1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室，陕西 西安 710119
2 电磁空间安全全国重点实验室，天津 300308
硫系玻璃作为一种优秀的红外材料，具有透过范围广、物化性能稳定、易于成纤等特点，是制备红外传能光纤的理想材料之一。从硫系玻璃吸收损耗抑制和散射损耗抑制两方面入手，采用气（氯气）/气（玻璃蒸汽）、固（铝）/液（玻璃熔液）化学反应除杂方式降低光纤吸收损耗，建立了三维激光显微成像系统，检测玻璃及光纤内部的微米和亚微米量级的缺陷，优化制备工艺降低光纤散射损耗，制备出损耗为0.087 dB/m（@4.778 μm）的硫系玻璃光纤。分别利用光纤激光器（波长为2.0 μm）和双波长输出的光学参量振荡器（OPO）激光器（波长为3.8 μm 和4.7 μm）进行激光传能实验，在单模光纤和多模光纤中分别实现了6.10 W（@2.0 μm）和6.12 W（@3.8 μm和4.7 μm）激光传输。
材料 红外光纤 硫系玻璃 超低损耗 激光传输 激光损伤
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院 科学岛分院，安徽 合肥 230026
3 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
4 航天系统部驻绵阳地区军事代表室，四川 绵阳 621000
针对激光传输实验中传输内通道空间狭小、CO2浓度低的特点，结合波长调制TDLAS技术，设计了基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的数字锁相放大器，实现锁相放大和数据采集功能一体化，并将其成功应用于低浓度CO2检测中。为解决低浓度CO2吸收微弱、噪声强等问题，设计了高精度ADC模块，电压分辨率可达0.3 mV；基于DDS原理内部产生正余弦参考信号，保证谐波信号单一性，且实现参考信号频率可调节，覆盖范围1~40 kHz；改进了CIC滤波器，并通过降采样级联FIR滤波器的方式，以较少的硬件资源消耗实现窄带低通滤波，积分时间200 μs~20 ms可调；基于CORDIC算法实现平方和开根运算，相较于JPL算法精度更高。为系统更加小型化，基于Qt实现上位机并结合串口通信，使锁相放大器兼具数据采集处理功能。常温常压光程30 m条件下，测量了CO2在2 μm波段的吸收光谱，获得波长调制吸收光谱信噪比为102.6，相较于直接吸收信噪比8.8，提高约11.7倍；设计并开展低浓度CO2标定实验，获取二次谐波信号幅值和CO2浓度之间的线性关系，相关度为0.996；在纯氮气条件下，利用Allan方差评估了系统性能，平均时间为2 s时，系统检测下限1.30 ppm (1 ppm=10−6)，平均时间为180 s时，系统检测下限0.19 ppm；分析了系统响应时间，可在0.5 s内获取气体浓度。实验结果表明，设计的数字锁相放大器具有测量灵敏度高、参数可调节、能够实时处理和小型化的特点，可满足传输内通道中低浓度CO2的检测需求。
数字锁相放大器 激光传输 FPGA TDLAS 数字滤波器 CORDIC算法 digital lock-in amplifier laser transmission FPGA TDLAS digital filter CORDIC algorithm 红外与激光工程
2023, 52(10): 20230023
山东大学光学高等研究中心， 山东 青岛 266237
使用1 710 nm半导体激光器，对同种透明聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）塑料进行激光透射焊接，由于透明PET塑料对1.7 μm的激光具有较高吸收率，因此焊接过程无需添加激光吸收剂。通过调整激光功率和焊接速度，探讨了线能量对焊接强度的影响。在激光功率为10 W，焊接速度为7.5 mm/s时，得到了美观牢固的焊接试件，此时的线能量为1.33 J/mm。保持此线能量不变，在激光功率为5~30 W的范围内设计了对比试验。结果表明，激光功率在5~30 W、焊接速度在3.75~22.50 mm/s内改变对焊接试件的焊缝强度影响较小。
聚对苯二甲酸乙二醇酯 透明塑料 激光透射焊接 吸收剂 polyethylene glycol terephthalate（PET） transparent plastic laser transmission welding absorbent
1 华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
2 湖南理工学院信息科学与工程学院信息光子学与空间光通信湖南省重点实验室，湖南 岳阳 414006
利用环形艾里振幅调制部分相干光（PCB），解决PCB的光束扩散问题，并研究了艾里函数尺度因子、截断孔径和相干长度对光束自聚焦距离和聚焦强度的影响，以及部分相干环形艾里光束在湍流环境中的闪烁指数。研究结果表明：通过调制环形艾里振幅可以控制PCB的聚焦距离，并在保留PCB对抗湍流影响、减轻光强闪烁的同时减少光束发散，聚焦点处光强闪烁较原本PCB得到进一步降低。
物理光学 湍流光学 激光传输 激光光束特性 环形艾里部分相干光 自聚焦 光束调控 光学学报
2022, 42(20): 2026002
强激光与粒子束
2022, 34(10): 104018
1 北京市激光应用技术工程技术研究中心，北京 100124
2 北京工业大学跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室，北京 100124
3 北京工业大学激光工程研究院，北京 100124
4 山东大学晶体材料国家重点实验室，山东 济南 250100
5 暨南大学光子技术研究院，广东 暨南510632
为了研究空芯反谐振光纤的中红外激光传输能力，使用自制的无节点空芯反谐振光纤进行了2.60~4.35 μm的中红外激光传输实验。该空芯反谐振光纤包层由七根平均壁厚为800 nm的玻璃毛细管组成，光纤外径为365 μm，纤芯直径为115 μm。使用中红外可调谐光参量振荡器作为光源，测试了光纤在2.60，3.27，3.41，3.80，4.08，4.21，4.35 μm七个波段的激光传输及损耗特性。结果显示，该光纤可实现2.6~4.08 μm波段低损耗导光，在3.27 μm传输损耗最低，为0.037 dB/m。光纤在4.08 μm和4.35 μm处的传输损耗分别为3.200 dB/m 和0.788 dB/m，而该波段熔融石英吸收损耗分别高达1000 dB/m 和3000 dB/m。研究结果证明，空芯反谐振光纤在中红外激光柔性传输领域拥有巨大潜力。
光纤光学 空芯反谐振光纤 中红外激光 激光传输 激光与光电子学进展
2022, 59(3): 0306004
江苏师范大学物理与电子工程学院，江苏省先进激光材料与器件重点实验室，江苏 徐州 221116
近年来迅速发展的中红外高功率激光技术迫切需要具有输出光束质量高、质量轻、结构紧凑等特性的中红外光纤介质，用于实现激光产生、传输等。在中红外玻璃中，硫系玻璃具有最宽的透光范围；同时，硫系玻璃又具有最高的折射率和非线性折射率系数，因此它们被认为是理想的产生和传输中红外激光的光纤基质。然而，硫系玻璃网络结构由弱化学键组成，使得硫系玻璃光纤具有较低的激光损伤阈值，这与高功率激光应用需求相矛盾。在不牺牲光纤输出光束质量的前提下，大模场光子晶体光纤技术是优选的实现功率提升的技术方案。本文首先介绍了中红外激光的高功率应用需求和中红外光纤材料低激光损伤阈值之间存在的矛盾，继而对面向中红外高功率激光应用的超大模场硫系玻璃光子晶体光纤的发展进行了综述，详细描述了超大模场硫系玻璃光子晶体光纤设计、制备、材料选择、光纤性能表征等过程，并对其应用前景和存在的技术瓶颈进行了讨论和展望。结果表明，超大模场硫系玻璃光子晶体光纤有望被应用于百瓦级中红外高功率激光应用场景中。
针对激光透射焊接过程中温度变化难以通过试验手段准确反映的问题，以基于锌粉吸收剂的聚芳砜（PASF）激光透射焊接为研究对象，在COMSOL中建立反映焊接过程的三维有限元模型。通过仿真得到的焊缝宽度与实际焊缝宽度对比验证了模型的准确性。分析了不同焊接工艺参数（激光功率、焊接速度和锌粉吸收剂水平）对温度场的影响规律。结果表明：随着激光功率的增大，最高温度升高；随着焊接速度的提高，最高温度降低；随着锌粉吸收剂水平的提高，最高温度升高但升温速率在下降，且达到最大值后开始下降。
激光透射焊接 聚芳砜 锌粉吸收剂 温度场 数值模拟 laser transmission welding polyarylsulfone zinc powder absorbent temperature field numerical simulation
使用半导体激光器透射焊接聚碳酸酯(PC)板材,对比了以涂抹有碳黑的金属铜膜(CWCB)作为激光吸收层和以碳黑(CB)作为激光吸收层的PC件的可焊性差异,进一步分析了CWCB宽度对焊接件的结构特征、焊缝变形、残余应力和焊接强度的影响。结果表明:与CB相比,CWCB作为激光吸收层的焊缝区域气泡的数目较少,焊缝中的CWCB有明显的变形。随着CWCB宽度的增加,变形深度和变形面积增加,当CWCB的宽度超过2.5 mm时,变形深度和变形面积逐渐下降,焊缝边缘的溢出高度为386.32~392.26 μm。残余应力与焊缝宽度随着CWCB宽度的增加而增加。CWCB宽度为1 mm时焊接件具有最大的焊接强度21.5 MPa,之后随着CWCB宽度的增加,焊接强度逐渐减小。
激光技术 激光透射焊接 激光吸收层 焊接强度 焊缝形貌特征 残余应力 光学学报
2021, 41(14): 1414001
