1 西安交通大学机械工程学院，陕西 西安 710064
2 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，陕西 西安 710064
超快激光加工可以实现常规加工方式难以实现的高、精、尖、硬、难等加工，已成为精密精细制造技术的最佳选择。超快激光加工理论研究是超快激光微纳可控制造的基石，笔者着重介绍了超快激光作用下的电子动力学行为以及光子-电子-离子耦合过程中原子尺度的理论研究，探讨了目前针对超快激光加工的多物理场跨尺度耦合模型，分析了这些模型的仿真结果及局限性，总结了超快激光加工理论模型所面临的挑战，并对未来的研究重点进行了展望。
超快光学 超快激光 密度泛函理论 电子激发 双温方程 分子动力学 流体力学 耦合模型
1 湖南中烟工业有限责任公司技术中心, 长沙 410007
2 中南大学, 湖南省矿物材料与应用重点实验室, 长沙 410083
3 中南大学资源加工与生物工程学院 无机材料系, 长沙 410083
研究珍珠岩基新型复合保温材料是开拓矿物材料应用领域的新课题。本工作研究了2种不同尺寸珍珠岩以及气相二氧化硅作为复合填料, 分别以捏合工艺和直接混合工艺填充于乙烯基硅油或室温硫化硅橡胶, 制备珍珠岩填充的复合硅橡胶保温板, 通过检测不同产物的导热系数以及保温效果来评价其性能。结果表明: 以捏合工艺制备的产品会降低珍珠岩的保温效果, 主要原因是中空颗粒被捏合过程破碎; 而以气相二氧化硅为主要填料制备的保温板不易成型, 可成型产品最低导热系数为0.172 8 W·m-1·K-1; 当以珍珠岩+气硅粉在硅橡胶中的质量比为37.5%时, 产品导热系数为0.034 9 W·m-1·K-1, 产物厚度为2.5 cm、250 ℃单侧加热4 min后, 背面温度为67 ℃, 基本满足在新型烟具等特种保温隔热应用要求。
膨胀珍珠岩 气相二氧化硅 硅橡胶复合材料 保温材料 perlite fumed silica silicone rubber composites thermal insulating material
1 西北农林科技大学机械与电子工程学院，陕西 杨凌 712100
2 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室和陕西省智能机器人重点实验室，陕西 西安 710054
作为一种典型的微纳光学元件，仿生复眼微视觉系统有机结合了光子学与微纳米技术的前沿科学成果，在机器人视觉导航、无人驾驶、微型飞行器系统等前沿领域具有广阔的应用前景。超快激光加工作为一种先进的制造技术，具有真三维加工、适用多种材料、微纳加工精度等优异特征，已成为制造多级结构仿生复眼视觉系统的理想工具。本文介绍了自然界昆虫复眼的结构特点，阐述和分析了各类型仿生复眼的超快激光加工研究进展，包括平面微透镜阵列、超疏水复眼透镜和大视场复眼透镜，最后分析了超快激光加工技术制备复眼透镜存在的问题和发展趋势，为仿生复眼视觉系统的进一步研究与开发提供有效参考。
激光技术 超快激光 人工仿生复眼 平面微透镜阵列 超疏水复眼透镜 大视场复眼透镜 中国激光
2022, 49(10): 1002704
1 山西工程科技职业大学 工程管理学院，山西 晋中 030619
2 燕京理工学院 艺术学院，河北 廊坊 065201
针对光纤网络通信中数据流传输路径质量影响网络资源利用率的问题，提出了一种改进的数据传输路径优化机器学习算法。首先,利用机器学习完成对初始数据的预处理，获取数据特征信息，完成数据流分类。基于对光纤跨度内数据流的分析，构建集群组完成数据路径的调整，实现网络资源的充分利用。其次，以包含特征参数的相似矩阵为约束条件，完成聚类分析的优化。根据数据特征参数建立相似矩阵，并在特征参数与通信路径的数据流类型之间建立函数映射关系。最后利用核函数对传输路径进行优化，实现网络传输路径的优化。实验针对包含多个光纤跨度的网络进行路径优化，并与传统的K-means聚类算法对比。测试中6种不同数据流的比例可以充分反映不同条件下的数据通信状态。实验结果表明：该算法的分类准确率为94.6%，平均执行时间为12.8 s，平均聚类变化度为31.3%。传统的K-means聚类算法分类准确率为84.6%，平均执行时间为20.8 s，平均聚类变化为46.2%。该算法的收敛时间也优于传统算法，其在网络数据传输中具有更高的准确性和实时性。
路径优化 机器学习 聚类算法 数据特征 传输特性 path optimization machine learning clustering algorithm data characteristics transmission characteristics 红外与激光工程
2021, 50(10): 20210185
1 南京信息工程大学数学与统计学院, 江苏 南京 210044
2 南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心, 气象灾害教育部重点实验室, 气候与环境变化国际合作联合实验室, 中国气象局气溶胶与云降水开放重点实验室, 江苏 南京 210044
3 国家卫星气象中心中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室, 北京 100081
基于多元函数泰勒公式和最优控制原理,首先,在塔克拉玛干沙漠部分中心区域(反演区域),利用2014年1月FY-3C微波成像仪10.65 GHz垂直极化的观测亮温、辐射传输模式(CRTM)的模拟亮温等资料,在原有地表发射率与2个影响因子的函数关系基础之上,构建了该区域1月份微波地表发射率与2、4个影响因子之间的线性反演模型。其次,以观测亮温为参考,分别将两种线性反演模型所得的地表发射率提供给CRTM模拟亮温,发现此时模拟亮温的平均偏差分别减少到原地表发射率模拟亮温平均偏差的56.36%和49.37%。最后,在整个塔克拉玛干沙漠地区(检验区域),选取用于反演日期中的1月18日、未用于反演日期中的1月29日,对两种线性反演模型进行了时间和空间上的独立性检验,结果表明,利用两种线性反演模型所得的地表发射率模拟亮温仍比原模拟亮温更接近观测,平均偏差也明显减小;两种线性反演模型对沙漠地区1月份地表发射率的反演具有一定的合理性和普适性,且4个因子的线性反演模型优于2个因子。
遥感 微波地表发射率 线性反演 泰勒公式 最优控制原理 激光与光电子学进展
2020, 57(21): 212801
1 西安理工大学机械与精密仪器工程学院, 陕西 西安 710048
2 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室, 陕西 西安 710054
碳化硅陶瓷基复合材料(CMC-SiC)具有密度低、强度高、耐高温、抗腐蚀等优点,在航空航天领域具有广泛的应用潜力。但是CMC-SiC属于具有超高硬度且各向异性的难加工材料,常规加工技术难以胜任这种新型材料的优质高效加工。激光加工凭借加工质量高、非接触加工、输入热量低、适用范围广、易于和数控技术结合实现自动化等优势,有望成为CMC-SiC材质构件精密制造的主流技术。本文从CMC-SiC与激光的相互作用机理出发,分析了激光加工CMC-SiC中出现的典型热致缺陷,阐述了超短脉冲激光在CMC-SiC精密加工中展现的优势。在此基础上,指出了CMC-SiC激光加工技术的发展趋势,旨在为新型航空航天CMC-SiC材质构件的精密制造提供理论依据与技术参考。
激光光学 激光加工 碳化硅陶瓷基复合材料 作用机理 热致缺陷 超短脉冲激光
1 上海工程技术大学 材料工程学院, 上海 201620
2 上海市激光先进制造技术协同创新中心, 上海 201620
3 西安交通大学 机械制造系统国家重点实验室, 陕西 西安 710049
自20世纪60年代激光器被发明以来, 其脉冲宽度被不断压缩至亚皮秒及飞秒量级, 使得激光加工技术进入到了超短脉冲阶段。与其它加工技术相比, 超短脉冲激光微孔加工突破了对尺度和材料的限制, 并具有高精度和自动化等优点。主要论述了超短脉冲激光微孔加工的优势, 如“冷”加工、突破衍射极限的低微米及纳米量级的加工等。介绍了超短脉冲激光微孔加工中的三个经典模型, 包括孔径和阈值关系模型、多脉冲累积模型和单脉冲烧蚀深度模型。简述了超短脉冲激光微孔加工的实验研究现状, 并给出了存在的问题和展望。
超短脉冲激光 微孔加工 经典模型 实验探索 ultrashort pulse laser micro-hole drilling classical model experimental study 红外与激光工程
2019, 48(2): 0242001
1 上海工程技术大学 材料工程学院, 上海 201620
2 上海市激光先进制造技术协同创新中心, 上海 201620
3 西安交通大学 机械制造系统国家重点实验室, 陕西 西安 710049
自20世纪60年代激光器被发明以来, 其脉冲宽度被不断压缩至亚皮秒及飞秒量级, 使得激光加工技术进入到了超短脉冲阶段。为了进一步优化超短脉冲激光的微加工, 理论研究必不可少。主要论述了超短脉冲激光与不同类型材料之间的相互作用机制。简述了超短脉冲激光微孔加工中的典型物理特性, 如等离子体效应、自聚焦和光丝效应及锥形辐射等。分析了超短脉冲激光微孔加工的理论研究现状, 并得出了目前理论研究中存在的问题。
超短脉冲激光 微孔加工 机制 物理特性 ultrashort pulse laser micro-hole drilling mechanical physical property 红外与激光工程
2019, 48(1): 0106008
