针对高强铝合金利用选区激光熔化技术成形困难的问题，基于ANSYS软件进行有限元分析研究激光选区熔化变形铝合金，揭示了成形过程中温度场分布与基本特征，并通过温度分布云图研究了扫描道的温度梯度变化。同时，研究了激光功率和扫描速度对熔池热行为的影响，借助仿真研究了扫描工艺参数对熔池形态变化的影响规律。结果发现：在仿真成形过程中，熔池尺寸与扫描速度呈非线性变化关系，与激光输入的线能量密度呈正相关，随着能量密度的增加，尺寸增加。通过试验对该模拟结果进行验证，此研究可以为后续的成形分析提供理论参考。
激光光学 选择性激光熔化 数值模拟 高强铝合金 熔池形态 热行为 激光与光电子学进展
2022, 59(23): 2314003
1 武汉工程大学光电信息与能源工程学院光学信息与模式识别湖北省重点实验室，湖北 武汉 430205
2 福州大学电气工程与自动化学院，福建 福州 350108
近年来，伴随着现代工业的高速发展，非接触式测量技术受到越来越多的关注。激光多普勒振动测量作为一种干涉测量技术，能够适用于难以通过加速度计或其他表面接触传感器获得振动测量的应用场景。激光多普勒测振仪（LDV）自1983年诞生以来，凭借其高精度、高效率、便于携带等特点，逐渐成为目前应用最广泛的非接触式振动测量设备，被广泛应用于各行各业。本文在分析激光多普勒测振技术基本原理的基础上，介绍了近年来LDV在农业、生命医学、航空航天，以及建筑工程领域的应用。
仪器，测量与计量 激光多普勒测振仪 激光多普勒频移 多普勒效应 非接触式测量 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1900006
1 上海大学 材料科学与工程学院，上海 200444
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，江苏 苏州 215123
Ge2Sb1.5Bi0.5Te5薄膜具有宽光谱吸收和高稳定性的特点。在金镜上采用磁控溅射制备了40 nm厚的Ge2Sb1.5Bi0.5Te5薄膜，将其在150 ℃下退火20 min，退火后Ge2Sb1.5Bi0.5Te5由非晶态转变为晶态。测试发现晶态Ge2Sb1.5Bi0.5Te5可饱和吸收体的调制深度提高到了原来的1.4倍，基于晶态Ge2Sb1.5Bi0.5Te5可饱和吸收体实现了脉冲宽度为1.52 ps、信噪比为47 dB的光纤锁模激光器。制备了40、60、80 nm的Ge2Sb1.5Bi0.5Te5薄膜，分析表明，随着Ge2Sb1.5Bi0.5Te5薄膜厚度的增加，光吸收率明显增加，这说明Ge2Sb1.5Bi0.5Te5薄膜的光学性质具有可控性，Ge2Sb1.5Bi0.5Te5材料在超快激光器中有应用潜力。
Ge2Sb1.5Bi0.5Te5 可饱和吸收体 锁模 掺铒 光纤激光器 退火 Ge2Sb1.5Bi0.5Te5 Saturable absorber Mode-locked Erbium-doped Fiber lasers Anneal
深圳大学物理与光电工程学院，广东 深圳 518060
通过精确求解全维含时Schr?dinger方程（TDSE），数值研究了在不同偏振的啁啾激光脉冲作用下的氢原子电离过程中的动态干涉效应。着重研究了啁啾参数对光电子能谱上的动态干涉图样的影响。计算结果表明：在3种偏振情形下，啁啾的增加都会引起动态干涉图样的抑制；对任何啁啾参数，干涉次峰都会随着脉冲椭偏率的增加有一个向右的移动；对任何啁啾参数，当激光脉冲长达30 fs时，动态干涉图样都会消失，表明之前报道的一维TDSE的计算并不能准确描述真实的物理过程。
激光与光电子学进展
2022, 59(1): 0102001
1 陆军装甲兵学院兵器与控制系, 北京 100072
2 中国人民解放军32256部队, 广东 广州 510500
3 中国人民解放军31675部队, 河北 张家口 075000
4 中国人民解放军31638部队, 云南 昆明 650500
为解决现今激光制导**指示器指示效率低下、单次指示集群目标能力差等问题,从光束偏转控制和光束角度放大技术的原理出发,以液晶相控阵和多路复用体全息光栅为控件,设计了可用于多目标指示的大角度激光光束偏转控制系统;分析了影响液晶相控阵光束偏转特性的参数的选取规则,确定了大角度光束偏转系统的设计方法,模拟了激光多目标指示系统的指示过程,并对系统误差来源和误差修正方法进行了理论分析和仿真。结果表明:该系统可以快速地对光束实现最大偏转角度为15.63°的二维准连续、可编程控制的偏转;误差修正方法可有效提高激光光束的指示精度,使误差角度下降50%左右。所提出的激光多目标指示系统的设想,可实现对二维平面内多目标的准连续、准同时的精确指示,可为激光多目标指示器的设计提供参考。
光学器件 光束偏转 液晶相控阵 体全息光栅 连续扫描 多目标指示
1 兰州交通大学电子与信息工程学院, 甘肃 兰州 730070
2 兰州交通大学自动化与电气工程学院, 甘肃 兰州 730070
提出一种基于深度体素卷积神经网络的三维(3D)模型识别分类算法,该算法使用体素化技术将3D多边形网格模型转化为体素矩阵,并通过深度体素卷积神经网络提取该矩阵的深层特征,以增强特征的表达能力和差异性。在ModelNet40数据集上的实验结果表明:所提算法对3D网格模型识别分类的准确率能够达到87%左右。所构建的深度体素卷积神经网络能够有效地增强3D模型的特征提取和表达能力,提高对大规模复杂3D网格模型分类识别的准确率,所提方法优于当前的主流方法。
图像处理 计算机视觉 三维模型识别 卷积神经网络 体素化 Softmax分类器
1 河南农业大学机电工程学院, 河南 郑州 450002
2 河南农业大学理学院, 河南 郑州 450002
3 郑州轻工业学院材料与化学工程学院, 河南 郑州 450001
构建了一套由宽带光源、多通道精确定位机构及光纤光谱仪等组成的光学局域表面等离子体共振(LSPR)分析装置。采用Savitzky-Golay平滑算法对原始光谱数据进行预处理并建立拟合曲线,研究了粒径为5.0,13.5,25.5,41.0 nm的球形金纳米粒子(AuNPs)LSPR波长在不同折射率介质环境下的响应。结果表明:在相同的介质环境下,LSPR波长与粒径具有较好的正相关性,且共振波长与环境介质的折射率密切相关;对于粒径为25.5 nm和41.0 nm的AuNPs,得到的折射率灵敏度分别为59.46 nm/RIU和70.38 nm/RIU。该装置将多通道定位机构与光纤光谱仪相结合,光谱信号的获取无需进行冗长的波长扫描过程,为开展LSPR研究提供了一种低成本、快速的光学检测系统。
传感器 光学传感 局域表面等离子体共振 多通道分析装置 精确定位 环境介质 金纳米粒子
陆军装甲兵学院 兵器与控制系, 北京 100072
为了给激光发射天线的设计优化提供一种可视化自动设计手段, 采用MATLAB仿真技术构建了一种基于倒置望远镜系统结构的激光发射天线仿真平台,进行了激光发射天线的理论分析和仿真实验验证。通过灵活设置激光谐振腔关键结构参量以及倒置望远镜系统透镜组合方式, 实现了发射天线发射前后的激光2维光强分布、激光3维光强分布、激光光束3维结构以及变换后激光束腰与透镜组合离焦量的关系曲线的仿真。结果表明, 波长550nm的激光变换后束腰半径从0.073mm变为12.202mm, 发散角从0.275°变为0.00164°, 成功压缩了激光发散角; 此平台进行的仿真过程形象直观, 可根据需要自动优化设计出最优的激光发射天线结构。该仿真平台的构建为激光发射天线的可视化自动设计提供了全新的方法。
光学设计 激光发射天线 仿真 optical design laser transmitting telescope MATLAB MATLAB simulation
1 河南农业大学机电工程学院, 河南 郑州 450002
2 江西省烟草公司抚州市公司, 江西 抚州 344000
3 生物质能源河南省协同创新中心, 河南 郑州 450002
农业领域中对植株元素的快速检测和实时监控十分重要。 采用Nd∶YAG激光器和中阶梯ICCD光栅光谱仪获取金属元素Cu等离子体谱线。 为研究激光诱导击穿光谱(laser induced break-down spectroscopy, LIBS)金属元素Cu定量分析的标定曲线和等离子体参数, 制备Cu含量范围为8.59～156.35 μg·g-1烟叶样品进行实验。 实验结果表明烟叶中金属元素Cu特征谱线324.75 nm处干扰小、 谱线明显。 烟叶样品受激发产生等离子体温度为39 458.94 K, Cu等离子体电子密度为0.74×1016, 谱线强度和样品浓度建立的标定曲线相关系数r为0.98, 平均相对标准偏差RSD(relative standard deviation)为2.59%, Cu含量理论最低检测限为7.72 μg·g-1, 谱线信噪比(SNR)为7.86。 激光诱导击穿光谱方法可以应用于卷烟生产线在线检测金属元素Cu含量和监测烟叶中金属元素Cu对烟草生长的影响。
激光诱导击穿光谱(LIBS) 烟叶 等离子体 最低检测限 Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) Tobacco leaves Plasma Limit of detection (LOD) 光谱学与光谱分析
2017, 37(10): 3214
