报道了采用1064 nm激光抽运掺MgO周期极化LiNbO3(PPMgLN)晶体准相位匹配(QPM)技术实现高效率红外激光输出的实验结果,理论计算了PPMgLN晶体准相位匹配温度调谐曲线。抽运源为激光二极管连续(CW)抽运Nd∶YAG晶体声光调Q 1 μm激光器,PPMgLN晶体(MgO摩尔分数为5%)单谐振光参量振荡技术采用e→e+e相位匹配,消除了光束之间的走离效应和利用了PPMgLN晶体的最大非线性系数d33(27.4 pm/V)。在1064 nm激光抽运功率104 W,声光Q开关工作频率7 kHz和PPMgLN晶体工作温度110 ℃条件下,获得了平均功率62.7 W红外激光输出,斜率效率71.7%,其中中红外波长3.84 μm激光输出功率16.7 W,近红外波长1.47 μm激光输出功率46 W。

采用连续激光二极管端面抽运的全固态激光器结构,实验研究了新型电光晶体磷酸钛氧铷(RTP)作为Q开关时的电光调Q特性。在重复频率30 kHz,抽运功率24 W时,得到了最大平均输出功率6.7 W,相应脉冲宽度7.8 ns,峰值功率28.6 kW的稳定脉冲序列输出,脉冲能量不稳定度小于5%,斜率效率为34.9%。与同样条件下硅酸镓镧(LGS)电光Q开关的特性进行了比较,发现RTP电光Q开关输出指标优于LGS电光Q开关,并且RTP电光晶体的驱动电压明显低于LGS电光晶体,降低了系统功耗,具备作为三维扫描成像激光雷达发射光源的潜力。

报道了Er³⁺/Yb³⁺共掺双包层光纤作为增益介质的全光纤环形腔激光器。用性能稳定,中心波长为976 nm的高功率半导体激光器作为抽运光源,利用光纤的非线性偏振旋转效应产生可饱和吸收体的锁模机制,通过调整抽运功率和偏振控制器的状态,实现了被动调Q,调Q锁模和连续锁模的运转状态,其中调Q重复频率7.583-32.86 kHz,连续锁模重复频率为8.843 MHz。实验还观察到各种运转状态的光谱都为带状光谱,对这种现象进行了简单的分析。

研究了消逝波激励的回音壁模式(WGM)光纤激光器的偏振特性。实验发现,在抽运光以偏斜光线方式沿光纤的近轴向抽运时,回音壁模式激光既存在横电(TE)波又存在横磁(TM)波;对径向模式数(l)和角模式数(n)相同的回音壁模式,TE波和TM波之间的波数差随增益包层溶液折射率的增加而单调地减小。根据消逝波激励的WGM光纤激光的激励机制,结合圆柱型微腔中确定WGM共振位置的解析渐近公式,合理地解释了观察到的实验结果。

介绍了随机并行梯度下降(SPGD)算法,并设计了基于此算法的两路主振荡并联放大相干合成(MOPA-CBC)实验系统。该系统采用10 W级掺镱光纤放大器引入相位误差,同时采用铌酸锂相位调制器进行校正。开环时,分析了放大器工作在不同状态下系统中的相位噪声。闭环后,得到了稳定的相干合成光束,合成光束的平均亮度提高到之前的1.5倍,相位平移峰谷(PV)值降低到100.8 nm,系统校正精度达到1/(10λ),控制带宽约为100 Hz。实验结果表明,SPGD算法能有效地发挥锁相控制功能。

介绍了一种命名为吸收光谱测温法的方法,结合激光束气体吸收理论,对HF/DF化学激光器热平衡流场的吸收系数与温度关系进行了理论分析。利用电激励连续波选线HF激光器的1p9,1p8两条单谱线作为探测光源,实验测量了一台电激励连续波HF/DF化学激光器增益区下游流场的透射率随注入氢气流量变化的曲线,推测出HF气体流量,并结合流场压强等其他数据,通过吸收系数公式计算出加入过量氢气后流场的温度变化范围。对计算结果及误差来源进行了分析。该方法可用于气流激光器、发动机燃烧室等的气体流场温度测量。

针对大功率激光器散热需求,设计了大高宽比小槽道散热器,并用去离子水为工作介质对其换热性能进行实验研究。结果表明,当散热面温度为70 ℃,流量为58.2 L/h时,3 mm高槽道散热器散热能力达3×106 W/m2;当流量一定时,不同高度的槽道散热器的表面温度和散热量成线性关系,但槽道高度存在最佳值;研究给出了槽道换热的努塞尔数(Nu)与雷诺数(Re)、槽道高宽比、槽道长径比和普朗特数(Pr)经验关系式,能较好反映该类散热器散热特性;槽道散热器的平均热阻随流速增加而降低,还与槽道高度有关;槽道散热器存在最佳流速和最佳高度。

通过神经网络(NN)建立了调Q激光器的优化设计模型。利用典型的谐振腔参数和抽运参数由速率方程进行数值求解,获得激光器的输出数据,形成神经网络的训练样本。通过这些样本对反向传播(BP)神经网络进行训练,从而建立起一个联接激光器的结构参数和激光器输出性能参数的BP神经网络。利用该网络能够由激光器输出参数对激光器结构参数进行预测,完成激光器的快速设计,在Pentium 4 2.4 GHz的计算机上训练用时为2.96 s。测试数据显示,测试值和预测值的峰值功率、光束质量、脉宽的标准差分别为3.1%,3.4%,5.8%。结果表明,利用BP神经网络依据激光器的输出要求参数进行反向设计,预测出的激光器结构参数和抽运参数误差小,实验数据能够很好吻合。

Sagnac型静态干涉成像光谱仪中,Sagnac棱镜的加工对旋误差对仪器的光谱分辨率会造成一定影响,甚至会引入虚假谱信息。为了进一步提高光谱仪的光谱分辨率以及校正虚假谱,重点推导了Sagnac棱镜在加工过程中由不对称半五角棱镜在胶合过程中产生的对旋误差与由该误差而引起的棱镜剪切量变化之间的关系,分析了对旋误差对光谱仪重构光谱的影响,提出了采用Forman卷积法对该影响进行校正的方法。采用氢灯进行实验,结果表明,该校正方法对虚假谱的抑制作用明显,且可显著提升光谱分辨率。

运用时域太赫兹波谱法,低温(10 K)高电场下本征砷化镓中受飞秒激光脉冲激发的电子所辐射出的太赫兹波被准确地测量出来。从样品中辐射出的和电子加速度/减速度成正比的太赫兹电磁波,表现出双极特性。通过分析砷化镓中辐射出的太赫兹波的傅里叶变换谱,在实验上得到阶跃电场下的砷化镓内因电子谷间散射而引起的增益极限频率,可以达到约750 GHz(10 K)。同时通过测量极限频率和温度的关系,发现极限频率是电子经由纵光学声子从L谷到Γ谷的散射能量弛豫过程所需要的时间决定的。通过理论计算电子在Γ谷的弹道加速、电子谷间散射和电子经由纵光学声子连续散射在Γ谷的弛豫等过程的时间得出的增益极限频率与实验值吻合得较好。

提出了一种新颖的面向激光投影的微光机电系统(MOEMS)光栅平动式光调制器(GMLM),利用衍射原理对光进行动态调制,具有较简单的工艺和投影光学系统。介绍了GMLM的光调制原理和以GMLM阵列为核心器件的投影光学系统的构成。建立了GMLM的等效光学模型,用标量衍射方法推导出了GMLM经过投影光学系统成像的夫琅禾费衍射图样复振幅分布。搭建了GMLM投影演示系统,进行了静态投影和动态投影实验。实验验证了上述公式的正确性,并且验证了GMLM光调制原理和投影成像原理。

随机并行梯度下降(SPGD)算法是一种无波前探测自适应光学(AO)控制技术,具有很强的应用潜力。设计并实现了基于现场可编程门阵列(FPGA)的SPGD算法处理机,使用热风式湍流模拟装置产生动态波前扰动,搭建了61单元自适应光学系统SPGD算法动态波前畸变校正实验系统。用于性能指标测量的CCD帧频为2900 Hz,SPGD算法处理机迭代速度可达近千次每秒,自适应光学系统实现了对动态波前畸变的补偿。实验结果表明该自适应光学系统对动态模拟湍流具有良好的校正效果,闭环后的性能指标比开环时平均提高了30倍以上,远场光斑峰值平均提升了10倍。通过对性能指标的频谱分析,表明该基于SPGD算法的自适应光学系统的有效带宽为10 Hz。

设计了基于非制冷探测器工作的=100 mm,D/=1,2w=5°的中波红外光学系统。该光学系统结构简单紧凑,具有较大的相对孔径,能够在-20-60 ℃空间环境温度变化范围内保持良好的成像质量。光学系统选用了佩茨瓦尔结构型式,通过材料的选择以及光焦度的合理分配,实现了光学被动消热差。采用折衍混合透镜,简化了整个光学系统的结构,减小了系统体积和重量。此外,该系统还具有较大的后工作距。

根据非成像光学理论,从能量传递的角度分析了发光二极管(LED)抛物反射器几何参数与LED绕垂直于光线传播方向轴旋转角度对能量收集率的影响,建立了统一的抛物反射器的光能利用率与几何参数及LED旋转角度的解析表达式。分析结果表明,利用光学扩展量来评价LED抛物反射器的能量收集率是合理的;通过旋转LED光源,可进一步提高光能收集率,抛物反射器的几何参数不同,其最佳的旋转角度也不同。仿真模拟结果与理论分析结论基本一致。

为了测量波长在0.2-2 nm范围内的金丝内爆X射线的空间分辨光谱,利用椭圆自聚焦原理,研制了一种椭圆晶体谱仪。季戊四醇(PET)(002)椭圆弯晶作为色散分析元件,其离心率为0.9480,焦距为1348 mm,布拉格角范围为30°-67.5°。设计了半径为50 mm的半圆型胶片暗盒,内装X光胶片接收光谱信号。在“阳”加速器装置上先沿X射线水平方向进行摄谱实验,然后将谱仪沿X射线轴旋转90°,再进行金丝内爆实验。两次实测金丝内爆等离子体X射线的跃迁光谱相符,谱线分辨率(λ/Δλ)达300-600。实验结果表明该谱仪适合金丝内爆等离子体X射线的光谱学研究。

提出了由棱镜波导耦合装置测量得到的条形波导有效模折射率确定其二维(2D)折射率分布的方法,其中条形波导样品是在磷酸盐玻璃基底上用离子交换方法制备的,采用不同交换时间和不同掩膜开口宽度制备出不同的折射率渐变分布条形波导。计算过程是先给定条形波导二维折射率分布的拟合函数及参数,按照Wentzel-Kramer-Brillouin(WKB)方法和有效折射率方法,由二维折射率分布的拟合函数计算出条形波导的有效模折射率,并将计算出的有效模折射率与测量值进行比较,通过调整修改折射率分布拟合函数中的参数,使有效模折射率的计算值与测量值接近,从而确定出被测条形波导的折射率分布。在掩膜开口宽度、离子交换温度和时间等制备工艺参数与形成的条形波导的折射率分布参数之间建立联系,为可重复性制备高质量的波导器件提供可靠的制备工艺参数。

应用偏振分析器精确测量太阳光的偏振状态,并利用塞曼效应原理可以反演出太阳大气中的磁场形态,进而可以研究太阳黑子、耀斑及日冕物质抛射(CME)等活动现象。近红外波段观测是太阳物理研究的前沿领域,研制该波段偏振分析器可以获得比可见光更为丰富的信息,有利于解决太阳物理的基本问题。用一片λ/2与一片1 λ可调相位延迟向列液晶波片(LCVR)组合,作为电光调制系统,并选用近红外波段消光比为10-5的偏振片作为检偏器,构成近红外偏振分析器。建立了精度为±0.01 ℃恒温控制系统。设计了电光调制方案,并对液晶波片的相位延迟与驱动电压的对应关系进行了精确定标。误差分析表明该方案交叉串扰(crosstalk)可到10-3量级,满足设计需求;与传统电光晶体KD*P等相比,液晶波片具有仅需低压调制、相位延迟连续可调、近红外波段透过率高、能够形成大口径等优势;同时由于无需机械移动部件,因而测量各斯托克斯(Stokes)参量间切换速度达到了毫秒量级,比机械移动调制形式的速度提高了2个数量级,从而可提高仪器测量的时间分辨率。

介绍了量子密钥分发(QKD)系统及该系统中的单光子探测器,说明了为降低单光子探测器的暗计数而开发的收发端的激光同步系统。该同步系统由同步激光发射与接收方的激光甄别器组成,详细讲述了其中的同步激光甄别器各部分的制作,包括光电转换器、前置放大器、电压甄别器、电平转换电路4个部分。给出了最终的测试情况,通过长时间的测试实验证实了其工作稳定可靠、甄别性能良好,未发现误触发和漏触发。目前,该同步信号甄别器已成功地应用于量子密钥分发系统中,很好地实现了收发双方的同步,保证了单光子探测器的低暗计数和成码率。

提出了一种新型的基于普通单模光纤的太赫兹辐射源。采用频率差在太赫兹范围的双波长激光器进行抽运,利用光纤的四波混频效应,得到结构紧凑、同时频率可调的连续波太赫兹辐射源。采用耦合波理论,详细分析了普通单模石英光纤中的四波混频过程,得到了太赫兹波输出功率的解析表达式。结果表明,抽运功率为1 kW时,可获得的太赫兹辐射峰值功率达到60 mW。该方案提供了一种新型的高功率、紧凑型、连续输出的太赫兹辐射源。

为了减小四频差动激光陀螺(DILAG)的磁灵敏度,提出了一种工作点控制方法,并比较了同一陀螺分别采用传统光强差稳频和新设计的工作点控制方法时磁灵敏度的差异。对两个异面腔四频差动激光陀螺进行的实验研究表明,在0-0.06 mT的磁感应强度范围内,采用传统光强差稳频时,两个陀螺的磁灵敏度分别为62.7和111.3(°)/(h·mT)。改用工作点控制电路后,两个陀螺的磁灵敏度分别改善到0.9和1.6(°)/(h·mT)。表明电子控制装置对陀螺的磁灵敏度有重要影响。四频差动激光陀螺残余磁灵敏度可能来自于横磁场导致的非互易性,详细物理机理尚需进一步研究。

当相干光在粗糙表面散射时,会产生散斑现象。散斑严重影响了图像质量,必须加以抑制。通过散射体振动产生一系列的散斑图样,并在传感器积分时间内加以平均,可以达到抑制散斑的效果。将此方法应用于基于硅基液晶(LCoS)芯片的激光投影系统,并通过一系列实验研究了散斑对比度和散射体运动之间的关系。散斑抑制后,传感器上的散斑对比度从0.49降低到了0.065。实验表明散射体更快更大的振动和更小的单元尺寸都可以降低散斑对比度。

通过纳焦量级的飞秒激光在铬膜表面诱导出了周期性微结构,并使用入射飞秒激光和激发的表面等离子体波之间的干涉理论模拟分析了飞秒激光作用下铬膜表面的温度场分布情况,定性地解释了铬膜表面周期性微结构产生的机理。实验和理论结果有助于对飞秒激光和铬膜相互作用机制的理解。

基于广义瑞利-索末菲衍射积分公式,推导出了非傍轴离轴高斯-谢尔模型(GSM)电磁光束在自由空间传输3×3交叉谱密度矩阵的解析公式,并用以表示电磁光束在z面的光谱密度(光强)、偏振度和光谱相干度。非傍轴共轴GSM电磁光束和非傍轴离轴高斯电磁光束可为特例来处理。着重研究了离轴参数、自相关和互相关长度对电磁光束的光强、偏振度和光谱相干度的影响。对所得结果用数值计算例做了说明。

根据广义惠根斯-菲涅耳原理,分析了单模光束相干合成、单模光束非相干合成、多模光束相干合成和多模光束非相干合成等4种类型的合成光束阵列在实际湍流大气中的传输特性,计算了传输效率与有效作用距离。结果表明,多模光束阵列相干合成与非相干合成的传输效率与有效作用范围区别不大,单模激光阵列的传输效率优于多模激光阵列。相干合成单模激光阵列的传输效率较非相干合成情形的优势随湍流强度的增大而降低,在湍流强度较强时,相干合成已经没有优势。在相干合成的基础上具备倾斜像差校正能力的自适应锁相单模光纤激光阵列是构建100 kW战术激光单元的最佳方式。

利用Richards-Wolf矢量衍射公式,获得圆偏振涡旋贝塞尔-高斯光束经具有初级慧差高数值孔径系统聚焦后的三维光场复振幅函数,模拟了不同慧差系数下圆偏振涡旋贝塞尔-高斯光束的聚焦光场。研究表明,初级慧差使圆偏振涡旋贝塞尔-高斯光束的聚焦光场分布模式和空间位置发生改变;初级慧差系数的正、负不改变光场分布模式;初级慧差不会影响光轴上光强分布的对称性,而是改变光强分布曲线。

星间光通信系统的捕获、瞄准及跟踪(APT)过程构成了一个切换系统,通过电荷藕合器件(CCD)采集的光斑信息决定了切换的序列以及激活的子系统,对通信连续性有重要影响。分析了光通信中的捕获、瞄准及跟踪过程,建立了系统的切换模型;根据所得的系统模型验证了由于光斑噪声引起的系统切换对通信链路的影响;并提出了将均值滤波、最大类间方差法和连通区域选择法结合对光斑噪声信号进行抑制的算法。仿真结果表明CCD采集得到的灰度图像通过该算法处理后,能有效地消除椒盐噪声、高斯噪声以及恒星背景噪声的影响,确保星间光通信过程的连续性。

提出了一种新型移相光量化方案,利用光纤挤压器使光纤传输截面产生应力双折射,从而实现移相量化编码。在实验中实现了4 bit移相光量化器,用10 GHz重复频率采样脉冲对2.5 GHz正弦信号进行量化,获得量化结果的信噪比为23.9 dB,对应的有效比特位为3.68 bit。同已有的方案相比,此方案结构简单,只需要一个相位调制器,避免了多调制器工作输入信号的同步问题;利用光纤挤压器实现移相,控制精度高且成本低,可以实现高于6 bit的理论量化精度;并且可以通过光脉冲复用技术实现更高的采样速率。

利用耦合模理论分析了双芯光纤(TCF)的耦合特性与其结构参数的关系。结果表明,不同结构双芯光纤可能具有相同的耦合特性,从而可以根据实际应用对双芯光纤参数进行优化。同时提出一种改进型的双芯光纤制作工艺,采用化学气相沉积(MCVD)和光子晶体堆积工艺制作出均匀性良好的双芯光纤并对其参数进行了测量。

对于普通单模光纤的布里渊散射光,其频移是温度或应变的函数,因此通过检测光纤散射光信号的布里渊频移率,即可得到沿光纤一维分布的温度或应变。布里渊光时域分析(BOTDA)仪适合于长距离分布式传感,但存在受激布里渊散射信号的偏振相关性问题,会造成探测信号随偏振状态的随机波动,因此难以得到稳定的布里渊光频移信息。采用正交偏振控制对参与受激布里渊散射的激励和探测光信号进行偏振处理,抑制了受激布里渊散射的偏振相关性,通过检测探测光信号得到了布里渊散射光频移。最后实现了25 km普通单模光纤的分布式传感,在5 m空间分辨率下分别达到2 ℃的温度分辨率和30 με应变分辨率。

应用传输矩阵法,对相移光栅的磁场传感机理进行了理论推导和仿真验证,分析了相移光栅的相移大小、相移位置以及光栅长度对磁场传感系统性能的影响。仿真结果表明,相移光栅阻带中透射窗口的带宽和透射率直接影响了磁场的测量结果,并与传统光纤布拉格光栅(FBG)测量方案进行了比较。仿真和实验表明,具有窄带宽高透射率透射窗口的相移光栅能够显著提高磁场传感系统的精度和灵敏度。

提出了一种新的有效去除图像中吉布斯(Gibbs)噪声的方法。通过非下采样塔式滤波器(NSPF)对阈值去噪后的图像进行分解,利用全变差模型对分解图像分别建立去噪模型,重构图像,再利用重构图像和原始图像的残差并结合全变差模型得到细节补偿图像,最后把重构图像和补偿图像叠加得到最终去噪图像。实验结果表明,该方法可以有效地消除图像中的吉布斯伪影及噪声,在去噪图像峰值信噪比(PSNR)和边缘保持性能上都优于已有的算法。

分析了基于兴趣点的传统图像检索方法的不足,即不相似的非兴趣区域中的兴趣点影响检索精度。提出了一种利用兴趣点进行图像检索的新方法。基于兴趣点的局部灰度信息,计算兴趣点的局部泽尼克(Zernike)矩,通过比较各兴趣点局部Zernike矩的欧式距离提取最优匹配点对,去除不匹配的兴趣点;然后利用兴趣点的空间离散度来估计图像内容的相似度。在保证检索算法对图像旋转、平移稳健的前提下,克服了传统方法的不足。实验结果表明该方法实现简单,有效提高了图像检索的精度。

提出一种记录动态喷雾粒子场的数字全息实验系统。该系统采用数字同轴全息记录系统,利用连续波(CW)激光器和高速电荷耦合器件(CCD)数字记录动态喷雾粒子场的全息图,通过数字再现得到不同时刻粒子场再现像。对粒子场再现像进行自适应滤波,聚焦像合成,二值化,Roberts边缘提取,Hough变换和亚像素精度计算,得到粒子的直径和位置信息,给出了在不同喷油脉宽和不同测量点所记录的柴油雾场的数字全息图,以及在喷油脉宽8 ms时,三维(3D)粒子场空间分布、质量分数分布和沿x,y方向的索太尔平均直径(SMD)分布曲线。

提出了一种对大尺寸物体进行三维重构的方法。该方法运用相位测量轮廓术(PMP)测得子区域的三维面形,采用区域调制度和最大化的思想进行高度相关匹配,通过拼接获得了整个物体的三维面形。该方法与运用所有高度数据进行匹配相比,减少了运算时间,提高了拼接精度。利用高度匹配得到的重叠区域位置,制作调制度二值化模板将物体从背景和阴影中提取出来,对子物体图像进行了灰度图像拼接。结果表明,三维重构的重复精度优于20 μm,拼接精度优于100 μm,为大尺寸物体的三维重构提供了一种有效方法。

为了抑制经典投影限制集(POCS)算法中图像复原产生的振铃效应及噪声放大的缺点,提高复原图像的分辨率,提出了一种基于维纳(Wiener)滤波和POCS混合的超分辨率图像复原算法。利用Wiener滤波的抗噪性和全局收敛性对经典POCS算法原始估计图像f0和超分辨率复原图像fi分别进行约束,同时在POCS中加以局部变量的约束。实验结果表明,新算法比原始POCS算法的峰值信噪比(PSNR)和归一化相关性测度(NCCF)均有提高,且Wiener作为整体约束的算法更具有优势,NCCF最多提高7.28％,PSNR最多提高32.35％,具有很好的图像复原结果。

介绍了一种新的基于径向波前斜率的哈特曼检测方法及原理,并重点介绍了采用该方法和技术研制的800 mm口径的径向哈特曼像质检测实验系统的组成及结构,以及利用该系统对700 mm光学系统像质检测的实验结果。研究表明,在没有昂贵的大口径标准平面镜的情况下,用该方法在室内可实现大型望远镜系统的像质检测。

针对常用的回归算法由于回归模型不够稀疏而导致的在线检测速度慢的问题,提出基于相关向量机(RVM)回归的惯性约束聚变(ICF)实验靶姿态初步估计。实验中,利用主成分分析法(PCA)提取ICF实验靶图像的代数特征作为RVM的输入样本特征,解决了镜头景深小引起的图像模糊问题。与常用的几种回归算法如支持向量机回归(SVR),K-最近邻法(KNN)及最小均方算法(LMS)进行了实验对比,结果表明,RVM与SVR算法测试误差方差最小,准确率最高,并且几种算法中RVM所用检测时间最短,更适合在线检测。

运用模拟光源对光电仪器进行检测与标定是光电装备故障诊断与维修的重要方法之一,在同一检测平台上对不同波长的各种激光装备进行检测,单一波长光源已经很难满足要求。通过采用自主研发的多波段模拟光源,以及集光电测控和光电信息采集、分析、处理于一体的光电检测平台,提出了能够检测多种波长激光设备的检测方法及其检测维修的可行性验证实验装置,经实验验证表明,该方法适用于1.06,0.9和1.55 μm等多种波长、不同脉宽激光检测的需要,集成化程度高,体积质量小,野外条件下检测操作简易可行。

在高功率激光系统中,大口径连续相位板(CPP)元件是用来进行光束整形的关键衍射光学器件,由于其毫米量级的空间周期、大相位梯度的波前特征,大口径干涉仪无法满足检测需求。提出采用小口径高分辨率干涉仪结合子孔径拼接实现相位板元件透射/反射波前的检测,采用了误差均化的拼接方法,设计了针对圆形孔径的数据融合新算法,研制了子孔径拼接检测装置,实现了一块330 mm×330 mm的连续相位板元件透射波前的检测。实验结果表明,针对其毫米量级的周期,最大可检测到的波前梯度接近3 μm/cm,检测重复性精度优于6 nm[均方根(RMS)] ,波前数据模拟焦斑计算结果与高功率激光系统中的远场焦斑特性检测结果获得了较好的一致性。

针对脉冲激光沉积(PLD)薄膜装置,建立了时间分辨等离子体发射光谱测量系统,在沉积类金刚石(DLC)薄膜时,通过对CII(426.7 nm)和CIII(229.7 nm)的发射谱测量发现,当脉冲激光轰击石墨靶材时,C发射谱强度均随时间变化,表现为由强变弱的时间变化过程,并且与靶材的表面状况有很强的相关性。实验过程中保持激光的脉冲频率和单脉冲能量不变,在石墨靶固定时,碳发射谱强度随时间呈快速下降趋势,当石墨靶旋转时,碳发射谱强度变化较为缓慢。实验发现,CIII 和CII的发射谱强度的比值随时间逐渐增大。

中国科学院“计划”择优支持项目和国家973计划 (2009CB320300)资助课题。

采用金属有机气相外延的方法制备高质量氮化镓薄膜。采用真空热蒸发的方法蒸镀一层金膜,通过传统紫外曝光及湿法腐蚀的方法,制备得到具有金属半导体金属(MSM)结构的紫外光电探测器。通过对器件进行不同温度不同时间的热退火处理,使器件的性能得到了改善。在3 V偏压下,器件的暗电流仅为200 pA,响应度的峰值出现在362 nm处,其对应的探测率为1.2×1011cm·Hz1/2/W。对器件性能影响的形成机理进行了深入分析,主要归因于热处理将Au原子引入到薄膜中。

根据哈特曼夏克(Hartmann-Shack)传感器工作的基本原理设计了一种角膜地形图测量仪,并在此基础上建立了一套基于哈特曼夏克传感器的角膜地形图测量系统。该系统的工作原理是使用会聚光束照射到角膜的外表面,通过哈特曼夏克传感器采集包含角膜面形信息的角膜表面反射光,而后通过角膜地形图复原计算获得角膜地形图数据。详细介绍了该仪器用于角膜测量的操作过程,并对该测量仪器的面形复原精度进行了测试。结果显示,与Zygo干涉仪的测量结果相比,角膜地形图测量仪复原面形的误差低于0.0818 λ均方根(RMS)。最后使用该仪器实际测量了健康成年人眼角膜,获得了实际角膜地形图的数据。

合成了一种新型有机小分子发光材料10-羟基苯并喹啉(Bq),利用电化学循环伏安方法测量了此材料的能带宽度为1.98 eV左右,此材料的光致发光峰位于616 nm,这个数值与材料能带宽度相吻合。利用高斯03软件计算了此材料分子的最高分子占据轨道和最低空轨道上的电子分布情况。将此材料与聚乙烯咔唑(PVK)按3%的质量比配成混合溶液,制备出了ITO/PVK:Bq/BCP/Alq3/Al和ITO/PVK:Bq /Al结构的电致发光器件,测量了这两种器件电致发光谱,除了位于616 nm的Bq的发光峰,同时在500 nm处还存在一个发光峰。经分析认为500 nm的发光峰源自PVK和Bq分子间的电致激基复合物发光。多层结构的器件在不同电压下都呈现白色的发光,经计算发光的色坐标为(x=0.37,y=0.38)。

大截面柔性传像光纤光子材料具有单丝直径细、柔软性能好、成像清晰等优点,是目前光电功能材料研究领域最具活力的研究课题之一,其产品在各类高清晰度光纤成像仪器和工业自动化检测等领域有着广阔的应用前景。对物化性能相互匹配的高光学质量纤芯、包层和酸溶层玻璃的配方进行了设计和制备。对硬质传像光纤开展了单复丝拉制、热熔和酸溶实验。在端部强化和光学冷加工基础上,对柔性传像光纤进行了检测和评价。实验得到了传像光纤直径为6.18 mm,单丝直径为8±1 μm,分辨率为55 线对/mm,可见光透过率大于38%/m,芯/包同心度误差为0.01%,数值孔径为0.65的大截面柔性传像光纤光子材料。

研制了一套低功率、便携、便宜、高精度的粉末流场检测系统,能对激光再制造中同轴送粉条件下金属粉末流浓度场进行检测,能适应激光机器人修复的需要。该系统主要包括532 nm,100 mW半导体激光器,片光透镜,CCD相机和检测分析软件。实验结果表明,该系统对金属粉末流浓度体积分布检测与理论计算结果有较好的一致性,能有效地指导同轴送粉嘴的设计和机器人在激光再制造中粉末流参数的测定。

通过对激光立体成形(LSF)TC17钛合金沉积态、去应力退火后状态及时效热处理后状态下的微观组织分析,研究了不同热处理方式对激光立体成形组织的影响。结果表明,沉积态组织由贯穿多个熔覆层呈外延生长的粗大柱状晶组成,柱状晶主轴垂直于激光扫描方向或略向扫描方向倾斜;沉积态原始β晶内组织是编织极其细密的网篮组织,α板条长度为1-3 μm,宽度仅0.1-0.2 μm,为典型的α+β两相组织特征。沉积态试样经600 ℃保温1 h,炉冷(FC)退火后,显微组织无明显变化,仍为典型的网篮组织,但α板条长度和宽度有所增加,长宽比减小;经550 ℃保温4 h,空冷(AC)退火后,显微组织中出现部分等轴α相。对沉积态试样进行时效热处理时,随着保温时间的增加,α相呈长大趋势,长宽比逐渐减小,当保温时间达到8 h时,α相发生明显的球化,仅残留有少量的α板条。

针对飞机叶片激光熔覆的特殊要求,利用横流CO₂激光器及加工系统,系统地研究了连续/脉冲CO₂激光对K403材料熔覆质量的影响规律。结果表明,相同线能量下脉冲激光熔覆与连续激光熔覆相比,外表光滑、平整、熔覆层与基体的界面结合完整,稀释率低20%,熔覆层硬度高5%,热影响区小50%。脉冲激光熔覆K403材料减少了合金元素的聚集和低熔点共晶组织的形成,缩小了“液态薄膜”的产生范围,同时由于基材变形小,降低了冷却凝固过程中的拉应力,较高的过热度使熔覆层液体与基体液体充分混合,降低了基体的脆性,解决了K403材料连续CO₂激光熔覆易产生裂纹的问题。

以钛合金为基体,Al₂O₃+13%TiO₂(质量分数)为喷涂粉末,运用激光熔覆等离子体喷涂工艺制备陶瓷涂层。采用喷砂式冲蚀试验机进行冲蚀磨损实验。采用三维视屏显微镜研究涂层磨损表面形貌。并利用X射线衍射仪(XRD)对激光熔覆前后涂层的成分进行了分析。结果表明,激光熔覆过程中,陶瓷涂层成分均一致密化,使涂层的抗冲蚀性能提高;结果也同时阐述了随着冲蚀角的增加,激光熔覆陶瓷涂层冲蚀量超过等离子体涂层的原因,提出了陶瓷涂层冲蚀涂层的经验关联式。

提出一种基于切口特征自动识别的五轴三维激光切割轨迹自动生成方法。采用STL模型,通过切口特征自动识别实现了切口特征的自动选取,并通过对切口边环的偏置实现了激光束半径补偿;利用切口边环的离散点确定了激光束入射点位置,并利用激光束入射点所在三角面片的法向量确定了激光头姿态;算法应用实例表明,该方法能够实现切口特征的自动选取和激光束半径补偿,并能保证激光头始终与工件表面保持垂直,软件系统运行稳定可靠。

介绍了直接激光金属烧结(DMLS)成形WC颗粒增强镍基高温合金的基本原理,采用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计对烧结块体的微观形貌和成分进行了分析,研究了不同的工艺参数(激光功率、扫描速度)对烧结区的微观形貌、成分和微观硬度的影响。结果表明,在激光功率为900 W,扫描速度为0.7 m/min时,激光烧结性能较好,烧结致密度高,WC颗粒熔化为枝晶均匀地分散在基体中,增强颗粒能被固液界面捕捉,使WC颗粒能够很好地分散在基体里,提高烧结块体的性能。通过试验得到了一组优化的工艺参数,并由此烧结出结构致密、硬度较高的金属块体。

研究增益介质、电光晶体在高重复频率运转条件下,其热效应对皮秒激光再生放大器的影响。对Nd∶YAG激光晶体热致退偏和KD*P电光晶体热吸收进行了测量,利用补偿元件有效地补偿了激光晶体的热致退偏,并自行设计了采用BBO电光晶体的再生放大器普克尔盒,实现了对皮秒激光脉冲的有效放大,获得了在1 kHz重复频率下单脉冲能量为3 mJ,放大倍数为3×106的激光二极管(LD)侧面抽运Nd∶YAG千赫兹皮秒再生放大1064 nm激光输出。

利用YAG脉冲激光烧蚀(PLA)空气环境中的Fe靶,观测激光诱导等离子体发射光谱。采用不同脉冲能量,对380.0-420.0 nm的等离子体发射光谱进行了时间、空间分辨研究。在局部热力学平衡条件下,根据所测谱线的相对强度,利用Saha方程得到等离子体电子温度约为104 K。根据测得谱线的半峰全宽(FWHM),推得等离子体电子密度约为1017 cm-3。给出了靶面附近等离子体电子温度、电子密度的时间及空间演化规律。

脉冲激光烧蚀(PLA)法制备硅纳米颗粒的过程中,缓冲气体压力是影响纳米颗粒尺寸最主要的参数之一。研究通常认为,随着缓冲气体压力的增大,纳米颗粒的尺寸相应增大。经扫描电镜(SEM)观察和粒度统计分析发现,在50-100 Pa的氩气压力范围内,制备所得的硅纳米颗粒尺寸均匀,且随氩气压力增大而减小。结合实验参数对脉冲激光烧蚀法的动力学做理论分析,得出压力和硅纳米颗粒直径关系式,与实验结果吻合较好。对此系列硅纳米颗粒用280 nm光做室温光致发光(PL)测试,发现蓝紫光区的光致发光现象。在50 Pa气压下样品具有372 nm和445 nm的双峰结构,而在70 Pa和100 Pa气压下样品只有紫光区的明显峰,分别位于379 nm和393 nm。该蓝紫光区的光致发光谱归结为硅纳米颗粒表面氧化层的表面态效应。

采用1Cr11Ni2W2MoV合金对1Cr12Ni3MoVN热强马氏体不锈钢铸件的槽缺陷进行了激光修复(LR)研究。激光修复区(LRZ)的组织主要为马氏体和回火马氏体,修复区与铸件基体实现了致密的冶金结合,热影响区(HAZ)内发生了不同程度的淬火。硬度值由修复区向基体区(SZ)逐渐减小,在熔合线近基体区出现硬度峰值。室温静载拉伸性能测试结果表明,激光修复区的抗拉强度为1280-1380 MPa,激光修复试样的抗拉强度达到965-980 MPa,断裂均发生在铸件基体。

探讨“三角大香糯”及激光加电场处理后的水稻“激三香糯”相关生理生化参数变化。测定叶绿素a与叶绿素 b的含量、种子活力、赖氨酸含量、低温逆境下脯氨酸含量、可溶性糖含量、淀粉酶活性、过氧化氢酶活性、硝酸还原酶活性及呼吸速率。硝酸还原酶活性、过氧化氢酶活性、呼吸速率、赖氨酸含量等在处理前后变化不大;处理后可溶性糖含量、种子活力、叶绿素a与叶绿素 b的含量有所提高,但淀粉酶活性下降。激光加电场诱变后,水稻的相关生理生化参数会发生相应的变化,有正向的,也有负向的。