1 华北水利水电大学 材料学院 河南省高效特种绿色焊接国际联合实验室，河南 郑州 450045
2 河南科技大学 高端轴承摩擦学技术与应用国家地方联合工程实验室，河南 洛阳 471023
3 中国机械总院集团宁波智能机床研究院有限公司，浙江 宁波 315700
4 郑州轻工业大学 河南省机械装备智能制造重点实验室，河南 郑州 450002
在激光焊接中，激光光斑半径的大小直接影响激光功率密度，不同的激光功率密度对熔池流场和小孔的三维形状有影响。然而，关于激光光斑尺寸对激光熔池和小孔行为的影响的研究很少。基于Fluent软件建立了激光焊接热-流耦合模型，研究了激光光斑尺寸下激光焊接过程的匙孔三维瞬态行为及熔池流场。研究结果表明，随着光斑半径的增大，匙孔的深度明显变小。光斑半径分别为0.1 mm和0.15 mm时，焊接过程中均会出现匙孔底部闭合的情况，当光斑半径为0.2 mm时，匙孔未出现闭合的情况，匙孔的稳定性有所提高。随着光斑半径的增大，熔池最大流动速度波动相对较小，熔池尺寸逐渐增大。
激光焊接 光斑尺寸 匙孔 熔池 laser welding spot size keyhole molten pool 红外与激光工程
2023, 52(7): 20220130
四川师范大学物理与电子工程学院，四川 成都 610068
围绕减小碎片靶面上光斑尺寸从而提高靶面光强的问题，采用解析方法研究了部分相干脉冲光（PCLP）在非均匀大气中的准稳态自聚焦效应对空间靶面光束质量的影响。推导出了PCLP从地面上行大气传输至空间轨道的束宽、曲率半径和实际焦距的解析表达式。研究表明，准稳态自聚焦效应会导致焦移，从而导致靶面光斑尺寸增大。指出采用准稳态和稳态修正焦距方法可以有效抑制准稳态自聚焦效应，从而减小碎片靶面光斑尺寸。推导出了PCLP的准稳态和稳态修正焦距的解析表达式，并给出了其适用条件。研究发现，采用准稳态修正方法能获得比稳态修正方法更小的靶面光斑尺寸，但稳态修正方法更易实现。
大气光学 准稳态自聚焦效应 激光大气传输 部分相干脉冲光 靶面光斑尺寸 光学学报
2023, 43(12): 1201005
河南理工大学 物理与电子信息学院， 河南 焦作 454000
基于半导体激光器激发荧光材料的白光激光照明(wLD)技术在超高亮度照明和显示领域具有重要的应用价值。兼具“高光通量”和“可控发光面积”是wLD实现高亮度的前提条件。因此，荧光材料如何在具备高饱和阈值的前提下，有效地限定发光光斑尺寸，成为该领域的一个热点问题。基于荧光材料微结构设计的散射调控技术为解决该问题提供了可能。本文首先对荧光材料中通过散射设计实现可控发光面积的研究进行了总结; 其次探讨了散射系数对材料发光特性的影响; 然后介绍了相关研究中的两个关键技术: 发光光斑尺寸的测量方法和基于数值模拟的光斑尺寸预测方法; 最后展望了相关研究的发展趋势。
激光照明 荧光材料 散射系数 光斑尺寸 高亮度 laser lighting phosphor scattering coefficient spot size high-luminance
北京理工大学 材料科学与工程学院，北京 100081
为了探究不同光斑尺寸连续激光辐照6061铝合金的温度响应及热致损伤问题，基于ANSYS有限元软件建立了激光辐照下的三维物理模型；使用不同的激光参数进行激光辐照实验，根据所采集的温度和前表面散射光强度数据，反演计算了靶材在激光辐照过程中吸收率的动态变化；最后，利用优化后的模型分析了不同光斑尺寸下，激光辐照靶材的温升特点。研究结果表明：在1000 W/cm2的激光辐照条件下，材料的吸收率随着温度的升高而升高；由于激光加载的局域化特征，横向热扩散影响纵向温升，光斑足够大时该影响变小，这与其热扩散长度有关；对于4 mm厚的6061铝合金材料，当光斑尺寸大于10 cm时，光斑影响可以忽略，靶材背表面发生熔融损伤时间阈值保持2.6 s不变。
激光辐照 数值模拟 温度场 光斑尺寸 Laser irradiation Numerical simulation Temperature field Spot size
根据相似性原理, 分析了激光制导**半实物仿真中激光指示目标的动态特性模拟要求, 提出了偏振方式实现光斑能量的连续变化, 望远光学系统实现光斑尺寸连续变化的技术方案。测试结果表明, 光斑能量动态调节范围大于104倍、动态调节误差小于5%, 光斑尺寸动态调节范围不小于20倍、动态调节误差小于10%, 能够满足激光制导**半实物仿真的要求。
半实物仿真 激光制导 光斑能量 光斑尺寸 hardware-in-the-loop simulation laser-guided energy of laser facular size of laser facular
1 上海师范大学 数理学院, 上海 200234
2 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室, 上海 200083
针对低激发功率密度光致发光(photoluminescence, PL)谱信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)对GaAs1-xBix 带尾能级探究的限制问题, 基于傅里叶变换红外PL光谱实验系统对两个GaAs1-xBix 外延膜开展变激发光斑尺寸PL光谱测试分析.结果表明, 激发功率恒定时光斑直径增大导致PL峰位红移和线宽先降低后增大.这一现象是由于等效激发功率密度的降低而导致的.在保持激发功率密度为5.1 W/mm2时, 光斑增大不影响光谱线型但显著提升SNR.由此, 低激发功率密度PL光谱的弱信号探测能力得以提高, 有助光谱定量拟合分析.本工作表明, 适当增大激发光斑尺寸有助于低激发功率密度PL光谱的SNR和弱信号分辨能力的提升.
光斑尺寸 信噪比 光致发光 spot size, signal-to-noise ratio (SNR), photolumin GaAsBi 红外与毫米波学报
2019, 38(2): 02210
1 长春理工大学 光电工程学院 光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室, 长春 130022
2 湖北三江航天红阳机电有限公司, 湖北 孝感 432000
基于实际激光除冰过程对光斑尺寸与作用距离的需求, 根据激光器功率与抗激光损伤阈值的工艺参数, 确定激光除冰光学系统的纵向长度与横向尺寸, 据此设计了作用距离为100~500 m且光斑尺寸为200~600 mm可调的抗高功率损伤光学系统.针对激光作用距离、光斑尺寸与调焦距离的关系曲线进行了理论计算与模拟仿真, 仿真结果表明系统可实现所需的作用距离与光斑, 并经实际样机实验得以验证.
光学设计 激光除冰 参数计算 作用距离 光斑尺寸 Optical design Laser deicing Parameter calculation Action distance Spot size
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
采用二维雷诺平均N-S方程，数值模拟研究了大气条件下短脉冲激光与固体靶相互作用所产生等离子体的动力学过程。采用k-ε两方程模型用于湍流的数值模拟，分别利用ROE格式和二阶中心格式对对流通量和粘性通量进行离散处理；用高斯-赛德尔隐式格式对方程进行时间推进求解。数值模拟给出了激光引发靶蒸气等离子体侧向膨胀、稀疏等二维流体动力学过程的物理图像，讨论了靶与光斑尺寸对脉冲激光冲量的影响。结果表明，不同宽度固体靶受到的激光冲量有很大差异，固体靶宽度越大，受到的激光冲量也越大。
数值模拟 激光冲量 靶 光斑尺寸 numerical simulation laser impulse target laser spot size 强激光与粒子束
2018, 30(5): 051001
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
在扫描干涉场曝光(SBIL)系统中, 曝光光斑尺寸对干涉条纹的拼接精度、光栅制作效率及干涉场质量有着十分重要的影响。为获取合理的曝光光斑尺寸, 基于高斯光束的传输规律及扫描拼接数学模型进行了数值模拟,讨论了曝光光斑尺寸对干涉条纹的非线性误差、刻线拼接误差和曝光对比度的影响。结果表明: 小尺寸曝光光斑比大尺寸曝光光斑更有利于控制干涉条纹的非线性误差; 由于存在周期测量误差, 小尺寸曝光光斑有利于减小拼接后的刻线误差并提高曝光对比度。针对SBIL系统设计了曝光光路, 并对所设计的光路进行了优化。对干涉场左右光斑形貌及干涉条纹相位的非线性误差进行了测量, 结果表明: 曝光光斑的束腰半径约为0.9 mm, 干涉条纹相位的非线性误差峰谷值为21.8 nm。
光栅 扫描干涉场曝光系统 高斯光束 光斑尺寸 光路设计
1 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学 空间光电技术国家与地方联合工程研究中心, 吉林 长春 130022
研究了光学元件装调加工误差引起的光斑尺寸和光轴偏转对空间光混频器混频效率的影响。推导了高斯模型下的光混频效率表达式, 得到当光斑尺寸与靶面尺寸的比例为0.64时, 混频效率最高。在此基础上推导了光斑尺寸偏差、光轴偏转与光混频效率的表达式。并进行仿真分析, 得到光斑尺寸偏差、光轴偏转与光混频效率变化曲线。当混频效率大于10%时, 光斑尺寸偏差范围为-42~250 μm, 光轴偏转范围为203 μrad。通过计算光斑尺寸偏差和光轴偏转综合误差发现, 调整光斑尺寸偏差可以改善光轴偏转带来的混频效率恶化。进一步搭建空间光混频器影响因素实验平台, 进行了三种光斑尺寸偏差下光混频效率随光轴偏转变化的实验。实验所测曲线与仿真结果趋势一致, 受实验器件插入损耗的影响, 实验值略低于仿真值。所得影响规律为空间光混频器设计、装调和加工提供了一定参考。
光混频效率 光斑尺寸 光轴偏转 空间光混频器 heterodyne efficiency light spot size ray axis deflection space optical hybrid 红外与激光工程
2017, 46(4): 0422001
