低反射率和超亲水性是提高电子器件性能的理想条件，石墨烯作为一种新型超导材料在电子信息领域得到了广泛的应用。目前实现低反射和超亲水性多依赖飞秒激光对石墨表面进行微结构设计和加工，较高的加工成本限制了其进一步的发展。因此，提出了一种基于皮秒激光的低成本、低反射率石墨表面微结构制备方法。通过实验系统地研究了激光加工参数对石墨表面微观形貌及其反射率和亲水性的影响。结果表明，经激光加工后，具有微结构表面的石墨样品反射率明显降低。此外还实现了样品接触角的有效调控，同时验证了加工后石墨样品表面氧化石墨烯的生成。利用紫外皮秒激光器在石墨表面制备微结构的方法具有高效可控、低成本等优点，为制备表面功能组件方面的潜在应用提供了技术支撑。
皮秒激光 抗反射 表面浸润性 氧化石墨烯 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0514005
1 1.江苏大学 新材料研究院, 镇江 212013
2 2.江苏大学 先进制造与现代装备技术研究所, 镇江 212013
3 3.江苏大学 机械工程学院, 镇江 212013
4 4.江苏大学 微纳光电子与太赫兹技术研究所, 镇江 212013
为改善碳化硅的表面润湿性能, 本研究利用脉冲激光加工表面处理和化学改性分别改善了碳化硅的表面形貌和表面能。实验选用皮秒激光加工方式构造表面微织构, 利用激光共聚焦显微镜分析了微织构的微观形貌, 并进一步分析了烧蚀形态与激光自身特性和加工参数之间的联系。研究发现, 激光加工效果以烧蚀为主, 重熔为辅, 而由于碳化硅烧蚀阈值和激光能量在光斑中的高斯分布特性, 形成的微织构的烧蚀凹槽呈倒三角形。此外, 选用的氟硅烷修饰剂使碳化硅表面从亲水表面转变为疏水表面; 通过改变加工参数获得不同微织构并进行氟硅烷修饰后, 碳化硅表面接触角最大提高到157°, 达到了超疏水效果。为了进一步探讨微织构对疏水性的影响原理, 提出了一个基于实际形貌参数的固液接触角模型。该模型阐释了接触角随微织构特征参数变化的机制, 固、气、液两两之间的接触面积影响了表面润湿性, 这为寻找具有最佳疏水性能的微织构提供了新的理论指导。
碳化硅 微织构 疏水性 皮秒激光加工 silicon carbide micro-texture hydrophobicity picosecond laser processing
1 苏州科技大学 数理学院, 江苏 苏州 215009
2 苏州科技大学 土木学院, 江苏 苏州 215009
针对数字图像相关(DIC)实验中, 普通喷漆散斑无法满足超高温环境需求, 研究了数字散斑场(DSPs)的制作和转移方法。数字散斑场的设计通过矩阵转换确定每个散斑点的圆心坐标, 然后给每个圆心坐标施加一个随机度, 并由MATLAB软件编程实现。用激光打标技术将其转移到试件表面, 通过圆度和面积比分析了散斑的精度, 并通过平均灰度梯度法将喷漆散斑和数字散斑场进行对比分析。研究结果表明, 运用激光打标技术转移的数字散斑场精度高于普通喷漆散斑且质量稳定。将数字散斑场运用于拉伸和高温焊接实验, 实验中散斑随着试件一起变形, 没有出现脱落及遇高温融化等现象。
三维数字图像相关 数字散斑场 激光打标 精度分析 激光焊接实验 3D digital image correlation digital speckle patterns laser marking precision analysis laser welding experiment
北方民族大学数学与信息科学学院图像处理与理解研究所, 宁夏银川 750021
提出一种基于改进颜色传递策略与非下采样 Contourlet变换(NSCT)的红外与可见光图像伪彩色融合算法。首先, 利用 NSCT与基于清晰区域的 Canny边缘检测算法获得灰度融合图。其次, 将融合灰度图像插入 Y通道, 源图像与融合灰度图像之间的残差图像分别插入 Cb、Cr通道以生成 YCbCr源彩色图像。最后, 利用本文设计的颜色传递模型对源彩色图像和目标图像进行色彩颜色统计匹配, 同时, 通过自适应颜色传递参数模型调整颜色传递参数。实验结果表明, 本文提出的融合算法使得伪彩色融合图像不仅对比度高、传递色彩自然、可以较好地抑制色彩渗入图像目标, 而且对目标图像质量要求不严格。
颜色传递策略 伪彩色融合 清晰区域边缘检测 color transfer strategy, Pseudo-color image fusion NSCT
1 云南大学物理与天文学院, 云南 昆明 650091
2 中国科学院固体物理研究所, 安徽 合肥 230031
采用标准光荧光方法,在不加入探针或荧光、磷光染料的情况下,测量了具有56个和29个碱基的两种核酸单链样品的光致发光特性;该方法不会对样品造成破坏或污染。结果表明:当激发波长在310~410 nm之间时,能够在410~480 nm波长区间观测到样品明显的发光峰;两种样品的发光峰随着抽运波长的红移而红移,且发光峰的强度随激发波长的增加而先增强后减弱;具有两种不同碱基数和序列的核酸样品由于具有不同的电子能级结构而显示出了不同的光致发光特性,原理上可以用于甄别两种不同的核酸材料,有助于单链核酸样品的无损、无标记检测和鉴别。
光谱学 光致发光 荧光 单链核酸 无损检测 激光与光电子学进展
2018, 55(3): 033004
张婧京 1,2,3,*杨波 1,2,3钱伟 1,2,3张薇 1,2,3万新军 1,2,3
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
3 上海理工大学 教育部光学仪器与系统工程研究中心, 上海 200093
为了实现光束沿多向准直出射的要求, 提出了基于自由曲面的光学器件设计方法。该光学器件是四个侧面为自由曲面、上表面为准直透镜的空心梯形台。基于微分几何理论和折射定律, 建立梯形台侧面轮廓曲线上的点所满足的方程, 结合Matlab软件数值计算出自由曲面轮廓曲线的离散数据点,将数据点导入Solidworks中进行曲线拟合并建模,进而得到梯形台侧面的实体模型; 运用Code Ⅴ软件设计出上表面准直透镜。将自由曲面面型数据和准直透镜数据导入到Lighttools软件中进行了仿真模拟,结果表明, 该光学器件可实现光线五向准直出射。
几何光学 自由曲面 准直光束 数值计算 geometrical optics free-form surface collimated beam numerical calculation
上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
在大地测量领域中，经常会遇到需要产生360°环形准直光束的情况，目前采用的方案是将半导体激光器光束准直，准直后激光束垂直入射到45°圆锥面，经圆锥面反射后形成环绕圆锥面的360°环形出射光束。为了解决当前方案结构复杂、装调不便等问题，研究设计了一种自由曲面反光镜，使得整个光学系统仅由半导体激光器和反光镜组成。先将光源当成理想点光源，通过微分几何分析得到自由曲面离散点坐标，继而拟合成自由曲面面型，最后利用软件根据实际光源尺寸大小进行优化设计。仿真结果表明，在半导体激光器发散角为20°、发光面半径为50 mm、焦距为30 mm 的情况下，在10 m 位置能得到亮度均匀、谱线宽度仅为30 mm 的准直光束。
光学设计 自由曲面反光镜 准直光束 离散点 非成像光学 激光与光电子学进展
2016, 53(1): 012201
1 北京工业大学材料科学与工程学院, 北京100124
2 北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124
采用光纤激光器, 不添加任何填充材料, 对6.0 mm厚5083铝合金和3.5 mm厚低碳钢板材进行激光深熔对接工艺试验, 研究激光偏移量对接头焊缝成形的影响。利用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪、拉伸试验机等研究接头界面的微观组织、显微硬度和抗拉强度。结果表明, 激光束偏移量Δd由0.3～0.7 mm变化时, 界面金属间化合物从21.0 μm逐渐减小到4.1 μm; 当激光偏移量为0.7 mm和0.3 mm时, 接头界面层的平均硬度分别为765.4 HV和671.3 HV。当激光偏移量为0.6 mm时, 接头抗拉强度强度最高, 平均抗拉强度为107 MPa, 达铝母材的60%。
铝/钢异种材料 激光深熔钎焊 金属间化合物 力学性能 aluminum/steel dissimilar materials laser keyhole welding-brazing inter metallic compounds(IMC) mechanical properties
1 北京工业大学材料科学与工程学院, 北京 100124
2 北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124
对5083铝合金和E36钢板异种合金接头进行激光深熔焊搭接实验, 焊接过程中填充Ni、Zn、Sn不同合金粉末。利用金相显微镜、扫描电镜及能谱等微观分析方法, 研究添加不同元素粉末对钢/铝激光深熔焊焊缝成形及界面组织的影响。研究结果表明, 填充粉末的加入改善了界面金属间化合物的形貌, 降低了Fe-Al金属间化合物的厚度, 改善了接头界面金属间化合物层的塑韧性。
钢/铝异种合金 激光深熔焊 填充粉末 金属间化合物 steel/aluminum dissimilar materials laser keyhole welding filler powder intermetallic compounds
