激光弯曲成形技术常用的激光类型是点激光，在温度梯度机理的作用下单次成形角度有上限，在3°左右。为了增大点激光单次成形角度，提高成形效率，本文以不锈钢304板为对象，通过试验对比探索了将圆振荡模式应用于激光弯曲成形中以提高弯曲角方法的可行性；并且借助于三维视觉传感器测量板件在圆振荡激光束弯曲成形过程中的动态响应，从余热效应、吸收率等角度分析其弯曲成形机理。对比试验结果显示，在激光能量密度较高的情况下，圆振荡模式确实可以明显提高工件的弯曲角，增长率在60%左右。同时，三维视觉传感器的测量结果显示出了板件在成形过程中的复杂形变与角度变化过程：板件在长度与宽度方向上均产生了塑性变形，长宽形变比约为10∶1；单次扫描成形板件弯曲角增长过程呈现不同的增长曲线；多次扫描成形弯曲角分布不均衡。此外，板件厚度也逐渐增加，热影响区微观晶粒得到细化。为进一步理解圆振荡激光束弯曲成形过程与机理提供了试验支撑。
激光弯曲成形 圆振荡激光束 不锈钢304 变形机理 laser bending circular oscillation mode SS304 bending mechanism
吉林大学电子科学与工程学院，吉林 长春 130012
飞秒激光直写光波导是实现三维光子集成芯片（PIC）的重要技术手段。PIC集成度的提升受弯曲波导曲率半径的限制。为了实现大曲率低损耗弯曲波导的飞秒激光直写，提出多次激光修饰增强波导芯层与包层折射率对比度的方法来优化芯层的横截面折射率分布。在20 mm曲率半径下，实现S型弯曲波导低至0.64 dB/cm的弯曲损耗。该方法在降低弯曲波导损耗方面拥有巨大潜力，对于提升PIC的集成度具有重要意义。
光学制造 光波导 飞秒激光直写 大曲率 弯曲损耗 截面控制 中国激光
2024, 51(16): 1602403
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
3 国防科技大学高能激光技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
模式不稳定是限制当前高功率光纤激光器功率提升的主要因素。在近单模光纤激光器中，一般采用减小光纤弯曲直径的方法增加高阶模损耗、提升模式不稳定阈值；然而，少模光纤激光器中存在多个高阶模式，会导致动态模式不稳定（TMI）阈值随着弯曲直径减小而降低的反常模式不稳定现象。基于纤芯/包层直径为30/600 μm的双包层掺镱光纤以及具有不同直径的光纤水冷柱，设计了一台后向泵浦的高功率光纤放大器，研究了该激光器中的反常模式不稳定现象。结果表明：当采用中心波长为976 nm的稳波长激光二极管（LD）作为泵浦源时，随着增益光纤弯曲直径由13 cm增加至16 cm，激光器的TMI阈值由1650 W提升至3740 W，提升幅度约为1.27倍，输出激光的相对亮度提升了87%。光纤弯曲直径的增加虽然会带来输出激光光束质量的轻微退化，但输出激光的相对亮度能够大幅提升。最终，结合光纤弯曲以及泵浦波长优化，实现了7.1 kW高亮度光纤激光输出，相对亮度为1293。
光纤光学 光纤放大器 反常模式不稳定 光纤弯曲 泵浦波长优化
1 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽 合肥 230009
2 中国人民解放军陆军炮兵防空兵学院，安徽 合肥 230031
3 华侨大学机电及自动化学院，福建 厦门 361021
柔性屏在弯折的过程中，容易出现器件损伤、胶层剥离等现象，因此明确屏幕在弯折过程中屏幕保护层的应变分布十分重要。提出一种基于数字图像相关（DIC）的柔性屏弯折应变测量方法，通过采集屏幕表面保护层的喷涂散斑图像来实现屏幕弯折过程保护层应变的全场测量，然后根据匹配点坐标计算弯折平面方程，得出弯折角度与应变之间的关系。实验结果表明，所提方法能测量出不同弯折角度下屏幕保护层全场应变信息，进而得知屏幕保护层的应力分布情况。即所提方法可量化屏体弯折时的应变量并根据应变测量结果推断出弯折过程中应力分布情况。
柔性屏弯折 应变分布 数字图像相关 全场测量 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0312001
Author Affiliations
Abstract
1 Guangdong Provincial Key Laboratory of Optical Fiber Sensing and Communications, Institute of Photonics Technology, Jinan University, Guangzhou 510632, China
2 Microwave Photonics Research Laboratory, School of Electrical Engineering and Computer Science, University of Ottawa, Ottawa, ON K1N 6N5, Canada
An exceptional-point (EP) enhanced fiber-optic bending sensor is reported. The sensor is implemented based on parity-time (PT)-symmetry using two coupled Fabry-Perot (FP) resonators consisting of three cascaded fiber Bragg gratings (FBGs) inscribed in an erbium-ytterbium co-doped fiber (EYDF). The EP is achieved by controlling the pumping power to manipulate the gain and loss of the gain and loss FP resonators. Once a bending force is applied to the gain FP resonator to make the operation of the system away from its EP, frequency splitting occurs, and the frequency spacing is a nonlinear function of the bending curvature, with an increased slope near the EP. Thus, by measuring the frequency spacing, the bending information is measured with increased sensitivity. To achieve high-speed and high-resolution interrogation, the optical spectral response of the sensor is converted to the microwave domain by implementing a dual-passband microwave-photonic filter (MPF), with the spacing between the two passbands equal to that of the frequency splitting. The proposed sensor is evaluated experimentally. A curvature sensing range from 0.28 to 2.74 m?1 is achieved with an accuracy of 7.56×10?4 m?1 and a sensitivity of 1.32 GHz/m?1, which is more than 4 times higher than those reported previously.
exceptional-point enhanced sensitivity bending sensor parity-time symmetry. Opto-Electronic Advances
2023, 6(12): 230019
1 三峡大学石墨增材制造技术与装备湖北省工程研究中心，湖北 宜昌 443002
2 三峡大学机械与动力学院，湖北 宜昌 443002
传统成型工艺制备的导电复合材料内部导电通路分布不可控，且难以实现复合材料的电学与力学性能的匹配。利用选择性激光烧结技术快速制备了类金刚石结构石墨骨架素坯，并经过二次固化、真空压力浸渍酚醛树脂溶液以及高温碳化等后处理工艺改善石墨骨架电学以及力学性能，并将环氧树脂与之“复合”，制备了石墨/环氧树脂复合导电材料。通过正交试验，研究了石墨骨架结构特征参数对导电复合材料的电导率和抗弯强度的影响。研究结果表明：键半径R为决定复合材料电导率的主要因素，但对于其抗弯强度为较次要因素；键长L对复合材料的电导率和抗弯强度皆为较主要因素；当键长为6 mm、键半径为1.4 mm、键角为120°时，可获得力学性能和导电性能相协同的新型导电复合材料。
选择性激光烧结 导电复合材料 正交试验 电导率 抗弯强度 selective laser sintering conductive composity orthogonal test electrical conductivity bending strength
1 中国矿业大学 力学与土木工程学院, 徐州 221116
2 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室, 徐州221116
3 河南省洛阳宇航爆破工程有限公司, 洛阳 471000
4 淮南职业技术学院 能源工程学院, 淮南 232001
爆破拆除典型钢筋混凝土烟囱过程中, 切口角度的合理选择是爆破拆除成功的重要因素。为确定切口角度的选取范围, 根据余留截面的受力和破坏特征, 采取隔离法, 建立应力求解和应力及弯矩条件的理论模型: 推导出余留截面上任意角度位置的应力求解公式, 并定义了一个修订系数k来表达非切口截面上部的筒体, 对余留截面不同角度位置产生的压应力影响效果的差异; 建立筒体倾倒的应力及弯矩条件, 结合应力求解公式与倾倒条件得出切口角度的选取范围。结合实际工程案例进行分析, 研究结果表明: 随着切口角度的增大, 最大拉应力、最大压应力以及切口上部筒体产生的弯矩均呈现增大的趋势, 而余留截面的抵抗力矩则呈现减小的趋势; 最大拉应力达到材料强度极限时可得到切口角度的选取上限, 两种弯矩相等时即可确定切口角度的选取下限; 切口角度的改变对应力变化的影响要大于切口高度。工程案例中实际切口高度选择为4.5 m的条件下, 依据所建立的理论模型得到切口角度的选取范围为[198°,237.6°], 而实际切口角度为216°, 处于理论选取范围之内, 进一步验证了理论模型的可靠性, 以期待更广泛地应用并指导工程实践。
钢筋混凝土烟囱 隔离法 应力及弯矩求解 应力及弯矩条件 切口参数 reinforced concrete chimney isolation method stress and bending moment solving stress and bending moment conditions incision parameters
南京邮电大学 集成电路科学与工程学院, 南京 210023
为了研究电容式MEMS微波功率传感器悬臂梁的非线性运动, 建立了MEMS悬臂梁在空间域上的弯曲特性模型, 综合考虑静电力、轴向应力以及残余应力对悬臂梁非线性运动的影响, 求解得到动力学微分方程。在此基础上研究在不同杨氏模量、驱动电压和残余应力下悬臂梁的弯曲特性, 解析得到对应的悬臂梁弯曲特性曲线与轴向应力曲线。使用有限元分析软件ANSYS对不同驱动电压下的悬臂梁下拉位移进行仿真, 并对仿真结果与解析结果进行比较。结果表明, 在驱动电压从10 V到20 V的变化过程中, 仿真结果与模型解析结果具有一致的趋势, 两者间的最大误差仅有8.81%。对电容式MEMS微波功率传感器的悬臂梁弯曲特性的研究具有一定的参考价值和指导意义。
微波功率传感器 悬臂梁 弯曲特性模型 MEMS MEMS microwave power sensor cantilever beam bending characteristic model
模拟集成电路国家级重点实验室, 重庆 400060
全面综述了硅基超薄柔性芯片在单轴弯曲应力下的力学和电学特性研究进展, 包括弯曲形变的测试方法及应力计算公式, 弯曲应力对器件及单元电路响应特性的影响, 以及考虑应力效应的器件建模方法。弯曲应力会导致MOSFET的迁移率、阈值电压、漏极电流等关键电参数发生变化, 且变化率与所施加的应力大小和方向均密切相关。将器件电学参数随应力变化的数学关系与常规的器件模型相结合, 可得到适用于柔性可弯曲器件的紧凑模型, 从而使下一代计算机辅助设计工具能够满足未来高性能柔性芯片的设计需求。
超薄柔性芯片 弯曲应力效应 压阻系数 器件建模 ultrathin flexible chip bending stress effect MOSFET MOSFET piezoresistive coefficient device modelling
强激光与粒子束
2023, 35(12): 121002
