靶定位与束靶耦合技术是激光聚变实验过程中最为关键的技术之一,是关系整个激光聚变实验成败的重要技术。综述了从20世纪70年代至今较为有代表性的各高功率激光驱动装置的靶定位与束靶耦合技术方案,讨论了设计技术方案的基本原则,总结了已有方案各自的优势与缺陷,并对一些新方法进行了展望。

在氧化物限制型垂直腔面发射激光器制备中,刻蚀GaAs/AlGaAs时因异质型材料常出现选择性内蚀现象,这会直接影响后续的氧化工艺及电极钝化的效果。针对因选择性内蚀而出现的“镂空”现象,对湿法刻蚀工艺和干法刻蚀工艺进行详细研究,研究结果表明通过调整刻蚀液体积配比和感应耦合等离子体(ICP)刻蚀下电极射频功率可有效消除“镂空”现象。湿法刻蚀中,当刻蚀液H3PO4-H2O2-H2O各物质体积配比为1∶1∶10时,得到了陡直度较好且光滑的侧壁。ICP干法刻蚀时,通过改变下电极RF功率可调整腔室内的化学刻蚀和物理刻蚀的动态平衡,在下电极射频功率为100 W时,“镂空”现象基本消失,且侧壁陡直度大于80°。

将掠入射改进的Kirkpatrick-Baez (KBA)型X射线显微镜用于研究激光等离子体惯性约束聚变,它由两对正交的反射镜构成。研究了针对掠入射反射系统的光线追迹程序,利用该程序设计了KBA反射镜,得出对于这种双反射镜结构,孔径光阑放在第二块反射镜上结构更紧凑的结论。研究了KBA显微镜的场曲以及俯仰角对成像质量的影响,找出了最优的离焦距离,制定了系统的俯仰角误差。

提出了一种基于空谱干涉和远场的分步式短脉冲激光同步探测方法,先利用空谱干涉捕捉时间同步的大范围,再利用远场实现同步的高精度探测。采用数值模拟对基于空谱干涉和远场的同步探测进行了分析,研究结果证明了该方法的可行性。该方法兼顾了大范围和高精度的特点,且对光强要求不高,能确保大部分能量用于物理实验研究,适用于短脉冲激光系统。同时,该方法可用于等离子体参数诊断、短脉冲激光相干合成等领域的时间同步的测量与控制。

在辐射环境中工作的光纤激光器受到的辐射损伤会导致激光器功率退化,进而引起辐射致产热,从而影响到激光器的正常应用和系统安全。基于此,建立一种辐射环境表征参量与光纤激光器增益光纤内功率、热效应和温度分布的关系模型,开展稳态γ射线作用下掺镱双包层光纤激光器的功率特性及热效应的数值模拟仿真。研究了辐致损耗、辐射剂量、光纤长度以及泵浦方式对输出功率的影响,并对不同泵浦方式下增益光纤内的热效应进行了分析。相关结果能够为光纤激光器的辐射效应研究工作及在辐射环境下的工程应用设计提供参考。

采用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀设备对应用于垂直腔面发射激光器的GaAs/AlGaAs材料进行刻蚀工艺研究。该刻蚀实验采用光刻胶作为刻蚀掩模,Cl2/BCl3作为刻蚀工艺气体,通过实验分析总结了ICP源功率、射频偏压功率和腔体压强对GaAs/AlGaAs材料和掩模刻蚀速率的影响。利用扫描电子显微镜观察不同参数条件对样品侧壁垂直度和底部平坦度的影响。最终在保证高刻蚀速率的前提下,通过调整优化各工艺参数,得到了侧壁光滑、底部平坦的圆台结构。

为了提高半导体激光二极管的输出功率和可靠性,通过在有源区两侧势垒层和波导层之间引入高禁带宽度的GaAsP,抑制有源区载流子的泄漏,极大地改善了器件的性能。研究结果表明:在10~40 ℃温度范围内器件特征温度从原来的150 K提高至197.37 K(-75.76 ℃),峰值波长随温度的漂移系数为0.207 nm/℃;条宽200 μm、腔长2000 μm的9XX nm激光二极管可靠性工作的最大输出功率高达14.4 W;器件在注入电流为7 A时取得71.8%的最大电光转换效率,斜率效率为1.21 W/A。器件在恒定电流下的加速老化测试显示激光二极管可靠性工作寿命达2000 h以上。

全口径环形抛光中方形元件的材料去除率存在从中心到边角位置越来越大的现象,致使抛光工件出现塌角的面形,影响了方形光学元件的面形质量。基于Preston方程,通过改变元件的多种运动轨迹,计算了方形光学元件全口径的材料去除率分布。通过分析发现:使方形光学元件在保持原有自转的同时沿抛光模径向或与径向有一定夹角的方向摆动,且附加在元件整个抛光面上的运动速度保持一致时,可使方形元件的材料去除率分布得更均匀。通过附加这种运动方式可以有效控制方形元件的塌角现象。

采用不同的激光功率在A356铝合金表面进行激光重熔试验,分析了重熔层的组织和显微硬度,并采用三点弯曲试验研究了重熔层的力学性能以及重熔层与基体的结合性能。结果表明:与基体相比,激光重熔层的硬度得到了大幅提升;重熔层中的细晶强化及第二相弥散强化提高了重熔层的强度,延缓了重熔层中第一裂纹的发生;重熔层与基板区域具良好的冶金结合能力,界面区域无裂缝;经激光重熔处理的试样表现出了良好的表面力学性能,在1500 W及2000 W激光功率下获得的重熔层与基体间未出现分层现象。

在激光切割中,辅助气体须与激光束轴线同轴,以确保在每个切割方向上都具有相同的切割质量。但研究发现,辅助气体与激光束轴线处于某种离轴(即不同轴)状态时,可有效提高切割效率,但离轴量对切割过程的影响机理尚不明确。建立了包含切缝的离轴激光切割三维对称模型,采用有限元方法对以氮气为辅助气体的激光切割过程进行数值模拟。通过改变离轴量,分析了辅助气体的气流场结构,研究了离轴量对激光切割过程中辅助气体动力学性能的影响;同时,对不同离轴量下的激光切割仿真模拟结果进行比较和分析,明确了离轴量对激光切割的影响机理,并进行了切割实验验证。结果表明:离轴量会影响辅助气体的动力学性能,合适的离轴量可有效提高激光的切割质量。

为了获得综合性能优良的含氮奥氏体不锈钢激光熔覆层,以经过超高纯氮气处理的固溶渗氮AISI304粉末为原料,采用激光熔覆技术制备了不同氮含量的奥氏体不锈钢熔覆层,并对熔覆层的组织和性能进行了研究。研究结果表明:在激光熔覆过程中存在氮的析出,熔覆层中存在气孔;随着粉末中的氮含量增加,熔覆层中的氮含量逐渐增加,孔隙率先增大后减小,强度明显提高,但断后伸长率逐渐下降。对于采用氮质量分数为0.41%的粉末制备的熔覆层,其氮的质量分数为0.25%,抗拉强度为(856±20) MPa,屈服强度为(747±15) MPa,断后伸长率为(22±3)%,平均显微硬度为280.68 HV0.2;对于采用氮质量分数为0.16%的粉末制备的熔覆层,其自腐蚀电位为0.0777 V,腐蚀速率为1.6198×10 -5 g/(m 2·h),均远优于AISI304熔覆层。

为实现激光在二维平面内高效、均匀烧蚀污渍、清洗靶材,更改激光逐行烧蚀扫描模式,设计了一种激光螺旋式填充路径,控制振镜电机偏转激光使其在平面内的烧蚀呈网状分布。结果表明:对于清洗区域内的任一点,相比于逐行烧蚀,螺旋烧蚀过程中该点区域获得冷却时间,激光热积累效应变弱。逐行扫描速度为单个振镜电机速度,螺旋扫描速度为两电机速度的矢量和。因此,相比于逐行扫描方式,激光螺旋式清洗的效果更加均匀,效率更高。

基于随动进给脉冲电流增强激光熔覆技术在42CrMo合金结构钢基体表面制备了Ni60A镍基合金涂层,研究了脉冲电流对熔覆涂层的影响。结果表明:采用随动进给电极,利用脉冲电流的趋肤效应,将大部分电流引入熔池,提高了电流利用效率,且较近的电极距离大大提高了电流密度,增强了改善效果,有利于制备缺陷少、质量高的熔覆涂层;相对于传统激光熔覆,脉冲电流增强激光熔覆既能提高熔覆效率,又能细化熔覆层晶粒,降低孔隙率,并均匀熔覆层组织,使其由常规激光熔覆形成的枝晶转变成等轴晶;脉冲电流增强激光熔覆试样的孔隙率为0.39%,平均晶粒尺寸约为4 μm,优于常规激光熔覆的0.62%和6 μm;同时采用随动进给电极可以减少熔覆层残余热应力和开裂敏感性,特别是小电极距离特有的高能量密度脉冲电流在熔覆层裂纹尖端形成的绕流效应和焦耳热效应能够实现熔覆层裂纹的在线自愈合,获得无裂纹的熔覆层,从而解决了激光熔覆层易开裂问题。

采用高速摄影技术、宏观金相和焊接电信号采集对激光脉冲电弧复合焊焊缝成形形貌、熔滴过渡和焊接飞溅进行了研究。结果表明:采用激光脉冲电弧复合焊能改善焊缝成形,同时明显改变了焊接电流、电弧电压以及熔滴过渡模式。激光非脉冲电弧复合焊的熔滴和熔池以及熔滴和焊丝之间形成的液桥在过大电磁收缩力的作用下发生爆炸,此外,熔池表面的熔滴在电弧力和内部气体膨胀的作用下发生爆炸,从而产生飞溅。而采用激光脉冲电弧复合焊接工艺能明显降低焊接飞溅,这主要是因为脉冲电弧降低了短路过渡时的电流以及熔池的震荡。

曲面激光熔覆由于搭接率变化,易导致熔覆层厚薄不均。提出了一种自由曲面激光熔覆等搭接率熔道的轨迹生成算法。采用深度相机采集曲面的点云数据,确定一条点云束,对其拟合后作为初始熔道轨迹并根据等距离步长法得到加工点集。采用求交切片法获得垂直熔覆方向的曲面轮廓,在轮廓上搜寻加工点集的等距点。由等距点集拟合出后一道熔覆轨迹,从而保证搭接率相等。重复上述步骤直到轨迹遍历曲面。按加工点的法矢量方向确定熔覆喷头的运动姿态,使喷头轴线始终垂直加工表面。对半球形封头表面进行熔覆实验,结果表明:等间距轨迹规划算法结合喷头的变姿态适配,可获得搭接率一致的曲面熔道;得到的自由曲面激光熔覆层厚度均匀,硬度较高,无明显的道间隆起或凹陷等缺陷。

尖轨作为道岔的重要部件,工作环境恶劣,易出现表面磨损、剥离掉块等缺陷。激光熔覆技术可以显著提高尖轨表面的硬度,从而提高其表面耐磨性,减少表面伤损,延长尖轨的使用寿命。采用半导体激光熔覆工艺,在U71Mn道岔尖轨表面制备了Fe-W-Cr铁基复合激光熔覆层,对熔覆层的组织形貌、物相组成及元素分布进行了检测,并对其硬度、冲击性能与摩擦磨损性能进行了分析。结果表明:铁基熔覆层无明显缺陷,且与道岔尖轨形成了冶金结合,熔覆层内大部分区域为树枝晶,在晶界处分布着网状碳化物;熔覆层的平均硬度为876.8 HV(道岔尖轨用钢为252.3 HV),冲击韧度为2.30 J/cm 2,平均摩擦因数为0.31(道岔尖轨用钢为0.63);在同等的摩擦磨损条件下,铁基熔覆层的磨损量为0.0043 g,仅为道岔尖轨用钢(0.0408 g)的10.54%。半导体激光熔覆工艺使得道岔尖轨表面的硬度及耐磨性能得到了显著提高,从而使其服役性能得到了明显改善。

铝、钢金属在物理化学性质上的巨大差异使得铝/钢异种接头的优质连接成为焊接领域的难点。采用摆动激光热源实现了6061铝合金和316L不锈钢搭接接头的良好连接,研究了激光摆动模式、摆动频率对接头成形质量、界面组织结构及拉剪强度的影响。结果表明:摆动激光能够增加铝/钢界面的连接面积,减小接头的熔深,有效抑制焊缝中的气孔、裂纹等缺陷;同时,摆动激光能使界面温度均匀并增强对熔池的搅拌作用,降低界面处的冶金反应,有效抑制界面脆硬金属间化合物的产生;摆动激光焊接接头的界面组织主要为Fe(Al)固溶体及少量弥散分布的针状FeAl3相;摆动激光焊接接头的最大拉剪强度可达117.5 N/mm,相比于常规激光焊接接头提高了约45%,接头断裂位置为不锈钢与焊缝交界处。

为了研究深冷激光喷丸(CLP)对TC6钛合金阻尼特性及振动疲劳寿命的影响,分别在室温(25 ℃)和深冷温度(-130 ℃)条件下进行激光喷丸实验,然后采用透射电子显微镜(TEM)对激光喷丸处理前后试样的微观组织进行观察,采用频率响应法对试样的阻尼比进行测试,并采用液压振动疲劳测试系统对强化后的试样进行振动疲劳测试,分析CLP处理对试样阻尼特性的影响机制及其与疲劳寿命的关系,最后采用扫描电子显微镜(SEM)对试样的振动疲劳断口进行观察。结果表明:CLP处理在试样表层产生了大量的位错和形变孪晶,可以有效提高TC6钛合金试样的阻尼比及振动疲劳寿命。

采用纳秒激光在金属表面低成本地制备微纳结构,再对其进行改性就可以获得水黏附力具有差异的超疏水表面,但目前对这些超疏水表面液滴冲击性能的研究还尚少,鉴于此,研究了不同脉宽纳秒激光制备的典型超疏水表面的液滴冲击性能。结果表明:采用不同脉宽纳秒激光制备的超疏水表面在液滴冲击时都具有极短的固液接触时间;在相同的参数下,窄脉宽激光制备的超疏水表面具有更高的微米结构,导致液滴冲击时的固液黏附力增大,从而具有相对较长的固液接触时间。

环形抛光是大口径平面光学材料加工的首选方式,特别是在大口径平面光学元件的超精密加工中占有重要地位。抛光盘表面形状是影响元件面形精度的直接因素。为了研究小工具对抛光盘表面材料的去除特性,首先需要准确测得抛光盘的表面形状。采用激光位移传感器采集抛光盘表面螺旋样点的高度,针对实验检测误差进行分析并标定,最终计算得到抛光盘表面的实际形状。借鉴数控小工具抛光方法,建立小工具修正下抛光盘的材料去除模型,通过仿真计算得到了在小工具修正范围内抛光盘的材料去除函数,分析了抛光盘的材料去除特性。最后通过小工具修正实验验证了仿真结果的正确性,为抛光盘的形状修正提供理论依据。

采用反应电子束蒸发技术在不同氧分压下制备了HfO2薄膜,并采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、椭圆偏振仪、X射线光电子能谱仪、1064 nm弱吸收测试仪、1064 nm激光1-on-1损伤测试系统等,对HfO2薄膜的结构、光学性能、化学组分、吸收性能、抗激光损伤特性和损伤形貌等进行了表征和分析。当沉积温度为200 ℃时,所制备的HfO2薄膜为单斜多晶结构,晶粒尺寸约为10 nm。随着氧分压升高,薄膜的氧化程度随之增大,由化学计量比缺陷主导的薄膜1064 nm弱吸收系数变小,同时薄膜结构变得疏松,折射率随之降低。深入研究后发现,在采用反应电子束蒸发技术制备HfO2薄膜时,提高氧分压有助于抑制膜内纳米吸收缺陷和基底亚表面裂纹,提高HfO2薄膜抗1064 nm激光损伤阈值,对制备出基于HfO2薄膜的高性能光学元器件具有重要的参考价值。

单层石墨烯的吸收率非常低,从而一定程度上限制了其在光电子学领域的应用。基于石墨烯的磁光效应,提出利用磁光光子晶体来增强石墨烯吸收率的方案。利用4×4传输矩阵法研究了相关物理参数对石墨烯吸收率的影响。结果表明:通过调节外加磁场可以有效增强石墨烯的吸收率,石墨烯的吸收特性表现出一定的磁圆二色性;调节外加磁场的磁感应强度和费米能量,可使石墨烯对左旋圆偏振光和右旋圆偏振光均具有较高的吸收率,在一定条件下可实现近完美吸收。研究结果为基于石墨烯的高性能磁圆二色性传感器、光吸收器和光电探测器等新型光电子器件的设计及制作提供了理论依据。

不同切割方向的Ho∶YAP晶体的激光输出特性存在差别。针对掺杂浓度为0.5%(原子数分数)的Ho∶YAP晶体开展a、b、c三种切割方向的激光输出特性实验研究。采用最大输出功率为44.3 W的1915 nm掺铥光纤激光器端面泵浦Ho∶YAP晶体,在三种切割方向上均获得了大于20 W的连续激光输出,其中b向切割晶体输出激光的中心波长近2118 nm,最大功率为23.6 W,斜率效率为61.98%,a向切割晶体与b向切割晶体的输出结果相近,c向切割晶体在达到最大输出功率时的中心波长为2129 nm;当采用腔内声光调Q获得脉冲输出时,a、c向切割晶体出现了中心波长偏移和多波长起振现象,而b向切割晶体则获得了中心波长近2118 nm的稳定脉冲输出,且其在重复频率为20 kHz时的最大平均输出功率为22.3 W,脉宽为20 ns,斜率效率为55.22%,光束质量因子分别为 Mx2=1.81和 My2=1.50。选用b向切割的Ho∶YAP晶体更有利于实现稳定且高效的2118 nm连续激光及纳秒级脉冲激光输出。

采用飞秒激光制备了无氢氧掺杂类金刚石膜,研究了环境气压对膜层红外性能的影响,并从掺杂含量、原子键、晶态结构等微观特性方面分析了膜层在含氧条件下的演变。研究发现:氧气氛环境可以提高无氢类金刚石膜中金刚石相的含量,有效降低类金刚石膜的红外吸收,从而增强其红外透射性能;膜层折射率可以由气氛环境自由调控,为多层光学膜的设计提供了匹配手段;氧气氛环境未改变类金刚石膜的非晶结构,不会妨害其红外性能。提出了碳膜在含氧条件下的原子键重组模型,丰富了氧掺杂类金刚石膜的研究,为提升类金刚石膜对红外窗口的增透保护提供了理论分析和实践依据。

毛竹林资源具有高效固碳能力,对全球碳平衡的贡献和碳交易的经济效益使其受到社会广泛关注。由于毛竹林冠层结构复杂和郁闭度高,传统测量手段无法精确测算其蓄积量。基于此,利用三维激光扫描仪获得毛竹冠层的LiDAR点云数据,尝试通过点云密度来估算其蓄积量。研究结果表明:毛竹冠层蓄积量与其竹竿、竹枝的点云密度之间存在一定的数学模型;通过样本检验,毛竹冠层内部竹竿与枝条的模型精度分别可达95.53%和91.36%。

星敏感器作为高精度姿态测量仪器,在轨工作时易受热环境的影响。针对仿真分析难以精确建立星敏感器光-机-热模型的问题,提出了一种星敏感器热稳定性试验分析方法,通过加热真空罐中的安装面和遮光罩来模拟星敏感器的在轨热环境,利用静态光星模拟器模拟星空,通过观察星敏感器输出姿态的变化评价星敏感器的三轴热稳定性。试验过程中通过自准直仪对安装面棱镜的测量值剥离安装面热变形对姿态测量的影响,经过分析后可知误差在4.5%以内。对某型号高精度星敏感器进行试验,结果表明:当遮光罩温度由27.3 ℃升至110.6 ℃时,星敏感器光轴绕x轴的偏移量为2.9″,绕y轴的偏移量为1.2″,绕z轴的偏移量为2.6″;当星敏感器安装支架控温精度为(20±0.3) ℃时,星敏感器光轴的偏移量为±0.18″,满足高精度星敏感器的热稳定性指标。

通过在光子晶体光纤(PCF)包层外侧填镀金纳米膜及PDMS温敏薄膜,设计了一种基于表面等离子体共振(SPR)效应的高灵敏度温度传感器,具有结构简单、工艺成熟、可逆性好的优点。PDMS的有效折射率会随温度的增加而减小,从而引起纤芯模式的损耗峰向短波方向移动。在完全匹配层边界条件下,利用全矢量有限元法分析SPR-PCF的损耗谱特性,实现了温度的高灵敏度精确快速测量。在22~47 ℃的温度范围内,所提传感器的温度灵敏度可达到-8.18 nm/℃,这种传感测量方法能拓展应用于各类安全检测和智能监测领域。

提出了基于远场指标梯度的自适应光学闭环控制模型,该模型使用递归最小二乘来稳定响应矩阵,通过远场指标的梯度信息快速自学习当前的系统状态。结果表明:该模型具有在线实时更新的特点,能够自适应H-S子孔径缺光或质心探测不理想的状态,可在一定程度上改善控制性能。

基于弱光栅阵列技术和相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)设计了一种低成本大长周界安防系统。系统利用光栅位置和时分复用技术实现对振动点的定位,依据光栅反射的回光与其两侧光纤的背向瑞利散射光相干涉的原理,解调得到的振动信号信噪比约为30 dB。使用光栅间距为5 m的光缆进行频率为10~90 Hz的振动解调测试,解调结果显示,系统具有优秀的频率响应特性。同时,对周界安防报警系统的报警算法进行了测试,测试结果表明,该系统的误报率在10%以内,漏报率为0。此系统探测长度可达50 km,远长于现有的光纤周界产品,而且解调方式简单、成本较低,具有广阔的应用前景。

传统重复信号限幅(ISC)技术可以减小非线性LED光正交频分复用(O-OFDM)系统的非线性限幅噪声影响。但ISC系统需要多个LED同时发光,同步和硬件实现复杂,并且误码率(BER)随着信道增益差异的增大而变大。基于此,提出基于单个LED的O-OFDM符号分解串行传输系统,对O-OFDM符号进行限幅分解,然后串行组帧,最后输入到单个LED中。推导了系统理论信噪比表达式,并建立了蒙特卡罗误码率和误差矢量幅度(EVM)仿真模型。结果表明,随着符号分解次数增大,EVM和BER性能显著变好,但通信速率略有下降,并且直流偏置会影响EVM和BER性能。本系统实现简单,避免了信道增益差异引起的BER变差问题。

基于瑞利-索末菲矢量衍射理论和振幅透过率函数,研究了轴锥镜的柱矢量光束聚焦特性。研究结果表明,径向偏振光的矢量聚焦场由径向分量及轴向分量构成,而角向偏振光的矢量聚焦场仅由角向分量构成,同时聚焦场焦深随束腰半径的增大而增加。相较理想情况,锥顶为双曲线时,焦深几乎不变,但光强因干涉效应发生振荡,其依赖于入射光的束腰半径,当径向偏振光束腰半径达到4 mm,角向偏振光束腰半径达到3.5 mm时,振荡现象消失。研究结果为轴锥镜的实际应用,以及进一步完善柱矢量光束聚焦场理论提供了参考。

对比研究缺光子孔径斜率置零复原法和缺光子孔径去除复原法的波前复原误差。首先研究了单子孔径缺光的情况,分析表明:缺光子孔径斜率置零法的波前复原误差呈现随子孔径中心相对全口径中心的半径的增大而增大的规律,即孔径中心部分的缺光子孔径的复原误差小,孔径边沿缺光子孔径的复原误差大;而缺光子孔径去除法的波前复原误差在孔径上分布比较均匀并且较小。缺光的子孔径数目增加后,波前复原误差也随之增加。对比研究了多子孔径缺光的情况,结果表明缺光子孔径去除复原法虽然计算量大,但波前复原误差要小得多。

为实现光学元件表面疵病的三维全场测量,提出了一种数字全息显微扫描成像的检测方法。该方法基于数字全息角谱数值重建算法,获得光学元件表面划痕的相位分布,通过扫描拼接实现划痕的全场测量;然后,在数字全息显微实验装置的基础上增加二维精密扫描部件,对于宽50 μm、深50 nm标准划痕,测得其宽度为49.2 μm、深度为48.9 nm,同时拼接获得该划痕的全场三维形貌。实验表明:该检测方法可实现大视场划痕缺陷的全场三维测试,其宽度和深度测量的相对误差分别为1.6%和2.2%。

针对道路场景下三维激光点云语义分割精度低的问题,提出了一种基于卷积神经网络并结合几何点云多特征的端到端的语义分割方法。首先,通过球面投影构造出点云距离、相邻夹角及表面曲率等特征图像,以便于应用卷积神经网络;接着,利用卷积神经网络对多特征图像进行语义分割,得到像素级的分割结果。所提方法将传统点云特征融入到卷积神经网络中,提升了语义分割效果。使用KITTI点云数据集进行测试,结果表明:所提三维点云多特征卷积神经网络语义分割方法的效果优于SqueezeSeg V2等没有结合点云特征的语义分割方法;与SqueezeSeg V2网络相比,所提方法对车辆、自行车和行人分割的精确率分别提高了0.3、21.4、14.5个百分点。

利用波片进行同步相位延迟,将波片与偏振分光棱镜相结合获得四路相位差为90°的正弦信号,从而将衍射光栅位移传感器的量程范围提升到激光相干长度的二分之一。对两路相位差为180°的信号进行差分处理,可有效避免激光功率抖动、背景光干扰、运放温度漂移等因素带来的影响。最后利用细分插值电路对光路的输出信号构建反正切函数,实现了正弦函数的非线性模/数转换及2.54 nm的位移分辨率。这种具有高分辨率、大量程的位移传感器未来将进一步推动自动化机械设备、电子制造业以及工业智能领域的快速发展。

针对现有基于全波形采样的激光关联成像回波采集数据量大且测距精度和测距分辨率受限于采样率的问题,研究了一种基于超阈值时间(TOT)技术的激光关联成像方法。利用基于TOT技术的时间宽度或峰值反推方法获取回波信号的强度信息,分析了TOT响应阈值选取、激光脉冲宽度、TOT测量误差对激光关联成像重构结果的影响。结果表明:基于TOT技术的回波信号获取方法可以实现激光关联成像;TOT响应阈值选为回波信号峰值的35%、激光脉宽不小于30个采样间隔、TOT测量误差的均方根误差小于1个采样间隔,能够保证较好的重构质量。此外,基于峰值反推获取目标回波信号强度信息的方法比基于TOT的时间宽度表征方法更准确。

常用显微镜、能量色散X射线光谱/扫描电子显微镜等检测熔覆层的微观缺陷。使用这些方法固然能准确地观察裂纹,但是这些技术检测结果的说服力较低。通常以剖面来观察检测,但剖面局部区域并不能代表整个熔覆层的情况,随机性太大且检测区域小,对样品尺寸要求高。为了解决这些问题,利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术检测熔覆层的微观缺陷。制备了不同含量的TiC/Ni35熔覆样品,熔覆后样品出现不同类型的缺陷。在21 mm×4.2 mm的区域内,获取样品表面的特征光谱,使用排列矩阵的方法得到了区域扫描的结果。结果表明:LIBS技术可用于熔覆层微观缺陷的快速表征,根据评估计算得到4号样件缺陷最多,1号与5号适中,2号和3号最少。

以丙烷-空气扩散火焰为研究对象,联合激光诱导荧光与激光诱导炽光,在不同探测波长下,对火焰中多环芳烃(PAH)的二维分布进行测量,分析火焰中PAH荧光信号的分布特征。结果表明:在丙烷扩散火焰燃烧中,小环PAH逐渐变为大环PAH,随后形成碳烟;通过测量火焰不同位置处的荧光时间分辨信号发现,在相同的条件下,荧光波长越大,其对应的PAH环数越多,相对分子质量越大,荧光衰减时间越长;随着火焰高度位置升高,荧光信号的衰减时间受温度升高的影响呈下降趋势。

针对基于指示单光子源的测量设备无关量子密钥分配协议存在基的依赖性问题和信源统计波动问题,研究了基于服从泊松分布的指示单光子源和轨道角动量的量子密钥分配协议,并进行了统计波动分析。分析了对称信道和非对称信道下,该协议的单边传输效率、密钥生成速率与安全传输距离的关系,模拟了信源的统计波动对该协议密钥生成速率和传输距离的影响。仿真结果表明,应用轨道角动量编码解决了该协议基的依赖性问题,提高了密钥生成速率和安全传输距离。统计波动对该协议密钥生成速率的影响随着传输距离的增大而扩大,在脉冲数量相同时,非对称信道下的密钥生成速率、安全传输距离大于对称信道下的。

基于表面等离子体极化激元的传输特性和周期性光子晶体的光学特性,提出了一种在亚波长介质光栅-金属Ag薄膜结构中产生离散态,在周期性光子晶体结构中产生连续态的亚波长介质光栅-金属Ag薄膜-周期性光子晶体混合结构。通过对该结构进行理论分析和传输特性研究,阐述了该结构中Fano共振产生的机理,建立了基于角度调制的Fano共振传感结构模型,并定量分析了结构参数对反射光谱曲线的影响。结果表明:当周期性光子晶体周期层数N=4、光栅周期Λ=258 nm和金属Ag薄膜厚度d0=27 nm时,该结构的品质因数FOM值高达2.11×10 4,角灵敏度S=40 (°)/RIU。该结构为亚波长介质光栅结构中实现Fano共振提供了有效的理论参考,对光学折射率传感结构的设计具有一定的指导意义。

通过引入长锥形增益光纤综合抑制受激布里渊散射和模式不稳定效应,兼顾1030 nm波段信号光放大的高模式不稳定阈值特性,基于全光纤放大器实现了550 W的近衍射极限单频光纤激光输出,整个放大器的斜率效率达80%,最高功率时的光束质量测量值M2约为1.47;系统亮度的进一步提升受限于热致模式不稳定效应。

为了精确地测量阿秒脉冲的特性,自主研制了一套具有高能量分辨率的阿秒条纹相机,该相机采用了电子飞行距离长达2 m的磁瓶式结构电子飞行时间谱仪,可在提高能量分辨率的同时具有较高的光电子收集效率;在该设备的光路系统中实现了NIR飞秒脉冲与XUV阿秒脉冲延时扫描的稳定精度<20 as(均方根)。实验中采用双光选通门技术整形飞秒脉冲的光电场,在氖气池中产生了孤立阿秒脉冲。利用上述阿秒条纹相机测量该脉冲,获得了阿秒光电子条纹谱,通过基于单频滤波的相位重构算法得到159 as的孤立阿秒脉冲。