综述了基于电光材料的光学相控阵(OPA)的研究进展。介绍了光学相控阵技术的基本原理以及不同电光材料(铌酸锂电光晶体,AlGaAs光波导,液晶和掺镧锆钛酸铅(PLZT)电光陶瓷)光学相控阵技术的基本构想和涉及的关键技术; 着重介绍近年来基于PLZT电光陶瓷材料光学相控阵技术的发展情况以及在这方面的最新研究成果,包括单级相控阵、级联相控阵、不同电极结构(表面电极和上下电极结构)相控阵技术等; 最后简要介绍了光学相控阵技术在激光雷达等**领域中的应用。

利用宽带保偏光纤光栅(PFBG)、普通有源光纤和窄带普通光纤光栅构成独立的谐振腔,且窄带普通光纤光栅的中心波长分别与保偏光纤光栅的一个反射峰波长对准,可以输出稳定的双波长/单波长的单偏振激光。利用这一思想,制成了基于非保偏有源掺杂光纤的单偏振双波长光纤激光器。实验结果表明,双波长同时激射时的激光消光比为 46.7 dB,单波长激光的消光比为59.6 dB,滤波出单波长测量其偏振度为98.5%。这种激光器在微波光子领域可用于在光域产生微波。

光码分多址(OCDMA)系统中,编解码器的性能是影响系统整体性能的关键因素之一,而波长漂移会影响编解码的性能。在分析等效相移超结构光纤光栅(EPS-SSFBG)作为光码分多址相位编解码器的基础上,仿真研究了不同码字、不同码长、不同编码带宽、不同编码效率和不同折射率调制深度的编解码器对波长漂移的容忍度(WDT)。仿真结果表明,光源与编解码器之间的波长漂移容忍度较大; 若光源脉宽相对较宽,光源的中心波长偏移编解码器的中心波长一定值时,解码输出的自相关峰旁瓣比(P/W)反而提高; 不同码字、不同编码效率、不同折射率调制深度都会不同程度地影响波长漂移容忍度。

从码字的非周期互相关函数出发,分析异步相干扩时光码分多址(OCDMA)系统的多址干扰(MAI)和差拍噪声(BN)。干扰用户不同的传输时延,非周期互相关强度均值随之变化,差拍噪声和多址干扰也随之变化。给出了差拍噪声和多址干扰与非周期互相关强度均值的关系,讨论了异步相干扩时OCDMA系统的误码率(BER)与非周期互相关强度均值的关系。最后,以码长511的Gold码为例,针对干扰用户之间不同的传输时延,得到了异步相干扩时OCDMA系统的误码率上界与平均误码率性能。在平均误码率情况下,OCDMA系统能支持12个干扰用户,而在最差情况下(误码率上界),系统容纳的干扰用户数不超过4个。

针对无线光通信系统中L级脉冲位置调制(PPM)技术带宽效率较低的问题,结合L级脉冲位置调制技术和L级脉冲宽度调制(PWM)技术,提出了L级脉冲位置宽度调制(PPWM)技术。该调制技术通过适当降低功率效率提高了带宽效率,分析了PPWM技术的功率效率和带宽效率,在弱湍流信道模型下分析了PPWM调制技术的误包率,并与其他调制技术进行了比较。结果表明L级脉冲位置宽度调制技术具有低误码率、高功率效率、高带宽效率和较低误包率等优点。

设计并实现了基于采样光纤光栅的光码分多址(OCDMA)谱相位编解码器。根据等效啁啾原理,采用分段采样啁啾的方法将宽谱光源的不同频率分量在时域上分离并重新组合,并将地址码信息用等效相移的方式引入到不同的频率分量上实现谱相位编码。采用该方法制作的编解码器具有制作简单、工艺要求低的特点,便于系统应用。对该编解码器的性能进行了计算机仿真并与实测数据进行了对比,结果显示该编解码器具有较好的性能。

提出了一种基于数字混沌与偏振移位键控(PolSK)技术的光保密通信系统。该系统选取几种偏振态部分或完全相同的PolSK方式,在系统不同时钟周期,发送端根据实时产生的数字混沌序列选用不同的PolSK方式调制信息,接收端利用同步的混沌序列与相应的PolSK方式解调信息。数字混沌序列的伪随机特性使得该系统的PolSK调制方式呈现无规则变化。当星座点个数不少于6且选用的PolSK方式不少于4种时,可选的PolSK组合超过1060种,系统的密钥空间庞大。用OptiSystem和Matlab软件相结合的方法进行了系统仿真,并做了一定的数值分析。仿真与分析结果表明,该光通信系统通信正常,具有较强的保密性。

介绍了光码分多址(OCDMA)系统和常用的几种编/解码器(E/D)。研究了基于光纤延时线(OFDL)和基于光纤布拉格光栅(FBGs)的可调谐编/解码器,讨论了两种基于光纤延时线的可调方案,对它们的结构和性能进行了分析。讨论了基于光纤布拉格光栅(FBGs)的编/解码器,介绍了光纤布拉格光栅编/解码器的原理和利用压电陶瓷(PZT)调谐光纤布拉格光栅的参数选择。给出了一种基于光纤布拉格光栅阵列的可调谐二维编/解码器结构,并分析了它的主要优点。介绍了基于超结构光纤布拉格光栅(SSFBG)的二进制相移键控(BPSK)编/解码器和可调谐四进制相移键控(QPSK)超结构光纤布拉格光栅编/解码器的构造方法,探讨了光码分多址系统编/解码器的发展前景。

根据磁光材料的非互易特性和波导光栅的滤波特性,介绍了一种磁光波导光栅的非互易滤波特性及其应用。该磁光波导光栅采用法拉第旋转系数为4800 °/cm的掺铈钇铁石榴石(Ce:YIG)材料、单模的脊型补偿墙截面结构和cosine型变迹光栅结构的设计。利用有限差分法和等效折射率法模拟该磁光波导光栅非互易效应的大小,同时结合耦合模理论和转移矩阵法对该磁光波导光栅的非互易滤波特性进行分析。结果表明,对于TE模和1550 nm波段,该磁光波导光栅正反向传输的中心波长偏移0.8 nm,带宽0.4 nm(-20 dB)。这种非互易滤波特性可以用来实现波长选择光隔离器和光分插复用器(OADM)等集成光学器件。

研究了一种采用两个级联外部调制器基于光载波抑制原理产生四倍频毫米波的光纤无线通信(ROF)系统。在中心站利用电混频器产生副载波复用信号,通过第一个外部调制器产生两倍射频(RF)信号的光载毫米波信号,再通过第二个外部调制器产生四倍射频信号的光载毫米波。实验显示采用频率为10 GHz的射频信号源和2.5 Gbit/s的数据基带信号混频通过两个级联外部调制器后产生毫米波的频率为40 GHz,并且在单模光纤中传输距离达20 km,功率代价小于2 dB。

针对脉冲位置调制(PPM)和数字脉冲间隔调制(DPIM)等方法存在的问题,提出了一种新的双宽脉冲位置调制(DD-PPM)方式。在给出其符号结构的基础上,分析了带宽需求、传输容量和平均功率,推导出弱湍流信道下的误包率模型,并将其与开关键控调制(OOK),PPM和DPIM等典型调制方式进行了比较。理论分析和仿真结果表明,DD-PPM不仅比OOK具有更高的功率利用率和更好的差错性能,比PPM具有更高的带宽效率和传输容量,比DPIM具有相近甚至略好的差错性能,而且因符号长度固定,解调时不存在等待或缓存器溢出等问题,较DPIM更易工程实现。因而作为一种折中的调制方式,DD-PPM在无线光通信中有一定的应用场合。

提出用一根掺铒光纤连接两个对称的长周期光纤光栅(EDF-LPFG)对构成的新型全光开关。数值模拟了在交叉相位调制下对应于不同抽运功率的信号光的透射谱; 还研究了在不同光栅的有效折射率调制幅度和光纤吸收系数下,信号光透射率随抽运光功率的变化。导出了器件的阈值开关功率公式。EDF-LPFG对光开关的阈值开关功率比单LPFG光开关的开关功率降低了5个数量级,不到25 mW。

光纤陀螺(IFOG)用相位调制器的残余强度调制(RIM)直接影响标度因子稳定性。对Y波导调制器残余强度调制特性进行了实验测试,根据测试结果给出了残余强度调制特性的近似公式。对开环光纤陀螺,在调制器存在内静电压时,残余强度调制对标度因子稳定性影响的大小与调制器两分支残余强度调制系数的差和内静电压成正比; 对数字闭环方式,残余强度调制不仅直接影响标度因子稳定性,也影响由2π复位环路确定的调制信号最高电压而间接影响标度因子稳定性,影响的大小与调制器两分支残余强度调制系数的差成正比,但与电光系数成反比。提出的三时隙解调方法不仅能消除残余强度调制的直接影响,也能消除通过2π复位环路的间接影响。

分析了基于平行排列3×3耦合器的双环结构全光缓存器的原理,提出了4种全光缓存器的读写方法：正相光脉冲控制法,反相光脉冲控制法,正相电脉冲控制法和反相电脉冲控制法,介绍了0.89 π相移的调节方法,构建了一个环长63 m的光缓存器的实验系统,实验不仅验证了4种读写方法,而且结果表明,当缓存圈数超过20圈时,反相光脉冲控制法是唯一可行的方法,实验还发现使用光脉冲控制法时,为了抑制噪声需要提高控制激光器的偏置电流,使控制光的直流分量在500 μW～1 mW之间,或者注入不同于信号光和控制光的直流光。使用电脉冲控制法时,也必须注入直流光来抑制噪声。

利用自制的光子晶体光纤(PCF),通过逐渐增加抽运脉冲的中心波长λ0,使其主要处于反常色散区,观测到了不同非线性效应作用下的频谱变化尤其是显著的反斯托克斯现象。通过调节耦合光束的入射方向,使光纤稳定输出为第一高阶模。在λ0达到并超过第一高阶模的零色散波长(820 nm)的过程中,抽运波工作在反常色散区,其向反斯托克斯波的能量转化逐渐增强。尤其当λ0超过860 nm之后,反斯托克斯波的强度可达到抽运波剩余强度的5倍,转换效率达到了80%。

声压相移灵敏度是光纤水听器的重要指标之一,提高灵敏度是光纤水听器设计的基本原则。应用正交设计方法对光纤水听器声压灵敏度指标进行优化设计,提出了一种带空气腔芯轴型光纤水听器的三维声压相移灵敏度理论模型,对其灵敏度特性进行了研究。根据提出的结构,制作了探头。通过试验测试,理论模型符合实际测试结果,并且通过极差分析方法得到各种因素对于光纤水听器灵敏度的影响程度,进而得到了优化设计方案。

从光纤中包含五阶非线性效应的扩展非线性薛定谔方程出发,采用分步傅里叶算法,数值模拟了连续光波的幅度受到正弦光扰动的调制后在光纤中演化分裂成超短脉冲串的过程,探讨了五阶非线性效应和正弦调制周期对脉冲串形成和演化特点以及相应频谱的影响。结果表明,与三阶非线性相比,正五阶非线性使形成超短脉冲串的最佳光纤长度缩短,形成的单个脉冲宽度更窄、峰值功率更高,负五阶非线性则相反。正弦调制周期将影响脉冲串的重复率和最佳光纤距离。随传输距离的增加,单个脉冲可能分裂成两个甚至三个分脉冲,在主脉冲之间还可能出现一定数量的峰值功率弱的次脉冲。就频谱特性而言,正(负)五阶非线性可增多(减小)光波频率成分、加宽(窄化)频谱; 视主脉冲有无分裂以及次脉冲的存在与否,频谱的形状也会不同。

从理论上推导了色散渐减同时非线性渐增原理可以压缩脉冲的结论,并利用对称分步傅里叶方法研究了在不同色散渐减与非线性渐增比值下所得压缩脉冲的压缩比与基座性能,数值结果表明,非线性渐增原理最有利于脉冲压缩,而已有的基于色散渐减原理压缩脉冲的方法是压缩比最低的情况。通过和色散减渐方法压缩脉冲相比,表明利用非线性渐增方法可以在获得几乎相同的压缩比与更小的基座能量的同时将所需光纤长度缩短为原来的一半。

基于菲涅耳反射原理和光时域反射(OTDR)技术,提出了一种新型的、结构简单的准分布式光纤温度传感器。传感器由两个端面抛光的光纤对接构成,并在两端面间隙中填充温敏材料。传感器周围温度变化改变温敏材料的折射率,从而引起菲涅耳反射强度的变化。将三个传感头串联,利用OTDR探测各传感器菲涅耳反射的微弱变化实现温度传感和传感器定位。在-30～80 ℃范围内,随着温度升高,该系统各个传感头的菲涅耳反射强度单调增大,且温度传感特性具有良好的重复性,同时具有极低的附加损耗。

光纤布拉格光栅(FBG)中心反射波长随温度变化会发生漂移,影响光纤激光器输出波长的稳定性和光纤光栅传感器精度。为消除光纤光栅中心波长温漂特性,设计了一种新型光纤光栅温度补偿装置,详细阐述了其工作原理,并理论推导了点胶位置的计算公式。这种新结构易调整光纤光栅粘结位置,从而可调整光纤光栅温度补偿有效长度。为验证结构设计和理论分析的正确性,搭建了实验系统,并对封装前后光纤光栅中心反射波长温度漂移率进行了测试。测试结果表明,在-30～70 ℃温度范围内,封装前光纤光栅中心反射波长的温度漂移率为0.0095 nm/℃,封装后中心反射波长温度漂移率仅为0.0002 nm/℃,温度稳定性提高了约40倍。

设计了一种三芯光子晶体光纤(PCFs)偏振分束器。利用光纤的谐振现象,实现了偏振状态的分离。当三芯光子晶体光纤中三个超模式的模式折射率满足一定条件时,将产生谐振现象。通过选择合适的光纤结构参数,可使某一偏振方向的光接近谐振条件,而另一偏振方向的光远离谐振条件。在光纤的输出端,由于耦合的程度不同,两个偏振光的功率集中在不同的纤芯区,从而达到分离偏振光的目的。应用有限元法(FEM)计算了三芯光子晶体光纤中的模式折射率,选择了合适的光纤结构参数。应用全矢量光束传播法(BPM)分析了这种光纤偏振分束器的性能。结果表明,在1.55 μm工作波长上,长度为1.039 mm的光纤即能实现偏振状态的隔离,隔离度达到-36.98 dB,隔离度<-11 dB的带宽可达到24 nm。

多模光纤(MMF)已成为“最后一千米”短距离通信的理想介质,但多模光纤的模间色散限制了其传输能力。模式群分集复用(MGDM)是种光路的多输入多输出(MIMO)技术,该技术利用多模光纤中不同的模式群作为相互独立的信道来传输多路信号,极大地提升了多模光纤的传输能力。设计实现了一个基于75 m梯度型多模光纤(GI-MMF)直接检测的两路MGDM通信系统,不同模式群的激发利用选择模式激发实现,利用偏置连接器和多模耦合器实现模式群的复用及解复用,并利用该系统实现了模拟视频信号和非归零码(NRZ)数字信号的传输。

在自行研制的具有恒温加热进样系统的激光质谱仪上获得了262～272 nm波段气相氯苯的(1+1)共振增强多光子电离/飞行时间质谱(REMPI-TOFMS)。研究表明,该波长范围内获得的光激发谱的光谱结构是氯苯第一激发态1B2(S1)振动能级的反映,对其中14条谱线进行了尝试性指认。分析了氯苯在266 nm波长处不同激光能量下的光电离质谱特点,讨论了造成77C6H+5质谱的非对称增宽的原因。实验研究了266 nm波长处氯苯分子离子信号强度与样品浓度之间的关系,估算出氯苯的探测限为ng/L量级。

利用相干激光雷达探测目标微动特性技术是一种以单频激光为光源,用外差探测的方式实现对低速、低频多个运动物体进行微多普勒信息提取和识别的技术。以波长为1.064 μm的窄线宽单块激光器为光源,发射激光经过模拟长距离传输的4 km的光纤延迟,照射到以扬声器的发声单元和电动平移台为目标的微动物体上,目标反射的激光会聚进入单模光纤,参考光与信号光通过3 dB光纤合束器线性耦合进入同一根光纤,并在探测器表面进行相干。用于接收相干信号的探测器的接入方式为光纤输入,带宽为3.5 GHz。利用时间-频率域联合描述的方法对数/模(A/D)采样后的数据进行分析。在4 km光纤延迟时,本系统最低探测速度为0.5 mm/s,速度分辨率达到毫米每秒量级,频率分辨率达到千赫兹量级。利用微多普勒信息探测技术,实现了探测物体表面的微动状态信息和识别运动状态的目的。

大气折射率是影响光电探测领域测量精度的重要因素。为了提高光电测量精度,提出利用纯转动拉曼激光雷达信号反演低层大气折射率廓线的方法。通过接收N2和O2的纯转动拉曼回波信号,由双光栅单色仪分光后获得高低量子信号。根据高低量子信号的比值反演得出大气温度和大气压强廓线,从而获得大气折射指数垂直分布。通过与折射指数理论模型相比较,表明纯转动拉曼激光雷达反演对流层折射指数有较高的精度。给出了多组折射指数廓线的反演结果,得出多天夜晚不同时刻折射指数的特性。结果表明一天中不同时刻折射指数变化较小,7.5 km内最大相对误差约为0.4%; 不同月份之间折射指数波动较为明显,4.5 km内相对误差可达3.5%左右。

把固体染料激光器工作介质激射寿命的概念推广到液体染料激光器中,同时提出了一种针对液体激光染料激射寿命的双激光光路测试方法。该方法使用波长为532 nm的Nd:YAG脉冲激光器作为抽运光来模拟染料激光器中的抽运条件,用波长相同的低功率连续激光作为监测染料分子在抽运光作用下失效速率的手段。利用半导体制冷器件,PID温控仪和水浴槽实现了液体染料的恒温控制。测量了激光平均功率密度从6.3×103～2.2×104 W/m2变化范围内R6G染料乙醇溶液的激射寿命。实验结果表明,染料的激射寿命与抽运光功率密度成反比,比例系数可以解释为染料分解一半时,分子单位吸收截面上累积的辐照能量。用该系数表征染料的激射寿命特征更具有普遍意义。

实验研究了基于多周期的掺镁铌酸锂晶体光参量振荡器(OPO),分析了光学参量振荡器的输出光谱特性。实验中,采用激光二极管(LD)端面抽运的声光调Q Nd:YVO4激光器作为光参量振荡器的抽运源,谐振腔采用双凹腔结构。在调Q开关重复频率为10 kHz,周期极化掺镁铌酸锂(PPMgLN)晶体的温度为25.4 ℃的条件下,实验测得光学参量振荡器的振荡阈值为110 mW。当输入的抽运光的平均功率为325 mW时,获得了平均功率为84 mW的信号光输出,其光-光转换效率为25.8%。通过改变周期极化掺镁铌酸锂晶体的温度(25.4～120 ℃)和极化周期(28.5～30.5 μm),实现了信号光在1449.6～1635 nm范围内的可调谐输出。在室温25.4 ℃时,观测到了抽运光与信号光的和频光的光谱。实验结果表明,光参量振荡器输出光谱的半峰全宽(FWHM)小于0.5 nm。

实验研究了激光二极管阵列(LDA) 侧向抽运国产Nd:YAG陶瓷棒的准连续及被动调Q激光输出特性。该陶瓷激光器采用LDA侧面紧密环绕均匀排布的抽运结构, 陶瓷棒抽运区域长度为20 mm,其总尺寸为3 mm×35 mm,掺杂原子数分数为～1% 。在千赫兹准连续运转条件下,当平-平谐振腔的输出耦合镜透过率为47.3%时,获得最大平均功率23 W的1064 nm激光输出,光束发散角为4.5 mrad,斜率效率达12%。在谐振腔内插入Cr4+:YAG晶体作为被动调Q开关,成功地实现了陶瓷激光器千赫兹重复频率调Q激光脉冲输出,当Cr4+:YAG晶体初始透过率为60%时,输出激光脉冲宽度(半峰全宽)可窄至14.5 ns,调Q动静比约为40%。

针对顶发射有机发光二极管(TEOLEDs)中的微腔效应会增加蓝光波段TEOLEDs的制作难度这一问题,提出利用高透明金属阴极并结合在阴极表面生长增透膜的方法来减小二极管阴极的反光性,从而抑制二极管中的微腔效应(这里主要是指多光束干涉); 同时利用宽角干涉对器件结构进行设计来改善二极管的蓝光强度,制备了基于有机蓝光材料4,4′-bis(2,2′-diphenylvinyl)-1,1′-biphenyl的顶发射有机发光二极管; 优化了增透膜的厚度,研究了增透膜对于二极管电光性能的影响; 得到了性能(亮度、效率、色纯度等)可以与底发射有机发光二极管相比的蓝光波段TEOLEDs。

基于索末菲(Sommerfeld)衍射积分公式,对色散介质中超短脉冲厄米-高斯光束在相位奇点附近的光谱异常行为进行了研究,并与真空中的光谱异常行为进行了比较。结果表明,超短脉冲厄米-高斯光束的轴上光谱蓝移,蓝移大小与群速度及脉冲宽度有关,而与群速度色散无关。色散介质中的相对光谱移动略小于真空中的相对光谱移动,脉冲宽度越大,相对光谱移动越小。光谱开关的位置与横向距离、传输介质和厄米函数阶数m, n有关,而与脉冲宽度无关。光谱开关的横向距离小于真空中的相应阶的光谱开关的横向距离,并且随光谱开关的阶数增加,真空和色散介质的相对光谱移动均缓慢减小。

为扩大数字全息的测量视场,使数字全息可以应用于大物体三维形貌的测量,利用菲涅耳离轴数字全息,让照明光依次照明物体的各个区域并分别记录全息图,利用精密电控旋转台精确控制参考光的入射角以保证每次记录时物参角不变,通过参考光入射角的变化量确定物体不同被照明区域之间的位置关系,对获得的物体去包裹的相位图进行拼接,进而得到整个物体的三维形貌。利用该方法测量了大小为11 cm×19 cm的石膏嘴的三维形貌,图像拼接的绝对拼接误差远小于1.14 mm,高度测量误差约为0.5 mm,实验结果说明这种测量方法能够有效地扩大数字全息测量物体三维形貌的视场并且具有和横向分辨率相当的拼接精度。

高频率、大范围和高精度是现代卫星/月球激光测距(SLR/LLR)的发展趋势,需要高精度事件计时器作为其时间测量单元。分析研究了事件计时器测量时间的原理,并基于时间数字转换 (TDC)和现场可编程门阵列 (FPGA )技术,用TDC芯片测量微小时间间隔,同时结合FPGA芯片设计和实现整个高精度事件计时器。进行了信号周期测量实验,结果表明,该测量仪准确度高,标准偏差值优于50 ps,系统误差小于11 ps,量程为24 h,温度漂移小于100 fs/℃,短期稳定性好于±3ps/h。

用热舟蒸发法结合修正挡板技术制备了355　nm LaF3/MgF2增透膜,并对部分样品进行了真空退火。采用Lambda 900光谱仪测试了增透膜的低反光谱和透射光谱,并考察了其光谱稳定性; 使用脉冲8 ns的355 nm激光测试了增透膜的激光损伤阈值(LIDT); 采用Normarski显微镜对增透膜的表面缺陷密度和破斑形貌进行了观察。实验结果表明,制备得到的增透膜的剩余反射率较低,光谱稳定性好; 真空退火对增透膜的激光损伤阈值没有改善; 增透膜的破环形貌为散点形式,结合破斑深度测试表明薄膜的破坏源于薄膜和基底界面的缺陷点。JGS1熔石英基底由于有好的表面状况、固有的高激光损伤阈值和以其为基底的增透膜具有更低的表面场强,使得其上的增透膜有更高的抗激光损伤能力。

用直流磁控溅射法制备透明导电锡掺杂氧化铟(ITO)薄膜,靶材为ITO陶瓷靶,组分为m(In2O3):m(SnO2 )=9:1。运用分光光度计、四探针测试仪研究了基底温度对薄膜透过率、电阻率的影响,并用X射线衍射(XRD)仪对薄膜进行结构分析。计算了晶面间距和晶粒尺寸,分析了薄膜的力学性质。实验结果表明,在实验设备条件下,直流磁控溅射ITO陶瓷靶制备ITO薄膜时,适当的基底温度(200 ℃)能在保证薄膜85％以上高可见光透过率下,获得最低的电阻率,即基底温度有个最佳值。薄膜的结晶度随着基底温度的提高而提高。

为提高焊接过程的稳定性,拓展最佳的工艺参数范围,采用能量均匀分布的矩形光斑对V形及Y形坡口的钛/铝异种合金进行激光熔钎焊(LWB),获得了在不同线能量条件下的界面微观组织及接头的力学性能。采用扫描电镜(SEM)及金相显微镜对接头界面的微观组织进行观察,结果发现,界面反应层厚度依赖于焊接线能量大小,并且从接头的上部到下部逐渐变薄;界面反应层厚度的不均匀分布对接头的力学性能有很大影响。根据抗拉强度测试的结果发现Y形坡口的焊接接头存在着混合型断裂、焊缝处断裂和界面处断裂三种断裂模式,而V形坡口的焊接接头存在着焊缝处断裂和界面处断裂两种断裂模式; 接头的最高抗拉强度为290 MPa,可达铝母材的80%以上。

通过Nd:YAG激光辐照碳纤维/环氧树脂复合材料过程的高速摄像观测,得到了不同辐照功率密度下烧蚀过程中的主要现象。发现在低功率密度(50 W/cm2)下,主要是表面烧蚀机制,不会发生燃烧现象,在长时间辐照下,由于表层附近出现轻微的聚合物焦化分解,表面层出现粉末状和漂絮状的碳粉缓缓弥散空气中; 在中等功率密度(300 W /cm2)下,体烧蚀机制占主要地位,内层分解气体喷出,在空气中点燃引起表面燃烧,主要燃烧表面聚合物; 在高功率密度(4500 W/cm2)下是以表面烧蚀为主的质量迁移机制,在极短的时间(0.001 s)内表面层被破坏,瞬间燃烧,光斑中心出现喷射式的气化等离子体现象,并出现逐层烧蚀和各向异性热传导引起的烧蚀区形貌变形等现象。

采用15 kW CO2激光器对1.8 mm厚的热镀锌薄板B450LAD进行了高功率激光焊接。对工艺优化后所得到的4组焊接工艺规范参数的焊接接头进行宏观与微观组织分析、显微硬度试验以及拉伸力学性能试验。结果表明,在激光功率5.8～12.9 kW以及焊接速度3～7 m/min参数下,1.8 mm厚B450LAD镀锌钢板均可获得成形良好、无缺陷的焊缝; 焊缝截面呈上宽下窄的倒梯形,热影响区(HAZ)相当窄; 焊缝熔化区组织均为马氏体、细晶区组织为少量马氏体和铁素体; 其焊缝中心显微硬度约为母材(BM)的2倍; 焊接接头具有良好的拉伸力学性能,且4种拉伸试样均断于母材处。实验的4组工艺参数可作为此钢材不同应用场合下高功率激光焊接的工艺参考。

为了区分和识别不同门和属的浮游植物,以coiflet2小波函数(coif2)为基函数对4个门类9个属的12种浮游植物的三维荧光光谱进行分解,选取第三层尺度分量作为浮游植物识别特征谱。不同门类和属(种)的浮游植物的特征谱具有明显的特征差异。Bayes判别分析结果表明,此类特征谱对浮游植物在门类层次上的总分类正确率可达99.0%,属层次上的总分类正确率可达97.4%。以聚类分析法确立浮游植物特征谱的标准谱库,以此为基础,利用线性回归法(非负最小二乘法解析)建立浮游植物荧光识别测定技术。该技术对单种浮游植物样品在门类及属层次上的识别正确率均大于98.0%,当加入10%或20%的随机噪声时,在门类及属的层次上的识别正确率分别大于98.0%和85.0%; 对浮游植物混合样品中的优势种在门及属的层次上的识别正确率均为100%。

利用基于小波熵的动态散斑方法研究了白蛋白的热变性过程。采用CCD相机得到了白蛋白热变性过程中的动态散斑图序列; 用动态散斑图序列生成了时序散斑图(THSP),再以小波熵为参数,将THSP的每一行分为8个时间窗口,利用db4正交小波对每个窗口进行了三级小波分解,得到了256×256×8的三维小波熵值矩阵。对小波熵值矩阵图像化为8幅256×256的灰度图,直观分析了动态散斑信号的变化规律,进而分析了白蛋白热变性过程中蛋白质分子系综的运动特性。结果表明,利用基于小波熵的动态散斑方法,能对白蛋白热变性过程中蛋白质分子的运动及凝聚过程进行初步的定量分析和研究。该方法是研究溶液中微粒运动的有力手段。

在展宽器中,光谱的剪切情况非常重要,它直接影响输出脉冲的质量。以ffner展宽器为例,参照以往建立的光线追迹模型,建立了分析展宽器中光谱剪切的模型。发现当展宽器的参数确定好后,光栅放置的位置对激光脉冲光谱剪切有非常重要的影响。当光栅相对于光轴中心对称放置时,展宽器容许通过的光谱相对于激光中心波长将是非对称分布的,即此时在展宽器中发生的光谱剪切为非对称光谱剪切,在神光II第9路拍瓦激光装置中,这种非对称光谱剪切将使输出脉冲对比度下降一个数量级。为了使展宽器中通过的光谱相对于激光中心波长对称分布,需要将光栅相对于光轴非中心对称放置。