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 2012, 39(2)

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中国激光 第39卷 第2期

作者单位
摘要
中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
针对传导冷却和端面抽运的激光增益模块特点,设计了一台10 kW级高功率全固态板条激光放大器实验装置。分析了激光注入功率密度和入射角度等参数对激光放大器提取效率的影响。实验测试了注入功率密度与激光增益模块光光转换效率的关系,实验结果与理论分析基本吻合。激光放大器实验装置的种子源通过一级预放大器和两级主放大器放大后获得了高功率和高光束质量的激光输出,激光放大器输出功率达为11.3 kW,光束质量7.56倍衍射极限,出光时间110 s,光光转换效率达30%。
激光器 全固态 激光放大器 板条 Nd:YAG晶体 
中国激光
2012, 39(2): 0202001
作者单位
摘要
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
基于非线性传输方程与五能级速率方程的耦合模型分析了超高斯脉冲在反饱和吸收(RSA)作用下的动态响应特性。研究了脉冲时空波形在RSA材料中的演化规律以及脉冲与材料相互作用的动力学过程。讨论了单重态第一激发态寿命对输出脉冲时空波形的影响,并优化了材料参数以避免时空畸变。对新型RSA材料的开发以及在时空波形敏感领域的应用具有指导意义。
非线性光学 反饱和吸收 动态响应 时空畸变 
中国激光
2012, 39(2): 0202002
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
从理论上分析了抖动法锁相技术中性能评价函数对锁相效果的影响。研究发现,相干合成中获取性能评价函数的针孔光阑大小对锁相效果影响较大,随着针孔尺寸增大,性能评价函数的符号将会改变,取值也会产生较大变化。详细分析了光束阵列占空比、光束数目、单元光束尺寸和波长对最优评价函数的影响。分析表明,光束阵列占空比和阵列光束数目对正值最优评价函数对应的针孔尺寸影响较小,针孔直径取值范围为远场光斑中央主瓣宽度的0.7~0.8,单元光束光斑尺寸和波长不对最优针孔尺寸造成影响。负值最优评价函数对应的针孔尺寸随光束数目的增大近似呈线性增大趋势,占空比对其影响较小。
激光技术 激光阵列 相干合成 锁相 抖动法 性能评价函数 
中国激光
2012, 39(2): 0202003
作者单位
摘要
西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室, 陕西 西安 710024
在放电激励重复频率气体激光研究中,激光器重复频率运行能量稳定输出是提高其输出平均功率及其实用化的基础。利用实验室已建立的单脉冲输出能量焦耳级的放电激励重复频率脉冲HF激光装置,通过调节气体介质循环速率及优化实验条件,开展激光器重复频率运行稳定输出实验研究,获得激光器重复频率运行时能量稳定输出的最佳工作条件。研究结果表明:随着运行频率的上升,激光输出能量衰减较快;增大气体介质循环速率有利于改善放电稳定性,提高激光器重复频率运行时输出能量稳定性。当混合气体工作介质以3.5 m/s的流速循环时,激光器可实现1~50 Hz重复频率激光输出,在重复频率50 Hz运行时稳定输出能量约130 mJ,能量波动约5%。
激光器 放电激励 重复频率 稳定性 
中国激光
2012, 39(2): 0202004
作者单位
摘要
厦门大学电子工程系, 厦门 福建 361005
报道了一种由宽带光纤环形镜(FLM)作为腔反射元件的法布里珀罗腔掺磷光纤拉曼激光器(RFL),并与使用窄带光纤布拉格光栅(FBG)作为高反镜的腔结构进行了对比研究。研究结果表明,使用宽带FLM替代FBG仍可实现掺磷RFL的窄带激光输出,并且可有效避免拉曼激光从高反镜端的泄漏。在相同的输出镜反射率情况下,使用FLM作为高反镜比使用FBG作为高反镜具有更低的振荡阈值和更高的光光转换效率。当抽运功率为9.45 W时,拉曼激光(1.24 μm)输出功率为4.31 W,激光器斜效率和光光转换效率分别为57.9%和45.6%。
激光器 掺磷光纤拉曼激光器 光纤环形镜 光纤布拉格光栅 光泄漏 
中国激光
2012, 39(2): 0202005
作者单位
摘要
国防科学技术大学光电学院, 湖南 长沙 410073
激光陀螺是一种角运动传感器件,为了避免激光陀螺的闭锁现象,可以采取正弦抖动偏频。为了减小机抖陀螺过锁区时的误差累积,往往会在抖动信号中注入噪声。然而如何选择一种合适的噪声形式目前还没有明确的依据,往往要经过长时间的测试才能得到一种较好的噪声形式。根据加噪的基本原理,提出了一种新的激光陀螺抖动加噪评估方法,这种方法能够在短时间之内快速评价加噪的效果。实际测试验证,新方法在衡量加噪效果上确实是行之有效的。
传感器 激光陀螺 随机游走 随机抖动 自相关 
中国激光
2012, 39(2): 0202006
作者单位
摘要
天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室, 光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
报道了一种大啁啾脉冲输出的全光纤展宽脉冲锁模激光器,以非线性偏振旋转(NPR)实现自启动锁模。激光器其余部分为全单模光纤(SMF)结构,提供很大的正色散,光栅对提供色散补偿,输出展宽脉冲。实验中得到了重复频率36.96 MHz,单脉冲能量1.81 nJ的稳定锁模脉冲序列,使用频谱分析仪观测得到脉冲序列一次谐波信噪比(SNR)达到80 dB。直接输出脉冲有很大的正啁啾,脉宽为2.17 ps,经过腔外压缩可获得70 fs的脉冲。这种能压缩到百飞秒量级的大啁啾脉冲非常适用于光纤啁啾脉冲放大(CPA)系统。
激光器 全光纤展宽脉冲锁模激光器 大啁啾 飞秒脉冲 
中国激光
2012, 39(2): 0202007
作者单位
摘要
华侨大学信息科学与工程学院, 福建 厦门 361021
采用射频磁控溅射和热退火处理技术制备SiNx/Si/SiNx多层薄膜,测试了纳米硅晶粒平均尺寸、光学带隙和薄膜对1064 nm激光的非线性吸收系数。建立SiNx/Si/SiNx多层薄膜被动调Q的Nd:YVO4双波长激光器速率方程,得到双波长调Q脉冲的数值模拟结果。在激光二极管(LD)端面抽运的三镜复合腔Nd:YVO4激光器中,SiNx/Si/SiNx多层薄膜作为可饱和吸收体同时实现了双波长激光被动调Q,获得20 ns的1064 nm激光脉冲和19 ns的1342 nm激光脉冲输出。研究表明,薄膜对1064 nm和对1342 nm的双光子饱和吸收是双波长激光被动调Q的直接原因;激光器两个支腔输出损耗的差别和薄膜对两个波长的非线性吸收系数的相对值影响了双波长脉冲的宽度和时间间隔。
激光器 双波长脉冲 SiNx/Si/SiNx多层薄膜 被动调Q Nd:YVO4激光器 双光子吸收 
中国激光
2012, 39(2): 0202008
作者单位
摘要
北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124
设计了以石墨烯作为可饱和吸收体的被动调Q掺钕钇铝石榴石晶体(Nd:YAG)微片激光器。该激光器采用三明治结构,附有石墨烯薄层的YAG晶体紧密压贴于工作物质Nd:YAG晶体上,晶体端面镀膜作为端面镜构成平行平面谐振腔。采用光纤耦合输出激光二极管端面抽运技术,利用石墨烯的可饱和吸收作用,在注入功率为1.17 W时实现微片激光器的调Q运转,获得波长1064.6 nm,重复频率300~807 kHz可调,最小脉冲宽度75 ns的激光输出。激光器最大输出功率38.4 mW,最大单脉冲能量54.7 nJ。
激光器 微片激光器 石墨烯 可饱和吸收体 被动调Q 
中国激光
2012, 39(2): 0202009
张俊 1,2,*单肖楠 1刘云 1张金龙 1[ ... ]王立军 1
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, 吉林 长春 130033
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
低光束质量严重限制了大功率半导体激光器的应用,为了满足日益增长的工业和**领域应用需求,发展兼具高功率和高光束质量激光输出的半导体激光光源具有重要意义。采用线阵合束方式集成20个传导热沉封装半导体激光单元,结合斜45°柱透镜阵列整形方法和准直技术,直接均衡激光束快慢轴方向的光斑和发散角,通过波长合束和偏振合束,研制出一种可实用化、连续输出功率1030 W、快慢轴方向光参量积分别为18.3 mm·mrad和17.7 mm·mrad、最大电光转换效率44%的808 nm和870 nm双波长半导体激光合束光源,实现了高效率、高功率和高光束质量激光输出,可作为直接光源应用于工业和**领域。
激光光学 半导体激光 高光束质量 线阵合束 斜45°柱镜阵列 
中国激光
2012, 39(2): 0202010
作者单位
摘要
机械科学研究院哈尔滨焊接研究所, 黑龙江 哈尔滨 150080
对激光电弧复合焊接的稳弧机理始终存在不同的观点。通过高速摄像机和光谱分析仪对比研究了激光与电弧复合前后电弧形态发生的变化。研究发现复合后电弧呈现一种全新的形态,具有两个独立的导电通道,这种现象被称为“双重导电机制”。这种机制对维持电弧稳定和保证焊缝成型良好具有非常重要的意义,正是激光电弧复合焊接高速焊接过程中稳弧的关键所在。研究还发现“双重导电机制”的建立过程存在时间顺序,辅助导电通道首先是从激光小孔周围建立起来,然后逐渐扩展到整个电弧区域。各种焊接参数对“双重导电机制”也存在明显的影响。
激光技术 激光材料加工 激光电弧复合焊接 等离子体 基础问题 熔化极气体保护焊 
中国激光
2012, 39(2): 0203001
作者单位
摘要
北京航空航天大学材料学院大型整体金属构件激光直接制造教育部工程研究中心, 北京 100191
以质量分数为54.51Ti-37.68Ni-7.81B4C粉末混合物为原料,利用激光熔覆技术在TA15钛合金基材表面制得了以外加未熔B4C颗粒及快速凝固“原位”生成硼化钛和碳化钛为增强相,以金属间化合物TiNi、Ti2Ni为基体的复合涂层。采用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等手段分析了涂层显微组织,并测试了涂层的二体磨粒磨损性能。结果表明,激光熔覆硬质颗粒增强金属间化合物复合涂层硬度高、组织均匀并表现出优异的抗磨粒磨损性能。高硬度、高耐磨的B4C、硼化钛和碳化钛陶瓷增强相与高韧性TiNi/Ti2Ni金属间化合物基体的强韧结合是激光熔覆涂层优异耐磨性的主要原因,其磨损机理为轻微的显微切削和塑性变形。
激光技术 涂层 复合材料 激光熔覆 金属间化合物 磨损 
中国激光
2012, 39(2): 0203002
作者单位
摘要
1 南京航空航天大学机电学院, 江苏 南京 210016
2 铜陵学院机械工程系, 安徽 铜陵 244000
采用压片预置式激光多层熔覆制备了厚纳米Al2O3-13%TiO2(质量分数)涂层,研究了涂层的微观组织和结合性能,并分析了涂层厚度对结合强度的影响。结果表明,陶瓷涂层各层之间无明显界面,过渡缓和自然,涂层内部致密、连续,基本无孔隙及贯穿性大裂纹等缺陷;涂层由等轴晶的完全熔化区和残留纳米颗粒的部分熔化区组成,并且涂层中的裂纹基本集中于部分熔化区,另外晶粒尺寸表现为上小下大的梯度过渡特征。随着涂层厚度的增加,结合强度逐渐下降,其减小的趋势为先快后慢。厚度为175 μm的试样结合强度高于78.6 MPa,而厚度为350、525、700 μm的涂层结合强度分别为66.3、47.4、36.2 MPa。
激光技术 激光熔覆 多层熔覆 压片预置 厚纳米陶瓷涂层 结合强度 
中国激光
2012, 39(2): 0203003
作者单位
摘要
北京航空航天大学大型整体金属构件激光直接制造教育部工程研究中心, 北京 100191
采用激光逐层熔化沉积工艺制备出了DZ408高温合金板状试样,分析了其激光沉积态及热处理后的显微组织,测试合金的室温拉伸力学性能并分析了其断裂机理。结果表明,激光熔化沉积(LMD) DZ408镍基高温合金沿沉积方向具有快速凝固定向生长微细柱晶组织,其一次枝晶间距约为26 μm、二次枝晶间距约为8 μm,但在枝晶尺度范围内仍存在较明显的元素枝晶偏析,枝晶间γ′尺寸大于枝晶干。顶层沉积层由定向生长微细树枝晶和非定向树枝晶组成,相遇处由于合金液补缩不足产生疏松。在激光沉积过程中选择足够的重熔率,将非定向自由生长树枝晶层和疏松区重熔,是获得致密定向微细柱状晶的必要条件。经过后续热处理,测试合金的室温抗拉强度为1507 MPa,延伸率为14.5%。
激光技术 激光熔化沉积 定向快速凝固 组织 室温拉伸 
中国激光
2012, 39(2): 0203004
作者单位
摘要
北京有色金属研究总院复合材料中心, 北京 100088
结合飞机起动机钛合金叶轮的修复需要,研究了Ti-6Al-3.5Mo-1.8Zr-0.23Si(TC11)钛合金激光熔化沉积修复工艺及界面的组织与力学性能。结果表明,激光熔化沉积TC11钛合金及界面重熔区具有典型的魏氏组织特征,基体热影响区组织逐渐由魏氏组织向双态组织过渡;激光熔化沉积TC11钛合金的抗拉强度高于界面过渡区及基体,而塑性稍低于基体。通过采用逐点熔化沉积的方法对叶轮受损叶片进行了修复,经加工检验后通过了超转试验考核,实现了装机应用。
激光技术 激光熔化沉积 修复 TC11钛合金 显微组织 
中国激光
2012, 39(2): 0203005
作者单位
摘要
1 东南大学机械工程学院, 江苏 南京 210018
2 南京航空航天大学机电学院, 江苏 南京 210016
利用高频感应辅助激光熔覆技术在镍基高温合金基体上制备了NiCoCrAl-Y2O3黏结层及Al2O3-13% TiO2(质量分数)陶瓷层。通过扫描电镜、能谱仪、X 射线衍射仪分析了涂层的微观结构。实验结果表明,在高频感应辅助激光的作用下,基体与黏结层、黏结层与陶瓷层之间的界面均展现了良好的结合特性,具有明显的界面扩散现象。陶瓷层在激光的作用下形成了三维网状结构,该结构使得陶瓷材料中的TiO2 材料与Al2O3材料均匀分布,减少了因不同材料聚集所产生的内应力。同时对涂层进行了热震实验,结果证明了利用高频感应辅助激光熔覆技术制备的Al2O3-13% TiO2陶瓷层具有良好的抗热震性能,适合工作于高温环境。
激光技术 激光熔覆 高频感应 微观结构 热震性能 
中国激光
2012, 39(2): 0203006
作者单位
摘要
1 燕山大学机械工程学院, 河北 秦皇岛 066004
2 燕山大学车辆与能源学院, 河北 秦皇岛 066004
利用光纤镜头和彩色工业摄像机实时采集激光切割厚板中切割点的图像,从彩色图像中分别选取蓝色、绿色和红色通道图像,分析各通道图像的特点和切割点的几何形状特征。首先以激光焦点在图像中的位置为中心建立坐标系,以x轴方向为起始,45°为间隔向8个方向搜索激光切割区域的边缘点,根据边缘点到坐标原点的距离信息确定激光切割方向和切割顶点;建立边缘识别用抛物线模型,根据边缘处存在灰度特征、梯度特征和方向特征设计识别目标函数,识别切割顶点两侧边缘,进而识别整个切割点处的几何形状。实验表明识别方法具有良好的适应性、准确性和实时性。
激光技术 激光切割 厚板 边缘识别 目标函数 
中国激光
2012, 39(2): 0203007
作者单位
摘要
西北大学物理学系, 陕西 西安 710069
基于多模干涉效应的单模多模单模(SMS)结构光纤折射率传感器通常需要进行包层腐蚀来提高灵敏度,而且易受环境温度影响。为克服SMS结构的这些不足,提出了一种新型的基于纤芯失配多模干涉的光纤折射率传感器,由单模光纤色散补偿光纤单模光纤(SMF-DCF-SMF)级联光纤布拉格光栅(FBG)构成,长度不超过100 mm。对其灵敏度、线性范围和温度特性等进行了测试,实验结果显示在测量折射率为1.33~1.39的折射率液时,特征波长与折射率呈线性关系,灵敏度为232.8 nm,级联的FBG具有良好的温度校准功能。
光纤光学 光纤传感器 折射率传感器 色散补偿光纤 
中国激光
2012, 39(2): 0205001
作者单位
摘要
桂林电子科技大学信息与通信学院光电技术研究所, 广西 桂林 541004
设计了一种具有高对称性模场分布的高双折射光子晶体光纤(PCF)结构,由尺寸相同的椭圆空气孔菱形排列组成。利用全矢量有限元法对该种结构光子晶体光纤的基模场分布、有效模场面积、双折射和色散进行数值分析,所得结果与相同结构参数的圆形空气孔光子晶体光纤进行比较。这两种光纤的模场均具有高对称性,近似圆形,并且易于与光器件中其他光纤耦合。椭圆空气孔光子晶体光纤的双折射可达10-3。
光纤光学 全矢量有限元 光子晶体光纤 模场 高双折射 
中国激光
2012, 39(2): 0205002
作者单位
摘要
1 天津大学电子信息工程学院, 天津 300072
2 山西大同大学物理与电子科学学院, 山西 大同 037009
提出了一种将低速基带信号直调产生的宽谱信号,注入至用于上变频的分布反馈式半导体激光器(DFB-LD),利用调制信号光谱中的高阶分量对从激光器进行相位锁定,从而产生光学上变频信号的方法。对直调信号注入锁定DFB-LD产生光学上变频信号的机理进行了理论分析,完成了2.5 Gb/s伪随机码基带信号通过直调并注入从激光器,分别产生了30,35,40 GHz副载波频率的全光上变频信号的实验,并在时域和频域上,对上变频信号的特征进行了研究。该方案结构简单,无需高速外调制器及高频本振,具有集成潜力,理论上可产生更高载频(如60 GHz),对目前的光无线混合接入提供了一种可行的解决方案。
光通信 半导体激光器 光无线混合接入 全光上变频 注入锁定 
中国激光
2012, 39(2): 0205003
作者单位
摘要
1 燕山大学信息科学与工程学院, 河北 秦皇岛 066004
2 燕山大学信息科学与工程学院河北省特种光纤与光纤传感重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
利用有限元法对一种柚子型光子晶体光纤中的传输模式进行了模拟,得到了各传输模式的有效折射率和模场分布。结合耦合模理论和相关函数方法,对柚子型光子晶体光纤布拉格光栅反射谱进行了理论分析,解释了柚子型光纤光栅出现多个谐振峰的原因;数值分析了光纤纤芯直径和空气孔尺寸对光栅传输谱的影响。结果表明谐振峰波长随纤芯直径的增大向长波方向漂移,而随空气孔增大向短波方向移动,并且不同谐振模式的变化幅度不同;利用相位模板法写制了光子晶体光纤光栅,实验结果与理论分析能够很好地吻合。
光纤光学 光子晶体光纤 布拉格光栅 耦合模理论 相位模板法 
中国激光
2012, 39(2): 0205004
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
中国激光
2012, 39(2): 0205004
作者单位
摘要
哈尔滨工程大学自动化学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
与传统电磁式电流互感器相比,基于法拉第效应的光纤电流传感器有许多明显的优点,因而获得了广泛的研究。萨尼亚克(Sagnac)环形电流互感器是在干涉式光纤陀螺结构上发展起来的一种互感器结构。外界环境的振动因素是抑制Sagnac光纤电流互感器的最重要因素之一。为了消除振动对电流互感器测量结果的影响,给出了一种新型的光纤电流互感器免疫方案,其基本原理是增加外部闭环线圈来补偿所受振动影响。利用琼斯矩阵对此种光纤电流互感器结构进行了详细的理论分析。理论分析及实验结果均能证明此种方案可以完全消除电流互感器在实际环境中所受振动因素的不利影响。为高精度Sagnac干涉式光纤电流互感器的实现提供了可行的解决方法。
光纤光学 法拉第效应 振动免疫 补偿光纤环 光纤传感器 
中国激光
2012, 39(2): 0205005
李博 *
作者单位
摘要
浙江工业大学理学院应用物理系, 浙江 杭州 310023
在水溶液中利用脉冲激光消融制备有机染料酞菁氧钒(VOPc)纳米颗粒,利用原子力显微镜(AFM)观测显示,在入射光总能量一定的前提下VOPc纳米颗粒的平均直径随脉冲能量密度的增大而变大。其纳米颗粒胶状水溶液的紫外可见(UV-Vis)吸收光谱显示,过长的激光消融时间并不能对纳米颗粒的产出提供持续贡献。纳米颗粒的再聚集直接影响了制备效率和制备所得纳米颗粒的尺寸,最终将和纳米颗粒的产出达到动态平衡,而水溶液中的疏水作用力是造成纳米颗粒再聚集的主要原因。
材料 激光技术 纳米颗粒 激光消融 有机染料 酞菁氧钒 
中国激光
2012, 39(2): 0206001
作者单位
摘要
长春理工大学理学院, 吉林 长春 130022
制备了新的Er3+/Yb3+共掺氟氧硅酸盐微晶玻璃,测试了荧光光谱、吸收光谱。研究了氟氧化物微晶玻璃中Er3+离子的上转换发光特性,采用Judd-Ofelt理论对样品光谱进行了分析,拟合得到了强度参数,Ω2=4.4756,Ω4=1.0059,Ω6=1.2098。计算了样品的辐射寿命、跃迁几率、荧光分支比等光谱参数。结果表明,样品通过热处理形成了氟化物微晶,降低了声子能量,提高了上转换效率。绿光、红光上转换荧光强度比玻璃样品增强约2到3倍。Judd-Ofelt理论分析表明Er3+/Yb3+共掺氟氧微晶玻璃具有较高的上转换效率,是制作微型激光器和三维立体显示的优良材料之一。
材料 微晶玻璃 荧光光谱 吸收光谱 上转换 光谱参数 
中国激光
2012, 39(2): 0206002
贺元兴 1,2,3,*李新阳 2,3
作者单位
摘要
1 国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
提出一种基于一维线衍射光栅的焦斑重构和远场测量新方法,从理论上分析了新方法在拓展测量仪器动态范围、提取远场焦斑高频旁瓣信息的有效性及方法的适用条件。基于实验室现有的一套远场测量系统平台及自行设计的一维线衍射光栅,以远场环围能量(PIB)曲线作为检验新方法有效性的指标,通过数值仿真和实验相结合考察了新方法的有效性,并从准确测量远场焦斑质量的角度探讨了不同减阈值的去噪方式对焦斑重构结果的影响,对结果进行了分析讨论。
光栅 线衍射光栅 远场焦斑 CCD相机 动态范围 随机噪声 
中国激光
2012, 39(2): 0208001
作者单位
摘要
1 北京工业大学测控实验室, 北京 100124
2 武警学院基础部, 河北 廊坊 065000
管道作为石油、天然气、自来水等的主要运输工具,其运行安全性已受到广泛关注。管道腐蚀穿孔引起的持续性小规模泄漏的及早发现与准确定位是管道运行安全的主要问题和难题。利用Sagnac光纤干涉仪对管道小泄漏进行监测和定位时,光波偏振态的随机变化直接影响到Sagnac环中两束相干光的干涉效果,从而影响直线型Sagnac光纤干涉仪的性能。提出了采用光学消偏的方法抑制偏振态对Sagnac干涉仪性能的影响。通过改进干涉仪的结构,在Sagnac环中加入光纤延时环消偏器,从而提高系统运行稳定性。实验结果表明,该方法能够较好地解决偏振态变化引起的检测灵敏度降低的问题。
测量 光纤传感器 Sagnac效应 偏振态 消偏器 
中国激光
2012, 39(2): 0208002
作者单位
摘要
四川大学光电科学技术系, 四川 成都 610064
提出一种基于“2+1”相移算法的正交复合光栅投影三维测量方法。用2帧相移量相差为π/2的正弦光栅加1帧背景光代替传统正交复合光栅相位测量轮廓术(OCGPMP)中3帧等相移正弦光栅,并将受背景项调制的载波频谱放在受2帧正弦相移光栅调制的载波频谱中间,由于背景项只有直流分量对载波的调制,与相邻调制载波交流调制成分不会发生频谱混叠,从而拓展了两相移光栅的载波频谱宽度,有效减少了频谱混叠,降低了相位测量误差。计算机仿真和实验结果表明,该方法将测量精度提高到传统OCGPMP的1.74倍。
测量 三维测量 正交复合光栅 频谱混叠 相位算法 
中国激光
2012, 39(2): 0208003
作者单位
摘要
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
针对传统的二次混频式激光测距仪鉴相精度不高,难于消除系统误差等问题,提出了正交混频相位激光测距法,利用成熟的正交调制技术进行激光光强的幅度调制,提高了基于二次混频原理的激光测距仪的鉴相精度,并且通过改变低频信号相位来获得两个相对很小的频差,易于消除系统附加相移,大大简化了二次混频式激光测距仪的硬件设计。详细阐述了基于正交混频相位测距方法的激光测距原型机设计要点。系统原型机设计方案采用了集成度很高的正交调制芯片完成,结构紧凑没有冗余元件。原型机实验精度达到±1.52 mm,在62.5 MHz频点下测相精度达到0.042°,并且可以很方便地通过加入多频调制的方法大大提高测量距离,是采用二次混频法进行相位激光测距的优秀解决方案。
测量 激光测距 正交混频 相位测量 光电混频 
中国激光
2012, 39(2): 0208004
张德津 1,2,*李必军 1,2何莉 3
作者单位
摘要
1 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室, 湖北 武汉 430079
2 武汉大学交通研究中心, 湖北 武汉 430079
3 湖北工业大学自动化系, 湖北 武汉 430068
针对采用体积和密度换算测量大型堆场储量时体积计算精度低、数据获取周期长、堆场类型不能统一测量与计算的问题,提出利用高速激光扫描仪、距离传感器、角度传感器及俯仰传感器集成技术,快速获取堆场三维坐标数据,并推导统一的三维坐标求解算法,建立堆场空间三维坐标系解算堆场三维坐标,准确计算堆场储料体积。同时,提出系统建设架构、组成、数据处理方法和需要考虑的问题。该方法有效解决了大型料场现有测量所面临的问题,提高了测量效率、准确性和安全性。在试验条件下,绝对精度达到0.4%。多个项目实例表明,该方法简洁、高效、准确,普通200 m的料场一次测量时间不超过20 min,测量体积重复测量误差小于0.7%,具有良好的应用前景和推广价值。
测量 激光测量 体积测量系统 三角网建模 传感器集成 
中国激光
2012, 39(2): 0208005
作者单位
摘要
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 天津理工大学电信学院, 薄膜电子与通信器件天津市重点实验室, 天津 300384
为了提高半导体激光器位置敏感器件(LD-PSD)激光三角法测距、测厚系统的测量精度,对半导体激光器的光斑质量进行了研究。用不同功率的半导体激光器做静态测距实验,结果表明,在长时间连续测量中,激光光斑重心的漂移增大了系统的测量误差。光斑重心漂移主要是由光斑的高频噪声和光斑整体偏移造成的。针对这两方面因素设计了基于针孔滤波和棱镜分束的能够提高激光光斑质量的光学系统,并用CODEV软件进行了优化与仿真。将所设计的光学系统加入到测距仪中重新进行静态测距实验,结果表明,改善后的系统精确度由25 μm提高到8 μm,使得基于位置敏感器件的激光三角法测距、测厚系统在长时间连续工作时也能保持较高的测量精度。
测量 光斑重心漂移 针孔滤波 棱镜分束 位置敏感器件 
中国激光
2012, 39(2): 0208006
作者单位
摘要
中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
根据热光法原理,设计并实现了有机碳(OC)/元素碳(EC)测量系统。在此基础上分析了影响光学校正法准确判断OC和EC分割点的因素,对热分解过程中激光强度的温度效应进行激光补偿校正。描述了激光在滤膜中的传输特性,探讨了造成热光透射法(TOT)和热光反射法(TOR)所确定的OC和EC的分割点存在差异的原因。
测量 热光法原理 光学校正 有机碳 元素碳 
中国激光
2012, 39(2): 0208007
作者单位
摘要
安徽大学光电信息获取与控制教育部重点实验室, 安徽 合肥 230039
针对悬臂梁振动系统特性研究要求,提出了一种基于激光自混合干涉效应的极值点模型测量方法。该测量方法相对传统测量方法具有简单、实效、成本低廉等优点。从Lang和Kobayashi建立的速率方程出发推导了极值点研究模型并利用蒙特卡罗随机模拟方法对半周期极值点公式进行简化修正,获得了自由振动情况下悬臂梁振动固有频率阶数为第10阶,振幅特征参量为A10=B10=5.4601×10-13。
激光光学 半导体激光器 自混合效应 振动 
中国激光
2012, 39(2): 0208008
作者单位
摘要
昆明理工大学理学院激光研究所, 云南 昆明 650093
路径无关算法是一类重要的相位解包裹算法,其中最常用的是各种最小二乘算法。由于最小二乘算法无法限制误差在空间中传播,因此不能直接获得精确的解包裹相位,其应用受到了限制。分析最小二乘相位解包裹算法误差的特点,提出了一种能得到精确解包裹相位的新算法,给出了相关的理论分析和具体算法,通过模拟计算和实验验证,证明了该新算法的可行性与有效性。
测量 相位解包裹 最小二乘 算法 
中国激光
2012, 39(2): 0209001
作者单位
摘要
1 河北工程大学理学院, 河北 邯郸 056038
2 河北工程大学信息与电气工程学院, 河北 邯郸 056038
细胞三维定量成像为中药饮片显微鉴别提供了新方法。为了提高数字全息显微成像质量,采用理论分析与实验验证相结合的方法,对球面参考光像面数字全息显微术的记录和再现过程进行了研究,提出了利用标准分辨率测试板对系统放大倍数、物距等参数进行标定的方法;并利用实验结果对两种常见的相位解包裹方法进行了对比。结果表明:球面参考光像面数字全息图不仅具有较高的信息容量,而且再现过程非常简单,还可以在记录过程中实时观察被记录样品的情况,并选择恰当的被记录区域。利用美国空军分辨率测试板的强度再现像就可以对全息成像系统的放大倍数等参数进行精确标定;利用基于横向剪切的最小二乘解包裹方法可以得到具有较大纵深细胞的准确相位;采取边缘识别技术,可以提高细胞再现像显示效果。
数字全息术 像面数字全息术 球面参考光 中药饮片 相位测量 
中国激光
2012, 39(2): 0209002
作者单位
摘要
国防科学技术大学电子科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
激光雷达可以获得目标的三维形状信息,已成为目标识别领域新的研究热点。针对传统匹配识别算法计算量大的问题,提出了一种快速的激光雷达目标识别方法。采用由粗到精的策略,提出了一种新的点云正交投影轮廓特征(PCF)实现模型的快速预选,在此基础上利用迭代最近点(ICP)算法将目标与模型点云精确匹配,并综合利用特征匹配和点云匹配信息构建相似性度量实现目标识别。采用25类地面装甲目标在96个不同视角下的点云数据进行实验,结果表明该算法的运算效率远优于逐一匹配法,且对目标姿态估计误差和目标遮挡具有很强的稳健性,具有较好的综合性能和应用推广价值。
激光光学 激光雷达 目标识别 投影轮廓特征 迭代最近点 
中国激光
2012, 39(2): 0209003
作者单位
摘要
解放军理工大学通信工程学院, 江苏 南京 210007
提出地对地链路的云散射模型,用于分析不同类型云对给定波长信号光的信道传输特性。通过模型仿真,定量分析不同通信几何结构条件下,三种云的路径损耗预测,分析了发送、接收仰角、发送光束束散角等因素对路径损耗的影响。结果表明,当接收视场角固定时,最佳通信距离随着发送、接收仰角的增大而减小;当发送光束束散角很小(1°以下)时,需要调整发送仰角使得信号光源在云层下界形成的光斑位于检测器垂直上方,以达到接收能量的最大值;当发送光束束散角较大时,应调整发送、接收仰角使一次有效散射体积最大,使得接收能量最大。通过实验测量云散射链路的路径损耗,验证了结论的正确性。结论与波长相关,选用620 nm和808 nm两种波长激光二极管作为实验及仿真的光源。
大气光学 云散射 地对地链路 相函数 蒙特卡罗仿真 路径损耗 
中国激光
2012, 39(2): 0213001
作者单位
摘要
中国科学院安徽光学精密机械研究所大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
非线性热晕效应对高能激光大气传输有重要的影响,一个可以用来预测和评价高能激光在不同传输条件下自适应光学系统补偿效果的定标规律对实际的工程应用有重要的意义。利用激光大气传输四维仿真程序,通过仿真不同空间带宽的自适应光学系统,在均匀路径下,对不同发射口径、不同传输距离聚焦光束稳态热晕的相位补偿进行了数值计算。结果表明,自适应光学系统空间带宽对聚焦光束热晕效应的相位补偿影响差别不大,使用广义畸变参数N可以较好地定标其相位补偿效果。
自适应光学 热晕效应 相位补偿 定标规律 
中国激光
2012, 39(2): 0213002
作者单位
摘要
中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光谱学研究室, 安徽 合肥 230031
基于自行研制的新型液体射流的激光诱导击穿光谱(LIBS)实验装置,研究了实验条件(如积分延时、激光能量等)对金属LIBS谱线强度的影响。实验获取了K2Cr2O7、Pb(NO3)2和CdBr2水溶液样品在532 nm激光激发下的等离子体发射光谱,标识了Cr、Pb和Cd等重金属元素的特征谱线,获得Cr、Pb、Cd的探测限约为0.32、15.6、57.6 mg/L,展示了液体射流LIBS用于水体中重金属快速检测的能力。
光谱学 液体射流 激光诱导击穿光谱 重金属 探测限 
中国激光
2012, 39(2): 0215001
作者单位
摘要
清华大学工程物理系, 北京 100084
采用波长2 μm附近的可调谐半导体激光二极管作为光源,结合多步吸收光程和光纤传输技术,通过激光吸收光谱直接测量方法对CO2分子浓度进行测量研究。实验在标定了激光器调谐范围内17条CO2吸收谱线的波长及相应的吸收带跃迁的基础上,研究了不同压力下纯CO2气体在2008 nm附近的吸收光谱,由吸收信号随气体压力的变化关系得到低气压下实验装置的系统刻度因子。并进一步对样品气体的CO2浓度进行测量,测量给出CO2分子浓度为(2.754±0.145)×1016 cm-3,测量误差主要来源于目前实验中所使用的气压计的精度和读数局限性。该研究为气体分子浓度测量、同位素含量分析提供了一种光谱测量方法。
光谱学 激光器 激光吸收光谱技术 多步吸收光程技术 气体浓度分析 
中国激光
2012, 39(2): 0215002
作者单位
摘要
1 重庆大学光电工程学院 光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400030
2 中国工程物理研究院流体物理研究中心, 四川 绵阳 621900
研究了一种对数螺线柱面晶体配接针孔对Z箍缩铝等离子体进行单色谱成像的摄谱成像仪,摄谱仪具有结构简单、外形尺寸紧凑的特点。由于对数螺线晶体的保角特性,摄谱成像仪可在较大视场范围内对Z箍缩内爆等离子体进行单色谱成像。在“阳”加速器上,针对Z箍缩铝等离子体K壳层的X射线辐射进行了成像实验,得到了铝丝阵内爆等离子体的类氢(1727.7 eV)和类氦线(1588.3 eV)单色图像。在箍缩单色图像上观察到了磁瑞利泰勒不稳定性引起的“热点”及内爆不稳定性造成的螺旋形结构,反映了等离子体的内爆形态,为进一步理解Z箍缩物理过程和确定等离子体的辐射特性提供了参考。
X射线光学 摄谱成像仪 对数螺线晶体 Z箍缩 铝等离子体 单色谱成像 
中国激光
2012, 39(2): 0215003
张军伟 1,2,*陈伟 1周忆 1陈良明 2[ ... ]林东晖 2
作者单位
摘要
1 重庆大学机械工程学院, 重庆 400044
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
光栅拼接是解决光栅口径限制的一种有效途径,而光栅拼接的难点是子光栅的精密调整和稳定性保持。为实现子光栅的精密调整,采用了差动螺纹和压电驱动器两级驱动调整机构,子光栅调整精度可达纳米量级;为提高光栅拼接架结构稳定性,对影响光栅拼接架结构稳定性的因素进行了理论分析,根据分析结果,设计了新型的光栅拼接架,采用整体式支撑结构以提高光栅拼接架的固有频率,用柔性铰链代替弹簧以提高子光栅与光栅支撑架的联接刚度,光栅拼接架的稳定性得到大幅提高。经实验测试,拼接架的稳定时间超过1 h,子光栅间相对位移标准差为35.7 nm,拼接架满足使用要求。
光学设计 光栅拼接 拼接架 结构设计 稳定性 
中国激光
2012, 39(2): 0216001
作者单位
摘要
曲阜师范大学激光研究所, 山东 曲阜 273165
为了克服现有平行分束偏光镜剪切差较小且不可调谐的缺点,拓宽平行分束偏光镜的应用范围,采用冰洲石晶体和两块间距可调的三角形玻璃棱镜,制作出造价相对低廉、剪切差大范围内可调谐、且具有优越的分束比和透射比的复合式剪切差可调谐平行分束偏光镜。从理论上分析了该复合式棱镜的剪切差可调谐范围、e光和o光的分束比及未镀增透膜的情况下总的透射比随复合式棱镜中玻璃棱镜的结构角及两块玻璃棱镜的间距等结构参数的变化,并给出了仿真计算结果。依据该结果设计了实验样品,剪切差在1.4~50.2 mm范围内可调谐,e光和o光的光强分束比优于1.1,且在未镀增透膜的情况下总的透射比大于80%。
几何光学 偏光棱镜 剪切差 平行分束 
中国激光
2012, 39(2): 0216002