1 1. 上海理工大学 健康科学与工程学院, 上海 200093
2 2. 中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
医用高频超声成像技术广泛应用于皮肤、眼睛及血管壁等人体组织的精细结构成像。1-3复合压电材料因具有较高的机电耦合系数而成为高频超声换能器的核心材料。传统的机械切割-填充、等离子蚀刻等1-3复合材料制备方法成本高、效率低, 难以实现工业化制备。本研究提出一种新的基于软模板的高频复合材料制备方法, 在获得高机电耦合系数的同时, 实现高性能1-3复合压电材料的低成本制备。研究采用微米孔径的软模板实现PZT粉的浆料填充, 通过热压烧结获得均匀竖立的PZT陶瓷微柱阵列, 进而制备出PZT/环氧1-3复合材料。对复合材料进行系统的机电性能测试, 并利用不同方法对复合材料的微结构及其均匀性进行表征。结果表明, 软模板法可使压电微柱具有完整的相结构和较高的成分均匀性, 能够实现较高的胚体压缩率, 提高陶瓷微柱的致密度, 同时形成了微柱阵列且微柱直径可控制在70 μm。软模板法有利于在提高复合材料超声频率(30~50 MHz)的同时获得64%的高机电耦合系数, 为医用高频超声成像以及超声生物显微镜等应用提供了一种高效的1-3复合压电材料工业化制备方法。
1-3复合压电材料 软模板法 高频超声换能器 压电陶瓷 1-3 piezoelectric composite soft mold method high frequency ultrasonic piezoelectric ceramics
以生物视觉成像和目标识别为研究背景，深入研究了光学复眼的结构与拼接以及基于光纤耦合的光信号接收成像技术，并设计了一种可应用于凝视激光雷达的新型光学复眼接收系统。通过模仿昆虫复眼结构形式，该系统由16个透镜阵列构成，全视场角为2°。利用Zemax软件完成了光学系统设计，结合光纤耦合技术接收光信号,对复眼探测结果进行了实验研究和分析。结果表明，该接收系统能够准确地反映探测目标轮廓，探测距离可达200 m以上，在实验室获得了20 frame/s的距离图像，像点点阵间距为1.72 m×1.72 m。实验结果验证了该接收系统的合理性，表明该系统可以满足导弹末制导使用或是低空飞行器下视地形匹配。
光学复眼 距离成像 接收系统 optical compound eye range imaging receiving system
为了进一步研究Nd∶YAG陶瓷激光器的红光波段，研制了一台重复频率为1 000 Hz的670 nm电光调Q Nd∶YAG陶瓷激光器.采用三个激光二极管列阵侧面抽运掺杂浓度为1.1at%、尺寸为Φ3×50 mm2的Nd∶YAG陶瓷晶体，根据实验测量的陶瓷晶体热透镜焦距，优化设计了折叠腔的各个参量，并对陶瓷晶体及倍频晶体热焦距对晶体内光斑半径的影响进行了分析.采用LN晶体电光调Q、KTP晶体Ⅱ类匹配腔内倍频， 实现了670 nm的激光输出.当单脉冲抽运能量为144 mJ时，获得了能量为1.48 mJ，脉冲宽度为35 ns的红光输出，总的光-光转换效率为1.03%.
激光器 Nd∶YAG陶瓷红光激光器 腔内倍频 电光调Q Laser Nd∶YAG ceramic red laser Intracavity frequency-doubling Electro-optical Q-switching
针对陶瓷晶体1319 nm的谱线设计了适合的谐振腔腔镜膜系参量，采用激光二极管列阵侧向抽运掺杂1.1at%、Φ3×50 mm的Nd∶YAG陶瓷，利用色散棱镜及KTP晶体Ⅱ类匹配腔内倍频，研制了一台660 nm单一波长输出的高重频Nd∶YAG陶瓷红光激光器.根据陶瓷晶体的热透镜焦距设计了谐振腔的各个参量，在重复频率为1000 Hz、单脉冲抽运能量约144 mJ时，获得了3.9 mJ的660 nm脉冲激光输出，总的光-光转换效率为2.71%.为进一步研究大功率、高效率的陶瓷红光激光器奠定了基础.
激光器 660 nm单一波长 腔内倍频 Nd∶YAG陶瓷 Laser 660 nm single wavelength Intracavity frequency-doubling Nd∶YAG ceramic
1 长春理工大学 激光技术研究所，长春 130022
2 上海理工大学 医疗器械工程研究所，上海 200093
研制了一台LD侧面抽运Nd∶YAP腔内三倍频447.1 nm脉冲蓝光激光器.采用列阵高频激光二极管侧面抽运Nd∶YAP晶体，使用V型折叠腔，LN晶体电光调Q，输出高峰值功率的1 341.4 nm偏振基频光.选取KTP晶体Ⅱ类临界相位匹配倍频，获得670.7 nm红光.使用LBO晶体Ⅰ类临界相位匹配把670.7 nm的倍频光与1 341.4 nm的基频光进行和频，获得三倍频447.1 nm的蓝光输出.实验结果表明：优化后的V型折叠腔，可提高非线性转换效率，在平均抽运功率92.4 W时，获得了平均功率887 mW、峰值功率17.7 kW、脉宽50 ns的偏振蓝光输出，光-光转换效率为0.96%.
47 nm蓝光激光器 Nd∶YAP晶体 三倍频 电光调Q 447 nm blue laser Nd∶YAP crystal Frequency tripling Electroptical Q-switched
长春理工大学 理学院 激光技术研究所，长春 130022
根据双轴晶体内锥折射效应产生空心光环的基本原理，推导出空心光环上各点相对于光环最低点的位相差分布规律解析式.通过模拟得到了位相差分布规律，证明了光环上各点的偏振方向变化具有连续性.实验采用非偏振的He-Ne激光准直后经小孔光阑垂直照射KNbO3晶体获得了空心光束，对其偏振特性进行了测试，结果与理论分析相吻合，很好的验证了理论分析的正确性.
双轴晶体 位相差分布 锥折射 空心光环 偏振特性 Biaxial crystal Distribution of phase difference Conical refraction Hollow ring Polarization properties
根据晶体锥光效应提出一种光控制方法.在双轴晶体中光波沿光轴方向入射时，其传播方向随光偏振方向的不同而改变，通过控制磁光偏振调制器上磁场强度改变光的偏振方向，从而实现对激光束方向的控制.据此分析了双轴晶体锥光效应光盘寻迹的基本原理并设计出总体方案，数值模拟计算得到晶体入射光偏振角度与寻迹位移的关系，初步验证了此方案的合理性，该方案与传统机电跟踪寻迹方式相比具有结构轻巧，动态响应快等优点.同时，也为光开关、扫描等技术提供了一种新的思想和方法.
锥光效应 寻迹 光学头 Conical effect Tracking Optic head
1 长春理工大学 理学院,长春 130022
2 中日联谊医院， 长春 130031
研制了一台基于Nd∶YAP晶体线偏振激光输出特性而省略起偏器方式的电光调Q高重频Nd∶YAP红光激光器.通过对Nd∶YAP晶体的热透镜焦距的实验测量，优化设计了三镜折叠腔的各个参量，采用LN晶体电光调Q、KTP晶体Ⅱ类匹配腔内倍频，最终获得670 nm红光输出.在重复频率1 000 Hz、抽运电流75 A时，获得了峰值功率28.3 kW、脉宽76 ns的偏振红光输出，倍频效率为37.1%.
激光技术 折叠腔 电光调Q 腔内倍频 Laser technique Folded cavity Electro-optical Q-switching Intracavity frequency-doubling
介绍了一种获得晶体动态外锥折射的方法.用全固态绿光激光器和双轴晶体kNbO3，通过改变位于已消球差的双胶合透镜后表面处可变光阑的通光孔径，即改变入射光束的会聚角度，来实现入射光会聚角对外锥折射锥角的调制，由此得出双轴晶体kNbO3外锥折射的锥角表达式.实验结果表明，周期性改变孔径光阑通光孔径的大小(入射光束的会聚角度)时，外锥折射锥角也同步地发生周期性的改变; 外锥折射锥角等于入射于双轴晶体端面上的光线的会聚角.利用可变光阑可实现双轴晶体动态外锥折射并获得可控激光环，实验所测锥角角度与理论计算符合较好.
双轴晶体 动态外锥折射 可变光阑 锥角 Biaxial crystal Dynamic outer conic refraction Iris Conic refraction angle
长春理工大学 理学院激光技术研究所,吉林 长春 130022
采用双激光二极管阵列(LDA)侧面交错抽运Nd:YAG晶体,通过电光调Q的方式获得1064 nm动态脉冲激光输出。这种抽运结构可以使晶体内的增益场与谐振腔基模实现良好的匹配,易于得到良好的光束质量和大能量输出。抽运源采用峰值功率为100 W的准连续LDA,采用直接贴近抽运的方式,KD*P晶体作为电光Q开关。并应用高斯光束传输的ABCD定律,计算了谐振腔稳区范围,给出了较为合理的谐振腔参数。所设计的激光器在重复频率20 Hz,抽运能量1200 mJ时,获得了最大输出能量151 mJ,脉宽8.48 ns的1064 nm动态激光输出,光光转换效率为12.6%。
激光技术 Nd:YAG激光器 激光二极管阵列侧面交错抽运 电光调Q 稳区分布
