Author Affiliations
Abstract
1 School of Electronics and Information, Guangdong Polytechnic Normal University, Guangzhou 510665, China
2 Guangdong Provincial Key Laboratory of Nanophotonic Functional Materials and Devices, South China Normal University, Guangzhou 510006, China
3 Guangzhou Key Laboratory for Special Fiber Photonic Devices, South China Normal University, Guangzhou 510006, China
4 Guangdong Provincial Key Laboratory of Industrial Ultrashort Pulse Laser Technology, Shenzhen 518055, China
In this work, we demonstrated the double-cladding Tm/Al co-doped photonic crystal fiber (PCF) by laser additive manufacturing. The measurements show that the fiber was heavily doped with a concentration of 2.13% (mass fraction) without any crystallization. The splicing property of PCF was studied, and the integrity of the PCF air holes was maintained during the splicing process. The PCF with combiner pigtail has a splice loss of 0.23 dB. The all-fiber Tm/Al co-doped PCF amplifier system achieves a slope efficiency of 13% at 1948 nm with an output laser power of nearly 1.59 W. An upconversion process was also observed under laser excitation with a 1064 nm pulse. This method provides a new idea to deal with Tm-doped PCF fabrication and promotes the promising application of 2 µm fiber lasers.
photonic crystal fiber laser laser amplification Chinese Optics Letters
2023, 21(12): 121401
空地协同作业场景中要求无人机同时具备快速路径规划与精准自主降落功能, 这对无人机搭载有限计算资源下算法的实时性和准确性提出了更高要求。主要解决了无人机快速路径规划与自主降落功能一体化实现关键技术难题。首先, 针对传统A*算法实时性差、消耗资源多等问题, 将传统8邻域搜索方式改进为16方向搜索方式, 并设计高匹配度启发函数和自适应权重系数全面提升路径规划算法性能; 其次, 设计了基于视觉反馈的面向空地协同作业场景下无人机自主降落策略, 提高了自主降落的精度; 最后, 进行了仿真和实验,验证了所提改进A*算法、自主降落和一体化实现策略的性能。结果表明, 改进的A*算法在规划路径长度与平滑度性能方面均得到提升, 算法实时性大幅提升, 满足复杂环境下的实时避障与规划需求;同时, 无人机可以快速稳定地降落在地面平台目标点上。
空地协同 无人机 路径规划 改进A*算法 自主降落 air-ground collaboration UAV path planning enhanced A* algorithm autonomous landing
1 华南师范大学, 广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室, 广东 广州 510006
3 深圳技术大学, 中德智能制造学院, 广东 深圳 518118
4 华中科技大学, 武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430074
冶金、 核工业、 污染检测和环境监测等领域对元素分析的需求是必不可少。 激光诱导击穿光谱技术作为一种新型的原子光谱分析技术, 具有实时快速、 对样品几乎无损、 可多元素同时分析等特点, 因此一直受到广泛的关注。 但其分析灵敏度较差的缺点一直限制着该技术的发展。 激光诱导荧光辅助激光诱导激光光谱技术能够通过激光共振激发提高分析灵敏度并高效检测样本元素种类, 通过光谱仪收集光谱信息并建立模型可对未知样本进行浓度预测。 但当基体原子与目标原子的特征谱线十分接近时, 基体谱线会受到影响, 此时一元定标准确度下降。 通过一元线性拟合和多元线性拟合两种方式对钢铁中的Ni和Cr元素分别建立线性模型。 首先, 选取样品光谱中的峰值谱线, 核实其是否为待测元素或基体元素所对应的特征谱线, 选定合适的特征谱线后, 将多个谱线的光谱强度以及对应该样品的待测元素浓度作多元线性拟合模型, 将各个谱线所对应的拟合系数由高到低进行排序, 并以多元线性拟合模型中各个特征谱线对应的光谱强度对浓度预测的贡献度为标准不断减少拟合维度, 使Ni和Cr拟合模型的决定系数分别由0.960 1提高至0.992 9和0.992 0提高至0.998 7, Ni和Cr元素含量的回归模型平均相对误差分别由38%降低至10%左右和55%降低至25%以内, Ni和Cr元素的线性回归模型的交叉验证均方根误差随着维度的增加分别由3.4%降低至2%左右和2.5%降低至1.5%左右。 选取多个谱线建立多元线性回归模型的方法较为有效的降低了激发干扰的影响, 以较小的工作量提高了对待测样品的待测元素浓度预测的准确度, 为推进激光诱导荧光辅助激光诱导激光光谱技术在元素分析的实际应用提出了一种可行的方案。
激光诱导激光光谱 激光诱导荧光 多元线性回归 Laser-induced breakdown spectroscopy Laser-induced Fluorescence Multiple linear regression
华南师范大学信息光电子科技学院, 广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室, 广东 广州 510006
大量废弃的塑料制品给生态环境造成严重破坏, 当务之急是要对塑料进行分类回收。 传统的分类方法普遍存在成本高, 效率低, 操作复杂等问题, 不能满足工业生产的需要。 激光诱导击穿光谱技术由于具备简单灵活, 快速灵敏等优点, 在物质鉴别领域有广泛应用。 采用激光诱导击穿光谱技术结合主成分分析（PCA）和支持向量机（SVM）算法对20种塑料进行分类识别研究。 由于目前有关塑料分类识别速率的研究报道较少, 该实验在保证识别准确率的前提下, 进一步研究和分析实验过程耗费的时间, 满足工业生产中快速分类的要求。 每种塑料采集100组光谱数据, 随机选取50组数据作为训练集建立模型, 余下50组作为测试集测试模型的分类识别效果, 所以训练集和测试集各有1 000组光谱数据。 将训练集的数据不加处理地输入SVM中进行训练, 并采用5折交叉验证建立最佳模型, 此时测试集的识别准确率为99.90%, 建模时间为1小时58分41.13秒, 预测时间为11.96 s。 由此可见, 单纯使用SVM算法可以得到很高的准确率, 但是需要耗费大量时间。 为了提高实验效率, 引入主成分分析算法, 将原来的高维数据变换成低维数据, 并用降维后的数据训练模型。 针对不同的主成分个数, 均采用随机训练十次再取平均值的方法获得相关数值。 实验表明, 当选取主成分个数为13时, 得到相应的识别准确率为99.80%, 而PCA处理时间为1.44 s, 建模时间为12.16 s, 预测时间仅为0.02 s。 虽然PCA算法结合SVM算法在对20种塑料进行分类识别时准确率有轻微下降, 但是大大减少了模型训练的时间, 实验效率得到很大程度的提高。 结果表明, 结合两种算法辅助激光诱导击穿光谱可以对塑料进行快速准确的分类识别。
激光诱导击穿光谱 塑料 主成分分析 支持向量机 Laser-induced breakdown spectroscopy Plastic Principal component analysis Support vector machine 光谱学与光谱分析
2021, 41(6): 1955
1 华南师范大学广州市特种光纤光子器件与应用重点实验室, 广东 广州510006
2 广东省工业超短脉冲激光技术企业重点实验室, 广东 深圳 518055
3 华南理工大学化学与化工学院, 广东 广州510641
4 广东省计划生育科学技术研究所(广东省计划生育专科医院), 广东 广州510600
传统的陶瓷成型工艺存在着材料利用率低、能量消耗高等问题。为此, 本文利用数字光处理(DLP)3D打印技术, 制备了精细、复杂结构氧化锆陶瓷。实验配置了固相质量分数72.5%的陶瓷-光敏树脂浆料, 以紫外光为光源, 使浆料逐层固化, 叠加成型。实验还研究了曝光时间、曝光强度等因素对固化深度的影响, 优化后的陶瓷浆料表现出良好的固化效率与成型精度。最后本文还研究了烧结温度对陶瓷器件致密度以及维氏硬度的影响。最终制造出了致密度达95%以上、维氏硬度11.3 GPa、XRD表征为四方相的氧化锆陶瓷器件, 实现了复杂陶瓷器件的快速打印制备。
陶瓷材料 光敏树脂 数字光处理 烧结 ceramic material photosensitive resin DLP sintering
Author Affiliations
Abstract
1 Guangdong Provincial Key Laboratory of Nanophotonic Functional Materials and Devices, South China Normal University, Guangzhou 510006, China
2 Guangzhou Key Laboratory for Special Fiber Photonic Devices, South China Normal University, Guangzhou 510006, China
3 Guangdong Provincial Key Laboratory of Industrial Ultrashort Pulse Laser Technology, Shenzhen 518055, China
In this work, we proposed a feasible method to prepare the Bi/Al co-doped silica glass by using laser additive manufacturing technology. Bi was uniformly doped into the silica matrix. The hydroxyl content of the glass sample was measured to be 29.36 ppm. Using an 808 nm laser diode as the excitation source, a broadband near-infrared emission from 1000 to 1600 nm was obtained. The emission peak was centered at 1249 nm, and the corresponding FWHM was more than 400 nm. The results show that the laser additive manufacturing technology is promising to fabricate highly homogeneous Bi-doped core materials with broader emission band, which is beneficial to solving the communication capacity crunch and promotes the development of fiber communication in the upcoming fifth and sixth generation systems.
optical materials bismuth-doped glass broadband fluorescence Chinese Optics Letters
2020, 18(12): 121601
Nan Zhao 1,2Jiaming Li 1,2,3,*Qiongxiong Ma 1,2,3Liang Guo 1,2,3Qingmao Zhang 1,2,3
Author Affiliations
Abstract
1 Guangdong Provincial Key Laboratory of Nanophotonic Functional Materials and Devices, South China Normal University, Guangzhou 510631, China
2 Guangzhou Key Laboratory for Special Fiber Photonic Devices, South China Normal University, Guangzhou 510631, China
3 Guangdong Provincial Key Laboratory of Industrial Ultrashort Pulse Laser Technology, Shenzhen 518055, China
Carbon is hard to be sensitively detected in laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS). The optical emission can be significantly enhanced by resonantly exciting CN radicals in the plasma center using LIBS assisted with laser-induced fluorescence (LIBS-LIF). However, the nitrogen source for CN formation is provided by ambient gas. Therefore, we propose a new approach of periphery excitation in plasma to improve CN fluorescence. The optical and spatial characteristics of CN radicals in plasma were discussed. A fluorescence map was established by combining focal point location and fluorescent intensity, demonstrating that plasma periphery had 4.2 times stronger fluorescence than the center.
laser-induced breakdown spectroscopy laser-induced fluorescence carbon Chinese Optics Letters
2020, 18(8): 083001
华中科技大学, 武汉光电国家实验室(筹)激光与太赫兹功能实验室, 武汉 湖北 430074
在激光诱谱导击穿光谱技术(laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS)中, 元素特征光谱信号强度和信噪比在不同采集延时下具有显著差异, 直接影响定量分析的结果。 LIBS分析系统通常采用通用型延时发生器来控制采集延时, 然而其体积大、 功耗高、 价格昂贵, 不利于LIBS仪器的小型化和便携化。 为此, 采用单片微控制器芯片和简单外围电路设计实现了具有55 ps可调延时精度的多通道微型同步时序发生器(简称LDG30), 大幅度降低了同步时序发生器的体积、 功耗和成本。 对比LDG30与一种典型通用延时发生器DG535作为同步时序发生器的LIBS系统, 以钒钛生铁中微量钒(V)元素定量检测为例进行两种同步时序发生器性能分析。 结果表明, 采用LDG30和DG535的LIBS系统建立的V元素定标曲线拟合系数R2均大于0997, 前者的平均相对标准偏差ARSD略小于后者, 达到228%; 前者检测极限LoD略低于后者, 达到1990 μg·g-1。 因此, 自主设计的同步时序发生器LDG30与DG535在LIBS系统中的精度基本一致, 完全满足LIBS系统的实际控制和集成应用需求, 特别适合于体积与功耗受限的LIBS仪器。
激光诱导击穿光谱 微型同步时序发生器 采集延时 Laser-induced breakdown spectroscopy Compactsynchronous timing generator Delay times
华中科技大学武汉光电国家实验室(筹)激光与太赫兹功能实验室, 湖北 武汉 430074
在大气环境中, 采用激光诱导击穿光谱技术与支持向量机算法相结合, 对来自不同厂家不同颜色的20种工业塑料进行分类研究。 首先对分类结果有影响的实验参数进行优化, 在最佳的实验参数条件下进行光谱采集, 采用6条非金属元素特征谱线, 有效缩短了训练支持向量机分类模型所需时间, 从而提高了塑料的分类效率。 实验结果表明, 利用碳、 氢、 氧、 氮等主量非金属元素对这些工业塑料样品进行分类, 测试集1 000个光谱数据中有996个识别正确, 算术平均识别精度达到996%。 在选取较少的主量非金属特征谱线的情况下, 结合采用支持向量机算法, 可以实现激光诱导击穿光谱技术对更多类型的塑料制品快速、 高精度分类, 为激光诱导击穿光谱技术在实现塑料分类方面提供了数据参考。
激光诱导击穿光谱技术 非金属元素特征谱线 支持向量机 塑料分类 Laser-induced breakdown spectroscopy Characteristic spectral lines of non-metallic elem Support vector machine Plastics identification 光谱学与光谱分析
2017, 37(7): 2205
华中科技大学, 武汉光电国家实验室（筹）激光与太赫兹功能实验室, 武汉 湖北 430074
为分析和检测铁矿石表面多成分的分布情况, 采用532 nm Nd∶YAG脉冲激光, 设计面扫描分析方法, 结合自行开发的软件, 首先对标准样品进行面扫描分析, 建立定标曲线, 说明元素含量与谱线强度的关系。 然后对由标准样品压制的表面元素含量分布不均匀的样品进行面扫描分析, 生成二维分布图, 并与样品表面形貌进行比较, 验证了分析方法的正确性。 最后以100 μm的分辨率对天然铁矿石样品表面14 mm×11 mm范围内进行面扫描分析, 得到其表面Ca, Al, Ti和Mn四种元素的分布情况, 并将分析结果与铁矿石表面形貌相比较。 结果表明, 激光诱导击穿光谱技术作为一种成分分析方法, 可以对不均匀样品的表面成分分布情况进行定性分析。
激光诱导击穿光谱 铁矿石 面扫描分析 成分分析 Laser-induced breakdown spectroscopy Iron ore Mapping Component analysis 光谱学与光谱分析
2016, 36(5): 1473
