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 2013, 40(10)

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中国激光 第40卷 第10期

汪丹 1,2,*周唐建 1,2王君涛 1,2童立新 1,2[ ... ]李密 1,2
作者单位
摘要
1 高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
研究了一台端面抽运的Nd:YAG板条激光放大器,采用低掺杂、键合的Nd:YAG板条晶体和3通放大结构,实现功率330 W,光束质量M2x=1.23,M2y=1.73的激光输出。采用4f像传递系统,有效减小了板条入口的切光损耗,并实现了板条内能量的均匀提取。根据1、3通放大功率计算了相应的增益系数,并简要分析了多通放大结构对放大自发辐射(ASE)的抑制作用。
激光器 板条激光放大器 端面抽运 光束质量 波前 增益系数 
中国激光
2013, 40(10): 1002001
作者单位
摘要
长春理工大学理学院固体激光技术与应用重点实验室, 吉林 长春 130022
基于瞬态热传导方程,通过积分变换方法求解得到脉冲高斯光束双端抽运Tm:YAG棒的时变温度场解析表达式,进而求得时变热焦距。同时定量模拟,分析了不同抽运功率、重复频率与占空比对脉冲激光二极管双端抽运Tm:YAG棒轴向瞬态温度分布和时变热焦距的影响。模拟结果表明:随着脉冲抽运个数的增加,Tm:YAG晶体棒内温度和热焦距整体均呈锯齿状分布,并最终趋于稳定的周期性分布;随着抽运功率、重复频率与占空比的增加,Tm:YAG晶体棒整体温度升高,且棒两端面中心点与棒轴向中心点温差增大,而时变热焦距整体逐渐变短且波动范围变小。研究成果为进一步研究热效应补偿和谐振腔设计提供了理论依据。
激光器 脉冲单掺铥固体激光器 解析分析 瞬态热效应 双端抽运 
中国激光
2013, 40(10): 1002002
李红 1,*王东方 2邹伟 3林强 1[ ... ]龚蕾 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 201800
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
3 中国科学院自动化研究所精密感知与控制中心, 北京 100190
利用TMCM-351E驱动控制板卡及自编的自动准直控制软件对高功率激光装置光束进行检测和准直,并设计了一套新型光路监测准直系统。采用变结构控制算法实现了近远场基准中心和光斑中心的自动提取,有效地提高了系统的精度、稳定性和准直效率。在实验平台上进行了验证。实验结果表明,相对传统监测准直方法,该监测准直系统平均准直误差为空间滤波器小孔直径的0.9%,能够满足准直系统远场调整精度(小于小孔直径的5%)和近场调整精度(小于小孔直径的1%)的要求,在连续10 h测试过程中,角度抖动为±12.6 μrad,显示出高的稳定性。该系统在某高功率激光装置的光路自动准直中得到有效应用。实际验证表明,8路预放光路准直时间小于3 min,主放光路准直时间小于7 min。
激光技术 集控系统 高功率激光 自动准直 图像处理 光斑取样中心 
中国激光
2013, 40(10): 1002003
作者单位
摘要
华北光电技术研究所固体激光技术重点实验室, 北京 100015
报道了谐振腔长达7.5 m的紧凑型被动锁模激光器,通过谐振腔的折叠设计,整个激光器被压缩为55 cm长,15 cm宽。采用二极管端面抽运Nd:YVO4晶体,经半导体可饱和吸收镜被动锁模后激光再一次通过增益晶体放大后输出。在重复频率为20 MHz时,输出激光脉冲宽度为14.2 ps,最大输出功率6.14 W,输出激光为1064 nm的基横模(TEM00);单脉冲能量达0.3 μJ。较长的谐振腔保证了良好的光束质量,光束质量因子M2在X方向为1.17,Y方向为1.06,功率不稳定性为0.5%。
激光器 紧凑型激光器 被动锁模激光器 半导体可饱和吸收镜 二极管端面抽运 
中国激光
2013, 40(10): 1002004
作者单位
摘要
北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124
报道了钒酸钇晶体(YVO4)作为拉曼放大器时的性能。观察到拉曼放大器中的自净化作用对拉曼光光束质量的改善。通过改变抽运脉宽,在3组不同脉宽的抽运条件下,分别进行了拉曼放大实验。实验结果表明抽运脉宽越宽,越有利于拉曼种子光与抽运光之间的延时调节。通过改变拉曼种子光与拉曼抽运光两者的夹角,研究了其对拉曼放大器的影响。结果表明利用四波混频实现的拉曼放大对于角度的变化很敏感。最终分别在不同的入射光夹角情况下获得了正三阶和反三阶拉曼斯托克斯光,并与计算所得的谱线进行了对比。
非线性光学 拉曼放大器 皮秒受激拉曼散射 四波混频 
中国激光
2013, 40(10): 1002005
作者单位
摘要
1 哈尔滨工业大学深圳研究生院, 广东 深圳 518055
2 深圳新飞通光电子技术有限公司, 广东 深圳 518037
基于有限元方法(FEM)建立了精确的同轴封装无致冷分布反馈布拉格(DFB)激光器发射组件(TOSA)的热分析模型。对TOSA的热场分布和结温进行模拟和分析,并通过实验验证热学模型的正确性。利用极窄脉冲法测量TOSA的峰值波长随壳温的变化,拟合了壳温与波长的定量关系式。通过实测得到激光器的结温、晶体管形(TO)封装管壳的壳温与热功耗的关系曲线,并同时对不同热功耗下的激光器结温和TO封装管壳的壳温进行模拟,FEM模拟的结果与实测结果十分吻合。根据实测的温度梯度求得激光器组件在不同环境温度下的热阻。所建立的热学模型具有较高的精确性,可以用于TOSA及光收发模块的散热设计。
激光器 半导体激光器 有限元方法 热学模型 热阻 
中国激光
2013, 40(10): 1002006
作者单位
摘要
海军工程大学电子工程学院, 湖北 武汉 430033
分析了激光击穿水介质时的能量分布情况,给出了相应的能量计算方法。构建了研究激光击穿水介质能量分布的实验系统,利用高速摄像机对激光击穿水介质过程中的冲击波辐射、空泡脉动等现象进行了记录,得到了冲击波速度以及空泡尺寸等参数。利用水听器对远场声波信号进行了测量。研究结果表明:激光击穿水介质的过程中,大部分激光能量转换成了冲击波和空泡能量,两者占到的比例为60%~90%;激光能量的改变对激光击穿水介质的能量分布影响不大;当激光会聚角增加时,冲击波和空泡能量变大,同时透射激光能量减小。
激光光学 水下光击穿 高速摄影 激光空泡 
中国激光
2013, 40(10): 1002007
苏华 1,2,3,*王小军 1,2余真 1唐淳 2,4
作者单位
摘要
1 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
2 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
3 中国工程物理研究院研究生部, 北京 100088
4 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
基于直接液冷的固体激光技术发展需要,理论研究了管道流冷却流场的湍流特征诱导出激光波前相位畸变的物理机理。利用管道湍流的统计特性,提出了一套管道湍流激光相屏的构造方法。在不可压缩流假设下研究了两种湍流热效应(输运传热和耗散产热)引起的温度脉动对光束波前的影响。结果表明,此状态下光束质量的退化主要来自于输运传热,而非耗散产热。进一步讨论了轻微密度扰动导致的波前畸变量大小。
激光技术 管道流 湍流相屏 相位畸变 
中国激光
2013, 40(10): 1002008
作者单位
摘要
南京信息工程大学, 江苏省气象探测与信息处理重点实验室, 江苏 南京 210044
提出了一种新型的基于PPLN晶体的多波长中红外差频产生(DFG)光源的设计方案。针对1060 nm和1550 nm两个波段的基频光源组合,采用晶体的分段温度控制技术获得了具有多峰结构的抽运光/闲频光准相位匹配(QPM)调谐曲线。通过改变分段晶体的温度调控抽运光QPM峰的位置,实现中红外多波长DFG光源的调谐输出。理论研究结果显示当PPLN晶体分成长度相等的两个温度控制段,且信号光波长设定为1.58 \mm,分段晶体区间的温度分别设定为20 ℃和60 ℃时,抽运光波长区域存在4个QPM峰,对应的中红外闲频光QPM峰的中心波长分别位于2.95,3.03,3.75,3.83 μm处。当分段晶体区间的温度改变为50 ℃和90 ℃时,相应中红外闲频光QPM峰分别平移至3.01,3.11,3.67,3.77 μm处。该研究结果可为设计和研制多波长宽调谐中红外DFG光源提供参考。
激光器 多波长 差频产生 准相位匹配 
中国激光
2013, 40(10): 1002009
作者单位
摘要
1 南京邮电大学光电工程学院, 江苏 南京 210023
2 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
3 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
针对目前高功率固体激光器的热管理问题,提出了一种基于折射率匹配液冷却的固体微球阵列激光技术方案。按照该方案搭建了布儒斯特角透射式激光放大光路,进行了掺Nd3+玻璃微球阵列激光器流动出光实验,实现了连续稳定的激光输出,并对其激光特性进行了初步研究。直径为2 mm和4 mm微球阵列激光器在1 Hz抽运频率下获得的最大单脉冲能量分别为30.2 mJ和115.4 mJ,斜率效率分别为4.6%和16.2%。随着抽运频率的增加,激光输出能量下降。实验结果表明,掺Nd3+玻璃微球阵列激光器具有较好的散热效能和热稳定性,在高功率激光器方向具有极大的应用潜力。
激光器 微球阵列激光 热管理 激光二极管抽运 高功率激光 
中国激光
2013, 40(10): 1002010
作者单位
摘要
中国科学院大连化学物理研究所中国科学院化学激光重点实验室, 辽宁 大连 116023
利用双光子吸收机制,以778 nm染料激光器作为抽运源,以碱金属Rb蒸气作为增益介质,成功获得了420 nm的蓝光激光输出。以Rb原子能级结构为基础,对其产生蓝光的机理和双光子吸收机制进行了分析描述。基态52S1/2能级的Rb原子通过吸收两个778.1 nm的光子跃迁到激发态52D5/2能级,通过辐射中红外光子跃迁到激光上能级62P3/2,与基态52S1/2能级形成粒子布居数反转,产生420 nm蓝色激光。对激光二极管抽运碱金属蓝光激光器的发展前景进行了展望。
激光器 碱金属蒸气激光器 蓝光激光器 双光子吸收 
中国激光
2013, 40(10): 1002011
刘栋 1,*季来林 1王利 2朱海东 2[ ... ]朱俭 1
作者单位
摘要
1 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800
2 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
在高功率激光装置中,大口径电光开关晶体KDP在表面抛光过程中会引入大量的中高频调制,这种中高频段调制会对高功率激光驱动器性能产生影响。基于快速傅里叶变换理论和元件波前数据,对神光Ⅱ升级装置进行了计算模拟,研究中高频调制对光束近场均匀性和远场聚焦能力的影响,并且讨论了在光束传输放大过程中该频段调制对装置的可能危害。
激光光学 高功率激光 KDP晶体 周期性调制 
中国激光
2013, 40(10): 1002012
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
散斑现象严重影响激光投影的图像质量,必须加以抑制。在已有研究的基础上,提出一种基于振动混光棒的散斑抑制方法,介绍了相关理论,并通过仿真和实验验证了该方法的有效性。基于两种典型激光光源的实验结果证明:该方法无需额外整形透镜光学器件即可实现高效整形照明,缩小了系统尺寸;所得投影图像的散斑对比度不大于6%,满足视觉观察的要求;消散系统的能量利用率不小于90%。
激光光学 散斑抑制 振动混光棒 散斑对比度 
中国激光
2013, 40(10): 1002013
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
提出了一种测量激光晶体热焦距的装置和方法,并以此设计和实现了一台采用平平腔结构激光二极管阵列侧面抽运Nd:YAG再生放大器。通过注入脉冲宽度为2 ns、中心波长为1064 nm、重复频率为300 Hz的300 pJ小信号种子光,实现了脉冲宽度为2 ns,单脉冲能量1.5 mJ的基横模激光输出。总放大倍数为5×106,输出能量稳定性为1.08%[方均根值(RMS)],方波扭曲度为1.10。
激光器 Nd:YAG晶体 激光二极管抽运 再生放大器 热透镜焦距 
中国激光
2013, 40(10): 1002014
作者单位
摘要
1 沈阳工业大学材料科学与工程学院, 辽宁 沈阳110870
2 鞍山煜宸科技有限公司, 辽宁 鞍山 114044
3 沈阳新松机器人自动化股份有限公司激光技术事业部, 辽宁 沈阳 110168
采用窄间隙全固态光纤激光填充热丝焊接方法取代了以往的窄间隙非熔化极气体保护焊(TIG)填充热丝焊接方法,焊接板厚为20 mm、材质为SUS304奥氏体不锈钢。初步确定适合于窄间隙激光填充热丝焊接的坡口形式和焊接工艺参数;通过试验,研究分析焊缝金属组织中气孔和结晶裂纹产生的原因;调整工艺参数,在优化后的最佳工艺参数下,获得了热影响区域小、表面成形性好、无焊接缺陷的焊接接头;焊缝金属为细小的奥氏体柱状晶,与母材形成良好的连接;焊接变形小,满足了焊接变形要求;焊缝金属的显微硬度略高于母材,拉伸性能和弯曲性能均满足试验要求,获得了力学性能良好的焊接接头。
激光技术 厚板奥氏体不锈钢 光纤激光填丝焊接 气孔 结晶裂纹 力学性能 
中国激光
2013, 40(10): 1003001
作者单位
摘要
1 哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工业大学国防科技热加工重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
以J-11为填充胶粘剂,采用CO2脉冲激光对低碳钢Q195进行了激光点焊胶接复合连接试验。对不同焊点排布情况下复合接头的断裂过程进行了研究。结果表明,当只有1个焊点时,复合接头在拉剪载荷作用下,复合接头两端的胶接部分首先开裂,焊点部分最后断裂;当焊点排布方向与受力方向一致时,复合接头内焊点外侧的胶层首先开裂,然后是焊点之间的胶层发生断裂,最后是焊点部分开裂;当焊点排布方向与受力方向垂直时,复合接头内的胶接部分先开裂,焊点部分随后断裂。另外,采用有限元方法对不同焊点排布方式的复合接头受一定拉剪力时,接头内的应力分布情况进行分析,解释焊点排布方式带来的影响,分析结果与试验结果相吻合。
激光技术 激光点焊胶接复合 焊点排布 断裂过程 有限元模拟 应力分布 
中国激光
2013, 40(10): 1003002
作者单位
摘要
华南师范大学广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室, 广东 广州 510006
为满足多工位或多工种的激光加工需求,以Nd:YAG脉冲激光器为光源,提出了双工位加工的实施方案,设计出能实时改变激光光路的双工位分光装置,以及能对系统进行控制的系统控制电路,并确定了系统的工作流程及工作时序。最终实现与单工位时等功率输出的双工位系统。为检验实际加工效果,对AZ91D镁合金和3003铝合金分别进行了熔覆和焊接试验,并利用扫描电子显微镜(SEM)和电化学测量系统分别检测熔覆试样的熔覆层与基体结合界面的特征及耐腐蚀性,同时对焊接试样的显微硬度及拉伸性能进行检测。结果表明,熔覆后,熔覆层与基体结合良好,熔覆层组织致密、无裂纹和孔洞,自腐蚀电位比基体提高1.18V,腐蚀电流降低约5个数量级;焊接后,铝合金的硬度变化范围为HV4.927~54,抗拉强度约为母材的82.3%,与单工位加工系统相比,加工效率提高了24.6%,取得了较好的加工效果。
激光技术 双工位加工 激光加工 熔覆 焊接 
中国激光
2013, 40(10): 1003003
作者单位
摘要
1 装甲兵工程学院再制造技术重点实验室, 北京 100072
2 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
针对激光熔覆层残余应力过大导致变形、开裂的问题,采用激光冲击技术对Fe314合金熔覆层进行了表面冲击处理,分析了熔覆层残余拉应力分布形式及消除机理。结果显示,激光熔覆时采用相对较大的激光比能量,即慢扫描速度、小光斑直径和低送粉速率工艺可有效降低熔覆层残余拉应力。而激光冲击大幅降低了熔覆层残余拉应力,随着冲击次数提高,熔覆层拉应力减小,但拉应力降低幅度呈逐渐减弱趋势。冲击波力学效应引发的极大应变率使熔覆层表层发生微塑性变形,形成压应力场,大幅抵消熔覆层初始态残余拉应力。材料压缩变形时在γ-Fe晶粒内萌发大量位错线,位错发生多系滑移并相互缠结形成位错墙,引发细晶强化作用。
激光技术 激光熔覆 激光冲击 残余应力 晶粒细化 
中国激光
2013, 40(10): 1003004
作者单位
摘要
1 天津工业大学机械工程学院, 天津 300387
2 天津市现代机电装备技术重点实验室, 天津 300387
以Ni60+33%Ni/MoS2(质量分数)混合粉末为熔覆材料,在H13钢表面进行了激光熔覆试验,利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等对激光熔覆层的微观组织进行了分析,测试了激光熔覆层的摩擦磨损性能。结果表明,激光熔覆层的组织是在γ-Ni树枝晶和γ-Ni+MoNi4共晶的基体上分布着CrxSy颗粒。激光熔覆过程中原位自生的CrxSy颗粒呈近球状,尺寸在5~20 μm之间,尺寸较大的颗粒多分布于熔覆层的上部,尺寸较小的颗粒多分布于熔覆层的中下部。由于CrxSy的减摩作用,熔覆层的摩擦系数明显低于Ni60熔覆层的摩擦系数,但耐磨性能有所降低。
激光技术 激光熔覆 原位自生 CrxSy/Ni基复合涂层 摩擦磨损性能 
中国激光
2013, 40(10): 1003005
作者单位
摘要
天津工业大学激光技术研究所, 天津 300160
为了使机器人准确高效地完成复杂形貌零件修复,开发了一套基于三维视觉的激光再制造机器人离线自动编程系统。系统主要包含6个功能模块:机器视觉测量、三维建模、再制造规划、自动编程、仿真优化和通信模块。基于HALCON软件采用标准标定板进行视觉系统的标定,应用梯度重心法对采集到的激光光条图像进行光条中心提取,依据极限几何理论进行特征匹配,根据三角原理获取零件表面点云数据。然后逆向重建零件三维模型并提取出修复区域,根据工艺规划参数,自动进行再制造路径规划和机器人加工程序编制,并通过机器人主控方式实现多个设备之间的联动和时序控制。试验表明,该方法能提高激光再制造机器人编程效率和精度,且机器人动作连贯,修复路径与设计吻合,满足零件修复要求。
激光再制造 机器人 离线自动编程 机器视觉 
中国激光
2013, 40(10): 1003006
作者单位
摘要
1 北京邮电大学电子工程学院信息光子学与光通信国家重点实验室, 北京 100876
2 北京交通大学理学院光信息科学与技术研究所, 北京 100044
提出利用级联型双环耦合全光缓存器(DLOB)进行全光时隙处理的方案,并对光分组的时隙压缩、时隙扩展、时隙交换或重排等全光时隙处理功能进行了实验验证。实验结果表明,经过两级DLOB,数据速率为2.448 Gb/s的两个光分组的时间间隔可以在24.3 μs~110 ns之间进行压缩,或在100 ns~26.11 μs之间进行扩展,并且可以达到无误码输出。这种利用级联DLOB对光分组的时隙处理方法,对全光缓存器的研究有一定的参考价值。
光学器件 全光交换 全光缓存器 时隙处理 可配置延迟 
中国激光
2013, 40(10): 1005001
作者单位
摘要
空军工程大学信息与导航学院, 陕西 西安 710077
针对可变增益中继策略,推导高空平台多跳光链路中断概率的下限表达式,分析大气湍流、跟瞄误差以及中继节点位置对平台间多跳光链路性能的影响。仿真结果表明,高空平台特有的大气湍流特性对于平台光链路性能的影响较小,而跟瞄误差对链路的影响很大;中继节点位置对多跳光链路的影响,与跟瞄误差相关。跟瞄误差越大,中继节点位置对于光链路的影响越大;通过增加平均每跳信噪比能够有效降低中继平台位置对链路的影响的同时,还能改善链路性能。以跟瞄误差为20 m,2次中继为例,平均每跳信噪比增加1 dB,链路中断概率降低约2.2 dB。
光通信 高空平台 可变增益中继 中断概率 
中国激光
2013, 40(10): 1005002
作者单位
摘要
武汉理工大学物理系, 湖北 武汉 430070
为了解决普通条纹计数法在余弦信号极大/极小值位置难于判向的问题,提出一种基于双法布里-珀罗(F-P)干涉仪的比值条纹计数法。利用正切信号在相位为π/2整数倍时发生跳变的特点,取两路正交余弦干涉信号的比值(即为正切信号),再通过对跳变脉冲计数,在测量相位差大小的同时,实现了对相位变化方向的判定。本方法对传感器两光路之间的初始相位差无严格要求,安装调试简单。实验结果表明,以位移传感为例,系统在0~1 mm的测量范围内,线性相关系数达到0.9999,线性度为0.306%,误差限值为±3 μm。
传感器 光纤位移传感器 法布里-珀罗干涉仪 条纹计数法 比值 
中国激光
2013, 40(10): 1005003
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空间光学一部, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
捕获是激光通信建立的必要手段,为探索通信中光学系统各像差对捕获性能的影响,从信标光传输过程和激光通信像质评价方式出发,分析了单色像差均方根小于0.2λ时对捕获质心处光强的影响,采用质心和加权质心方法计算了彗差、倾斜(畸变)所造成的捕获偏差;同时分析了各种单色像差之间对质心光强、捕获偏差的补偿关系。分析表明离焦能对球差、像散造成的质心光强下降有较好的补偿作用,畸变产生的捕获偏差可以用彗差进行完全补偿。采用Zemax软件设计了卡塞格林式和离轴三反(TMA)通信天线系统,利用该方法计算了在视场小于0.3°、像差综合作用时捕获的质心光强和引入的捕获偏差。计算结果很好地验证了分析结论,这些结论对空间激光天线选型、像质优化策略具有一定的借鉴作用。
光通信 光学天线 单色像差 质心光强 捕获偏差 
中国激光
2013, 40(10): 1005004
作者单位
摘要
空军工程大学信息与导航学院, 陕西 西安 710077
针对未来数据中继卫星系统中微波与激光链路并存的发展趋势,研究了微波/光混合链路的中继卫星系统资源调度问题。分析了混合链路在传输速率、链路建立及终端功耗等方面的特点,以多时间窗口、多种类型天线以及任务优先级为参量,以未调度任务总权重、终端总功耗及调度完成时间为目标,建立多目标约束规划模型;提出基于模型分解的优化求解算法,将模型分解为任务调度子问题和优化求解子问题,任务调度子问题通过基于时间窗口更新的调度方法获得初始调度方案,优化求解子问题利用遗传算法对方案进行优化,获得最优调度结果;仿真结果中任务完成率为93.75%,调度任务的权值之和占总权值的96.96%。结果验证了该方法在描述求解具有多任务、多类型天线的微波/光混合链路中继卫星系统资源调度中的有效性。
光通信 中继卫星 微波/光混合链路 资源调度 多目标优化 时间窗口更新 
中国激光
2013, 40(10): 1005005
葛颜绮 1,2,*罗娇林 1,2张书敏 3唐定远 1,2[ ... ]赵鹭明 1,2
作者单位
摘要
1 江苏师范大学江苏省先进激光材料与器件重点实验室, 江苏 徐州 221116
2 江苏师范大学物理与电子工程学院, 江苏 徐州 221116
3 河北师范大学物理科学与信息工程学院,河北省新型薄膜材料实验室, 河北 石家庄 050024
4 复旦大学光科学与工程系, 上海 200433
对正色散光纤激光器中耗散孤子的形成过程进行了数值模拟。数值模拟结果表明增益色散对耗散孤子的形成起决定性作用。耗散孤子的陡峭光谱边缘是正色散效应、光纤非线性效应、增益和损耗以及增益色散效应之间共同作用的结果。窄增益带宽可以导致多个耗散孤子的形成,与此同时,宽的增益带宽(以100 nm为例)在抽运强度足够的条件下可以支持耗散孤子的形成。即使激光腔内不存在其他光谱限制效应,耗散孤子仍可以在具有宽增益带宽的光纤激光器中形成。
非线性光学 瞬态过程 耗散孤子 光纤激光器 正色散 增益色散 
中国激光
2013, 40(10): 1005006
作者单位
摘要
海军工程大学电子工程学院, 湖北 武汉 430033
提出了一种新的应用于低频声传感领域的强度调制型光纤传感器理论模型。该模型使用了单模光纤来传输和接收光信号,使用了C-lens光学透镜实现光准直作用,讨论了光在准直透镜中的传播规律,利用准直器耦合损耗相对角度变化最为敏感的特征实现光强调制。强度型光纤传感器采用微电机系统(MEMS)结构的压力振动膜片拾取振动位移,通过分析施加在膜片上压力的变化得到影响光纤低频声传感器灵敏度的相关参数。仿真结果表明,选择合适的参数可以使传感器的灵敏度较传统方法有量级的提高,实验结果也说明了理论建模的可行性。
光纤光学 声传感器 C-lens准直器 微电机系统 
中国激光
2013, 40(10): 1005007
作者单位
摘要
1 河池学院物理与机电工程学院, 广西 宜州 546300
2 广西大学物理科学与工程技术学院, 广西 南宁 530004
利用传输矩阵法,研究单势垒、双重势垒一维光子晶体量子阱滤波器的滤波品质,结果表明,光子晶体量子阱滤波器的滤波品质对垒层介质折射率的响应灵敏:垒层介质折射率越大或垒、阱层介质折射率和的比值越大,单势垒光子晶体量子阱滤波器的滤波品质越高;内垒层介质折射率和,或外垒层介质折射率和与阱层介质折射率和的比值越大,特别是内、外垒层介质折射率和与阱层介质折射率和的比值越大,双重势垒光子晶体量子阱滤波器的滤波品质越高;随着垒、阱层介质折射率和的比值增大,双重势垒光子晶体量子阱滤波器的滤波品质提高的速度比单势垒光子晶体量子阱快。这些特性,对光子晶体量子阱的理论研究和新型高品质量子光学滤波器件的实际设计等,均具有一定的指导意义。
材料 光子晶体量子阱 折射率和 滤波器 品质因子 
中国激光
2013, 40(10): 1006001
作者单位
摘要
装甲兵工程学院基础部, 北京 100072
近年来,有两种人工材料,即光子晶体和左手材料在电磁波传输方面发挥着重要作用。光子晶体是周期性结构排列的介电结构,存在波的能带结构,在光学器件方面有着许多重要的应用。新型人工左手材料同时呈现负介电常数和负磁导率,有着许多与传统介质不同的反常电磁波特性,具有广泛的应用前景。采用传递矩阵的方法研究了由正折射率材料和负折射率材料交替排列组成的一维光子晶体结构的透射谱,并对其能带结构和色散关系进行分析。这种正负折射率光子晶体不仅存在一般的布拉格禁带,还存在低频共振禁带。在这种系统中存在非局域化态,同时由于低频禁带的存在,使得这种结构有更小的局域化长度,更适合观察局域化现象。
材料 光子晶体 左手材料 带隙 局域化 
中国激光
2013, 40(10): 1006002
作者单位
摘要
武汉工程大学理学院光学信息技术实验室, 湖北 武汉 430073
以脉宽为50 fs、波长为800 nm、重复频率为1 kHz的飞秒激光作为激发光源,利用Z扫描技术研究了CdSeS量子点(QDs)/聚苯乙烯(PS)复合薄膜在非共振区的三阶非线性光学特性。实验结果表明,CdSeS QDs/PS复合薄膜在800 nm光的激发下具有较大的非线性吸收效应;观察到随着激光强度的增加,复合薄膜从饱和吸收(SA)向反饱和吸收(RSA)转变。该反饱和吸收效应主要源于CdSeS量子点的双光子吸收(TPA)。并且,双光子吸收系数β随着激光强度的增加而增加。当激光强度为4.2 GW/cm2和16.8 GW/cm2时,β分别为1.6×10-8 cm/W和2.8×10-8 cm/W,与已报道的量子点相比较高出1个数量级;非线性折射率n2分别为-6.2×10-11 cm2/W和2.7×10-12 cm2/W,与已报道的量子点相比较高出2个数量级。 结果表明,CdSeS QDs/PS复合薄膜在光开关和光限幅等方面具有较大的潜在应用价值。
非线性光学 CdSeS量子点 Z扫描 双光子吸收 
中国激光
2013, 40(10): 1007001
作者单位
摘要
1 四川大学电气信息学院, 四川 成都 610064
2 KLA-Tencor, Milpitas, CA 95035, USA
当利用相位测量轮廓术进行三维物体表面重建时,如果物体表面反射率很大,通过照相机捕获的光栅图像会发生光强度饱和现象,光栅光强度饱和会造成三维重建时的相位误差。对因光栅光强度饱和而导致的相位误差进行研究,并建立每个像素点各帧光强度值的数学模型,提出了一种利用未饱和光强值直接求解相位的新方法。通过仿真和实验分别验证了提出的算法的有效性。仿真结果表明,采用修复算法计算的相位,其误差的均方根值比修复前减小了92.5%;实验中利用该算法求得的相位误差,其均方根值比修复前的相位误差均方根值最多减小了82.8%。
测量 相位测量轮廓术 误差抑制算法 光强度饱和 相位误差 
中国激光
2013, 40(10): 1008001
作者单位
摘要
浙江师范大学信息光学研究所, 浙江 金华 321004
提出了一种定量测量光纤内部折射率三维分布的新方法。基于数字全息显微断层成像技术,构建了一套测量光纤折射率的实验系统,实现了光纤内部折射率分布的三维测量。在预放大透射式数字全息显微系统中,加入样品转动装置,利用样品转动记录180°视角内各个角度的显微全息图,然后数值计算出每个角度光纤样品的折射率积分投影,并基于滤波反投影算法重建光纤内部折射率的三维分布。普通单模光纤和熊猫型保偏光纤两组样品的实验结果表明:建立的系统可应用于光纤内部折射率三维分布定量测量。
全息 断层成像 三维折射率测量 滤波反投影算法 
中国激光
2013, 40(10): 1008002
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 中国科学院大学, 北京 100049
研制波长移相干涉仪时为了选出满足干涉仪设计指标的激光器和CCD相机,采用直接计算法和蒙特卡罗法对干涉仪系统中的主要随机误差进行建模仿真。介绍了菲佐型波长移相干涉仪的基本结构和测量原理,对振动、空气扰动和激光光源不稳定性等随机误差进行了理论分析,建立了相应的数学模型。结合误差模型进行数值仿真,获得了各随机误差大小与测量结果之间的数值对应关系,完成了激光器和CCD相机的选型和误差分配。搭建了波长移相干涉仪实验装置并对其重复性进行测量。实验结果表明,搭建的波长移相干涉仪的均方根(RMS)重复性优于0.07 nm,基本达到设计指标。
测量 重复性分析 数值模拟 蒙特卡罗法 波长移相干涉仪 
中国激光
2013, 40(10): 1008003
作者单位
摘要
深圳大学电子科学与技术学院, 深圳市微纳光子信息技术重点实验室, 广东 深圳 518060
提出一种应用于结构光投影三维面形测量的基于区域的二值编码方法。该方法根据被测物体表面的最大起伏来确定区域编码范围和二值编码图案,然后利用基准区域级次直接获得变形条纹的连续相位分布,在保证可靠性和精度的前提下有效地减少了编码图案数量,提高了测量速度;同时,设计了用于动态三维形貌测量系统的硬件模块。该模块实现了240 frame/s的条纹投影与同步采集,满足了动态三维形貌采集的要求。实验测量采用6幅图案实现了40 frame/s的三维形貌采集,实现了动态三维形貌测量,相关实验结果证明了该技术的可行性。
测量 动态三维形貌测量 二值编码 动态测量硬件模块 
中国激光
2013, 40(10): 1008004
作者单位
摘要
南京理工大学电光学院光学工程, 江苏 南京 210094
提出了一种利用光纤式低相干技术测量光学介质折射率和群延迟色散的方法。该方法中,在系统参考臂使用步进电机扫描,干涉光信号经过光谱仪后由CCD探测,利用样品上下表面的光谱干涉信号计算相位差值,然后利用多项式拟合求出群延迟色散。其优点是系统中由于光纤而引起的参考臂与样品臂之间的色散不匹配不会影响测量结果。色散测量精度可以达到±0.2747×10-14fs2/mm。在样品臂中放入反射镜,可以测量系统色散不匹配值,该数值能够用于系统色散的定量补偿。与传统的根据半峰全宽的变化来评定色散补偿结果的方法相比,定量补偿可以提高补偿精度和减小重复计算半峰全宽的工作量,定量补偿的精度为±0.019×10-12fs2。
光谱学 低相干技术 色散 光谱测量 折射率 
中国激光
2013, 40(10): 1008005
作者单位
摘要
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
为了快速准确标定线激光人体三维扫描仪,提出一种使用精密移动陶瓷量块标定靶的多传感器同步标定方法。利用线激光在陶瓷量块4个方向产生的V形光带顶点作为标定点,由位于扫描仪4个立轴上的8个CCD相机同时记录V形光带图,采用灰度质心算法和双直线拟合求交点的方法提取V形光带角点的亚像素坐标,与二维平移台对应的世界坐标,形成精密标定点对。基于针孔摄像机模型,采用Levenberg-Marquardt (LM)非线性优化算法得出每个CCD的标定矩阵,完成多传感器同步标定。使用与标定点坐标不同的特征点对标定结果进行了验证,结果表明,各传感器的平均投影误差优于0.3480 mm,标准差优于0.2524 mm。
机器视觉 同步标定 陶瓷量块 人体三维扫描仪 
中国激光
2013, 40(10): 1008006
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
为解决移相干涉仪(PSI)测量平板类光学元件面形过程中产生多表面干涉条纹混叠的问题,介绍了基于波长移相的多表面干涉条纹分析方法的基本原理。对三表面干涉测量进行仿真分析,通过对随时间变化的干涉图进行傅里叶变换,提取相应频谱级次的相位,可求得前后表面面形分布。比较了不同取样帧数及不同干涉光频谱变化范围下的误差最大值与方差的变化。与原始仿真面形比较,在理想情况下,该方法测得面形误差优于10-4λ。采用该方法对一实验元件的三表面干涉图进行分析计算,并与Zygo干涉仪测量值比较,结果表明,元件面形峰谷值(PV)与均方根值(RMS)相对误差均低于1%。
测量 波长移相 多表面干涉 
中国激光
2013, 40(10): 1008007
李芳 1,2,*毕勇 2孔新新 1,2王皓 1,2[ ... ]李拓 1
作者单位
摘要
1 中国科学院大学, 北京 100049
2 中国科学院光电研究院, 北京 100094
Gerchberg-Saxton(GS)相位恢复算法被广泛用在多平面全息显示中,但是大部分平面的相关度很低。研究者们提出了一种补偿的方法,然而它并不有效。本文将这种补偿方法称作强补偿方法,并提出了一种基于弱补偿概念的方法。这个算法的核心是引进相应的权重因子改变进入算法的信息量从而实现弱补偿。数值模拟结果显示,同原始GS相位恢复三维算法相比,用这种算法各平面相关度的平均值和差值可以至少改善59.82%和97.03%。
全息 弱补偿 数值模拟 Gerchberg-Saxton相位恢复算法 相关度 像质 
中国激光
2013, 40(10): 1009001
作者单位
摘要
1 华南师范大学广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室, 广东 广州 510006
2 深圳信息职业技术学院, 广东 深圳 518172
在分析白光菲涅耳非相干数字全息记录和再现的基础上,详细讨论了再现像分辨率与记录参数的关系。分别对空间光调制器(SLM)上加载一个平面波和一个球面波相位,以及加载两个球面波相位情况下,实现白光菲涅耳非相干数字全息记录和再现进行了模拟和实验研究,定量分析了成像质量与记录参数的关系。研究结果表明,基于SLM的白光菲涅耳非相干数字全息能够以单通道、无运动的方式实现三维物体的快速记录和再现。理论上,无论SLM上加载一个平面波和一个球面波相位,还是加载两个球面波相位的白光菲涅耳非相干数字全息系统,其再现像分辨率都可以达到相同的最大分辨率。但在实验研究中,由于对光源的带宽和CCD尺寸的要求不同,加载两个球面波相位时对记录条件的要求比加载一个平面波和一个球面波相位的情况大大降低。在相同的实验条件下,前者再现像的分辨率远远大于后者。
全息 非相干数字全息 空间光调制器 再现像分辨率 
中国激光
2013, 40(10): 1009002
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
建立了基于波长调制的Kretschmann结构表面等离子体共振(SPR)传感器系统中整形光路和探测光斑直径与会聚角关系的理论模型。分析了探测光束会聚角对SPR传感器共振波长、共振曲线半峰全宽和共振峰深度的影响。随着探测光束会聚角的减小,共振波长增大,共振曲线的半峰全宽减小,共振峰深度增大,传感器的抗干扰能力增强,系统分辨率提高。通过实验对此进行了验证,考虑会聚角时实验与仿真结果符合得较好;会聚角从0.8°减小到0°时,共振波长从662 nm减小到623 nm,共振曲线半峰全宽从157 nm减小到117 nm,共振峰深度从70.5%增大到93.3%。
传感器 会聚角 表面等离子体共振 反射率 
中国激光
2013, 40(10): 1014001
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 201800
2 Institute Light Matter, UMR5306 University of Lyon1-CNRS, University of Lyon, Bat. Kastler, 69622 Villeurbanne cedex, France
研究了组分为55Bi2O3-25B2O3-10SiO2-(10-x)Ga2O3-xYb2O3(x=0.5,2.0,5.0)掺镱铋酸盐玻璃在1 μm近红外波段发光的温度特性。测定了9 K低温到350 K高温条件下975 nm和1003 nm主次荧光峰,它们的半峰全宽基本没有大的变化,表明铋酸盐玻璃基质对镱离子的非均匀加宽是谱线加宽的主要原因。另外,电子声子耦合对镱离子荧光光谱和荧光寿命也有一定程度的影响。对于荧光寿命的温度特性,本身具有较大荧光俘获效应的镱离子的寿命受到明显影响,其中在高温区的影响比在低温区的更强。
材料 掺镱铋酸盐玻璃 低温荧光光谱 低温荧光寿命 低温激发光谱 
中国激光
2013, 40(10): 1015001
张运方 1,2,*李慧 1,2董辉 1,2孔庆善 1,2[ ... ]刘育梁 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院半导体研究所光电系统实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学, 北京 100049
设计了一种大功率、小体积、可有效降低散斑的投影用二维激光光源模块。该激光光源模块由二维激光二极管(LD)阵列和微透镜阵列两部分组成,不需要其他光学器件,可直接获得均匀的矩形照明光斑。使用Zemax软件建立了具体的模型,分别分析了LD的发散角、个数、间距以及光束经透镜后发散角等参数对光能利用率、光束形状、光斑大小、光束照明位置以及光束均匀性的影响。根据理论分析设计了一种用于液晶显示器(LCD)投影系统的二维激光光源模块。
光学设计 激光光源模块 多高斯光束 半导体激光器阵列 投影显示 
中国激光
2013, 40(10): 1016001