1 哈尔滨工业大学材料结构精密焊接与连接全国重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
2 北京遥感设备研究所，北京 100854
因瓦合金以其独特的因瓦效应被应用于航天用精密光学镜筒制造中。对因瓦合金镜筒激光选区增材制造工艺及其结构设计进行了探究与优化，结果表明：增加激光扫描间距同时适当降低扫描速度可以有效减少匙孔与未熔合等缺陷，得到了显微组织均匀分布且无明显缺陷的样件，其抗拉强度为482 MPa，屈服强度为388 MPa，最终获得了高质量的镜筒结构件。将镜筒结构拓扑优化为斜拉筋式结构并进行去应力热处理后，其内部残余应力仅为屈服应力的13%，且热膨胀系数仅为1.910-6 K-1。
增材制造 激光选区熔化 因瓦合金 工艺优化 结构设计及后处理 中国激光
2024, 51(10): 1002314
1 中国航空制造技术研究院，高能束流加工技术重点实验室，北京 100024
2 北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京 100190
提出了一种拉伸-扭转耦合变形的新型力学超结构，该结构可在轴向拉伸的同时显著提升其截面扭转能力。针对这种简单构型的力学超材料胞元结构进行了建模，并通过胞元堆叠的方式设计了具有拉伸-扭转耦合变形能力的宏观梁结构。通过有限元分析方法研究了胞元的拉伸刚度和拉伸-剪切变形耦合特性，验证了宏观梁结构的变形性能并分析了相关参数，采用激光选区烧结（SLS）技术制备样品进行了实验验证。结果显示：四胞元悬臂梁的扭转角明显大于双胞元悬臂梁，在46.69 N拉力作用下，它们分别产生了0.667°和0.479°的扭转角，与有限元分析结果具有较好的一致性。此外，相比于双胞元悬臂梁，四胞元组合堆叠悬臂梁在质量上仅增加了2.77%，但耦合系数却增大了42.97%，这表明四胞元堆叠悬臂梁具有更优的拉伸-扭转耦合特性。宏观梁结构中的扭转变形近似成线性累积，可通过增加胞元组合的堆叠次数增大其扭转角。
超材料 结构设计 胞元堆叠 增材制造 中国激光
2024, 51(10): 1002311
1 广西大学省部共建特色金属材料与组合结构全寿命安全国家重点实验室，广西 南宁 530004
2 广西大学机械工程学院激光智能制造与精密加工研究所，广西 南宁 530004
增材制造（AM）的零件若存在悬垂部件，则往往需要添加额外的支撑结构，这不仅会影响打印效率，而且拆除支撑也会引发新的问题。结构自支撑设计能使增材制造摆脱对支撑结构的依赖，现已成为国内外的研究热点。本文首先总结了增材制造结构自支撑设计的原理，接着综述了增材制造零件整体结构自支撑设计的研究进展以及增材制造填充结构自支撑设计的研究进展。其中，根据不同的结构优化方式，将增材制造零件整体结构自支撑设计进一步划分为基于连续体结构拓扑优化、离散结构拓扑优化和形状优化的结构自支撑设计，并分析了各类优化方法的优缺点。最后，讨论了提升计算效率以及提升结构性能的解决方案，并对未来的应用场景以及未来的研究重点进行了展望。
增材制造 结构优化 拓扑优化 填充结构 结构自支撑 中国激光
2024, 51(10): 1002307
1 苏州大学物理科学与技术学院，江苏 苏州 215006
2 山东师范大学物理与电子科学学院，山东 济南 250358
回顾了光场相干与偏振联合调控的研究进展，重点介绍了具有特殊空间相干结构的二维部分相干矢量光束的表征、合成及在复杂环境中的鲁棒传输特性；结合纳米光子学的发展，将二维部分相干矢量光束推广到了三维部分相干矢量光场，给出了三维部分相干矢量光场的相干与偏振表征，分析了部分相干紧聚焦矢量光场中的三维偏振结构，包括偏振维度、三维非寻常偏振态、自旋角动量结构等。研究表明相干性在赋予了矢量结构光场新颖自由度的同时，导致了二维矢量光束的鲁棒传输特性以及紧聚焦矢量光场新型三维偏振结构。
部分相干光场 矢量光场 光场调控 相干与偏振 光场相干结构调控 光学学报
2024, 44(10): 1026007
暨南大学光子技术研究院广东省光纤传感与通讯重点实验室，广东 广州 511443
传统斯格明子是一种在核物理和磁性材料中均已被证明具有拓扑稳定性的准粒子，可应用于逻辑器件、晶体管、量子计算等领域。近年来，光学斯格明子被人们所提出，并引起了拓扑光学与光场调控领域研究者们的广泛兴趣。综述了当前光学斯格明子的研究进展，详细介绍了光学斯格明子的拓扑结构分类、不同矢量构型光学斯格明子的产生与调控，并对其潜在应用进行了展望，为本领域进一步快速发展提供了参考。
物理光学 斯格明子 拓扑光学 结构光场调控 光学学报
2024, 44(10): 1026005
1 沈阳航空航天大学机电工程学院，辽宁 沈阳 110136
2 沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点学科实验室，辽宁 沈阳 110136
3 航空工业沈阳飞机设计研究所，辽宁 沈阳 110035
为进一步提高铝基复合材料的强度与韧性，避免强韧性倒置关系，通过在铝基体中加入不同体积分数与尺寸的钛合金骨架结构，制备出强韧性可调控的仿竹纤维Al-Ti复合结构。研究发现：钛合金强化骨架与铝合金基体界面间发生了扩散反应，形成了致密的冶金结合，界面内析出相为钛铝金属间化合物。与传统铝基复材相比，复合结构铝基复合材料抗压强度高达380~1085 MPa，形成一体化微/宏观“高强-高韧”纤维状复合结构。对微观变形机制进行研究：高强度化合物的析出有效阻止了异质界面内裂纹萌生、扩展。同时高分辨下观察发现，界面内析出的Ti3Al相变形后在晶粒内部形成了有效的变形孪晶，提升了界面内高、低模量析出相间协调变形能力，是复合结构增强-增韧的主要机制。
激光技术 增材制造 仿生结构 Al-Ti复合结构材料 微/宏观强韧性调控 中国激光
2024, 51(10): 1002312
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 精密仪器与装备研发中心，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
为了实现对微小物体的高精度三维测量，本文构建了一套基于结构光照明的三维形貌测量系统，对该系统所使用的相位编码算法、远心相机标定算法和投影仪标定算法进行了研究。首先，通过边缘提取算法获得二维平面标靶的特征点坐标，使用改进的张氏标定算法完成远心相机标定，通过相位编码结构光得到相机像素与投影仪像素之间的映射关系。然后，由映射关系使投影仪也能捕获特征点的位置信息，进而完成投影仪标定。最后，基于立体视觉模型对被测物体进行三维重建。实验结果表明，标定后的测量系统视场大于2 000 mm2，全视场的测量精度约为32 μm，中心视场的测量精度为10 μm。该系统具有良好的稳定性和重复性，能够满足大多数工业检测的应用需求，展示出广阔的应用前景。
结构光 三维测量 远心镜头 高精度 structured light three-dimensional measurement telecentric lens high precision
1 南开大学物理科学学院，泰达应用物理研究院，弱光非线性光子学教育部重点实验室，天津 300071
2 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
光学元件的小型化与集成化一直是光场调控和集成光学领域的研究重点与难点之一。光学人工微结构具有在亚波长尺度上灵活调控光场振幅、偏振、相位、频率等属性的能力。通过与片上光波导或微腔集成，人工微结构可以为实现更紧凑的片上集成光子学器件以及更精确、更丰富的光场调控提供新的解决方案和更多的可能性。本文依据片上集成人工微结构在不同环节中调控的光场类型的差异，将其分成三类进行了讨论。介绍了基于不同设计原理的片上集成人工微结构在自由空间光入射耦合、波导模式面内调控以及离片辐射场调控方向的研究进展，并对该领域的部分新兴方向进行了展望。
人工微结构 超构表面 光场调控 集成光学 微纳光学 光学学报
2024, 44(10): 1026004
1 北京空间机电研究所，北京 100094
2 先进光学遥感技术北京市重点实验室，北京 100094
3 中国人民解放军63768部队，西安 710000
特征点提取与匹配是遥感图像处理中关键的一环，目前成熟的算法大多面向对地成像类型的遥感图像，对于空间目标的遥感图像，没有考虑成像条件与探测平台的影响因素，特征点匹配质量较差。针对空间目标的匹配精度不高这一问题，文章提出了一种基于聚类的特征点匹配算法。首先，根据空间目标的重复弱纹理进行特征点提取与描述，再利用特征点的空间位置进行聚类，并对特征点簇进行匹配；之后将特征点的主方向减去目标整体方向，利用特征点主方向对每一个点簇进行再分组，并完成特征点匹配；最后利用最近邻次近邻比率方法和随机样本一致算法（RANSAC）剔除外点。采用该特征点匹配方法进行的模拟成像数据实验结果表明，对于空间目标图像，基于聚类的特征点匹配较直接匹配，匹配数量的提升最高可达50%，重投影误差优于1/4个像元。文章提出的这一方法使用目前通用的各种特征描述子，能够大幅度提高空间目标图像特征点匹配的数量与精度。
特征点匹配 聚类 结构张量 重复纹理 空间目标 feature point matching clustering structural tensors repeated texture spatial object 强激光与粒子束
2024, 36(4): 043012
