1 昆明理工大学化学工程学院，云南 昆明 650500
2 昆明理工大学太阳能工程研究所，云南 昆明 650500
针对太阳翼工作特征，设计了一种截断复合平面聚光器，并通过耦合实时日地距离、地星空间关系以及太阳辐射理论，构建了太阳翼接收太阳辐射模型。研究采用编程计算、仿真模拟和实验验证相结合的方式，结果表明复合平面聚光器的聚能特性与理论预测结果趋于一致。电池板表面太阳辐照度平均绝对误差仅为0.04 W/m2，卫星受晒特征时间平均绝对误差为18.2 s。太阳翼理论发电功率峰值相较于常规太阳翼提升了约87%，且接收半角内电池板表面能流密度平均均匀度达到了0.615。研究结果可为太阳翼的结构设计与优化提供参考。
几何光学 太阳能 复合抛物聚光器 辐照度 太阳翼 能流密度
1 四川大学电子信息学院，四川成都 610065
2 四川大学空天科学与工程学院，四川成都 610065
偏折术作为一种高精度的面形检测方法，其测量精度不仅依赖于系统参数的标定精度，还受到显示器面形的影响，尤其是对于常用的基于平面镜反射模型实现系统标定的偏折术测量系统，显示器面形还会直接影响系统参数的标定精度。为了研究显示器面形对拼接偏折术测量精度的影响，首先预设了不同形变量的显示器面形，再依据提出的计算方法分析了其对系统标定精度以及测量精度的影响，结果证明显示器面形不仅会降低系统参数的标定精度，还会在待测元件的面形测量结果中引入较大的低阶项及高阶项误差。最后通过与实验结果对比，进一步验证了所提出方法的正确性，该研究为拼接偏折术检测系统的测量误差提供了一种定量计算分析方法。
拼接偏折术 显示器面形 相机标定 低高阶误差 测量精度 stitching deflectometry display surface shape camera calibration low and high order errors measurement accuracy
光学 精密工程
2023, 31(21): 3096
1 中国空气动力研究与发展中心，四川绵阳 621000
2 南京诺威尔光电系统有限公司，江苏南京 210014
编织复合材料低速冲击损伤主要为内部的分层损伤，采用目视检测无法有效检测损伤，损伤使得结构承载能力严重降低，威胁编织复合材料构件的安全使用。本文使用超声红外热成像技术对编织复合材料低速冲击损伤进行无损检测研究，使用 10J、20J、30J、40J、50J的冲击能量制作了 5个试件。对超声激励过程的温升曲线、空间温度曲线进行了详细分析；对比不同冲击能量试件发现，低速冲击下损伤主要是内部损伤，冲击能量越大，损伤区域越大，且损伤具有延展性。采用曲线分类算法对损伤区域进行了定量识别，发现编织复合材料损伤面积和冲击能量成线性关系。
超声红外热成像 编织复合材料 低速冲击损伤 无损检测 ultrasonic infrared thermography, woven composites
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家实验室；吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
为了提升激光等离子体极紫外光刻机光源中高重复频率、短脉冲CO2主振荡功率放大系统能量提取效率，需开展种子光光强截面分布与激光放大器增益分布的耦合匹配特性研究。基于欧拉-拉格朗日公式与Frantz-Nodvik方程，采用变分法求解了特定增益分布下最优种子光光强分布函数，研究了种子光半径、种子光光强分布与放大器增益分布对功率提取效率的影响。数值模拟表明：当脉冲种子光功率为500 W时，基模高斯光束的最优光束半径为0.54 cm，低功率种子光的最优光束半径与放大器增益宽度不相等；当脉冲种子光功率为2000 W时，高阶超高斯光束的最优光束半径接近增益区域半径，8阶超高斯光束对应的最佳光束半径为0.9 cm，功率提取值为3409 W，采用高阶的增益分布和与之匹配的超高斯光束能够极大提升放大器的能量提取值。该研究结果将为脉冲CO2主振荡功率放大系统的设计提供理论指导。
极紫外光源 CO2激光 脉冲放大 增益-光强匹配 变分法 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2314008
1 金陵海关技术中心，江苏南京 210014
2 南京诺威尔光电系统有限公司，江苏南京 210014
锂电池端盖作为保障锂电池安全的关键部件，端盖是一种铝制的薄片，采用激光焊接工艺，焊接过程中容易造成焊穿孔、断焊、虚焊的现象，目前主要依靠目视检测、可见光图像检测，但上述检测方式不能检测出虚焊问题。本文使用脉冲红外热成像技术对激光焊接进行检测，制作了焊接率为 100%、50%、33%、25%共 4个试件，采用信号重建方法可以消除试件表面不匀的影响，一阶导图像可以看到焊接区域，焊接率越大，焊接区域亮斑越大；对图像进行二值分割，结果表明激光焊接率和检测面积成正相关线性关系，验证了脉冲红外热成像技术对锂电池端盖焊接质量检测的有效性，为锂电池端盖焊接质量检测提供了一种新方法。
脉冲红外热成像 锂电池 端盖 激光焊接 焊接检测 pulsed infrared thermography, lithium battery, exp
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室，上海 201800
2 中国科学院中国工程物理研究院高功率激光物理联合实验室，上海 201800
3 装备发展部某中心，北京 100034
随着能量输出能力的不断提升，高功率激光驱动器运行对光学元件的性能和打靶光束的质量都有了更高要求。传统测量仪器结构复杂、精度有限，难以满足实验需求。朱健强课题组将计算成像技术引入到高功率激光驱动器的参数测量中，精确测量大口径光学元件的形貌、应力分布、热畸变等特征，脉冲光束的时间、空间、近远场分布等参量，以及激光与物质相互作用的过程；进一步发展相干衍射成像（CDI）技术，开发出单次曝光三维PIE（ptychography iterative engine）技术、多模态相干调制成像（CMI）技术、分束编码成像技术等，建立了相干衍射成像技术的解析模型，在数学上分析了CDI技术解的唯一性。本文主要综述了课题组在惯性约束聚变中计算光学成像技术应用方面的研究进展。
计算成像 相位测量 激光束表征 激光放大器 光学学报
2023, 43(22): 2200001
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
为实现焦耳级大能量中红外4~5 μm波段激光输出，基于波长为2.94 μm的Er∶YAG激光泵浦源和液氮恒温控制器，搭建了固体Fe∶ZnSe激光器实验装置，研究了温度和晶体参数对Fe∶ZnSe激光器输出时域波形及能量的影响。闪光灯泵浦的Er∶YAG泵浦激光时域波形展现出固体激光典型的弛豫振荡现象，Fe∶ZnSe激光脉冲波形与泵浦激光波形保持强相关性，且单个尖峰脉冲宽度随温度的升高而变小。在低温79 K条件下，当Er∶YAG泵浦能量为2.75 J时，实现了Fe∶ZnSe激光1.04 J大能量输出，对应的斜率效率和光光转换效率分别为36.4%和37.8%，激光中心波长为4.1 μm。在热电致冷可达的240 K温度条件下，当泵浦能量为500 mJ时，Fe∶ZnSe激光的能量输出为50 mJ，激光中心波长为4.4 μm。研究结果为焦耳级大能量中红外固体激光器的研制提供了参考。
激光器 中红外固体激光器 Fe∶ZnSe激光器 低温 大能量 时域波形 中国激光
2023, 50(22): 2201001
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了明晰碟片多通放大器的腔体设计方法，本文对不同类型的碟片多通放大器做归纳与总结，共归纳出4f中继成像、谐振腔设计/光学傅立叶变换、近准直光束传输与其他共4种设计理念的多通放大器。介绍了每种放大器的设计方法并详尽列举了研究现状。通过对比4种类型的碟片多通放大器，发现不同种类的多通放大器各有优缺点。4f中继成像需要真空环境以避免焦点处的气体电离，因此机械装置与调试难度较大；谐振腔设计/光学傅立叶变换概念多通放大器的镜片处存在较小光斑，因此较适用于较低能量的多通放大器；近准直光束传输方法由于不需要真空环境，具备很大的发展潜力，但需要精准控制激光运转状态下的碟片面形，难度也较大。因此，从激光器设计角度来看，需要对碟片多通放大器继续进行优化设计，从而同时实现使用场景的多元化与输出能量的可持续拓展。
激光 碟片 多通放大器 腔体设计 激光放大器 laser thin-disk multi-pass amplifier cavity-design laser amplifier
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国人民解放军96035部队，吉林 吉林 132101
机载激光雷达是实现远距离大气精准监测的重要手段，CO2激光器工作谱段与部分大气污染物和化学物质吸收谱一致，是大气监测激光雷达的重要光源。面向机载要求，在控制体积重量的条件下实现−40 °C~55 °C宽温域工作是机载CO2激光器温控系统的设计难点。因此，本文提出一种以激光器性能和环境温度为设计输入，半导体热电制冷与强制风冷相结合的闭环温控方法。根据激光器、半导体热电制冷和强制风冷等的结构与传热特性，建立温控方法的有限元模型，基于此模型对激光器温控性能进行研究。对于55 °C高温环境，温控系统工作25 min后，激光器温度控制在40 °C；对于−40 °C低温环境，温控系统在工作20 min后，激光器温度控制在25 °C，满足激光器正常工作要求。根据激光器及建立的温控方法，开展高低温环境下激光器工作能力实验研究，采集实验过程中的激光器温度数据，测量高低温条件下激光输出能力。实验结果表明：实测激光器温度与有限元仿真温度数据基本吻合，两者误差小于10%；采用所提出的温控方法，激光器在高低温条件下可以正常工作，输出功率与室温条件下一致。
CO2激光器 宽温域 半导体热电制冷 散热结构 温控方法 CO2 laser wide temperature range thermo-electric cooler heat dissipation structure temperature control method
