期刊基本信息
创刊:
1974年 • 半月刊
名称:
中国激光
英文:
Chinese Journal of Lasers
主管单位:
中国科学院
主办单位:
中国科学院上海光机所
中国光学学会
出版单位:
中国激光杂志社
主编:
李儒新
执行主编:
罗毅
副主编:
骆清铭 张镇西 李学春 陈岐岱 顾冬冬 周朴
ISSN:
0258-7025
刊号:
CN 31-1339/TN
电话:
021-69917051
邮箱:
地址:
上海市嘉定区清河路390号
邮编:
201800
定价:
155元/期

本期栏目 2011, 38(11)

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中国激光 第38卷 第11期

作者单位
摘要
华中科技大学光电子科学与工程学院武汉光电国家实验室(筹), 湖北 武汉 430074
采用将有限体积法求解三维层流传热方程获得的温度场耦合到ANSYS进行热变形分析的方法,研究了流道截面形状和尺寸对微通道水冷镜内传热现象和镜面热畸变的影响。计算了矩形、梯形、圆形3种截面形状以及3种不同水力直径(百微米量级)下微通道水冷镜的平均换热系数、温升和镜面热变形。结果表明,同一条流道,各壁面温度并不随激光辐照面和镜面呈对称分布,最高温度偏向下游;侧壁的换热系数最大,且沿水流方向逐步减小;流道距进水口距离越大,其换热系数越小。在3种截面形状微通道中,减小截面尺寸可获得较大换热系数,且梯形截面微通道水冷镜能获得最小的镜面热变形量,在热流密度为14730 W/m2,水力直径为239 μm,入口速度为2.54 m/s的条件下,其镜面热变形仅为0.016 μm。
光学器件 微通道水冷镜 热畸变 数值模拟 计算流体力学 
中国激光
2011, 38(11): 1102001
作者单位
摘要
北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124
报道了Cr4+:YAG晶体作为可饱和吸收体用于包层抽运掺镱光纤激光器被动调Q并得到稳定纳秒脉冲输出。采用环形腔和线形腔两种腔形,可有效抑制受激布里渊散射(SBS)的非线性效应,抑制自脉冲产生,从而得到稳定被动调Q脉冲输出。采用环形腔结构,得到稳定的1 μs脉冲输出,时间抖动和振幅抖动均方根(RMS)值小于5%。线形腔中采用高反射率光纤布拉格光栅(FBG)作为输出腔镜,也实现稳定脉冲输出,重复频率9.1~30.3 kHz可调谐,最窄脉宽156 ns,远远小于国内报道的微秒量级脉冲宽度。虽然平均输出功率只有几百毫瓦,因采用光纤输出,此类脉冲激光器可作为种子源,进而与光纤放大器相匹配,经光纤放大器放大输出功率可达到几十瓦,从而满足实际工业应用需求。
激光器 光纤激光器 被动调Q Cr4+:YAG晶体 纳秒脉冲 时间抖动 
中国激光
2011, 38(11): 1102002
作者单位
摘要
1 暨南大学光电工程研究所, 广东 广州 510632
2 暨南大学光电信息与传感技术广东普通高校重点实验室, 广东 广州 510632
在基模热稳腔实现条件的基础上,借助于计算机软件辅助,设计出一种用于实现447 nm蓝光激光器基模热稳定输出的谐振腔。并采用大功率激光二极管侧面抽运方式,利用NdYAP晶体作为增益介质,选用Ⅰ类角度匹配LBO和Ⅱ类角度匹配KTP分别进行腔内倍频与和频,实现了447 nm蓝光的基模热稳定输出,获得了83.5 mW的连续稳定输出,输出功率稳定度为1.5%。
激光器 蓝光激光器 基模 热稳定 谐振腔 
中国激光
2011, 38(11): 1102003
作者单位
摘要
天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津大学教育部光电信息技术重点实验室, 天津 300072
论述了均匀加宽增益介质中利用净增益均衡原理同时输出双波长激光的可行性,使得双波长各自的损耗等于增益,抑制模式竞争,便可实现双波长输出。验证了上述原理,搭建的线型腔双波长掺镱光纤(YDF)激光器室温下可以实现单波长输出和双波长输出两种运转状态。单波长或者双波长输出时,转动体光栅角度,利用其分光谱和选波长的特性,均可使得波长分别在1013~1078 nm的范围内调谐。双波长同时输出时,其线宽分别约为0.012和0.020 nm,最大和最小波长间隔约为65.00和1.04 nm。双波长间隔较小时,双波长对彼此的抑制影响较间隔大时更为明显。双波长输出功率均衡稳定,最大输出功率可达40.7 mW。输出双波长时,该激光器可用于光子混频和拍频产生太赫兹辐射;输出单波长时,由于其波长可调谐的特性,该激光器可用作光学相干层析(OCT)的调谐光源。
激光器 双波长 波长调谐 增益均衡 掺镱光纤 
中国激光
2011, 38(11): 1102004
作者单位
摘要
武汉军械士官学校光电技术研究所, 湖北 武汉 430075
提出角锥作为相干合成元件实现互注入锁相获得相干合成输出的方案。对比分析了采用4种锁相结构进行两路光纤激光器相干合成的结果,并报道了4路光纤激光相干合成的最新实验结果。
光纤光学 相干合成 互注入锁相 角锥 
中国激光
2011, 38(11): 1102005
作者单位
摘要
北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124
报道了一种高平均功率的脉冲Nd:YAG激光器。对四棒振荡两棒放大的主振荡功率放大器(MOPA)结构中晶体棒的失调角度允许范围进行了理论分析,并与六棒串接谐振腔结构中晶体棒失调角度允许范围进行比较。由比较结果可知,MOPA结构降低了晶体棒的串接精度要求,在相同的失调角度下,光轴的变化量小于腔内多棒串接谐振腔,有利于提高多棒脉冲激光器的安全性能,实现高平均功率、高脉冲能量输出。实验中激光器采用四棒振荡两棒放大结构,调整每根晶体棒的失调角度到允许范围内,在输入电功率87 kW,占空比17%时,最高输出平均功率为3011 W,峰值功率17.7 kW,最高单脉冲能量为67 J,光束参数乘积为25.2 mm·mrad。电光转换效率3.46%,长时间工作不稳定度小于2%。
激光器 脉冲激光器 Nd:YAG晶体 主振荡功率放大器结构 灯抽运 
中国激光
2011, 38(11): 1102006
李通 1,*赵智刚 1陈军 1刘崇 1[ ... ]唐淳 2
作者单位
摘要
1 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
2 中国工程物理研究院应用电子技术研究所, 四川 绵阳 621900
对光纤中受激布里渊散射(SBS)的耦合波方程进行了合理的近似和简化,在瞬态SBS过程的耦合波方程的基础上,构建了数值计算的模型。特别是对变芯径锥度光纤中的SBS耦合波方程进行数值求解,得到了受激散射过程中抽运光和斯托克斯光的功率在传播过程中的变化规律,并比较了光纤参数对SBS的影响,优化了锥度光纤作为高功率高重复频率激光二极管抽运固体激光器中的相位共轭镜应用中的参数,为其在改善光束质量中的应用提供了系统的参数优化规律。此外,将模拟数据与实验数据进行对比,验证了模型的合理性。
非线性光学 激光器 锥度光纤 相位共轭 数值模拟 
中国激光
2011, 38(11): 1102007
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海市全固态激光器与应用技术实验室, 上海 201800
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
棱镜扩束器(PBE)广泛用在准分子激光腔内光谱压窄系统中,可以有效降低光束发散角和系统内能量密度。为了实现窄线宽激光输出并降低腔内损耗,需要对棱镜扩束器的棱镜个数、单棱镜扩束倍数和棱镜顶角进行优化设计。根据棱镜扩束倍数的理论,数值分析了入射角、顶角和出射角对棱镜扩束倍数的影响,并在实验上很好地验证了扩束倍数与入射角的关系。此外,推导了激光器线宽压窄系统实现一定激光线宽输出所需的总棱镜扩束倍数。优化设计了扩束倍数M为13.3的氟化钙消色散棱镜扩束器,在此基础上,实现了0.915 pm的窄线宽ArF激光输出,实验结果与理论设计吻合。
激光器 准分子激光器 棱镜扩束器 扩束倍数 
中国激光
2011, 38(11): 1102008
作者单位
摘要
1 山东师范大学物理与电子科学学院, 山东 济南 250014
2 山东大学信息科学与工程学院, 山东 济南 250100
采用结构简单、紧凑的直线腔设计,用单壁碳纳米管(SWCNT)为饱和吸收体,实现了激光二极管(LD)抽运Tm:YAP晶体的2 μm波段被动调Q和调Q锁模(QML)脉冲激光运转。当腔长为30 mm时,实现了稳定的2 μm被动调Q激光输出,抽运功率为8.64 W时,最大平均输出功率为507 mW,最高重复频率26.91 kHz,最窄脉宽262 ns,相应的单脉冲能量18.8 μJ。腔长增加到80 mm时,得到调Q锁模激光运转,最大平均输出功率和调Q包络脉冲的最高重复频率分别为387 mW和34.61 kHz,调Q包络下锁模脉冲的重复频率为1.87 GHz。
激光器 2 μm被动调 调Q锁模 碳纳米管吸收体 Tm:YAP晶体 激光二极管抽运 
中国激光
2011, 38(11): 1102009
作者单位
摘要
中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
通过对Yb:YAG晶体荧光谱线的分析,讨论了其低温条件下的增益特性。利用激光二极管作为抽运源,采用背向端面抽运方式,使用掺杂原子数分数为8%的片状Yb:YAG晶体,搭建了一台低温条件下工作的再生放大器。通过小能量信号光注入,在-90 ℃的低温下,可以得到重复频率10 Hz,脉宽10 ns,能量10.3 mJ的激光脉冲输出,放大倍数达107倍。
激光器 Yb:YAG晶体 再生放大器 激光二极管 
中国激光
2011, 38(11): 1102010
朱韧 1,2,*周军 1刘继桥 1陈迪俊 1[ ... ]陈卫标 1
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
研究了单块晶体成腔的单频非平面环形腔(NPRO)固体激光器,在1.83 W的808 nm抽运功率下输出激光1.01 W,斜率效率达到60%。采用拍频的方法对激光线宽进行了测试,激光线宽小于2 kHz。通过抽运电流反馈控制使弛豫振荡峰得到超过30 dB的抑制;通过对激光晶体的温度调节和压电陶瓷电压调节实现了激光器频率的慢调谐和快调谐,温度慢调谐变化10 ℃时激光频率变化范围超过15 GHz;压电陶瓷快调谐范围超过±200 MHz,在大于200 MHz的范围内响应时间达到45 μs。
激光器 单频激光器 非平面环形腔 抑噪 调谐 
中国激光
2011, 38(11): 1102011
李震 1,2,*周军 1薛宇豪 1,2何兵 1[ ... ]潘志勇 3
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
3 中国电子科技集团公司第二十三研究所, 上海 201900
利用二维4路光纤激光环形腔被动锁相相干组束实验平台,对被动相干组束系统的光束质量进行了研究。以衍射极限倍数β因子作为光束质量的评价方法,理论分析了光束占空比以及不同锁相模式对β因子的影响,实验测量了对应不同输出功率水平的β因子。结果表明,虽然β因子可以在一定程度上反映出不同实验条件下光束质量的差异,但是由于β因子的测量核心是确定出焦平面处83.8%环围能量(功率)比的桶尺寸,不能反映相干组束远场光斑的特点,不适合用于评价被动相干组束系统的光束质量。比较分析了β因子与光束质量,光束质量能更好地反映出相干组束的特点。
激光器 光纤激光 相干组束 光束质量 
中国激光
2011, 38(11): 1102012
作者单位
摘要
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
报道了一台主振荡功率放大(MOPA)结构的单频脉冲光纤激光器。对线宽为20 kHz、工作波长为1064 nm的连续单频激光进行强度调制,得到了平均功率为0.5 mW的单频脉冲种子激光。首先,采用三级掺Yb光纤放大器将种子激光进行预放大,获得了2.7 W的平均功率。然后,以纤芯直径和内包层直径分别为30 μm和250 μm的双包层掺Yb光纤为主放大器,在抽运光功率为87.1 W时,获得了重复频率为12 MHz、脉宽约10 ns、峰值功率为486.7 W的单频脉冲激光输出,平均功率达58.4 W。
激光器 脉冲激光 单频 主振荡功率放大器 
中国激光
2011, 38(11): 1102013
作者单位
摘要
1 燕山大学电气工程学院, 河北 秦皇岛 066004
2 东北大学秦皇岛分校自动化系, 河北 秦皇岛 066004
研究了ZnO薄膜脊状波导结构的光学特性,并通过在ZnO薄膜上覆盖MgO外延层方式,降低随机激光器的散射损耗。采用有限时域差分法(FDTD)数值模拟得出了仿真结果,验证了ZnO脊状波导随机激光器可以实现高度方向化出射,带有MgO外延层的ZnO脊状波导随机激光器可以避免激光的非轴向出射和降低散射损耗等特性。
激光器 随机激光 ZnO薄膜 脊状波导 有限时域差分法 
中国激光
2011, 38(11): 1102014
作者单位
摘要
1 南京理工大学理学院, 江苏 南京 210094
2 北京航空工程技术中心, 北京 100076
3 LAUM, CNRS, Université du Maine, Av. O. Messiaen, Le Mans 72085
4 LPEC, CNRS, Université du Maine, Av. O. Messiaen, Le Mans 72085
提出了基于光热调制的激光声表面波检测疲劳裂纹的实验系统和方法,并将其用于发动机叶片疲劳裂纹的检测。NdYAG激光器产生的激光通过凸透镜聚焦在样品表面,同时用半导体激光在激发点同一位置进行光热调制,利用干涉仪在另一位置探测声表面波信号。利用精密平移台在可能的裂纹区扫描激发源和加热源,获得打开光热调制和关闭光热调制时的声表面波信号,也即不同位置处样品加热和冷却时的信号Sheat和Scool,由于光热调制产生的压应力使裂纹闭合,使Sheat产生明显的峰值变化,因此差值信号ΔS=Sheat-Scool即为疲劳裂纹闭合引起的信号变化。对叶片表面裂纹检测的实验结果表明,该方法具有较高的检测灵敏度和可靠性。
激光技术 光热调制 声表面波 激光 疲劳裂纹 超声检测 
中国激光
2011, 38(11): 1103001
作者单位
摘要
天津职业技术师范大学, 天津 300222
以轿车用低碳钢薄板为实验样品,分析了脉冲激光焊接产生的主要变形方式。利用径向基函数神经网络对薄板焊接产生的横向收缩变形和横向弯曲变形进行预测。采用响应面法对实验参数进行优化设计。将脉冲频率、脉宽、聚焦镜焦距、离焦量、工件移动速度、保护气体种类、工件温度波动和光功率波动作为神经网络输入,提高了焊接变形预测的准确度。通过对比6种神经网络对薄板焊接变形预测的结果得出了最佳的网络结构。实验证明该神经网络对薄板焊接产生的变形有较高的预测准确度。
激光技术 激光焊接 径向基函数神经网络 响应面法 变形预测 
中国激光
2011, 38(11): 1103002
作者单位
摘要
苏州大学机械工程学院, 江苏 苏州 215021
在激光塑料透射焊接理论的基础上,采用半导体激光器焊接聚碳酸酯(PC)塑料薄板,研究了激光焊接热塑性塑料的可行性。设计并确定了激光透射焊接的实验方案,包括激光器和焊接材料的选择。通过微观金相实验分析了焊接因素对焊接质量的影响。通过正交实验法研究了激光功率、焊接速度、炭黑含量对焊接质量的影响。结果表明对于聚碳酸酯材料而言,激光功率是影响焊接质量的首要因素,其次是焊接速度,最后是炭黑含量。
激光技术 激光透射焊接 热塑性塑料 焊接参数 微观金相分析 
中国激光
2011, 38(11): 1103003
作者单位
摘要
1 清华大学机械工程系, 北京 100084
2 先进成形制造教育部重点实验室, 北京 100084
3 广岛大学机械系统工程系, 日本 广岛 739-8527
将填充热丝应用到高光束质量、长焦距的光纤激光窄间隙焊接中,不锈钢母材通过激光加热,镍基焊丝通过电流加热,有效利用复合热源的优势,提高了焊丝过渡稳定性和熔覆效率。通过高速摄像机对送丝过程进行在线观察,分析工艺参数对焊丝过渡的影响。研究不锈钢和镍基合金异种金属窄间隙焊接接头的凝固组织,并对焊缝金属进行元素分布扫描。研究发现,由焊丝电流和送丝速度等工艺参数决定的送丝稳定性是影响填充热丝激光焊接质量的最主要因素。对于窄间隙焊接,采用与间隙宽度相当的离焦光斑激光热导焊,可形成较好的侧壁熔合,由熔融金属曲面和侧壁构成的激光反射是侧壁熔合的主要原因。焊缝冷却速度较快,焊缝金属的凝固组织呈明显的对生生长,在坡口侧壁附近其生长方向与侧壁近似垂直,焊缝不存在宏观偏析。在间隙底部直角处容易出现未熔合现象,采用底部圆弧过渡的U型坡口后,可较好地解决底部未熔合问题,获得了无宏观缺陷的焊接接头。
激光技术 激光焊接 热丝 高速摄像 窄间隙焊接 
中国激光
2011, 38(11): 1103004
作者单位
摘要
1 中国科学院沈阳自动化研究所, 辽宁 沈阳 110016
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
3 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
如果使用激光金属直接成形方法制备金属零件时,能够通过最优的工艺参数来有效地控制金属成形件内部的不同区域及成形件与基板间的温度梯度和能量分布,使成形件内部产生缺陷的几率减小,会极大地提升成形件的力学性能。针对激光金属直接成形方法制备金属零件内部是否存在缺陷的二分类问题,通过使用正交旋转实验设计的方法进行工艺实验,得到不同参数下的钛合金激光金属直接成形试样是否存在内部缺陷情况。对实验结果进行Logistic回归建模,使用Logistic回归模型计算的工艺参数进行验证实验,样件内部未发现内部缺陷,说明Logistic回归模型结果与实际结果有较高的一致性。Logistic回归模型对激光金属直接成形工艺参数的选择具有积极的指导意义。
激光技术 Logistic回归模型 正交旋转试验设计 金属件激光直接成形 钛合金 
中国激光
2011, 38(11): 1103005
作者单位
摘要
江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
采用旋转中心复合设计进行了激光透射焊接热塑性塑料聚碳酸酯的实验设计,分别建立了响应曲面法和基于遗传算法的人工神经元网络法的数学模型,运用这两种数学模型建立激光透射焊接工艺参数(激光功率、扫描速度、夹紧压力、扫描次数)和连接强度的关系模型,然后使用这两种模型分别预测了连接强度,并优化了焊接工艺参数。系统地比较了两种模型的建模能力、泛化能力和优化能力。实验结果表明,两种优化方法的试验结果较接近,但是基于遗传算法的人工神经元网络的建模、泛化和预测的准确性比响应曲面的要好,因此遗传算法神经元网络是优化焊接质量的一种更有效的方法。
激光技术 激光透射焊接 工艺参数优化 响应曲面 人工神经元网络 遗传算法 
中国激光
2011, 38(11): 1103006
作者单位
摘要
常州大学机械工程学院, 江苏 常州 213016
利用激光冲击波对X80管线钢焊接接头表面进行了强化处理,通过拉伸实验对激光冲击处理前后焊接接头试样拉伸力学性能进行了分析,用扫描电镜和能谱分析仪观察了其断口形貌与化学成分组成,并对其断裂机理进行了探讨。实验结果表明,原始状态的X80管线钢焊接接头具有连续屈服特征,无明显的屈服平台,延伸率比较高,拉伸断口出现明显的分层开裂;激光冲击处理后X80管线钢焊接接头的强度并未得到加强,韧窝尺寸与深度变大,其断裂拉伸性能得到改善。
激光技术 激光冲击处理 X80管线钢 焊接接头 慢拉伸试验 断口形貌 
中国激光
2011, 38(11): 1103007
作者单位
摘要
江苏大学理学院, 江苏 镇江 212013
从白细胞形体结构的特点出发,建立了单核细胞的双层偏心球模型。基于米氏散射理论和电磁波界面传输理论,应用几何散射逼近方法得到了单核细胞的散射光复振幅函数,其数值计算结果与运用有限元方法计算的VirtualLab虚拟仿真结果一致。数值计算的结果表明散射光强的角分布出现了3种不同频率的光强调制。分析了这3种调制出现的物理机制,指出调制特性与细胞的形体参数及光学参数之间的关系:低频调制在细胞大小尺度内无变化;次低频调制与细胞的相对折射率和核质比有关;高频调制的缺失与相对折射率和入射取向有关。并且指出了在细胞核紧贴细胞的情况下会有调制畸变现象出现。这些结果为单细胞的精细光学检测和鉴别技术的提高提供了理论依据。
生物光学 光散射 白细胞 光强调制 几何散射逼近 
中国激光
2011, 38(11): 1104001
作者单位
摘要
1 上海理工大学出版印刷与艺术设计学院, 上海 200093
2 堪萨斯大学机械工程学院, 劳伦斯, 堪萨斯 66045
3 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
分析了强度调制的连续激光激发的光声信号形成过程以及调制脉宽对光声信号强度的影响,发现随着调制方波脉宽的增加,生物组织吸收的光功率增加,光声信号幅值增加。研究了调制脉宽对光声成像技术轴向分辨率的影响,发现随着调制方波脉宽宽度的增加,光声信号的脉宽增加,其轴向分辨率变差。在理论研究的基础上进行了实验验证,通过方波调制的激光二极管的出射激光激发生物组织获取声信号。在激光二极管出射光功率提高受限的条件下,通过增加作用在生物组织上的光功率密度获取高分辨率、高信噪比的光声图像。对强度调制连续激光激发的光声成像技术的研究能够为光声成像技术提供一种低成本、便携式的设备,为进一步研究提供参考。
激光光学 连续激光 强度调制 光声成像 脉宽 调制方波 
中国激光
2011, 38(11): 1104002
作者单位
摘要
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院 光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
2 中国人民解放军第二五四医院心血管内科, 天津 300142
多层螺旋计算机层析(MSCT)相对于传统的冠状动脉造影(CAG)具有无创、三维成像的特点。提出了一种基于MSCT血管分析的CAG感兴趣血管段的最佳造影角度计算方法。首先,应用最佳方向性梯度通量局部血管增强和自适应性区域生长将冠脉血管分割出来,构造三维血管树,并进行细化及B样条拟合,对感兴趣血管段在计算机中根据CT数据采集及冠脉造影时的系统参数,模拟造影过程,应用最小投影缩短和最小遮盖原则,计算最佳造影角度。实验结果表明,计算出的最佳角度下,血管的缩短比小于1%,优于实际工作角度。研究结果可用于冠心病的介入手术规划。
图像处理 冠状动脉造影 最佳角度 多层螺旋计算机层析 三维血管分割 
中国激光
2011, 38(11): 1104003
作者单位
摘要
1 吉林大学口腔医学院VIP综合科, 吉林 长春 130021
2 吉林大学口腔医学院种植科, 吉林 长春 130021
3 海南医学院附属医院口腔科, 海南 海口 570102
建立了大鼠骨缺损模型,评价了低能量激光治疗处理后骨缺损处的组织学改变。制造大鼠单侧的股骨圆形骨缺损,根据低能量激光治疗照射方法的不同随机分为3组:多次照射组,单次照射组,对照组。其中两个照射组对应的总剂量相同。术后15 d和30 d分别处死每组动物,取材后进行HE染色,在光镜下分析炎症和骨组织的形成和质量。结果显示实验组15 d和30 d时的炎症评分明显低于对照组,骨形成评分明显高于对照组,而2个实验组并无明显区别。研究发现适宜剂量的低能量激光治疗可以减轻动物模型实验性骨缺损处的炎症并促进新骨形成。多次照射和单次照射比较并无不同。
医用光学 低能量激光治疗 骨缺损 骨形成 动物模型 
中国激光
2011, 38(11): 1104004
作者单位
摘要
海军航空工程学院电子与信息工程系, 山东 烟台 264001
针对多入多出(MIMO)无线光通信(FSO)中传统的奇异值分解(SVD)信道估计算法由于训练序列的单极性容易导致信号能量损失,从而引起信道估计值不准确的问题,提出了一种修正的自适应SVD估计算法。该修正算法能对SVD算法中存在的估计误差进行补偿,从而能使该估计方法更好地应用于MIMO-FSO系统中。仿真结果表明,与SVD算法相比,在信噪比为15 dB时,修正的算法有2个数量级的均方误差(MSE)性能提高,在信噪比为30 dB时,MSE性能有3个数量级的提高。与相同条件下的均值修正SVD算法相比,平均有1 dB左右的性能改善。该修正方法可移植性强,在其他信道估计方法中也可采用类似的改进方法。
光通信 无线光通信 信道估计 奇异值分解 多入多出 均方误差 
中国激光
2011, 38(11): 1105001
作者单位
摘要
天津大学电子信息工程学院, 天津 300072
提出一种基于低速光调相信号注入半导体分布反馈激光器(DFB-LD)产生最低4倍频,最高16倍频的40 GHz和60 GHz的毫米波调相信号。该方案利用注入光的N阶调相边带锁定DFB-LD的波长,同时DFB-LD放大此调相边带并与原注入光信号通过相干差拍作用在LD腔内形成毫米波调相信号。通过理论建模分析了工作原理,经系统实验验证了此方案的可行性。应用2.5,5和10 GHz的光调相信号均得到40 GHz或60 GHz的毫米波信号,实现了最低4倍频,最高16倍频的毫米波信号产生,并通过单边带相位噪声的测量验证了毫米波的频率稳定度。
光通信 光载无线 光子上变频 注入锁定 
中国激光
2011, 38(11): 1105002
作者单位
摘要
燕山大学信息科学与工程学院, 河北 秦皇岛 066004
设计了一种基于双空气孔光子晶体光纤(PCF)模间干涉的光学电压传感的实验方案。用缠绕了双孔光子晶体光纤的石英晶体作为电压传感头,在被测高压电场的作用下,双孔光子晶体光纤的长度因石英晶体的逆压电效应形变而受到调制,进而可以改变模间干涉输出两个边瓣的光强分布,对两个干涉输出边瓣进行探测实现对高电压的测量。在低压端用一个缠绕了双孔光子晶体光纤的压电陶瓷(PZT)来调整模间初始相位差,使之处于正交状态。实验结果表明,在实验室条件下能获得0.5%的测量精度,具有很好的线性度。
测量 光学电压传感器 模间干涉 逆压电效应 石英晶体 
中国激光
2011, 38(11): 1105003
作者单位
摘要
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
通过在相位调制器上施加线性变化的调制信号来实现对光波频率的方波调制是目前谐振式微光学陀螺(RMOG)中普遍采用的调制方法。而实现理想的方波频率调制要求完全线性的调制波形,极大地增加了系统实现难度。研究了调制曲线非线性对谐振腔输出的影响,仿真计算了具有二阶和三阶非线性误差的调制曲线引起的谐振曲线偏移和畸变。分析了解调输出误差与调制曲线非线性度的关系。通过搭建RMOG实验系统,测试了实际产生三角波调制信号的高阶非线性系数以及陀螺输出的标度因数。实验验证了理论分析计算方法的正确性以及采用模拟三角波产生方法改善微光学陀螺中相位调制非线性的可行性。
光纤光学 谐振式微光学陀螺 频率调制 非线性 输出误差 
中国激光
2011, 38(11): 1105004
作者单位
摘要
1 山东大学控制科学与工程学院, 山东 济南 250061
2 兖矿集团有限公司, 山东 邹城 273500
基于光纤布拉格光栅(FBG)高温传感特性,设计了一种基于波长调制的耐高温光纤光栅传感网络。系统设计了新型封装结构的耐高温光栅传感头。并针对传统FBG传感网络结构可靠性低的缺点,设计了一种高可靠分布式传感网络结构。采用InGaAs图像传感衍射解调技术对光反射波长进行解调。20~290 ℃范围测试实验表明,所设计的传感网络温度响应曲线平均线性度达0.9991,灵敏度为0.0258 nm/℃,测量精度达±0.6 ℃,响应时间小于16 s,稳定性高,适用于实际工作环境中的高温测量。
光栅 光纤布拉格光栅 高温 分布式传感网络 封装 解调 
中国激光
2011, 38(11): 1105005
作者单位
摘要
1 清华大学电子工程系, 北京 100084
2 香港理工大学电机工程学系, 香港
提出一种在光纤水听器时分复用系统中以3×3耦合器作为匹配干涉仪的光强补偿方案,光纤水听器仍为2×2耦合器结构。该方案以时分复用中的非干涉脉冲作参考光强,通过对3×3耦合器两路输出进行简单数学运算并结合数字反正切技术实现信号解调,光强波动和耦合器分光比变化导致的信号畸变得到有效抑制。算法不需要载波调制,可实现光纤水听器近似等臂干涉,有利于降低系统相位噪声。算法的运算量小且适用于一般的非对称3×3耦合器,解调动态范围大。利用该方案实现了8路光纤水听器时分复用实验系统,在光功率变化约10%时,光强补偿方法可将总谐波失真平均值降低30 dB,系统噪声本底在信号频率为1 kHz时小于30 μrad/Hz1/2。
光纤光学 光纤水听器 信号解调 光强补偿 3×3耦合器 时分复用 匹配干涉仪 
中国激光
2011, 38(11): 1105006
作者单位
摘要
1 中国科学技术大学信息科学技术学院, 安徽 合肥 230027
2 中山职业技术学院计算机工程系, 广东 中山 528404
光束的偏振特性在大气传输中变化比较小,因而偏振移位键控调制具有较高的可靠性。以星地激光通信为背景,研究星地激光通信链路的圆偏振移位键控调制的误码率性能。考虑到大气湍流的影响,采用Hufnagle-Valley大气折射结构常数模型,在Rytov方差分别为0.082,1.11这两种弱、强湍流起伏条件下,通过对比圆偏振移位键控调制和直接检测开关键控调制的误码率,得到了同等湍流起伏条件下前者误码率性能比后者突出的结论。特别是Rytov方差为0.082时,要达到10-7的误码率,它们对信噪比的要求分别是21.65 dB和30 dB, 圆偏振移位键控调制对信噪比的要求降低了8.35 dB。此外,还分析了近地面折射结构常数、天顶角和地面风速这3个因素对误码率的影响,仿真结果表明圆偏振移位键控调制的误码率比直接检测开关键控调制最少降低2个数量级。因此,圆偏振移位键控调制在未来星地激光通信中有着广阔的发展前景。
光通信 星地激光通信 圆偏振移位键控 大气湍流 误码率 
中国激光
2011, 38(11): 1105007
作者单位
摘要
1 南京航空航天大学智能材料与结构航空科技重点实验室, 江苏 南京 210016
2 厦门大学光波技术研究所, 福建 厦门 361005
在光纤气体传感系统中,为提高检测的灵敏度,需要采取措施抑制系统的各类噪声。通过设计低噪声的前置放大器和光源驱动电路可有效地降低系统的噪声;但对于因光路变化和光在传输过程中偏振态发生变化引起的背景噪声的处理一直是光纤气体传感系统测量灵敏度提高的难点。提出一种基于最小二乘拟合的背景噪声滤除算法。利用参考光栅和法布里珀罗标准具实现对输出信号的光谱重建。在此基础上,利用气体特征吸收峰两边的输出拟合整个输出曲线。将系统的输出与拟合曲线相除,实现系统输出的归一化,有效地滤除了系统的背景噪声,避免了当传感系统背景噪声发生变化时,需要重新采集背景气的繁琐工作,为测量带来方便。
光纤光学 气体检测 背景噪声 最小二乘法 
中国激光
2011, 38(11): 1105008
作者单位
摘要
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
相位调制单频激光产生多波长激光具有操作简单、成本低的特点,可有效抑制窄线宽光纤放大器中的受激布里渊散射(SBS)效应。理论研究了波长数目、波长成分相对强度与调制信号之间的关系,当调制频率较小时(如约100 MHz),调制产生的多频激光可以有效提高SBS阈值。实验研究了调制频率为100 MHz的相位调制对高功率窄线宽光纤放大器中SBS的抑制效果。在放大器末端熔接16 m和26.5 m传能光纤的情况下,SBS阈值输出功率分别为相应的未调制时的2.5倍和3.7倍。实验结果表明,利用相位调制可以有效抑制窄线宽光纤放大器中的SBS效应,且抑制效果与系统参数有关,未调制时的SBS阈值越低,效果越好。
光纤光学 受激布里渊散射抑制 相位调制 窄线宽 光纤放大器 
中国激光
2011, 38(11): 1105009
郭福全 1,2,*谢富春 1郭斌 3梁浩 4[ ... ]黄文浩 5
作者单位
摘要
1 洛阳理工学院材料科学与工程系, 河南 洛阳 471023
2 中国科学技术大学高分子科学与工程系, 安徽 合肥 230026
3 南京林业大学化学与材料系, 江苏 南京 210037
4 惠州学院化学工程系, 广东 惠州 516007
5 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系, 安徽 合肥 230026
设计并合成了3种具有较高双光子吸收截面的新型二苯乙烯衍生物双光子生色团,利用在飞秒激光下的双光子漂白现象,在掺杂有3种二苯乙烯衍生物的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜内进行了三维数据光存储实验,研究了三者的双光子漂白能力并分析了激发功率对双光子荧光行为的影响。双光子漂白光存储的特性表明:曝光时间一定时,降低激发功率可以提高分辨率;激发功率不变,降低曝光时间也可以提高分辨率;但要提高存储速度,需用较大的激发功率。采用较大的激发功率(13.4 mW)和较短的曝光时间(20 ms),利用双光子写入和读出方法在掺杂薄膜内部实现了三维超高密度光存储,理论存储密度可达14 Gbit/cm3。双光子漂白速率对激发功率的依赖关系的研究表明,双光子漂白的机理涉及到三个光子的协同作用。
光数据存储 双光子吸收 三维光存储 光漂白 二苯乙烯衍生物 生色团 
中国激光
2011, 38(11): 1106001
作者单位
摘要
1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
利用离子束辅助沉积(IAD)技术制备了单层HfO2薄膜,离子源分别为End-Hall与APS离子源。采用Lambda900分光光度计、可变角光谱椭圆偏振仪(V-VASE)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、ZYGO干涉仪和激光量热计测试了薄膜的透射光谱、光学常数、晶体结构、表面形貌和吸收(1064 nm)。实验结果表明,薄膜特性与辅助离子源及起始膜料有着密切的关系。End-Hall离子源辅助沉积制备的薄膜出现轻微的折射率不均匀性。两种离子源辅助沉积制备的薄膜折射率均较高,吸收损耗小,薄膜均为单斜晶相。不同离子源辅助沉积条件下,利用金属Hf为起始膜料制备的薄膜表面平整度较好,其均方根粗糙度和总积分散射均相对较小。与End-Hall离子源相比,APS离子源辅助沉积制备的薄膜吸收相对较小。
薄膜 HfO2薄膜 离子束辅助沉积 离子源 薄膜特性 
中国激光
2011, 38(11): 1107001
作者单位
摘要
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
测量了Mo/Si多层膜在250 ℃下经历不同时间退火后的掠入射X射线反射谱,从中提取出特定级次衍射峰在退火过程中的相对移位,通过布拉格公式拟合,得到了Mo/Si多层膜周期厚度皮米级别的相对变化。采用扩散控制模型来描述Mo/Si多层膜界面扩散,界面厚度的平方随时间线性增加,由此拟合得到Mo和Si间的扩散系数为0.33×10-22 cm2/s。采用四层模型,对掠入射X射线反射谱进行全谱拟合,得到了Mo,Si和扩散层MoSi2的密度分别为9.3,2.5和5.4 g/cm3,据此对Mo和Si间扩散系数进行修正,最终得到在250 ℃下,Mo/Si多层膜中Mo和Si间的扩散系数为1.88×10-22 cm2/s,从而为研究Mo/Si多层膜的热稳定性提供了定量依据。
薄膜 Mo/Si多层膜 扩散系数 掠入射X射线反射谱 四层模型 极紫外 
中国激光
2011, 38(11): 1107002
作者单位
摘要
中国科学院西安光学精密机械研究所, 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
中国激光
2011, 38(11): 1107002
作者单位
摘要
中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
采用红外石英作为基底材料,利用SiO2/ZrO2膜系制备2100 nm波段钬激光器0°高反膜。提出一套完整的优化工艺,解决了薄膜的材料(膜料和基底)本身的水吸收,克服了薄膜表面光洁底差、散射吸收损耗大、容易破裂等问题,镀制出的薄膜在激光使用波长透射率小于0.1%,粗糙度小于1 nm,并且具有长期稳定性好,可靠性高等特点。
薄膜 钬激光器 高反膜 优化 
中国激光
2011, 38(11): 1107003
作者单位
摘要
四川大学光电科学技术系, 四川 成都 610064
相位测量轮廓术凭借其高精度、非接触的优点在现代生活中受到了极大的重视,但其应用却受到正弦光栅复杂制作工艺的限制。根据相位测量轮廓术的基本原理,提出了基于三角形分布光栅的相位测量轮廓术。同正弦光栅相比,三角形分布光栅的制作工艺相对简单,更具有实用意义。对这两种方法的精度进行了比较和分析,并分别在无噪声的理想情况和有噪声的实际情况下,分析了光栅周期、条纹对比度以及物体最大高度对测量精度的影响。通过计算机模拟与实验表明,基于三角形分布光栅的相位测量轮廓术具有较高的精度和可行性。
信息光学 光学三维传感 相位测量轮廓术 三角形分布条纹 光栅 相位展开 
中国激光
2011, 38(11): 1108001
许艳 1,2,3,*周维虎 3刘德明 1
作者单位
摘要
1 华中科技大学光电子科学与工程学院, 湖北 武汉 430074
2 江西理工大学应用科学学院, 江西 赣州 341000
3 中国科学院光电研究院, 北京 100094
为研究飞秒激光超短脉冲序列在空气中传输的时间相干特性,根据飞秒脉冲序列的传播理论和空气折射率Ciddor公式,建立了飞秒激光脉冲序列间脉冲在空气中传播的互相关数值模型。根据该模型可以得到不同光谱分布、不同光程差和不同大气条件下的飞秒脉冲序列间脉冲的互相关图形。数值模拟结果表明随着脉冲间光程差的增大,由于色散的原因,互相关图形加宽和啁啾,并且峰能量减小;然而当光程差不变,仅改变大气条件时,互相关图形仅仅作线性移动,没有任何额外线性加宽或啁啾。飞秒光学频率梳具有非常高的时间相干性,并且飞秒脉冲间的互相关图形只取决于激光器光源的光谱分布。
测量 飞秒激光 互相关 飞秒脉冲序列 
中国激光
2011, 38(11): 1108002
作者单位
摘要
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
原子力显微镜(AFM)是评价亚纳米级表面粗糙度σRMS最主要的测试仪器,但其测试结果会因采样条件(采样间距、采样点数)及测量点位置变化而改变。以AFM测试超光滑光学基底随机表面为例,应用累积功率谱理论建立了确定合理采样条件的方法,避免了采样条件选取不当带来的数据丢失或冗余;通过全局优化选取测量点和局部优化选取测量点相结合,降低了样品表面区域性差异给测试结果带来的不确定性,并大大减少了获得可靠测试结果所需的测试量。上述工作为超光滑光学基底AFM测试提供了有效方案。
测量 原子力显微镜 超光滑基底 均方根粗糙度 采样条件 选点方案 
中国激光
2011, 38(11): 1108003
作者单位
摘要
1 中国地质大学数学与物理学院, 湖北 武汉 430074
2 亚琛工业大学, 亚琛 D-52062, 德国
3 中国地质大学机械与电子信息学院, 湖北 武汉 430074
为了更好地了解表面增强拉曼光谱(SERS)的机制,并进一步提高增强因子,研制了具有高稳定性的纳米劈裂装置及芯片。结合纳米劈裂技术及SERS技术,在拉曼光谱测量的同时能非常精确地操纵两纳米电极间的距离以观察相应拉曼光谱强度的变化。发现拉曼光谱强度依赖于纳米电极的间距以及激光的偏振化方向。在利用两纳米电极作为增强体的基础上引入了纳米门电极,并观察偏置电压下的门电极对拉曼光谱信号的影响。实验结果表明,拉曼光谱信号的强度强烈地依赖于纳米门电极上所施加的偏置电压。实验为增强拉曼信号提供了新的方法,同时为拉曼光谱增强机制的理论研究提供了参考数据。
光谱学 表面增强拉曼散射光谱 纳米劈裂技术 分子电子 光刻 纳米门电极 
中国激光
2011, 38(11): 1115001
作者单位
摘要
中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
利用中心波长为1064 nm的Nd∶YAG脉冲激光器作为激发光源,以高分辨率、宽光谱段的中阶梯光栅光谱仪和增强型电荷耦合器件为谱线分离与探测器件,在石墨富集的方式下测量并分析了水中铅元素的激光诱导击穿光谱特性。实验中以铅的405.78 nm特征谱线作为分析线,研究了水中铅元素的时间衰减特性,确定了最佳延迟测量时间为900 ns,门控测量宽度为1600 ns,通过对不同浓度的含铅样品进行测量,给出了铅元素的标定曲线,并计算得到铅元素质量浓度的检测限约为0.0665 mg/L。以碳为内标元素有效地消除光谱不稳定性对分析结果的影响,提高了被分析元素的检测限和稳定性。
光谱学 激光诱导击穿光谱 水污染 重金属  石墨 
中国激光
2011, 38(11): 1115002
作者单位
摘要
1 电子科技大学通信与信息工程学院, 四川 成都 611731
2 电子科技大学机械电子工程学院, 四川 成都 611731
利用具有相反热光特性的氮氧化硅(SiON)与聚合物材料,采用混合集成技术设计了一种低功耗全内反射(TIR)热光波导开关。该光开关通过在两交叉的氮氧化硅波导芯的X结中心部分制作一个深度等于波导芯厚度的狭缝,并在其中填充与波导包层相同的聚合物材料,同时在狭缝聚合物上方制作加热电极来实现开关功能。理论分析表明,通过选择与氮氧化硅折射率相匹配的聚合物材料,并优化设计单模光波导尺寸,两交叉波导间的夹角、所开狭缝的宽度以及相应的加热电极结构,对于1550 nm的工作波长,开关的驱动功率在低至2.3 mW时仍可实现消光比均大于36 dB,串扰均小于-36 dB的TE与TM模式。
光电子学 光开关 热光原理 氮氧化硅 全内反射 混合集成 聚合物 
中国激光
2011, 38(11): 1117001