1 北京航空航天大学生物与医学工程学院北京市生物医学工程高精尖创新中心,北京 100083
2 解放军总医院第一医学中心激光医学科,北京 100853
换能器作为超声系统的核心部分,起着重要的作用。传统的超声换能器是电驱动器件,利用材料的压电效应实现电-声转换,然而面对应用环境的苛刻要求,其有限的带宽限制了其在高标准要求环境中的应用。光致超声作为一种新型技术,利用激光代替电作为激励源获得超声,拥有传统压电技术无法具备的特性,如高频率和大带宽,这是成像和传感所需要的。同时,光致超声技术具有较为简单的换能器构架,避免了电子元件组装的复杂性,使得各种形状的超声换能器开发成为可能,比如凹形换能器和全向换能器。光致超声技术的这些优势使其有望获得更广泛的应用。对光致超声技术进行了介绍,主要包括光声机制、换能器性能表征和该技术在生物医学领域中的最新应用,并进一步讨论了光致超声技术未来可能的发展方向。
生物光学 光声效应 超声波 光致超声换能器 高频超声 中国激光
2023, 50(21): 2107105
1 中国科学院西安光学精密机械研究所先进光学仪器研究室,陕西 西安 710119
2 中国科学院大学,北京 100049
3 西安市高功率激光测量技术与仪器重点实验室,陕西 西安 710119
为了解决区域法在四波横向剪切干涉波前重构过程中噪声误差沿积分路径累积影响波前重构精度的问题,本文提出了一种路径导引的四波横向剪切干涉波前重构方法。首先分析了噪声环境下无积分路径导引的区域法波前重构存在噪声误差累积的缺陷,然后在此基础上建立了基于差分相位导数偏差的积分路径评价图模型,并给出了基于积分路径导引的波前重构算法流程。为了验证所提方法的有效性,本文进行了理论仿真研究,结果表明在不同信噪比噪声下所提方法能有效地阻止噪声误差的传播和累积。搭建了基于纯相位型液晶空间光调制器的实验验证装置,实验结果表明:所提方法重构波前与理论波前残差的RMS相比无积分路径导引区域法重构波前与理论波前残差的RMS降低了39.7%,且所提方法重构波前PV值与理论波前PV值的偏差相对无积分路径导引区域法重构波前PV值与理论波前PV值的偏差减小了1.6943λ。所提方法可为提高噪声环境下四波横向剪切干涉波前重构精度提供一种有效方法。
测量 波前重构 路径导引 四波横向剪切干涉 差分相位 中国激光
2023, 50(18): 1804003
在某30万吨级船坞基岩围堰爆破拆除工程中, 围堰外侧因自然地理条件无法采用大规模水下炸礁方法开挖浅点与航道, 须增加围堰爆破工程量使坞口正面一次爆破成型, 进而形成了长68 m、宽43 m、深14.6~15.6 m的“宽厚型”基岩围堰爆破拆除, 其宽度达到类似工程的2倍。为解决其钻孔精度、危害效应、爆破效果难控制等问题, 采用“平行+扇形倾斜主炮孔、垂直+预裂辅助孔”覆盖整体待爆围堰, 结合“密集布孔、增加单耗”满足开挖破碎效果; 利用“高充水位爆破”, 辅以常规安全防护, 实现对船坞内保护对象有害效应的控制; 通过“优选定制民爆器材、增设孔内起爆雷管、多支路搭接V形起爆网路”提高爆破成功可靠性、降低爆破振动影响; 总结以往经验, 优化改进形成“超深缓倾斜孔钻孔施工方法”, 其循环垫渣作业平台、钻孔精准控制措施可以有效保障爆破施工质量、进度与安全。最终爆破成功实施, 取得良好的爆破开挖效果, 加快了船坞总体投产进度约2个月, 为船厂创造经济效益近千万。该技术与应用有具有一定的实践意义与参考价值。
宽厚型基岩围堰 高充水位爆破 超深缓倾斜孔 逐孔起爆网路 wide-thick bedrock cofferdam high water level filled blasting super deep and gently inclined hole hole by hole initiation network
1 北京工业大学 材料与制造学部 激光工程研究院,北京 100124
2 北京工业大学 北京激光应用技术研究中心,北京 100124
利用声光调制器(AOM)激光反馈回路对泵浦激光的强度噪声进行抑制,获得了5 dB以上的强度噪声抑制(@
f=1 Hz~50 kHz)。2 μm单频光纤激光器的相对强度噪声获得3~15 dB的抑制(@
f=1 Hz~50 kHz),且其强度噪声水平接近探测器极限(@
f=40~400 Hz)。同时,其频率噪声也得到了3~8.4 dB的抑制。经过两级掺铥保偏光纤放大器后,2 μm单频激光的输出功率提升至5.2 W左右,其频率噪声几乎没有明显增加,并且频率噪声水平均在100 Hz/
$\sqrt {{\rm{Hz}}} $![]()
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(
f>13 Hz)。实现了频率响应为45 MHz/V,频率漂移为41.4 MHz@1 h,功率波动<0.4%@1 h,线宽<5 kHz稳定的单频激光输出。该类超低噪声2 μm单频光纤激光器将成为下一代引力波探测器的候选光源。
低噪声 相对强度噪声 频率噪声 单频 高功率 光纤激光器 low-noise RIN frequency noise single-frequency high power fiber laser 红外与激光工程
2022, 51(6): 20220400
1 北京工业大学 材料与制造学部 激光工程研究院,北京 100124
2 北京工业大学 北京激光应用技术研究中心,北京 100124
光纤-固体混合放大技术能够将光纤激光器和固体放大器的优势结合,获得结构紧凑、成本低廉的高功率超短脉冲激光。因此,实验设计了基于掺镱光纤-固体混合放大技术的高平均功率超短脉冲激光器。该激光器主要由全光纤结构激光器和两级固体放大器组成,第一级为基于Yb: YAG单晶光纤的固体放大器,第二级为基于无侧面抛光的棒状Yb: YAG晶体的主放大器。超短脉冲全光纤前端平均输出功率为6.5 W,重复频率52.9 MHz,脉冲宽度47.5 ps。第一级单晶光纤放大器采用单通放大形式,在反向泵浦功率182 W时获得40 W的平均功率。第二级固体放大器同样为单通放大,在反向泵浦功率307 W时获得平均功率122.9 W的超短脉冲激光输出,滤除热退偏激光后获得了107.3 W的线偏振超短脉冲激光,对应斜效率为26.1%。此时测得脉冲宽度为12.1 ps,中心波长为1 030.6 nm,光谱宽度为2.4 nm。在最大输出功率107.3 W时,测得水平和垂直方向的光束质量因子Mx2=1.45,My2=1.20。
激光放大器 超短脉冲 混合放大 laser amplifier ultrashort pulse hybrid amplification 红外与激光工程
2022, 51(6): 20210442
1 北京工业大学 材料与制造学部 激光工程研究院,北京 100124
2 北京工业大学 北京激光应用技术工程研究中心,北京 100124
利用笔者自主搭建的双波长单频光纤激光器作为种子,通过声光调制器以及多级光纤放大后,将激光注入至100 m长的高非线性光纤中,该光纤的零色散点在1 550 nm处。借助高非线性光纤的四波混频效应,最终在峰值功率13 W的泵浦下获得了一系列新的光谱成分,20 dB范围内共产生了46条新光谱。这些光谱跨越了1.337 THz,并且每条光谱中只包含一个纵模。由于新光谱基于四波混频效应产生,不同光谱之间不存在增益竞争等问题,因此,该激光器的多波长单频可以稳定存在,并且光谱强度接近。该多波长单频光纤激光器不仅具有线宽窄、相干性高、噪声低等优势,由于其还可以在全光纤结构下同时输出多个波长的单频激光,这使得其在波分复用光通信、光频率转换、激光雷达、微波光子学等领域具有十分重要的应用。
光纤激光器 单频 多波长 四波混频 fiber laser single-frequency multiple wavelengths four wave mixing 红外与激光工程
2022, 51(6): 20220401
北京航空航天大学生物与医学工程学院,北京市生物医学工程高精尖创新中心,北京 100083
在过去的几十年中,内窥镜已被用于以微创或无创的方式观察人体内空腔内部或人体内部器官表面,以进行诊断或治疗。然而,临床上常用的普通白光内窥镜和放大内窥镜的分辨率低、对比度差,需要通过病理活检来确诊。近年来,新应用于临床的窄谱技术通过光学或数字滤波的方式利用蓝光照射组织,以强化黏膜表面的细微结构和微血管形态,提高成像对比度,但仍未解决成像分辨率低的问题。因此,白光和窄带光内窥镜无法实现真正的光学活检,严重降低了诊断的准确性。共聚焦内窥镜由于分辨率可达亚微米量级并且具有光学切片的能力,可以呈现出与病理活检高度一致的细胞形态。共聚焦内窥显微成像技术在消化道、皮肤、眼部等疾病的诊断方面具有重要作用。本文对共聚焦内窥显微成像技术进行了简述,主要对荧光共聚焦显微成像和反射式共聚焦显微成像、探头式共聚焦内窥成像技术和整合式共聚焦内窥成像技术进行介绍,讨论了共聚焦内窥显微成像技术在生物医学领域的应用。
显微 内窥镜 共聚焦显微成像 分辨率 光学活检 中国激光
2022, 49(19): 1907002
北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院,北京 100124
为了进一步降低空芯反谐振光纤在通信波段的传输损耗,利用改良的堆积-拉制法成功制备出在通信C+L波段具有超低损耗的嵌套管式空芯反谐振光纤(Nested HC-ARF)。光纤制备长度为720 m,在1545~1660 nm光谱范围内实现了0.38 dB/km的平均传输损耗,同时光纤LP11模式损耗高达2.96 dB/m,光纤高阶模抑制比为38.9 dB。测量结果表明,制备的Nested HC-ARF具有与实芯单模光纤同一量级的超低传输损耗以及极高的光纤模式纯度,有望作为新一代传输光缆应用于光纤通信系统。
光纤光学 光纤元件 空芯反谐振光纤 超低传输损耗 单模 中国激光
2022, 49(11): 1115002
强激光与粒子束
2022, 34(3): 031002