1 中国空气动力研究与发展中心高超声速冲压发动机技术重点实验室，四川 绵阳 621000
2 北京工业大学材料与制造学部高功率及超快激光先进制造实验室，北京 100124
主动热防护构件作为航空航天领域的重要结构，光纤激光焊接是该类结构的优选制造工艺。苛刻的服役环境对焊缝成形、表面保护及气孔缺陷提出了很高的综合要求。基于侧吹保护的光纤激光非穿透深熔焊接工艺试验，采用超景深显微镜、数字RT检测及灰度处理等设备及方法，系统分析光气间距、气体输送角度、保护气输出长度及气体流量等参数对焊缝成形、焊缝保护效果及气孔的影响规律。结果表明，保护气流量及光气间距对焊缝形貌及气孔率影响较大，正值光气间距参数下焊缝气孔率较低，气孔率同保护气流量正相关。基于优化的气体保护参数，优化了喷嘴结构，实现了主动热防护凹槽三维构件的激光焊接制造，并通过台架测试。
光纤激光 主动热防护结构 侧吹保护 焊缝形貌 气孔缺欠 fiber laser active thermal protection structure side-blow protection weld morphology porosity defect
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院，安徽 合肥 230026
3 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，四川 绵阳 621000
为提高超燃冲压发动机扩张段温度测量精度和测量结果的稳定性，笔者基于可调谐半导体吸收光谱技术（TDLAS），选取5个低态能级不同且分布均匀的近红外H2O吸收线，采用玻尔兹曼图法测温。采用集成的五波长测量系统，在实验室高温炉上设定1000~1600 K的温度台阶，选用不同波长数目组合计算分析，五波长的温度偏差均在1%之内，优于其他数目的波长组合。在发动机实验中，测量了超燃冲压发动机扩张段横截面16路线的平均温度，实现了发动机点火、燃烧和熄火宽温度范围的监测；对比了相同工况下的两次实验，结果显示，工况A和工况B下重复实验的平均偏差分别为17 K和7 K，重复性较好，体现该测量方法在发动机测量中的稳定性。该温度测量方法可广泛应用于发动机及工业过程的燃烧流场领域，为计算燃烧效率、改进燃烧过程提供数据支撑，具有重要的工程应用价值。
光谱学 可调谐半导体吸收光谱技术 玻尔兹曼图 温度测量 中国激光
2023, 50(19): 1911004
1 之江实验室智能芯片与器件研究中心，浙江 杭州 311121
2 浙江大学光电科学与工程学院极端光学技术与仪器全国重点实验室，浙江 杭州 310027
3 上海电力大学电子与信息工程学院，上海 200090
4 浙江大学杭州国际科创中心, 浙江 杭州 311200
Overview: Two-photon lithography (TPL) has been a research hotspot in 3D micro/nano writing technology due to its characteristics of high resolution, low thermal influence, a wide range of processed materials, low environmental requirements, and 3D processing capability. It has shown unique advantages in the fields of life science, material engineering, micro/nano optics, microfluidic, micro machinery, and so on. This paper summarizes the research works done by researchers on different writing methods to improve TPL processing efficiency. Single-beam writing is the main method for TPL, which mainly depends on the speed of the scanning device. Single-beam writing has the advantages of simple system and high-quality beam, and it is easy to combine various effects to improve writing results. It mainly includes scanning modes based on the translation stage, galvo, polygon laser scanner, and acousto-optic deflector (AOD) (Fig. 2). All these modes have advantages and disadvantages. As for the scanning speed comparison, polygon laser scanner and AOD have relatively faster writing rates (faster than m/s). Multi-foci parallel lithography can obviously promote efficiency, elevating the speed by dozens or even hundreds of thousands of times, mainly based on spatial light modulator (SLM), digital micromirror device (DMD), microlens array (MLA), diffractive optical elements (DOE), multi-beam interference, and so on (Figs. 3-15). Multi-foci parallel lithography based on SLM is most widely used owing to its high efficiency and ability to flexible and independent control of each single beam, but the refresh rate is still insufficient. DMD has a higher refreshing rate (32 kHz), but the state-of-the-art beam parallelism realized by DMD is severely limited. More parallel beams are further required for improving the processing efficiency. The 2D pattern exposure method based on SLM or DMD can further improve the TPL efficiency with the superiority of generating flexibly designed pattern (Figs. 16-18). However, the 2D projection exposure technology is still difficult to achieve high writing precision, especially the axial resolution. An available method to improve the axial precision is spatially and temporally focusing an ultrafast laser to implement a strong intensity gradient at the spatial focal plane that restricts polymerization within a thin layer. The 3D projection method will be the most efficient writing method in the future, especially in 3D device processing (Figs. 19-20). Researchers used this technique to make hollow tubular and conical helices structures, increasing the processing speed by 600 times. However, the research results show that the current 3D projection can only process simple 3D structures. Further researches on 3D exposure processing of complex structures are expected, which will effectively expand its application in various fields. Authors believe that with the effort of researchers on efficiency improvement gradually, TPL can further highlight its advantages to promote the development of life science, materials engineering, micro-nano optics, and many other fields.
飞秒激光直写 双光子光刻 单光束扫描 多焦点并行 面曝光 体曝光 femtosecond laser direct writing two-photon lithography single-beam scanning multi-focus parallelism pattern projection 3D projection exposure
1 北京工业大学材料与制造学部高功率及超快激光先进制造实验室，北京 100124
2 中国空气动力研究与发展中心高超声速冲压发动机技术重点实验室，四川 绵阳 621000
基于侧吹保护条件下的光纤激光非穿透深熔焊接工艺，模拟了构件的服役环境，对GH3128搭接接头进行了不同循环次数的900 ℃真空热处理，并对接头组织和显微硬度、室温与高温拉伸及蠕变拉伸性能进行了分析测试，通过分析组织与断口，对GH3128搭接接头的高温力学性能进行了评估。研究结果表明，与无热处理接头相比，热处理后的接头的室温与高温拉伸性能分别提升了35%和20%，蠕变性能大幅提高。接头组织分析结果表明：热处理后的接头枝状组织消熔，晶粒呈粗大等轴晶状态；各断口均呈现出“抛物线”状韧窝，开口方向与拉伸力方向一致，呈韧性断裂特征，且无显微裂纹产生；热处理次数对接头显微硬度、室温及高温拉伸性能的影响不大；随着热处理次数的增加，接头蠕变性能呈减小趋势。
光纤光学 激光焊接 GH3128 搭接接头 高温拉伸 蠕变性能 中国激光
2022, 49(21): 2106003
光电雷达以其不易受电子干扰、被动探测、隐蔽性好、定位精度高、探测隐身目标能力强等优点已经成为战场态势感知的主要装备之一；但光电雷达受自身探测机理限制, 存在探测信息维度不全、搜索周期长、数据更新率低、容易受云干扰等问题。针对光电雷达的工作原理, 分析其探测目标的特点, 介绍目前主流的机动目标跟踪运动模型、传统的基于数据关联的多目标跟踪技术、基于随机有限集的多目标跟踪技术以及基于深度学习的多目标跟踪技术, 然后对多目标跟踪技术的未来发展做了展望。
光电雷达 多目标跟踪 数据关联 随机有限集 深度学习 IRST multi-target tracking track association random finite set deep learning
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
高功率超短脉冲激光系统中,空间滤波器透射元件引入的色差会影响系统的聚焦功率密度。针对这一问题,提出一种具备动态调节能力的色差预补偿方案。该方案由正负透镜和反射系统构成共焦像传递系统,能够实现全系统色差的动态精确补偿。基于该方案为神光-II 5 PW(SG-II 5 PW)激光系统设计并搭建了色差预补偿光路。实验结果表明,通过精密调节该单元内部透镜间距能够精确补偿全系统的色差,显著提升系统峰值功率密度。经过色差补偿后,在SG-II 5 PW系统开展质子加速实验,获得了超过16 MeV的质子产额。
激光光学 高功率超短脉冲激光 宽带激光 空间滤波器 色差 传输时间延迟
1 中国空气动力研究与发展中心 设备设计及测试技术研究所, 四川 绵阳 621000
2 中国空气动力研究与发展中心 吸气式高超声速技术研究中心, 四川 绵阳 621000
燃烧场的流场诊断研究, 有利于燃烧室的结构设计和燃烧状态的组织。研究主要采用激光纹影/阴影和差分干涉方法显示燃烧场的波系结构,并用羟基平面激光诱导荧光（OH-PLIF）方法诊断燃烧边界和核心燃烧区域, 得到了清晰的燃烧场波系显示结果和燃烧情况的PLIF显示结果。将差分干涉/激光阴影和PLIF方法结合, 可以考察波系结构与燃料燃烧的关系。研究采用了一种新型消相干技术的激光纹影, 可以像常规纹影一样用刀口切割光源像, 不会产生明显的激光散斑和衍射现象; 同时在工程上将波系结构显示和PLIF进行同步诊断, 也是比较有意义的工作。该工作对于超声速燃烧流场的研究具有参考意义。
燃烧 流场显示 激光诱导荧光 图像处理 combustion visualization laser induced fluorescence image processing 红外与激光工程
2017, 46(2): 0239001
本文讨论了几种可调谐红外激光器的原理和工作特性。这些可调谐光源包括高压分子气体激光器，非线性频率转换器，以及固态可调谐激光器。根据这些光源的有用线宽、输出功率、效率及波长覆盖范围，对它们进行了比较。
