强激光与粒子束
2024, 36(4): 043002
国家自然科学基金委员会信息科学部，北京 100085
本文从国家自然科学基金申请与资助的角度，总结回顾了自“十三五”（2016—2020年）以来至“十四五”开局之年（2021年）期间国家自然科学基金委员会信息科学部光学和光电子学学科（F05）自由探索类项目、引导类项目以及人才类项目的申请资助情况，从项目数量、资助额度、依托单位、学科领域等角度分析了该领域基金资助的总体特征、结构性变化以及发展趋势，依据这一时期的优秀科研成果分析了基金资助的成效，并结合“十四五”发展规划对光学和光电子学学科未来的优先发展领域与基金管理工作进行了展望。
1 上海市激光技术研究所有限公司，上海 200233
2 上海激光智能制造工程技术研究中心，上海 200233
3 上海科学院，上海 201203
激光冲击强化是一种利用激光束对金属材料表面改性的表面强化技术，具有非接触、可控性强、强化效果突出等特点，在金属表面强化领域得到广泛应用。为更好地了解激光冲击强化技术发展现状和趋势，推动我国在该技术领域的科技研究和创新应用发展，基于Incopat专利数据库，对全球激光冲击强化专利的申请趋势、区域布局、创新主体、研究主题等进行多维度分析。研究发现：激光冲击强化技术正处于发展上升周期，美国、日本是该领域重要的创新主体；中国虽起步较晚，但发展迅速，尤其近几年专利数量逐渐占据主导地位，显示了强大的创新活力，但也存在研究主体集中在高校、科研院所，海外布局薄弱等问题。对此，提出了我国激光冲击强化技术的发展建议。
激光冲击强化 专利分析 专利布局 技术现状 laser shock peening patent analysis patent layout technical status
1 武汉科技大学 理学院, 武汉 430065
2 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室,武汉 430072
爆破作为大规模、高效益的破岩方法, 在隧道工程中广泛应用, 但不可避免地给邻近建构筑物和围岩带来一些不良影响, 其中以爆破振动为首。电子雷管起爆延时精确、安全可靠, 可以实现对爆破振动强度与频谱的主动控制, 是降低爆破地震效应的有效手段。为探究电子起爆条件下雷管位置和数量对爆破振动频谱的影响, 通过现场试验和数值计算相结合的方法, 归纳总结了起爆点分别位于靠近装药段底部、装药段顶部、装药段中部、装药段顶部底部同时起爆、装药段均匀分布两起爆点同时起爆五种不同起爆条件的爆破振动主频特征; 基于黏弹性介质爆破振动频谱表达式, 从爆源叠加的角度通过分析不同工况中的爆炸荷载特征, 研究了不同起爆点工况下爆破振动的频谱特性, 从机理上揭示了雷管布置对爆破振动频率的影响机制与规律。结果表明: 装药段均匀分布两起爆点同时起爆条件下爆破振动频率最高, 中点起爆和顶部底部同时起爆次之, 顶部、底部单点起爆最低。改变雷管位置或数量实质上是将整个装药段分段同时引爆, 等效为多个子爆源叠加, 分段越多, 子爆源装药长度越短, 爆轰过程缩短, 炸药在孔内的能量释放率提高, 爆炸荷载上升速率越快, 爆破振动频率越高。随着爆心距的增大, 雷管位置对爆破振动频率的影响收敛。研究结论对基于爆破振动频率控制的起爆方案优选具有指导意义, 在隧道开挖等地下工程具有广泛的应用前景。
钻孔爆破 爆破振动 雷管布置 振动频率 爆炸荷载 drilling and blasting blasting vibration layout of detonator vibration frequency blasting load
辐射研究与辐射工艺学报
2023, 41(5): 050702
1 四川轻化工大学机械工程学院, 自贡 643000
2 四川省华夏阀门有限公司, 自贡 643000
改良西门子法是多晶硅生产的主要方法, 而多晶硅还原炉是多晶硅制备的主要设备。针对传统多晶硅还原炉的流场、温度场和辐射场不均匀导致生产的多晶硅尺寸不规则的问题, 本文对还原炉的炉顶封头结构、出气口位置布局和硅棒底盘布局进行优化设计。利用Fluent软件Do辐射模块对多晶硅还原炉进行气-固辐射仿真分析, 对比优化前后的流场、温度场和辐射场的云图、流线图等, 结果表明: 上出气口排气设计能够有效提高炉内气体流动速度, 减少炉内气体回流, 增加气体流动均匀性, 有效解决炉内顶部产生的温度死区, 平衡炉内上下温度差; 椭圆形顶部封头优化了还原炉整体空间, 降低设计成本, 有效抑制圆形封头中气体旋涡的产生, 增加炉内气体流动均匀性; 采用平行圆周对称式硅棒增加整体辐射量, 优化了传统还原炉中外圈硅棒与中心硅棒辐射不均匀现象, 有效防止了不规则硅棒的产生, 提高了多晶硅的产量, 为多晶硅还原炉的结构设计提供一个新的方案。
多晶硅还原炉 Do辐射模块 结构设计 出气口布局 炉顶封头 硅棒底盘布局 polycrystalline silicon reduction furnace Do radiation module structural design air outlet layout furnace top sealing head silicon rod chassis layout
1 西安邮电大学电子工程学院，陕西 西安 710121
2 中国船舶重工集团705研究所水下信息与控制重点实验室，陕西 西安 710077
为改善室内可见光通信中传统光源布局方式造成的接收光功率不均匀从而导致通信盲区的问题，本文提出了一种局部非均匀的对称型布局方式，并结合自适应机制及模拟退火算法对遗传算法中的选择、交叉和变异算子进行改进，在考虑墙面一次反射的情况下利用改进遗传算法对LED芯片位置、芯片上的灯珠数目及半功率角进行同步优化。仿真结果表明：在5 m×5 m×5 m的房间模型中，采用改进遗传算法对灯源布局进行优化后，接收光功率均匀度达到了97.7%，平均光功率为1029 μW，光照均匀度达到了0.84。此外，利用改进的遗传算法针对不同尺寸房间模型中的灯源布局进行了优化，结果表明，接收光功率均匀度均得到了提高。
光通信 可见光通信 遗传算法 光源布局 接收光功率 中国激光
2023, 50(13): 1306001
西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
光声腔作为光声光谱检测系统的重要组成部分，其结构是影响光声光谱检测系统灵敏度的重要因素之一。考虑到光声光谱检测系统小型化、便携式的趋势，本文以圆柱形光声谐振腔为研究对象，在光声腔总长度一定的情况下，通过对光声谐振腔模型进行有限元分析，研究谐振腔与缓冲室结构布局对光声腔性能的影响。结果表明，当谐振腔长度一定时，两端缓冲室对称分布时可获得的声压信号最大；使缓冲室左右对称，保证光声腔总长度不变，改变缓冲室长度，谐振腔品质因数Q随着缓冲室的长度增加而增加；特征频率随着缓冲室长度增加先增加后减小，在Lbuff=70 mm处达到最大值2110 Hz；共振状态下声压信号在Lbuff=40 mm时达到最大值5.61×10-6 Pa。
光谱学 光声光谱 光声腔 结构布局 品质因数 特征频率 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0730003
由微纳结构阵列构建的超构透镜体积小、质量轻，通过复合结构可实现多功能化设计，其口径一般为微米量级，对于诸如厘米级口径的超构透镜，其含有的微纳结构单元数量达到数十亿个。如果采用逐一建模的方式绘制这些微纳结构，必然导致版图文件过大，以至图形绘制时间长以及版图无法打开。为了解决此问题，基于版图设计软件L-Edit提出环状布局的超构透镜设计方法，采用二进制与库调用相结合的方法绘制超构透镜每个圆环中构建单元阵列，从而实现大口径超构透镜版图文件的有效压缩。研究结果表明：设计的超构透镜实现了亚波长聚焦；针对口径为50 mm的超构透镜，利用本文提出的版图绘制压缩方法，其版图文件大小为176 MB，远小于采用逐一建模绘制方式生成的版图文件（3.70 TB），实现了大口径超构透镜版图设计文件海量数据的高效压缩，从而保证了大口径超构透镜元件设计的可制造性。
超构透镜 大口径 版图设计 数据压缩 metalens large-aperture layout design data compression 光学 精密工程
2022, 30(15): 1828
1 天津理工大学电气电子工程学院天津市复杂系统控制理论与应用重点实验室，天津 300384
2 天津农学院工程技术学院，天津 300392
为简化布局估计网络结构，提高输出特征利用率，提出一种基于改进轻量网络的实时布局估计方法。利用轻量级的编码解码网络，端对端直接获得室内场景的主要平面分割图，实现实时的布局估计。针对以往联合学习方法特征利用率不高的问题，引入简化的联合学习模块，使用输出分割图的梯度作为输出边缘，将边缘的损失直接整合到整个网络输出损失中，提高特征利用率并精简联合学习网络。针对数据集正负标签不平衡和布局类型分布不平衡问题，使用分割型语义迁移，使用在LSUN数据集上训练得到的语义分割网络参数初始化所提网络参数，提高网络训练的稳定性。在两个基准数据集上对所提方法的性能进行评估。实验结果表明，在LSUN数据集上所提方法的平均像素误差为7.35%，在Hedau上为8.32%。通过消融实验证明了分层监督、简易学习联合和语义迁移机制对提高准确率的有效性。最终实验表明，所提方法能够实时获得准确的室内场景布局估计。
编码解码网络 室内场景 布局估计 端对端 语义分割 激光与光电子学进展
2022, 59(18): 1810007
