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(2)

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中国激光 第40卷 第2期

飞秒激光微孔加工下载:8061次
作者单位
摘要
北京理工大学先进加工技术国防重点学科实验室, 北京 100081
飞秒激光具有超快、超强的特性,在微孔加工中有着独特的优势,尤其是针对高品质、大深径比的微孔加工有着不可替代的作用。介绍了超短脉冲激光微孔加工的优势以及研究意义,综述了近十几年来基于超短脉冲激光的微孔加工研究现状,并讨论了材料、激光脉冲参数、加工方式和加工环境等因素对超短脉冲激光微孔加工的影响。指出了现阶段超短脉冲激光微孔加工的应用前景,并总结了超短脉冲激光微孔加工当前所面临的挑战,以及今后的研究重点。
超快光学 超短脉冲激光 微孔加工 飞秒脉冲 脉冲序列 
中国激光
2013, 40(2): 0201001
姜娟 1,*黄婷 1钟敏霖 1叶晓慧 1[ ... ]李琳 2
作者单位
摘要
1 清华大学机械工程系先进成型制造教育部重点实验室, 北京 100084
2 曼彻斯特大学机械航空航天与土木工程学院激光加工研究中心, 英国, 曼彻斯特 M13,9PL
石墨烯的问世引起了全世界范围的研究热潮,激光技术是使石墨烯深入走向应用领域的有力的技术手段,已成为先进制造技术的焦点之一。介绍了不同种类的激光制备石墨烯工艺过程的反应机制,包括脉冲激光沉积、激光诱导化学气相沉积外延生长、双光束干涉以及激光打开碳纳米管等。阐述了激光对石墨烯薄膜的破坏、切割、减薄、发光等调控石墨烯的质量和光电性能的方法与原理,并讨论了激光图案化石墨烯在气体传感器,超级电容器等领域的应用。总结了激光技术在石墨烯的制备与应用领域的发展趋势。
材料 激光技术 石墨烯 激光破坏 
中国激光
2013, 40(2): 0201002
作者单位
摘要
1 山东大学信息科学与工程学院, 山东 济南 250100
2 山东师范大学物理与电子科学学院, 山东 济南 250014
3 山东大学控制科学与工程学院, 山东 济南 250061
石墨烯材料由于其优异的电学和光学性质,在被动锁模激光器中作为可饱和吸收体,得到了广泛应用。利用化学气相沉积法高温分解甲烷在铜箔上制得单层石墨烯薄膜,并测量了石墨烯的拉曼光谱。将石墨烯薄膜转移到光纤跳线的氧化锆插芯端面上做成可饱和吸收材料。实验研究了环形腔掺铒光纤脉冲激光器的输出特性,激光器由透射率为92%的光纤布拉格光栅作为输出腔镜,获得了峰值波长为1556.7 nm,3 dB带宽为0.068 nm,重复频率为6.042 MHz,脉冲宽度为58.8 ps的脉冲序列,激光阈值为65 mW。
激光器 光纤脉冲激光器 石墨烯锁模 光纤布拉格光栅 掺铒光纤 
中国激光
2013, 40(2): 0202001
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
为了在四频差动激光陀螺腔中得到理想的圆偏振光,采用摄动法分析了偏振度随谐振腔参量的变化规律。对平面腔四频差动激光陀螺,考虑了反射镜各向异性以及水晶片的旋光角和线双折射。对非平面腔四频差动激光陀螺,考虑了反射镜各向异性和异面旋光角。以理想谐振腔的琼斯矩阵为0阶近似,推导了近似到1阶的微扰琼斯矩阵,采用矩阵本征问题的摄动法求出了本征矢量的1阶摄动解,从而可求出光场的偏振度。以旋光90°为例讨论了光场偏振度随反射镜各向异性的变化规律。当偏振度小于0.05时,摄动法求出的解析式与严格数值解在较高的精度上一致。非平面腔四频差动激光陀螺腔内光场偏振度随各反射镜各向异性的变化规律不同于平面腔的情况。该结果对四频差动激光陀螺腔的优化设计具有一定的指导作用。
激光器 偏振度 摄动法 四频差动激光陀螺 琼斯矩阵 
中国激光
2013, 40(2): 0202002
尹浩 1,2,*朱思祁 1,2阳其国 1,2陈振强 1,2[ ... ]李真 1,2
作者单位
摘要
1 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
2 暨南大学理工学院光电工程系, 广东 广州 510632
3 广东医学院, 广东 东莞 524023
充分利用全固态激光器结构紧凑的优点,设计了一套紧凑型直腔式457 nm蓝光激光器系统。在设计过程中,针对Nd:YVO4激光晶体的自身性质及其产生914 nm激光的相关光学特性,着重对该激光系统的激光阈值进行分析,对温控系统及谐振腔参数进行优化。最终实现了Nd:YVO4激光晶体914 nm波长激光运转,并在此基础上利用BIBO晶体进行腔内倍频获得457 nm激光输出。入射抽运光功率为24.2 W时,最高输出功率为1.56 W,光光转换效率为6.45%,功率稳定度低于2.98%,M2因子为1.3。
激光器 Nd:YVO4晶体 谐振腔设计 蓝光激光器 
中国激光
2013, 40(2): 0202003
作者单位
摘要
1 长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
2 吉林师范大学信息技术学院, 吉林 四平 136000
为了提高半导体激光器的光谱纯度、亮度和工作稳定性,对多环耦合结构的半导体激光器进行了研究。采用多环耦合与弯曲有源波导共端输出结构,使得环形结构激光器输出在光谱纯度、亮度和工作稳定性方面得到了大幅改善。器件水平远场发散角度为2.7°,输出功率达10 mW,在821 nm处的谱线宽度为0.26 nm,实现Q因子达2737。该多环耦合结构器件具有电流对光谱调制特性,调制范围接近15 nm,同时电流对谱线宽度也有一定的调制作用,调制能力在0.2 nm左右。优化后器件输出的谱线宽度变窄,达到0.2 nm,实现Q因子达4040。
激光器 环形半导体激光器 光谱 亮度 Q因子 
中国激光
2013, 40(2): 0202004
朱攀 1,*桑梅 1高杨 2王晓龙 1[ ... ]杨天新 1
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 镇江船艇学院指挥系, 江苏 镇江 212003
报道了一种基于单壁碳纳米管可饱和吸收体、工作波长可切换的被动锁模光纤激光器。利用可饱和吸收体薄膜厚度调节腔内损耗,不仅实现了基频被动锁模脉冲序列的稳定输出,还有效控制了掺铒光纤激光器的增益谱线。实验表明,当腔内可饱和吸收体薄膜较薄或者较厚时,激光器可以分别产生中心波长为1545 nm和1562 nm的脉冲;当腔内可饱和吸收体薄膜厚度介于较薄和较厚之间的适当值时,仔细调整偏振控制器,可以实现激光器在这两个中心波长之间相互切换的稳定锁模运转,在切换的过程中还可观察到这两个中心波长同时出现的锁模现象。
激光器 被动锁模 波长切换 单壁碳纳米管 薄膜 可饱和吸收体 
中国激光
2013, 40(2): 0202005
作者单位
摘要
北京工业大学激光工程研究院国家产学研激光技术中心, 北京 100124
报道了高功率全光纤结构2.0 μm波段宽带超荧光光源。超荧光种子源采用双包层掺铥光纤作为增益介质,中心波长为790 nm的多模半导体激光器作为抽运源,获得了稳定的中心波长为1952 nm的宽带超荧光输出,最大输出功率为220 mW,3 dB光谱带宽为40 nm。超荧光种子源经过一级双包层掺铥光纤放大器后,输出功率达到了2.6 W,光纤放大器斜率效率为46%,相应的光谱范围为1900~2100 nm,3 dB光谱带宽为33 nm。
光纤光学 光纤放大器 超荧光 掺铥光纤 
中国激光
2013, 40(2): 0202006
李超 1,2,*赵磊 1黄志华 1林宏奂 1[ ... ]朱启华 1
作者单位
摘要
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院研究生部, 四川 绵阳 621900
基于光纤中的耦合波方程和琼斯矩阵建立了非线性偏振旋转锁模光纤激光器的数值模型,模拟研究了抽运激光功率抖动和腔长抖动对锁模激光器输出脉冲幅值抖动的影响。结果表明,抽运激光功率Pp的抖动对锁模激光器脉冲幅值抖动影响较大,幅值抖动随着Pp抖动的增大而增大,当抽运功率有±3%的随机抖动时,锁模脉冲幅值的均方根(RMS)值达到0.82%,峰谷(P-V)值达到2.84%;而腔长抖动对脉冲幅值抖动影响较小,但腔长抖动会带来较大的脉冲时间抖动。因此要得到极低时间抖动和幅值抖动的锁模脉冲,必须对抽运激光功率和腔长的抖动加以控制。
激光器 锁模光纤激光器 非线性偏振旋转 幅值抖动 
中国激光
2013, 40(2): 0202007
作者单位
摘要
1 燕山大学理学院, 河北 秦皇岛 066004
2 燕山大学里仁学院, 河北 秦皇岛 066004
基于由计算全息法制作的叉形光栅,研究了平面光束斜入射叉形光栅对涡旋光束特性的影响。从理论上分析平面光束斜入射叉形光栅时,两对称分布涡旋光束间距随平面光与光栅平面的夹角α变化而增大;实验进一步验证了随α角的增大,对称分布的衍射涡旋光束亮斑间距也增大。该研究结果对计算全息法产生高质量涡旋光束的实验有一定的指导意义。
全息 叉形光栅 光束斜入射 涡旋光束 
中国激光
2013, 40(2): 0202008
作者单位
摘要
1 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
2 镇江惟真激光技术有限公司, 江苏 镇江 212013
3 东南大学机械工程学院, 江苏 南京 211189
4 温州大学机电学院, 浙江 温州 325035
采用高能激光束对厚板激光焊接件进行激光冲击强化(LSP)处理,并利用X射线衍射仪(XRD)、显微硬度仪、高精度电子天平和扫描电镜(SEM)观察分析手段研究了激光冲击强化对激光焊接件抗气蚀性能的影响。试验结果表明,增加激光冲击强化脉冲能量气蚀后,激光焊接件马氏体强度相对提高、马氏体剥落得到抑制,表面和横截面硬度增加,累积质量损失和表面气蚀破坏面积减小。随着激光能量的增加,马氏体晶粒细化,气蚀后表面起伏组织变浅、变疏,表面裂纹萌生扩展得到减缓抑制,因此激光焊接件抗气蚀性能增强。另外,激光焊接件焊缝区的抗气蚀性能优于热影响区(HAZ)的抗气蚀性能。
激光技术 激光冲击强化 抗气蚀性能 激光焊接件 
中国激光
2013, 40(2): 0203001
作者单位
摘要
北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124
2524铝合金是高抗损伤容限的新型航空高强铝合金。采用高功率光纤激光器焊接2 mm厚2524铝合金,研究了原始包铝表面、去除包铝层表面氧化膜和去包铝层时的焊接结晶裂纹倾向,借助光学显微镜和电子显微镜分析了焊缝组织形态。结果表明,去氧化膜时结晶裂纹倾向最大,去包铝层后结晶裂纹倾向最小。不同表面状态对结晶裂纹的影响与焊缝组织晶粒大小、共晶形态及其数量密切相关。2524铝合金表面包铝层的存在稀释了焊缝合金元素,共晶数量较少,对裂纹“愈合”作用减弱,因此结晶裂纹倾向大;而包铝层表面氧化膜在焊接时卷入焊接熔池,成为异质形核核心,焊缝组织细小、晶界共晶分布不连续,从而可降低结晶裂纹倾向。
激光技术 光纤激光焊接 2524高强铝合金 表面状态 结晶裂纹 显微组织 
中国激光
2013, 40(2): 0203002
作者单位
摘要
1 浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室, 浙江 杭州 310014
2 义乌工商职业技术学院, 浙江 义乌 322000
通过结合Gologanu-Leblond-Devaux(GLD)微观损伤模型与Mori-Tanaka(M-T)均匀化方法,建立颗粒增强复合涂层材料损伤破坏的分析模型。将激光熔覆复合涂层制备过程中产生的微气孔、微裂纹等缺陷作为损伤模型的初始孔洞,通过数值模拟分析孔洞形状、尺寸、分布、颗粒密度以及颗粒损伤等对复合涂层拉伸应力应变曲线以及断裂韧性的影响。另外,将模型分析与前期的激光熔覆H13-TiC复合涂层单轴拉伸实验进行比较。结果显示,应力应变曲线理论预测与实验结果基本吻合,最大拉伸断裂应变则在一定的误差范围内。
激光技术 激光熔覆 复合涂层 初始孔洞 微观损伤模型 
中国激光
2013, 40(2): 0203003
作者单位
摘要
1 青岛理工大学汽车与交通学院, 山东 青岛 266033
2 青岛理工大学机械工程学院, 山东 青岛 266033
基于阀芯端帽的外形特征及磨损状况,对阀芯端帽工作面激光合金化的扫描路径进行规划。根据实际使用中阀芯端帽工作面上不同的磨损状况将其划分为三个区域,设计双向螺旋式扫描路径,实现阀芯端帽工作面上不同区域的合金化面积比不同。使用NdYAG激光器进行编程加工,将采用双向螺旋式扫描路径的试件与采用直纹式扫描路径的试件分别进行磨擦实验。研究发现,采用双向螺旋式扫描路径时,阀芯端帽工作面的耐磨性能是直纹式扫描路径的2.5倍,而变形量约为直纹式扫描路径的1/3。
激光技术 激光合金化 路径规划 耐磨性能 
中国激光
2013, 40(2): 0203004
杨志斌 1,*陶汪 1,2李俐群 1陈彦宾 1[ ... ]刘申 1
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 哈尔滨工业大学金属精密热加工国防科技重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
针对国产大型客机6056/6156铝合金机身壁板T型接头双侧激光同步焊接的表面成形缺陷,从焊缝成形、微观组织、接头性能等方面对焊接缺陷的补焊工艺进行系统研究。结果表明:采用双侧填丝补焊方法能够有效消除焊缝原始缺陷获得成形良好的接头;补焊焊缝中心的等轴晶粒明显细化,热影响区弥散分布的第二相粒子有所减少,接头软化现象更为明显;补焊接头平均横向和轴向拉伸强度分别为323.9 MPa和183.5 MPa,为原始接头的95.8%和89.8%;轴向拉伸断口表现为脆性与韧性混合断裂,横向拉伸断口呈现脆性断裂特征。
激光技术 焊接缺陷 补焊 T型接头 力学性能 焊缝成形 
中国激光
2013, 40(2): 0203005
作者单位
摘要
1 江苏大学材料科学与工程学院, 江苏 镇江 212013
2 江苏大学分析测试中心, 江苏 镇江 212013
3 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
利用输出波长为1064 nm的钕玻璃YAG激光器,对固溶处理304 奥氏体不锈钢进行了激光冲击表面改性实验,用透电子显微镜、扫描电子显微镜分析技术和硬度测试方法分析了激光冲击表面改性组织的热致回归现象及其对力学性能的影响。实验结果表明,晶内形变微结构是激光冲击表面改性的主要强化机制,在固溶处理304 奥氏体不锈钢中主要表现为晶粒内部的层错与不全位错、位错网络与位错胞以及形变孪晶等。在高温再加热作用下,激光冲击诱导的微结构将发生回归,表现为层错消失、位错密度降低、孪晶退化等,表面硬度也随之恢复到基体硬度值。同时还观察到在内应力调整过程中形变孪晶的微损伤。固溶处理304奥氏体不锈钢激光冲击表面改性组织的热致回归系数约为0.35。
激光技术 奥氏体不锈钢 激光冲击 表面改性 热致回归 微观组织 
中国激光
2013, 40(2): 0203006
作者单位
摘要
1 中国石油大学(华东)材料科学与工程系, 山东 青岛 266580
2 北汽福田汽车股份有限公司诸城奥铃汽车厂, 山东 诸城 262233
在304L不锈钢表面激光熔覆制备了Fe-Cr-Si-P非晶复合涂层。分析了扫描速度对涂层组织及性能的影响。涂层主要由非晶和Fe3P、Fe2Si等晶体相组成。随着扫描速度的增加,树枝晶细化,外延生长层宽度减小。扫描速度为400 mm/min的涂层,显微硬度为821.3 HV0.2,在100 N载荷下涂层的摩擦系数为0.076,具有较好的性能。
激光技术 激光熔覆 扫描速度 显微硬度 耐磨性 
中国激光
2013, 40(2): 0203007
作者单位
摘要
上海交通大学上海市激光制造与材料改性重点实验室, 上海 200240
作为一种新颖的不锈钢厚板连接方法,窄间隙激光填丝多道焊接可以显著提高焊接效率,但目前关于该工艺的不锈钢焊缝组织特点缺乏详细的研究。用CO2激光填丝多道焊连接16 mm厚的304钢板,通过光学显微镜、背散射电子衍射(EBSD)、能谱分析(EDS)研究接头组织特征。结果显示:以8 kW功率激光、三道次焊接可以获得无裂纹和气孔的良好焊缝。接头组织特征主要为焊缝宏观形貌整体窄而高,上下的宽度基本一致。焊接热影响区极窄,熔合线一侧奥氏体晶粒形貌与母材相当;焊缝中存在长条骨架状和等轴状两种铁素体形貌。奥氏体形貌以柱状晶为主,晶粒尺寸粗大。多道焊的重复加热未造成靠近重熔区焊缝组织的明显变化。主要合金元素Cr,Ni在焊缝中均匀分布,无明显偏析。
激光技术 显微组织 多道焊 不锈钢 填丝 背散射电子衍射 
中国激光
2013, 40(2): 0203008
作者单位
摘要
1 西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710032
2 西安电子科技大学理学院, 陕西 西安 710071
针对基片无损检测工作中缺陷粒子的清除问题,基于广义米氏理论,结合球形缺陷粒子对激光波束的散射理论,研究了沿基片水平方向入射高斯波束对介质球缺陷粒子的辐射力。根据连带勒让德函数及三角函数的正交关系,给出作用在高斯波束中介质缺陷球体粒子上的横向以及轴向辐射力的解析表达式,并分析不同参数对辐射力的影响。结果表明,随激光束腰半径的减小,辐射力峰值变大;随束腰半径增大,光轴的能量降低,散射力减小;随粒子折射率减小,散射力逐渐减小。工程上可通过减小激光波束束腰半径加大激光能量,以便更有效地清除缺陷粒子;亦可通过对辐射力的定量分析实现缺陷材质的检测。
散射 辐射力 广义米氏理论 基片 缺陷粒子 
中国激光
2013, 40(2): 0203009
作者单位
摘要
1 杭州电子科技大学生命信息与仪器工程学院, 浙江 杭州 310018
2 浙江大学医学院附属口腔医学院, 浙江 杭州 310027
3 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室国家光学仪器工程技术研究中心, 浙江 杭州 310027
以牙本质为研究对象,提出一种各向异性生物组织光学散射特性的求解方法。从能量传输角度,引入扩散张量描述扩散方程,理论推导并结合各向同性立方体组织模型的光扩散规律,提出利用点光源入射规则切片产生的前向散射光能量分布的等高线椭圆长短轴之比来表示各向异性介质扩散张量的方法。实验测试了直径10 μm的点光源从两方向入射牙本质正方体切片前向散射光的能量分布图像,通过数据处理与分析,获得牙本质样本的扩散张量分量比值为DyyDzzDxx=7.491.31。最后,利用有限元数值方法求解正交各向异性扩散方程,获得前向散射光的能量分布,并与实验结果相对比,验证了结果的正确性。研究结果有助于加深对牙本质光学散射属性的了解,对基于光散射理论早期诊断龋病具有借鉴意义。
散射 牙本质 各向异性 扩散张量 能量等高线 
中国激光
2013, 40(2): 0204001
作者单位
摘要
西安理工大学自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
提出了一种非限幅四相相移键控(QPSK)类正弦调制技术,并将其运用到大气激光通信系统中。介绍了大气激光通信信道模型,给出了非限幅QPSK类正弦调制的大气激光通信系统模型。在此基础上,对采用非限幅QPSK类正弦调制和采用直流偏置副载波强度调制的大气激光通信系统在无湍流和弱湍流信道下的功率利用率、误码率、中断概率和信道容量进行了分析和比较。结果表明,非限幅QPSK类正弦调制具有更好的抗噪声性能、更高的功率利用率、较低的中断概率及较高的信道容量,提高了大气激光通信系统的性能,可满足大气激光通信系统的需要。
光通信 大气激光通信 副载波强度调制 非限幅类正弦调制 直流偏置 
中国激光
2013, 40(2): 0205001
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
中国激光
2013, 40(2): 0205001
作者单位
摘要
1 北京航空航天大学惯性技术重点实验室, 北京 100083
2 湖北三江航天洪峰控制有限公司, 湖北 孝感 432000
由于角振动台测试方法的局限性,难以全频带验证数字闭环光纤陀螺动态模型的正确性。针对此问题,提出了基于Faraday效应的动态特性评估测试方法,采用正弦电流激励下的Faraday相位差等效Sagnac相位差,解决了激励信号输出频率有限的问题。由动态模型推导出传递函数,仿真光纤陀螺的频率特性,仿真结果与实验结果相一致。分析了该动态模型各个参数与闭环带宽的关系,结论与实验拟合结果相同。从以上两个方面验证了该数字闭环光纤陀螺动态模型的正确性,为优化动态特性的研究提供了一定的参考。
光纤光学 光纤陀螺 Faraday效应 动态特性评估 动态模型 
中国激光
2013, 40(2): 0205002
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所, 北京 100044
提出使用基于半导体光放大器(SOA)的环形激光器与可调谐光纤型法布里珀罗(F-P)滤波器作为扫描光源的光纤布拉格光栅(FBG)解调方案,综合使用梳状滤波器与乙炔气体的吸收谱进行谱线标定,采用数字信号处理算法进行时域滤波与3 dB功率寻峰算法。实验证明,该解调方案可以同时实现对超过1000个温度FBG,或240个应变传感光栅进行解调,解调频率达到1000 Hz,波长分辨率达到0.5 pm,温度检测精度达到0.05 ℃,应变检测精度达到0.6 με。
传感器 光纤光栅解调 可调谐环形激光器 梳状滤波器 乙炔气体吸收谱 
中国激光
2013, 40(2): 0205003
作者单位
摘要
曲阜师范大学物理工程学院, 山东省激光偏光与信息技术重点实验室, 山东 曲阜 273165
提出了一种包层周期呈线性啁啾分布的新型空心布拉格光纤(HC-BF)包层结构设计,旨在满足基于中红外吸收光谱的多组分痕量气体检测应用需求。数值研究了这种准周期包层结构HC-BF中近掠入射条件下TE和TM模的带隙结构和模式损耗特性,并与常规周期包层结构HC-BF进行了对比。结果表明,对于包层周期线性啁啾分布结构的HC-BF,通过增大包层周期线性增加量和包层层数均可以有效拓展光子带隙(PBG)宽度,并且其展宽效果随两者增加而明显增强,同时PBG中心波长产生红移。在展宽的PBG波长范围内,该新型包层结构HC-BF依然能够保持0.01 dB/m量级的低传输损耗,表明其具有优良的中红外宽带低损耗传输特性。
光纤光学 空心布拉格光纤 中红外宽带传输 痕量气体检测 
中国激光
2013, 40(2): 0205004
作者单位
摘要
哈尔滨工业大学机电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
研制出一种分程式双灵敏度的光纤光栅压力/温度一体化监测装置。利用分程式的封装结构,在没有改变光纤光栅其他监测指标前提下,增大了压力测量范围。通过设定封装结构尺寸及材料使该装置实现压力/温度双灵敏度一体化监测。进行了压力/温度监测性能实验,实验结果表明,该监测装置的压力监测范围为0~30 MPa,温度监测范围0 ℃~150 ℃。在0~15 MPa、15~30 MPa监测范围内压力灵敏度分别为352.5 pm/MPa和223.3 pm/MPa,线性拟合度分别为99.42%和99.33%;温度灵敏度分别为33.5 pm/℃和22.5 pm/℃,线性拟合度分别为99.69%和99.61%。该传感器结构简单、性能指标优越,具有较高的应用价值。
光栅 光纤光栅 压力/温度监测 分程式 双灵敏度 
中国激光
2013, 40(2): 0205005
作者单位
摘要
1 天津大学电子信息工程学院, 天津 30072
2 中北大学仪器科学与动态测量教育部重点实验室, 山西 太原 030051
易于集成、高消光比是目前全光开关的研究目标。采用硅基串联双微环谐振腔的方案,双环半径均为10 μm,理论分析认为串联双微环谐振腔可以有效改善光开关的消光比,并在此基础上进一步研究了基于硅基串联双微环谐振腔热非线性效应全光开关的基本特性。实验中,通过易耦合的离面耦合方法,利用面内单光注入技术,得到串联双微环谐振腔同谐振波长处最大陷波深度为27 dB,并通过调节注入光功率,实验得到基于热非线性效应的最大开关消光比为20.2 dB,热非线性红移变化量为136.4 pm/mW;采用面内双光注入技术,测得开关时间分别为2.84 μs和3.04 μs,并与面内单光注入测试结果进行了对比分析。实验测试结果与理论分析相符,为高集成化、高性能光路由和光调制器提供可行的方案。
集成光学 全光开关 串联双微环谐振腔 消光比 
中国激光
2013, 40(2): 0205006
作者单位
摘要
中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
分析了激光通信中捕获、跟踪、瞄准(ATP)系统对信标光光斑定位的需求,阐述了选用互补金属氧化物半导体(CMOS)探测器的优势。提出了基于STAR1000探测器光斑探测相机的设计思路和光斑质心算法。由于CMOS探测器存在噪声和像元占空比有限等缺陷,影响了相机的定位精度。对影响定位精度的因素进行了分析和仿真,通过研制出的相机实验平台完成了测试和实验验证。实验结果证明降低噪声、提高像元占空比、扩大有效光斑直径均可提高定位精度。进而针对激光通信ATP系统的特点提出了提高相机定位精度的改进方案。
光通信 定位精度 质心算法 CMOS探测器 捕获、跟踪、瞄准 
中国激光
2013, 40(2): 0205007
作者单位
摘要
聊城大学物理科学与信息工程学院, 山东省光通信科学与技术重点实验室, 山东 聊城 252059
采用脉冲激光沉积(PLD)的方法在玻璃衬底上制备了二氧化钛薄膜,研究了基片温度和氧压对薄膜表面形貌、晶体结构和光学性能的影响。结果表明:当基片温度低于300 ℃或高于400 ℃时,二氧化钛薄膜的折射率都随着基片温度的升高而增大;基片温度处于300 ℃~400 ℃之间时,折射率随着基片温度的升高而降低;基片温度为300 ℃时,折射率最大。薄膜的折射率随着氧压的增大而减小。X射线衍射仪(XRD)显示薄膜在基片温度低于300 ℃时为非晶态结构,在300 ℃时出现了锐钛矿结构,当基片温度升高到500 ℃时,薄膜仍为锐钛矿结构;300 ℃时,薄膜的A(101)衍射峰最强,结晶度最好。通过原子力显微镜(AFM)图分析得出:低于300 ℃时,随着基片温度的升高,二氧化钛薄膜的晶粒尺寸增大,聚集密度增大;高于300 ℃时,晶粒的平均尺寸大小几乎不变,300 ℃时,晶粒排列最均匀有序。根据薄膜的透射谱计算了薄膜的光学带隙,可知随着基片温度的升高,二氧化钛薄膜的带隙变窄;随着氧压的增大,带隙变宽。
薄膜 折射率 基片温度 氧压 透射谱 带隙 
中国激光
2013, 40(2): 0207001
杨芳 1,2,3,*张鑫 1,2贺岩 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 中国科学院大学, 北京 100049
3 上海电力学院计算机与信息工程学院, 上海 200090
构建了一套基于高速伪随机码调制和光子计数技术的激光测距实验系统,系统采用10阶M序列伪随机码调制1550 nm光纤激光器和具有3级热电制冷能力的InGaAs/InP单光子探测器。利用光纤延时方法进行了测距性能验证实验,在激光器调制速率为622 MHz,伪随机码序列长度1.64 μs和探测器探测效率10%时,当入射到探测器的信号光的平均功率为-76.1 dBm时,得到22.6 dB的系统信噪比和0.95 cm的测距精度,为实际系统验证提供了技术参考。
测量 伪随机码调制 光子计数 激光测距 InGaAs/InP单光子探测器 
中国激光
2013, 40(2): 0208001
作者单位
摘要
1 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
2 铁道部产品质量监督检验中心机车车辆检验站, 北京 100015
动态包络线是制定动态限界的主要依据,准确得到动态包络线是车辆设计过程中的一项重要内容,也是安全行车的重要保障。针对当前车辆动态包络线的获取主要通过计算手段这一情况,设计了高速列车动态包络线测量系统。系统基于双目视觉测量原理,利用大功率线激光瞬时光源构造测量特征,通过高速采集、处理、解算能反映列车动态偏移的被测信息,得到高速列车行驶过程中的动态包络线。提出了一种现场系统校准方法,快速、有效地建立双相机之间的位置关系、轨道中心坐标系及其与测量系统坐标系之间的转换关系。实验结果表明,系统测量精度可达±0.5 mm,实现了高速列车动态包络线的真实可靠测量,为高速列车动态限界的制定提供数据支持。
测量 机器视觉 动态包络线 动态限界 高速列车 校准 
中国激光
2013, 40(2): 0208002
作者单位
摘要
1 河北工程大学信息与电气工程学院, 河北 邯郸 056038
2 河北工程大学理学院, 河北 邯郸 056038
为了快速、准确地再现球面参考光预放大数字全息图的三维信息,采用理论推导和实验验证相结合的方式,对等曲率物光和参考光预放大数字全息显微系统的相位畸变补偿问题进行了研究。推导了该系统的点扩展函数,进而获得了物体再现光场的复振幅及相位畸变表达式,利用估测的相位掩模对再现光场相位畸变预补偿后进行相位解包裹,结合自动相位补偿方法获得待测样品较为准确的相位分布。对人体血红细胞进行了实验研究,结果表明,利用相位掩模对再现光场进行预补偿,一方面可以避免相位解包裹的错误,另一方面还可以有效消除再现光场的二次相位畸变,以实现利用单次自动相位补偿方法获得光场正确的相位分布。
全息 预放大数字全息术 球面参考光 相位畸变补偿 血红细胞 
中国激光
2013, 40(2): 0209001
作者单位
摘要
1 军事医学科学院科技部, 北京 100071
2 国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
建立了中继镜系统模型,根据中继镜系统两套自适应光学装置不同的工作条件和用途,分析了宜选用的系统类型,结果显示光源处的自适应光学装置宜选用共轭式;飞行平台处的自适应光学装置宜选用优化式。在此基础上,使用Hafnagel-Valley 5/7大气湍流模型,建立载荷平台高度30 km、目标高度25 km、下行传输瞄准精度1 μrad的中继镜系统,分析说明了第二套自适应光学装置存在必要性及其对中继镜系统性能的影响;数值模拟了0阶、5阶、10阶、20阶、50阶校正精度条件下以及理想校正时中继镜系统的光束传输性能。计算结果显示:双自适应光学装置对中继镜系统光束传输性能提升具有重要影响;闭环理想校正时,中继镜系统上行链路能量耦合效率由58.82%提升至81.27%,靶面光斑0.5 cm桶中功率比例由1.07%提升至15.85%。
光束传输 激光技术 中继镜系统 双自适应光学装置 校正精度 
中国激光
2013, 40(2): 0213001
作者单位
摘要
北京理工大学光电学院, 北京 100081
分析了相位生成载波(PGC)调制解调法测量微小振动的基本原理,搭建了迈克耳孙型干涉测量系统,研究了声波频段信号微振动的测量。在此基础上分析了压电陶瓷(PZT)调制时振动频率随机波动以及相位不匹配对解调造成的影响。理论和实验表明PZT调制的稳定性对最后解调的波形有很大的影响,调制频率的稳定可以消除解调引入的信号失真,相位的匹配能使解调信号信噪比达到最大。为减小PZT的影响,对实验系统进行了改进。
相干光学 振动测量 相位生成载波 频率波动 相位不匹配 锁相环 
中国激光
2013, 40(2): 0214001
作者单位
摘要
1 燕山大学电气工程学院, 河北 秦皇岛 066004
2 中国人民解放军92635部队, 山东 青岛 266041
构建以SiO2介质为基底,周期为1000 nm的高分子聚合物光子晶体,表面沉积高折射率介质覆层。建立了光子晶体生物传感器反射峰值波长与有效折射率间的关系。采用严格耦合波法(RCWA)理论分析了光子晶体传感器红外窄带反射谱特性,当光子晶体表面吸附介质的浓度变化时,有效折射率随之变化,导致反射峰值波长漂移。因此,可根据光子晶体生物传感器的反射峰值波长的漂移量获得表面吸附介质的分布特性。研究了生物传感器光子晶体表面覆层介质的折射率、厚度和填充比对反射特性和反射峰值波长漂移灵敏度的影响。结果表明,选择合适的覆层参数可提高光子晶体生物传感器的灵敏度。
光学器件 生物传感器 光子晶体 严格耦合波法 灵敏度 
中国激光
2013, 40(2): 0214002
王建军 1,2,*
作者单位
摘要
1 山东理工大学机械工程学院测控系, 山东 淄博 255049
2 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
机载激光雷达三维成像技术中对工作参数的设置非常重要,其关系到机载激光雷达测量精度的高低。为了获得机载激光雷达工作参数的最优设置值,推导了机载激光雷达扫描激光脚点的三维坐标误差,进行了误差因素分析,并确定了影响机载激光雷达激光脚点测量精度的各个工作参数。基于正交化实验设计,对每个工作参数设置了3个水平,共获得了18个机载激光雷达工作参数组;通过仿真机载激光雷达扫描过程,获得了在18组参数设置值下扫描激光脚点的三维坐标误差。通过正交实验误差分析,获得了各工作参数的最优设置值,并探讨了各工作参数的取值特点和规律,为提高机载激光雷达的实际测量精度提供了理论指导。
遥感 机载激光雷达 三维成像 误差分析 参数最优化设计 正交实验 激光脚点 
中国激光
2013, 40(2): 0214003
作者单位
摘要
1 广西科学院 生物物理实验室, 广西 南宁 530007
2 广西师范大学物理科学与技术学院, 广西 桂林 541004
3 广西大学生命科学与技术学院, 广西 南宁 530004
pH值是影响酵母乙醇发酵的重要因素。应用拉曼光谱初步分析不同初始pH值对乙醇发酵过程的影响。结果显示:1) 在3.0、4.5、6.5三个不同初始pH值的培养基中,pH 4.5下乙醇产量最高,pH 3.0下最低。2) 在发酵的前15 h,不同初始pH值下的酵母细胞生物大分子的拉曼信号变化波动大;后期,pH 3.0下胞内脂类和蛋白质的拉曼信号最强,pH 6.5最弱;显示在低pH值环境下部分底物可能被转化为胞内储藏物质。3) 主成分分析显示,pH值对酵母细胞生理状态的影响从发酵的初始阶段就开始;1440 cm-1和1600 cm-1峰一直是影响主成分PC1、PC2、PC3分值的主要特征峰;说明pH环境可能影响了酵母细胞的脂类物质合成和细胞的呼吸代谢,进而影响了底物的代谢方向和产物的合成。结果表明,拉曼光谱和单细胞分析可以用于剖析微生物发酵过程的生理机制,为乙醇发酵提供全新的参考信息。
光谱学 乙醇发酵 拉曼光谱 pH值 单细胞分析 
中国激光
2013, 40(2): 0215001
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
在液体射流条件下,研究了Ca元素的双脉冲激光的激光诱导击穿光谱(LIBS),实验考察了积分延时、激光脉冲间隔等参数对Ca等离子体发射强度的影响。发现双脉冲激光作用时,Ca元素的等离子体发射强度明显增强,激光脉冲间隔对等离子体发射谱线强度影响很大,间隔为0.4 μs左右的双脉冲激光作用可以使Ca等离子体发射谱线强度达到最大,并且此时的等离子体发射时间明显增长,通过优化实验参数后对不同浓度下LIBS信号的探测分析,发现相比单脉冲激光作用时,间隔为0.4 μs的双脉冲激光作用使Ca元素检测灵敏度提高了约5倍,实验所得结果为双脉冲LIBS技术对于液体中金属元素含量检测提供了依据。
激光技术 双脉冲激光 激光诱导击穿光谱 激光等离子体 液体射流 检测限 
中国激光
2013, 40(2): 0215002
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 中国科学院大学, 北京 100049
均匀照明是投影光刻机中实现光刻线条高度均一性的重要条件。采用微透镜阵列作为照明匀光器件,能够在实现矩形照明光斑的同时获得极高的远场分布均匀性。基于微透镜阵列现有的加工工艺,设计出二维方向分开的柱面微透镜阵列,并通过优化设计,克服了微透镜之间的接缝在远场光场处产生的中心亮线。仿真分析表明,所设计的微透镜阵列的远场分布不均匀性达到0.85%。
几何光学 微柱面镜阵列 光学设计 照明均匀性 
中国激光
2013, 40(2): 0216001
作者单位
摘要
1 空军工程大学信息与导航学院, 陕西 西安 710077
2 中国空间技术研究院西安分院, 陕西 西安 710000
旋光双反射结构能够利用反射镜自身的偏振特性,配合旋光晶体实现光子偏振态的自动补偿,以减小移动量子密钥分发系统中反射镜引入的量子误码率。而该结构要求两面反射镜偏振特性完全相同,旋光晶体能够实现90°的完美旋光。从反射镜不匹配和旋光晶体旋转角度不准确两个方面对旋光双反射结构的误差进行了分析。研究结果显示,选择折射率相对大的反射镜,并且保证旋光晶体之间和反射镜之间的差异尽可能小,可以保证输出偏振态的稳定。
量子光学 偏振无关反射结构 偏振误差 量子误码率 
中国激光
2013, 40(2): 0218001