1 石家庄铁道大学工程力学系，河北 石家庄 050043
2 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室，河北 石家庄 050043
针对长脉冲热波激励后采集到的红外原始热图中缺陷对比度低、缺陷边缘模糊等问题，本文提出了一种基于傅里叶变换、频域相位积分和保边滤波的红外序列图像处理方法，该算法首先对冷却时间段内采集到的红外原始热图进行消背景处理，再利用傅里叶变换将试样表面的红外辐射信息转化为相位信息，频域相位积分处理可以将不同频率下缺陷的相位信息整合至一幅相位积分图中，最后通过保边滤波器及自适应伽马变换对积分图像进行增强和量化。该算法克服了传统方法需要人工从多张频率或成分图中甄别出最优检测结果的缺点，并且可以消除加热不均匀的影响，改善缺陷的可视化。试验结果从定性和定量两个角度验证评估了该算法的有效性，并讨论了采集参数的影响。
长脉冲热像法 傅里叶变换 相位增强 复合材料
红外与激光工程
2023, 52(9): 20220902
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Space Laser Communication and Detection Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Department of Aerospace Laser Engineering, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
Aiming at coherence degradation during target detection, a suppressing method based on frequency-modulated continuous wave coherent lidar is proposed. Combined with a random iteration algorithm, a long-pulse echo signal with coherent degradation is matched with random phase noise of a certain frequency and achieves coherence restoration. Simulation and field experiment results show that this proposed method can recover the intrapulse coherence in long-pulse echo signals. In addition, for the real target echo signal at 4.2 and 19.8 km, the peak signal-to-noise ratio processed by this method is increased by 0.35 times and 4 times after pulse compression, respectively.
coherent lidar long-pulse signal coherent degradation frequency modulation continuous wave Chinese Optics Letters
2023, 21(7): 071201
强激光与粒子束
2023, 35(6): 065004
强激光与粒子束
2022, 34(11): 116002
1 安徽大学 物质科学与信息技术研究院，安徽 合肥 230601
2 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，安徽 合肥 230031
3 深圳盛方科技有限公司， 广东 深圳 518100
针对医疗用308 nm准分子激光器长脉宽的实际需求，提出Simulink仿真模型指导延长激光脉宽的方案，并进行实验研究。首先建立并验证了典型准分子激光器放电激励回路仿真模型的有效性，其次基于脉冲形成网络原理建立4级LC峰化回路的放电激励模型，并进行了具体的激光器结构设计和参数选择。对一台储能电容为60 nF，工作电压范围在20~29 kV的308 nm准分子激光器进行实验，通过改变激励回路的结构和参数，激光脉宽由30 ns延长到60 ns，且当储能电容电压值为28 kV时，输出能量达407 mJ，激光脉冲能量的转移效率由典型结构的1.531%提高至1.73%，实现了放电激励308 nm准分子激光长脉冲输出条件下的高能量转移率，验证了Simulink仿真模型的有效性和指导意义，为实用化长脉宽准分子激光的设计和应用提供基础。
准分子激光 Simulink仿真 长脉宽 转移效率 excimer laser Simulink simulation long pulse width transfer efficiency 红外与激光工程
2021, 50(11): 20210022
红外与激光工程
2021, 50(4): 20200455
布里渊光时域分析(BOTDA)系统中, 不同的脉冲宽度对应不同的空间分辨率, 但不同脉冲宽度下的布里渊信号会重叠在同一位置。首次对该现象进行了理论分析, 并基于该现象提出了一种新的布里渊光时域定位技术。通过正反两次测量对应变或温度段的端点进行定位, 无需降低脉冲宽度就能提高空间分辨率, 克服了泵浦脉冲宽度对空间分辨率的限制。实验在24711 m的光纤上分布使用20~100 ns的脉冲均实现了1 m应变段的定位, 并通过双峰洛伦茨拟合测得其应变为1880 με, 其应变测量不确定度为36 με。该技术相比于其它BOTDA定位技术, 无需通过降低脉冲宽度来提高空间分辨率, 操作简单有效, 将在分布式传感领域具有广泛的应用前景。
布里渊光时域分析(BOTDA) 脉冲划分 应变测量 长脉冲 Brillouin optical time-domain analyzer (BOTDA) pulse subdivision strain measurement long pulse
激光诱导击穿光谱（LIBS）因具有实时快速、 多元素分析、 样品损伤性小等优势, 已成为检测未知物质元素组分以及相应元素含量的重要手段。 近期的一些研究表明, 百纳秒级别激光脉冲由于在确保有效击穿阈值的条件下延长了激光与样品作用时间, 使得其LIBS光谱质量相对于传统10 ns级激光脉冲得到了提高; 适度降低环境气压（至104 Pa量级）, LIBS光谱强度和信背比均得到明显提高。 为探究低气压对长脉宽（百纳秒级）激光诱导铜合金等离子体光谱特性的影响, 采用自主研发80 ns脉宽Nd∶YAG激光器（波长1 064 nm, 单脉冲能量20~200 mJ）作为激发光源, 样品为BYG19431的锡青铜（基体元素Cu质量百分数为92.9%, 低含量元素Fe质量百分数为0.007 8%）, 通过样品气氛控制系统改变环境气压, 分别研究了低环境压力（1.01×105, 9.6×104, 9.2×104, 8.8×104和8.4×104 Pa）下铜合金基体元素Cu与低含量元素Fe光谱特性。 实验中, 激光脉冲重复频率为1 Hz, 每次打击均为新鲜表面（通过真空腔内的可控旋转平台更换样品位置）, 每个能量和气压下分别选取5个脉冲能量较稳定的光谱, 取平均值作为当前实验条件的最终实验结果, 激光脉冲能量的实时监测由透反比1∶1分束镜及能量计完成。 研究发现, 基体元素谱线（Cu Ⅰ 324.75 nm）, 常压下低能量（20 mJ, 40 mJ）时均存在较严重的自吸收现象。 在60 mJ时, 虽自吸收效应得到改善, 但谱线背景强度升高, 且激光对样品的损伤加大。 为在低光谱背景, 微样品损伤的条件下实现光谱质量的进一步提升, 实验激光能量为20 mJ。 结果表明, 随着环境气压降低, 基体元素Cu自吸收程度大幅度降低, 样品中低含量Fe元素谱线信背比增加, 等离子温度升高, 谱线展宽变窄。 气压为8.4×104 Pa时, 与常压相比基体元素铜（Cu Ⅰ 324.75 nm）与微量元素铁（Fe Ⅰ 330.82 nm）谱线信背比分别增强5.31和2.43倍; 等离子体温度提升了21.6%; Fe Ⅰ 330.82 nm谱线展宽由0.29 nm降到0.21 nm, 在一定程度提高了LIBS元素谱线的分辨率。
80 ns 长脉宽 低气压 自吸收 信背比 等离子体温度 80 ns long-pulse-width Low-pressure Self-absorption SBR Plasma temperature 光谱学与光谱分析
2020, 40(9): 2891
1 吉林工程技术师范学院 量子信息技术交叉学科研究院，吉林 长春 130052
2 吉林省量子信息技术工程实验室，吉林 长春 130052
3 长春理工大学 光电信息学院 商学分院，吉林 长春 130000
为探究毫秒脉冲激光辐照单晶硅的热损伤规律和机理，利用高精度点温仪和光谱反演系统对毫秒脉冲激光辐照单晶硅的温度进行测量。分析温度演化过程，研究毫秒脉冲激光对单晶硅热损伤全过程的温度状态和对应的损伤结构形态。研究表明：脉冲宽度固定时，激光诱导的单晶硅的峰值温度随能量密度的增加而增加；当脉冲宽度在1.5~3.0 ms之间时，温度随脉冲宽度的增加而降减小。温度上升曲线在熔点（1 687 K）附近时出现拐点，反射系数由0.33增加为0.72。在气化和凝固阶段，出现气化和固化平台期。单晶硅热致解理损伤先于热致熔蚀损伤，在低能量密度激光作用条件下，应力损伤占主导地位，而在大能量密度条件下，热损伤效应占主导地位。损伤深度与能量密度成正比，随脉冲个数增加迅速增加。
长脉冲 激光 单晶硅 热损伤 应力 熔蚀 long pulse laser monocrystalline silicon thermal damage stress ablation 红外与激光工程
2020, 49(3): 0305002
