1 江苏中科智能科学技术应用研究院 金属3D打印中心, 常州 213164
2 江西交通职业技术学院 机电工程学院, 南昌 330013
3 常州奔拓机械有限公司, 常州 213131
为了弥补加工制造技术上的局限性, 在五轴联动计算机数控加工中心的基础上, 采用增减材混合制造的技术方法集成激光近净成形制造装置, 在结构上形成激光增减材混合制造装置; 并基于UG后处理构造器开发增减材混合制造的后处理系统, 在功能上实现对零件的增减材混合制造。结果表明, 可实现复杂金属零件的一次成形, 减少因多次装夹引起的加工误差和低效; 相较于单一的增材、减材加工模式, 产品成品率提高20%以上, 加工时间缩短45%以上, 支撑减少30%以上, 尤其对于有封闭内流道的零件, 其内流道表面精度达到0.6μm, 有效延长零件的服役寿命, 实现了零件弱支撑、无支撑、无干涉、高精度和高效率的加工。该研究可为激光增减材混合制造的工艺方案、制造模式、应用拓展提供参考。
激光技术 混合制造 五轴联动 激光近净成形 后处理 laser technique hybrid manufacturing five-axis linkage laser engineered net shaping post process
1 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，陕西 西安 710049
2 浙江西安交通大学研究院，浙江 杭州 311200
表面增强拉曼散射（SERS）属于分子振动光谱，具有灵敏度高、选择性好、检测无损等特点，在材料、生物医学、**等领域具有广泛的应用。目前的研究主要利用拉曼信号分子特征峰强度变化进行检测。由于受到各种因素的影响，拉曼信号分子特征峰会发生移动，相比峰强度变化，拉曼特征峰平移具有更高的稳定性和更好的重现性，由此基于拉曼特征峰平移的SERS检测应用逐渐受到关注。在总结拉曼特征峰平移机制的基础上，介绍了基于拉曼特征峰平移的SERS在癌症与疾病诊断、环境监测及食品安全检测等领域的研究进展，这些研究进展为发展具有高稳定性SERS检测方法提供了新的策略与思路。
激光与光电子学进展
2022, 59(6): 0617015
1 中国科学院 苏州生物医学工程技术研究所江苏省医用光学重点实验室, 江苏 苏州215163
2 苏州国科医疗科技发展有限公司, 江苏 苏州 215163
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
5 苏州图森激光有限公司, 江苏 苏州 215011
鉴于目前561 nm激光器噪声较大, 影响其实用性, 提出一种高稳定性低噪声的561 nm黄光激光器。利用NdYAG晶体得到1 123 nm基频光, 通过LBO晶体腔内倍频得到561 nm输出。理论分析了1 112 nm、1 116 nm与1 123 nm波长的阈值泵浦功率, 提出1 123 nm的单波长振荡条件, 确定谐振腔镀膜要求。根据理论计算, 设计了合理的谐振腔膜系, 通过抑制1 112 nm与1 116 nm谱线在谐振腔内的振荡实现1 123 nm谱线的单波长振荡。在泵浦功率为5 W时, 实现了561 nm激光单波长输出, 输出功率达到107 mW, 功率不稳定性达到0.7%, 噪声为1.2%。
非线性光学 高稳定性 低噪声 谐振腔膜系 nonlinear optics high stability low noise 561 nm 561 nm resonant cavity film system
1 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏省医用光学重点实验室， 江苏 苏州 215163
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所， 吉林 长春 130033
3 中国科学院大学， 北京100049
4 南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
提出了全固态双共振KTP Ⅱ类相位匹配腔内和频连续波578 nm黄光激光器，利用两种增益介质YbYAG和NdYAG分别得到1030 nm和1319 nm基频谱线，通过KTP Ⅱ类临界相位匹配进行腔内和频实现了578 nm黄激光输出。实验中输出578 nm黄激光，同时输出582 nm和频光成分。通过光谱分析，该现象是由于NdYAG晶体中对应能级跃迁为R2→X3的1338 nm谱线起振，并与1030 nm谱线产生了和频作用。当YbYAG和NdYAG的抽运功率分别为10.3 W和3.7 W时，得到55 mW的黄激光输出，并且在30 min内的功率稳定性优于4.7%。利用格兰棱镜测量了基频光与和频光的偏振特性，结果表明，对于两个各向同性的激光晶体而言，谐振腔结构以及和频晶体的方位角均影响其相应基频光的偏振特性，两者均可使基频光的偏振方向向有利于和频作用的偏振方向改变。
激光光学 全固态激光器 腔内和频 Ⅱ类相位匹配 中国激光
2016, 43(10): 1001010
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国航天员科研训练中心人因工程重点实验室, 北京 100094
视场大小是评价头盔显示器在虚拟现实等领域的关键性能指标, 为了克服视场增加带来各类像差急剧增大的困难, 提出了一种基于双自由曲面的大视场头盔显示光学系统。首先, 分析了双椭球结构实现大视场与低畸变的基本原理, 指出了其难以校正除畸变以外其他像差的原因。接着, 提出根据系统对称性和光路走向采用竖直方向对称、水平方向不对称的自由曲面反射镜校正离轴像差, 完成了基于双自由曲面反射镜的大视场头盔显示光学系统设计。系统视场范围为106.3°(H)×80°(V), 最大相对畸变为6.97%, 出瞳直径8 mm, 点眼距19 mm。单目系统向外倾斜8°时, 双目视场范围为122.3°(H)×80°(V), 双目重叠视场为90.3°(H)×80°(V), 瞳距在55~71 mm范围内可调节。对系统性能分析结果表明: 相比双椭球结构, 系统成像质量得到较大提高; 视场范围和相对畸变满足虚拟现实领域的应用要求。
头盔显示器 大视场 自由曲面 光学设计 head-mounted display(HMD) wide FOV freeform surfaces optical design 红外与激光工程
2016, 45(4): 0418004
1 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所, 江苏 苏州 215163
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
3 中国科学院大学, 北京 100049
实验采用激光二极管阵列(LDA)端面抽运Nd∶YVO4晶体，腔内产生1064 nm 和1342 nm 双波长振荡，通过非线性晶体LBO 的I类相位匹配产生连续输出的593.5 nm 和频光。在不同的实验条件下，测量并分析了噪声特性，并用法布里-珀罗干涉仪和光束轮廓仪分别测量了593.5 nm 激光在低噪声与高噪声状态下的纵模结构与横模模式。结果表明：I类相位匹配的和频光噪声情况与其纵模结构密切相关，而抽运功率和谐振腔微调对和频光的纵模结构有很大影响。激光输出在多纵模结构不稳定时的噪声要高于多纵模结构稳定时的噪声。并且激光输出为高阶横模模式时，也会引起激光噪声的增大。
激光器 腔内和频 I类相位匹配 噪声特性 中国激光
2015, 42(10): 1002003
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
为了缩短超短焦距投影仪的机械总长,克服传统离轴超短焦距投影系统的装调困难,降低系统的设计难度,设计了一种同轴的超短焦距投影系统。首先,通过分析像差与系统总长的关系,证明了需要保证系统总长的必要性。然后,通过镂空非球面反射镜中心部分,利用平面或球面反射镜折转光路,提出了一种新的设计超短焦距投影仪的方法。在保证光学总长的同时缩短了机械总长,提高了空间利用率,解决了同轴折反系统中存在挡光的问题。最后设计的系统总长为215 mm,投射尺寸为100 in。系统的投射比为0.17,物方NA为0.2,焦距为1.66 mm。各个视场传递函数在内奎斯特频率处达到0.5以上,各指标都满足了投影系统的要求。同时,在透镜个数相同的情况下,系统的性能都优于传统的投影仪。
光学设计 投影系统 折反射系统 超短焦距 optical design projection system catadioptric system ultra short focal
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春, 130033
2 中国科学院大学, 北京, 100049
3 空军航空大学, 长春, 130033
为了克服传统LED准直器在近场难以实现均匀照明的缺陷, 设计了一种双自由曲面均匀照明准直透镜.透镜分为折反两部分, 每部分都利用双自由曲面进行匀光和准直.根据马吕斯定律, 推导了实现光束准直出射的等光程方程, 并将切面迭代法加入等光程条件, 同步计算准直透镜上下自由曲面的面形数据.仿真分析表明: 对1 mm×1 mm的白光LED芯片, 84.55%的能量集中在±2°内, 近场照度均匀性达到94.59%, 远场照度均匀性为89.01%；当LED芯片尺寸不超过2.0 mm×2.0 mm时, ±4°内的能量利用率大于83.5%, 近场照度均匀性在90%以上.该准直透镜能同时实现近场和远场的均匀照明, 公差符合装配要求, 光能利用率高.
非成像光学 发光二极管 照明设计 自由曲面 几何光学 Geometric optics Nonimaging optics Light-emitting diodes Illumination design Freeform surface
