渡层厚度的影响不显著。此外,在相同的激光参数下,富氧环境对材料的氧化效果最佳。TiAl金属间化合物在优化的激光参数(激光能量密度为8.82 J/cm 2和扫描速度为1 mm/s)和富氧环境氛围下获得的氧化效果较优,生成的氧化层与过渡层厚度分别达到了66 μm与22 μm。
激光光学 纳秒脉冲激光 TiAl金属间化合物 激光诱导氧化 激光参数 中国激光
2021, 48(22): 2202021
1 清华大学工程物理系, 北京 100084
2 粒子技术与辐射成像教育部重点实验室(清华大学), 北京 100084
3 北京卫星环境工程研究所, 北京 100094
为了提高对太阳活动等离子体运动速度探测的准确性,基于新型极紫外无缝成像光谱仪的五级次光谱成像设计,利用计算机断层成像和无缝成像光谱仪数据处理过程中的相似性,提出了一种新的用于求解太阳活动等离子体运动速度信息的三维重建算法。通过对仿真模型的重建,可以证明新算法的重建结果比现有算法的重建结果具有更高的准确性;同时,通过对比仿真结果,提出了更优的极紫外光谱成像系统设计方案。
光学学报
2021, 41(16): 1630001
南京航空航天大学机电学院, 江苏 南京 210016
构建了高斯脉冲激光线刻蚀能量密度分布模型,研究了激光功率和脉冲数对化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)金刚石表面上的点/线尺寸的影响规律,得到了能量在材料表面的扩散机理及刻蚀面组分,并在此基础上进行了激光面刻蚀。结果表明:高斯单脉冲激光作用下刻蚀轮廓近似为高斯曲面,间接证明了激光束在材料表面作用的能量呈高斯分布,且刻蚀面由金刚石、石墨和杂化物质构成,CVD金刚石表面的脉冲点刻蚀深度和宽度都随着激光功率和脉冲数的增大而增大。激光功率对CVD金刚石表面线刻蚀程度的影响较大,当功率值增大12W时,刻蚀宽度和侧面扫入深度分别增大23.32μm和346.04μm;激光扫描速度则对CVD金刚石表面线刻蚀程度的影响相对较小,当扫描速度增大49.8mm/s时,刻蚀宽度和侧面扫入深度分别减小了6.35μm和70μm。在功率为3W、扫描速度为50mm/s和扫描间距为2μm的条件下进行了激光面刻蚀,刻蚀深度为9.71μm,表面粗糙度为1.10μm。
激光技术 纳秒激光加工 金刚石 高斯脉冲 点/线刻蚀 中国激光
2020, 47(12): 1202007
