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(5)

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中国激光 第40卷 第5期

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 发光学及应用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
理论分析了温度对垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)工作性能的影响,利用VCSEL的增益腔模失配理论设计了适用于高温环境下工作的VCSEL外延结构并对该结构进行了外延生长及工艺制备。理论分析表明,采用势垒高度大于0.25 eV的量子阱有源区结构可以缓解高温工作时器件的载流子泄漏问题。设计了室温下增益腔模偏离为11 nm的器件结构。理论分析表明,在320 K时与器件腔模对应的增益谱波长具有最大的光增益,此时器件具有最小的阈值电流。对分布式布拉格反射镜(DBR)的反射率进行了优化以进一步减小器件阈值电流。采用了一种自平坦化的台面工艺结构制作了7、9、13 μm三种不同氧化口径的器件,器件在室温下的阈值电流分别为1.95、2.53、2.9 mA,最大出光功率分别为0.31、1.11、1.04 mW,并且输出功率的高温稳定性较好。随工作温度的升高,器件阈值电流先减小后变大,在320~330 K时器件阈值达到最小值,与理论分析一致。
激光器 垂直腔面发射半导体激光器 高温工作 增益谐振腔腔模失配 自平坦化台面 
中国激光
2013, 40(5): 0502001
作者单位
摘要
温州大学物理与电子信息工程学院, 浙江 温州 325035
报道了采用激光二极管端面抽运a轴切割的Nd:YVO4晶体自拉曼和频激光的实验研究。从谐振腔结构、晶体膜系以及和频晶体的选择方面对激光系统进行了设计,对连续运转和声光调Q下和频激光器的性能进行了研究。以KTP晶体为和频晶体,在12 W的抽运功率下,获得了580 mW的558.6 nm连续黄绿激光输出,光光转化效率为5%。在17.5 W的抽运功率和30 kHz的声光调Q重复频率下,获得了最高平均功率为1.71 W、脉冲宽度为21 ns的黄绿激光输出,光光转化效率为9.8%。
激光器 自拉曼 Nd:YVO4晶体 和频 端面抽运 声光调Q 
中国激光
2013, 40(5): 0502002
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
双包层光纤涂覆层的热损伤是高功率连续光纤激光器运转的主要限制因素之一。对高功率连续光纤激光器中的热效应进行研究,并对于仅由于涂覆层的热损伤引起的功率极限给出了理论模拟。进行了千瓦级光纤激光器中无源光纤与增益光纤熔点冷却的理论与实验研究。对于不同的冷却结构分别测量光纤与热沉之间的热接触电阻,并提供了有效的散热方案实现热量的有效传导。采用新型散热技术,基于主振荡功率放大(MOPA)结构,研制出1080 nm 1.11 kW全光纤激光器样机。放大级抽运光注入处熔点表面最大温度为327 K(54 ℃),运行过程中没有非线性效应和热损伤现象出现。
激光器 光纤激光放大器 热接触电阻 高功率 
中国激光
2013, 40(5): 0502003
作者单位
摘要
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
针对351 nm激光诱导熔石英样品进行损伤实验。采用激光近场辐照样品,并基于近场辐照的损伤阈值定义方法进行损伤测试。利用带有灰度抑制的分水岭标记分割算法对损伤图像进行损伤区域提取,与相应近场分布进行比较,得到损伤区域边界点对应的局域能量密度即为损伤阈值。这种损伤测试方法简单、快速,有效降低了损伤阈值口径效应,且采用了能够有效去除噪声和抑制图像过分割问题的算法对损伤图像进行处理,使得到的损伤阈值和损伤增长系数有较高的准确性。实验结果表明,脉冲宽度为3.13 ns的 351 nm激光诱导熔石英样品的损伤阈值为2.94 J/cm2;在多次辐照样品情况下,熔石英样品出射面的损伤尺寸随着辐照次数的增加呈指数增长,其损伤增长系数为0.32。
激光光学 351 nm激光诱导损伤 激光近场 图像分割算法 
中国激光
2013, 40(5): 0502004
作者单位
摘要
1 中国科学院物理研究所光物理重点实验室, 北京 100190
2 山东大学晶体材料国家重点实验室, 山东 济南 250100
3 北京国科世纪激光技术有限公司, 北京 100192
利用885 nm激光二极管直接抽运Nd:LGS实现了1.47 W的1.06 μm激光输出,光光转换效率为17.9%,斜率效率为21.4%,光束质量因子M2在x和y方向分别为1.10和1.12。实验说明了Nd:LGS是一种优质的适于直接抽运的激光晶体。
激光器 全固态激光器 激光二极管直接抽运 Nd:LGS晶体 
中国激光
2013, 40(5): 0502005
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
由于超连续谱(SC)光源具有宽谱特性,针对传统方法无法对其光束质量进行全局评价的缺陷,提出SC-M2因子这一参数。使用分步傅里叶法求解广义非线性薛定谔方程,获得超连续谱光源的光谱分布,根据光谱二阶矩方法可得到光谱重心。应用有限元方法获得超连续谱光源的近场空间分布,经自由空间传输之后获得其远场分布。由超连续谱光源的近场、远场分布以及光谱重心,定义SC-M2因子对其光束质量进行全局评价。使用这一方法可对超连续谱光源的光束质量进行全面分析,并且适用于不同超连续谱光源之间的比较。
光谱学 光束质量 超连续谱光源 光谱重心 光场分布 
中国激光
2013, 40(5): 0502006
作者单位
摘要
1 四川大学电子信息学院, 四川 成都 610065
2 华北光电技术研究所, 北京 100015
通过选择甲醇、乙醇、乙二醇和二甲亚砜四种不同折射率液体作为溶剂溶解分散掺杂有尺寸为100 nm的AlN纳米粒子的罗丹明6G(Rh6G)激光染料,制备出了不同折射率溶剂的Rh6G随机激光体系。分别测量了这些体系的随机激光光谱和阈值,研究了在溶剂的折射率不同的随机激光体系中光谱、阈值特性与溶剂折射率的关系。对于光谱特性,发现随溶剂的变化,随机激光峰值位置发生明显变化,这主要是由溶剂的吸收位置不同所导致的;在阈值特性方面,观察到阈值随着溶剂折射率的增大而增大。通过引入米氏散射理论,解释了产生这种阈值变化特征的原因是溶剂折射率增大会使随机激光体系的散射强度减小、传输自由程增大。
激光器 罗丹明6G 随机激光 折射率 米氏散射 阈值 光谱 
中国激光
2013, 40(5): 0502007
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
研究了截断部分相干双曲余弦高斯光束在非Kolmogorov湍流中的传输。基于广义惠更斯菲涅耳原理,推导了截断部分相干双曲余弦高斯光束在非Kolmogorov湍流中传输的光强分布和桶中功率的解析表达式。通过数值模拟,研究了截断光束参数和非Kolmogorov湍流参数对传输性能的影响。研究结果可以为实际的工程应用如远程遥感和自由空间通信等提供一定的参考。
大气光学 双曲余弦高斯光束 湍流 截断 
中国激光
2013, 40(5): 0502008
潘其坤 1,2,*谢冀江 1阮鹏 1,2张来明 1[ ... ]谭改娟 1,2
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 激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了提高非链式脉冲DF激光器注入能量和放电稳定性,研究了火花针紫外预电离放电引发非链式脉冲DF激光器的电路特性。通过分析工作气体中SF6分子的碰撞解离及其对电子的吸附过程,得到了电子连续性方程,结合放电回路基尔霍夫方程建立了描述DF激光器放电特性的数学模型。运用该模型模拟了预电离放电电压、主放电电压及电流随时间的变化关系,模拟结果较真实地反映了预电离放电与主放电之间的时间延迟、主电极间的击穿及自持放电等物理过程。利用非链式脉冲DF激光器样机对模拟结果进行了相应的实验验证,测量得到的主、预放电电压波形与修正后的模拟电压波形一致。进而运用该模型研究了主储能电容、延迟电感、锐化电容对放电特性的影响,得到了有助于提高DF激光器放电性能的电路参数。
激光器 气体放电 数值模拟 火花针紫外预电离 
中国激光
2013, 40(5): 0502009
作者单位
摘要
深圳大学深圳市激光工程重点实验室, 广东 深圳 518060
以355 nm激光器抽运源抽运合作拉制的国产双包层掺铒光纤(DC-EDF),获得了可见光及近红外波段的荧光输出。经实验测定,对于长约8 m的DC-EDF,在429 mW入纤功率抽运下,可见光区的荧光波长约从375 nm延续到800nm。荧光峰分别位于397.24、415.06、456.30、497.35、549.49、678.26 nm。近红外波段的荧光谱约从1429.25 nm延续到1667.75 nm,激发峰处于1551.76 nm。近红外波段荧光峰的位置和谱宽依赖于光纤长度,荧光谱宽经测定也随抽运功率的增加而加宽。实验结果证明355 nm激光可以作为掺铒光纤的一种抽运源,为传统掺铒光纤光源提供了一种新的抽运选择,也为新波段光源的开发提供了实验基础。
激光器 双包层掺铒光纤 荧光 
中国激光
2013, 40(5): 0502010
作者单位
摘要
1 清华大学机械工程系, 北京 100084
2 清华大学先进成形制造教育部重点实验室, 北京 100084
高速激光焊的多种典型缺陷形成都与熔池流动有关,深入了解熔池流动行为有助于理解高速焊缺陷的形成机理。采用光纤激光进行高速焊接试验,分别研究在功率和热输入一定的条件下焊接速度对熔池流动行为的影响。采用高速摄像实时观察熔池表面的流动行为,通过Ti示踪元素考察熔池内部的流动行为。结果表明,焊接速度提高,熔池表面液态金属向熔池尾部流动的距离增加,熔池内部的中心部位液态金属向熔池底部和尾部流动的距离增加,熔池内部边缘处液态金属流动受焊接速度的影响较小。提高焊接速度,金属蒸气喷出方向与熔池表面的夹角减小,金属蒸气对小孔后沿冲击力的水平分量增大,导致熔池表面液态金属向熔池尾部流动的驱动力增大,流动距离因而增加。
激光技术 高速焊接 熔池表面流动 熔池内部流动 焊接速度 
中国激光
2013, 40(5): 0503001
作者单位
摘要
江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
采用高能纳秒激光对AISI304不锈钢表面进行冲击强化,测定激光冲击前后AISI304不锈钢的抗拉强度和应力应变曲线,系统研究了激光冲击增大不锈钢抗拉强度的机理;测量冲击前后的摩擦系数和磨损性能,研究了激光冲击对AISI304不锈钢摩擦磨损性能的影响规律。结果表明:激光冲击纳米晶化AISI304不锈钢表层,从而提高不锈钢的抗拉强度;激光冲击强化提高AISI304不锈钢的磨损性能,略微增大AISI304不锈钢的摩擦系数。
激光技术 激光冲击强化 纳米晶化 AISI304不锈钢 拉伸性能 摩擦磨损 
中国激光
2013, 40(5): 0503002
作者单位
摘要
1 中国石油大学(华东)机电工程学院, 山东 青岛 266580
2 徐工铁路装备有限公司, 江苏 徐州 221004
3 宁波技师学院, 浙江 宁波 315032
通过在45#钢表面激光熔覆SDFe55合金粉末,制备高硬度(850 HV0.2)铁基涂层,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电子探针(EPMA)以及腐蚀实验设备研究激光熔覆层组织、成分及耐蚀性。结果表明,激光熔覆铁基涂层成型性良好,无裂纹、气孔等缺陷,熔覆层与基体呈冶金结合,由γ(Fe,Ni)和M23C6型碳化物组成。由于大量奥氏体组织、致密细小的枝晶的生成以及碳化物的弥散分布,使激光熔覆层的耐蚀性较45#钢提高。此外,熔覆层晶界处Fe元素含量略低,Cr、Mo元素在晶界处含量略高于晶内,Ni元素在整个熔覆层中均匀分布,合金元素成分分布相对均匀对熔覆层的韧性和耐蚀性起到积极作用。
材料 激光熔覆 铁基合金 柱塞 耐蚀性 
中国激光
2013, 40(5): 0503003
作者单位
摘要
1 河南科技大学材料科学与工程学院, 河南 洛阳 471003
2 河南省有色金属材料科学与加工技术重点实验室, 河南 洛阳 471003
采用电化学测量技术和透射电镜,研究了激光冲击强化(LSP)后的AZ91镁合金在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的耐蚀性能。结果表明:经过激光冲击后,AZ91镁合金内产生大量位错,大量的位错发展为位错缠结。在3.5%NaCl溶液中,激光冲击后的镁合金阻抗值显著增加,腐蚀电流密度显著降低。随着激光冲击次数的增加,AZ91镁合金的自腐蚀电位正移,腐蚀电流密度降低,耐腐蚀性能提高。
激光技术 AZ91镁合金 电化学腐蚀 激光冲击强化 极化曲线 
中国激光
2013, 40(5): 0503004
作者单位
摘要
江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
为了探究激光冲击对不锈钢焊接接头残余应力分布的影响,对不锈钢焊接过程和激光冲击焊缝过程进行了数值分析。结果显示,焊后焊接结构的残余应力分布很不均匀,焊缝表面表现出较大的残余拉应力,横向和纵向残余应力相差较大。经激光冲击处理后,焊接区域的残余应力都有明显的改善,表面残余应力由拉应力转变成压应力,且应力值随着激光功率密度和冲击次数的增加而增大,横向应力和纵向应力分布也趋于均匀;选用合适的搭接率可以产生均匀的残余压应力。分析结果为激光冲击改善焊接结构性能提供参考依据。
激光技术 不锈钢焊接 激光冲击强化 焊接残余应力 数值分析 
中国激光
2013, 40(5): 0503005
作者单位
摘要
江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
激光驱动飞片加载金属箔板成形技术是一种新型微成形技术,其飞片的结构和性能是影响该技术成形能力和质量的主要因素之一。通过Spitlight 2000 NdYAG激光器探究了复合飞片(主要由黑漆吸收层、聚酰亚胺隔热层和铝飞片组成)对激光驱动飞片加载金属箔板成形性能的影响。实验结果表明复合飞片能够增大工件的最大成形深度,同时工件形貌中心与模具中心的对中性更好,证明复合飞片在成形过程中对冲击波具有增压和均压作用,能够提高该技术的成形能力和质量。讨论了复合飞片提高成形能力和质量的原因,同时探究了激光能量和聚酰亚胺薄膜厚度对成形性能的影响。
激光技术 微成形 复合飞片 激光驱动飞片 成形能力 
中国激光
2013, 40(5): 0503006
杨志斌 1,*陶汪 1,2刘申 1陈洁 3[ ... ]陈磊 3
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
3 国家商用飞机制造工程技术研究中心, 上海 200436
以国产大型客机机身壁板铝合金T型接头双侧激光同步焊接技术的开发为背景,系统地研究了焊接工艺参数与光束姿态对焊缝成形质量的影响,初步探讨了接头的微观组织特征。试验结果表明:采用双侧激光同步焊接方法可以实现机身壁板T型接头的焊接,获得了成形质量良好的接头。激光功率和焊接速度的匹配应使热输入控制在25~35 J/mm之间,同时应匹配合理的送丝速度以保证焊缝表面平滑过渡;在满足熔深及熔合面积要求的前提下,应采用较小的光束入射角度以降低热输入对蒙皮背部的热影响;当光束入射位置偏移桁条0.2 mm左右时,焊缝角度为45°~50°,同时T型接头的拉伸强度达到最大值;必须严格控制光束间距实现双侧熔池相互贯通以保证双侧焊缝对称和提高力学性能。T型接头微观组织存在等轴晶区、柱状晶区、部分熔化区、过热区和母材区等5个特征区域,部分熔化区随着远离焊缝中心越来越窄且蒙皮侧较桁条侧明显。
激光技术 T型接头 双侧激光同步焊接 焊缝成形 组织特征 铝合金 
中国激光
2013, 40(5): 0503007
作者单位
摘要
中国科学院力学研究所先进制造工艺力学重点实验室, 北京 100190
在同轴送粉激光熔覆过程中,粉末流是影响熔覆质量的重要因素。为了提高粉末流的汇聚性,考察粉末性质对粉末流场的影响,建立了同轴送粉激光熔覆粉末流数值模型。模拟计算了NiCoCrAlY、ZrO2、W三种典型粉末的粉末流形貌,并进行了粉末流的验证实验,实验结果与计算结果趋势吻合,说明模型具备合理性与可靠性。基于该模型,深入研究了粉末粒径、形状、密度和碰撞弹性恢复系数对粉末流汇聚的影响规律,在特定送粉工艺参数下,在粉末粒径增大时,汇聚焦距减小,汇聚浓度在一定粒径范围内达到最大值;在粉末形状系数或者密度增大时,汇聚焦距减小、汇聚浓度增大;在粉末颗粒的恢复系数减小时,汇聚焦距与汇聚浓度都增大。
激光技术 激光熔覆 数值模拟 粉末流 
中国激光
2013, 40(5): 0503008
陈彦宾 1杨志斌 1,*陶汪 1,2陈洁 3[ ... ]陈磊 3
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
3 国家商用飞机制造工程技术研究中心, 上海 200436
针对国产大型客机机身壁板双侧激光同步焊接的铝合金T型接头,系统研究了接头组织特征及力学性能。试验结果表明:从焊缝中心到母材依次存在等轴晶区、柱状晶区、部分熔化区、过热区和母材区5个特征区域,蒙皮侧热影响区是接头最薄弱环节;接头拉伸强度取决于焊缝熔深,平均横向与轴向拉伸强度分别为母材的87.8%和53.1%,试件均起裂于蒙皮焊趾处,断口分别表现为韧性断裂和脆性断裂;平均纵向拉伸强度为母材的90.8%,平均延伸率约为8.4%,断口韧窝小而浅,呈现出韧性与脆性混合断裂特征,熔合线附近焊缝存在撕裂痕迹;疲劳失效首先发生于蒙皮焊趾处并最终断裂于蒙皮,条件疲劳强度约为80.7 MPa;焊趾处断口表现出韧性和脆性混合断裂特征,蒙皮位置呈现脆性断裂特征。
激光技术 T型接头 双侧激光同步焊接 微观组织特征 力学性能 铝合金 
中国激光
2013, 40(5): 0503009
作者单位
摘要
燕山大学机械学院, 河北 秦皇岛 066004
通过进行工艺参数(激光功率、扫描速度和送粉速率)可控的单道激光熔覆实验,观察了沉积轨迹横截面形貌的变化;提出了单一参数(δ参数,δ=wtan β/2h)控制的横截面形貌曲线方程。根据横截面几何特征参数:沉积轨迹宽度w、高度h、面积F和沉积角β的测量数据,用回归处理方法,给出了δ参数与横截面名义面积Fm(Fm=wh)之间的函数关系,得到了横截面形貌随Fm的变化规律;同时用F和β的测量数据验证了横截面形貌曲线方程。
材料 激光熔覆 沉积轨迹横截面形貌 变化规律 几何特征 实验测量 
中国激光
2013, 40(5): 0503010
作者单位
摘要
1 深圳大学光电工程学院教育部/广东省光电子器件与系统重点实验室, 广东 深圳 518060
2 深圳大学医学院深圳市生物医学工程重点实验室, 广东 深圳 518060
研究了CdTe量子点对体外培养小鼠卵巢颗粒细胞的毒性。采用荧光光度计测量了该量子点在DMEM培养基、M1640培养基和磷酸盐缓冲液中的光谱稳定性,分别利用Hoechst32258染色和CCK-8试剂对量子点处理颗粒细胞的凋亡情况和存活率进行检测。结果表明量子点在DMEM培养基中稳定性比其他溶液好,24 h内量子点的发射峰波长无明显偏移,荧光强度仅下降9.8%;Hoechst32258凋亡染色发现细胞核凋亡量随着量子点浓度的升高而增加,CCK-8检测也得到一致的结论。该研究表明,在低浓度下量子点对颗粒细胞的形态、功能无影响,随着量子点在颗粒细胞质中蓄积量的增加,颗粒细胞凋亡率也明显升高。本研究为量子点在活体研究中的安全应用提供了生殖毒性参考。
生物技术 量子点 卵巢颗粒细胞 凋亡染色 生殖毒性 
中国激光
2013, 40(5): 0504001
作者单位
摘要
天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
为解决含有低散射、高吸收和空腔区域组织内扩散方程光子输运模型的不适用性,发展了基于图形处理单元(GPU)加速的任意复杂组织体光子输运的蒙特卡罗建模方法。在此基础上,提出了基于蒙特卡罗正向模型的时域荧光扩散层析广义脉冲谱技术法。模拟结果表明,与扩散方程相比,基于蒙特卡罗模拟的时域荧光扩散层析对含有低吸收高散射、低吸收低散射、高吸收低散射、高吸收高散射和空腔异质体的复杂组织体中荧光目标体的位置和形状都进行了更准确的重建,从而验证了这种荧光图像重建方法的通用性。
医用光学 荧光扩散层析 蒙特卡罗模拟 图形处理单元 时域 广义脉冲谱技术 
中国激光
2013, 40(5): 0504002
作者单位
摘要
1 天津医科大学生物医学工程学院, 天津 300070
2 中国医学科学院北京协和医学院生物医学工程研究所, 天津 300192
3 天津市第四中心医院耳鼻喉科, 天津 300140
研究癌光啉(PsD007)诱导的光动力疗法(PDT)对人喉癌细胞Hep-2的杀伤作用,初步探索其杀伤机制。 用噻唑蓝(MTT)法测定在不同光敏剂浓度、光照剂量以及抗氧化剂作用下的PDT杀伤效果;用共聚焦显微镜观察光敏剂的亚细胞定位;用Annexin V/PI双染法检测凋亡率;用DCFH-DA探针检测活性氧(ROS)产量。MTT结果显示PDT对Hep-2的杀伤效果可高达85.4%,光敏剂浓度和能量密度都与细胞死亡率呈正相关;三种抗氧化剂均能不同程度拮抗PDT对细胞的杀伤效应,以叠氮钠效果最好;光敏剂主要定位在线粒体;PDT 2 h后ROS产量是对照组的2.71倍;PDT 4 h后凋亡率可达49.5%(能量密度为1.2 J/cm2)和70.2%(能量密度为4.8 J/cm2)。 PsD007-PDT对Hep-2细胞有明显的杀伤作用,并可诱导细胞凋亡,线粒体可能是其起始靶点。
医用光学 光动力疗法 癌光啉 人喉癌细胞 活性氧 
中国激光
2013, 40(5): 0504003
作者单位
摘要
武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室, 湖北 武汉 430070
拉丝塔在线制作光纤布拉格光栅(FBG)可以在单根光纤上制作无焊点串接的FBG阵列,有利于构建大规模的传感网络。尝试用相位掩模方法在拉丝塔上在线制作FBG,使用这种方法可以精确地控制所制作FBG的布拉格波长。针对相位掩模制作FBG的特点以及拉丝塔在线制作FBG的要求,研制了一套拉丝塔在线制作FBG的装置,使用此装置在拉丝塔上进行了实验,在线制作出由164个无焊点串接的FBG构成的FBG阵列。
光纤光学 光纤布拉格光栅 相位掩模 拉丝塔 光栅阵列 
中国激光
2013, 40(5): 0505001
作者单位
摘要
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院光电工程系, 北京 100191
2 香港理工大学电机工程系, 香港
发现并验证了电弧放电对光栅折射率调制的电弧放电擦除(ADE)效应,利用ADE效应成功制作了相移光纤光栅。基于ADE效应的特点,建立了由这种工艺制作相移光纤光栅的理论模型,基于放电对折射率和光栅擦除长度的影响,采用不同的光栅参数,进行了较全面的仿真研究;同时,设计制作了专用的装置,对基于ADE的相移光栅制作技术进行了全面的实验研究和验证,研究了外部应力、放电参数、光栅参数和退火处理等因素对透射峰值波长、线宽和强度的影响。理论仿真与实验研究结果一致。仿真和实验研究均表明:基于ADE的相移光纤光栅制作技术方便有效,通过优化放电参数和光栅参数,可以制作高质量的相移光栅。
光纤光学 相移光纤布拉格光栅 传输矩阵 电弧放电擦除 
中国激光
2013, 40(5): 0505002
作者单位
摘要
东南大学电子科学与工程学院, 江苏 南京 210096
介绍了一种基于相位调制干涉仪解调光链路的新型光纤长度测量系统。推导了光链路增益理论模型,分析了光纤干涉仪的两臂光程差和增益自由频谱范围(FSR)的关系,得出利用长度已标定光纤来计算待测光纤长度的方法。该测量方法和传统的光时域反射(OTDR)方法相比,无测量盲区且可以将测量精度由米量级提高到毫米量级;与光频域反射法(OFDR)和光相干域反射法(OCDR)相比,对光源的相干性要求显著降低。通过理论分析和实验验证,采用现有的67 GHz安捷伦网络分析仪可以测试的光纤最小相对长度为3 mm,在相对光纤长度100 m的情况下,测量误差小于0.05 mm。该系统的原理及结构都很简单,是一种具有实用价值的光纤长度测量方法。
光纤光学 相位调制光链路 光纤长度 增益 自由频谱范围 
中国激光
2013, 40(5): 0505003
作者单位
摘要
哈尔滨工业大学可调谐气体激光器国家级重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
相对于理论研究和实验研究,数值模拟研究具有独特的优越性,包括参数可控和可实现系综平均等。因此,对于大仰角链路大气湍流影响研究等实验系统无法搭建的研究,可以采用光束传输的数值模拟方法来进行研究。在Zernike多项式展开法和多相位屏理论的基础上,建立了基于Zernike多项式的大气湍流多相位屏数值模型,实现了高斯光束水平链路(0°)和大仰角典型链路(30°、60°)大气传输的数值模拟,并利用水平链路到达角(AOA)起伏方差经验计算公式对3组900次水平链路数值仿真结果进行了分析。结果表明,数值模拟到达角起伏方差和实验值误差在5%以内,多相位屏数值模型是有效的。该工作对自由空间光通信系统中大气湍流影响研究具有重要意义。
光通信 自由空间光通信 大气湍流 相位屏 Zernike多项式 到达角起伏 
中国激光
2013, 40(5): 0505004
作者单位
摘要
宁波大学光电子功能材料实验室, 浙江 宁波 315211
用高温熔融法制备了Ce3+/Tb3+掺杂的高钆镥氟氧化物闪烁玻璃样品,测试分析了其密度、透射光谱、激发与发射光谱、X射线激发发射光谱及衰减曲线等。制备的闪烁玻璃具有高的闪烁光输出,密度大于5.8 g/cm3,闪烁玻璃中Ce3+离子的引入有利于促进Tb3+离子发光。用Inokuti-Hirayama(I-H)理论模型分析了铈/铽掺杂高钆镥闪烁玻璃的能量传递机理,分析结果表明Ce3+→Tb3+的能量传递形式是无辐射共振能量传递。通过拟合数据和理论公式计算出了两者之间能量传递的速率和效率,其能量传递速率PSA和Tb3+离子浓度的平方成正比关系,而能量传递效率η随Tb3+离子浓度增加而升高。
材料 闪烁玻璃 光谱分析 I-H理论模型 能量传递 
中国激光
2013, 40(5): 0506001
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 英国帝国理工大学电子与电气工程系, 伦敦 SW7 2BT
激光诱发前向转印(LIFT)技术作为微加工的一种手段,具有制备微小结构的能力,目前已经成为微细加工领域的研究热点。通过改变高斯分布的激光聚焦位置,进行了Cu薄膜在石英玻璃表面的转印实验,并对转印沉积薄膜进行了光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和能量弥散X射线(EDX)等分析,探讨了激光散焦距离与沉积薄膜的尺寸、形貌以及厚度均匀性的关系,并在此基础上研究了转印薄膜形貌发生变化的机理。研究结果表明,随着激光光斑离焦距离的增大,转印图形的尺寸先增大后变小,直至消失。转印Cu薄膜的形态从环形或火山形,转变为圆形,并且圆形薄膜的边缘存在大量微小的Cu颗粒。薄膜的转印形式也由开始的液态转印向固态转印演变。
薄膜 形貌及界面 激光诱发前向转印 微结构制造 
中国激光
2013, 40(5): 0507001
作者单位
摘要
长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
紫外波段薄膜的研究在**和民用领域都具有重要意义。国内外对该波段薄膜的研制多采用高、低折射率材料交替镀制的介质膜层结构,其缺点为对可见光截止度不好,易产生背景噪声。针对此问题从膜系设计理论出发,在对紫外薄膜材料特性、膜系优化设计技术、沉积技术、测试技术等方面进行研究的基础上采用紫外诱导透射滤光片的结构,并通过反复的理论计算与模拟实验,优化了材料的工艺参数,最终制备出在265 nm处透过、 300~1000 nm波段截止的紫外滤光片。
薄膜 紫外诱导滤光片 紫外日盲 
中国激光
2013, 40(5): 0507002
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
3 德国马普天文所, Knigstuhl 17, D-69117 Heidelberg, 德国
介绍了一种结构简单紧凑、可用于高精度实时相位波前测量的红外点衍射干涉仪,采用类迈克耳孙的光学结构,并结合低通小孔滤波,同时使用窗口傅里叶变换的方法解调单幅离轴载波条纹。与传统波前测量技术相比,所提出的准共光路的光学系统结构有效地抑制了系统像差及外部环境干扰等对测量结果的影响,实现高精度和高分辨率的波前探测。实验结果表明,该方法能够实现高精度的相位测量,且其重复精度达到了纳米量级。
测量 点衍射干涉仪 分束器 离轴 窗口傅里叶变换 
中国激光
2013, 40(5): 0508001
王海波 1,2,*张德津 1,3何莉 4
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 湖北工业大学管理学院, 湖北 武汉 430068
3 武汉武大卓越科技有限责任公司, 湖北 武汉 430223
4 湖北工业大学电气与电子工程学院, 湖北 武汉 430068
针对当前大型露天料场测量由于没有载体安装测量设备而采用人工测点测量方法导致效率低、周期长、精度差和人为影响大的问题,提出了在车载平台上安装伸缩机构,集成激光扫描仪、惯性制导、全球定位系统和电子云台,对料场采用分区独立扫描测量,统一坐标变换合并的方法,快速获取料场三维坐标数据,准确计算料场体积从而实现储量换算,实验条件下绝对精度达0.4%。露天堆场现场测试表明8000 m2分十区测量能在1 h内完成,重复测量误差小于0.9%,矿山测量没有现场实验,依据设备参数推算精度要低于以上结论,但能满足行业测量需要。该方法有效解决了散堆露天料场的测量问题,能广泛应用于露天堆场、矿山测量,具有良好的应用前景和推广价值。
测量 激光测量 体积测量 分区融合 料场 车载 
中国激光
2013, 40(5): 0508002
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
提出了一种基于白光干涉原理的钛扩散铌酸锂(LiNbO3)集成光学相位调制器尾纤偏振串音测量方法,分析了白光干涉仪输出干涉信号与集成光学芯片和保偏尾纤对轴角度、偏振器起偏角度之间的关系。仿真结果表明:白光干涉仪输出的干涉包络与相位调制器的耦合点存在一一对应的关系,干涉包络的峰值反映了相位调制器的尾纤偏振串音。利用白光干涉仪对某型钛扩散LiNbO3集成光学相位调制器的尾纤偏振串音进行了实际测试,干涉图样中产生了与耦合点位置对应的干涉峰;常温下其输入、输出尾纤偏振串音分别为-34.5 dB和-23.3 dB;在-40 ℃~60 ℃范围内,尾纤偏振串音随温度升高而减小。实验结果验证了测量方法的可行性。
集成光学 LiNbO3相位调制器 钛扩散 白光干涉 偏振串音 
中国激光
2013, 40(5): 0508003
作者单位
摘要
中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
线结构光三维测量中,光条中心点提取的准确度和精度直接影响最终测量结果的精确度。针对现有激光条纹中心提取方法抗干扰能力强、稳健性好与计算量大之间的矛盾,提出了一种互相关中心条纹提取方法。利用梯度阈值自动分割出有效光条区域,将赋予不同权值的互相关系数与相对应的光条纹灰度值进行互相关运算,以互相关极大值对应的条纹作为初始光条纹中心,通过曲线拟合的方法对条纹中心进行精确定位。以互相关值大小作为条纹中心点是否存在的评判依据,利用相邻光条中心点间的灰度、位置相似性约束消除噪声影响。实验结果表明,该算法条纹提取精度较高,满足实时性要求。同当前算法相比,互相关算法简单实用、稳健性好、抗噪声能力强,且对断线条纹具有很强的修补能力。
机器视觉 条纹中心 互相关算法 精确度 稳健性 梯度阈值 
中国激光
2013, 40(5): 0508004
作者单位
摘要
四川大学电子信息学院, 四川 成都 610064
折射率是研究液体激光热效应必不可少的参数。干涉法是测量折射率的常用方法,但传统干涉仪稳定性较差,针对这点提出了一种基于分光棱镜干涉的单元件干涉光路并将其用于测量透明液体折射率。这种方法使用光学元件少、稳定性强且操作简单,运用CCD作为观测分析工具,测量精度能够达到10-4量级,为探索新型液体的折射率提供了一种有效手段。讨论了测量的基本原理并给出样品的测量结果,同时对实验方法的误差进行了分析。比较了迈克耳孙干涉光路和单元件干涉光路的稳定性,实验结果表明单元件干涉光路的稳定性较好。
测量 折射率 图像处理 分光棱镜 
中国激光
2013, 40(5): 0508005
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
基于干涉粒子成像(IPI)测量公式,分析了影响IPI系统中最大和最小可测粒子尺寸以及粒径测量精度的因素。对一给定的CCD、成像透镜、入射光波波长、光束宽度,分析了物距和离焦距离对粒子干涉条纹图大小的影响,进而分析了对粒径测量精度和可测范围的影响。得出了在满足测量范围要求的条件下,尽量采用相对较大的收集角,干涉条纹图尺寸越大,粒径测量误差越小,但必须考虑条纹图重叠,且对条纹间距进行插值得到亚像素精度,给出了对标准粒子测量实验光路系统设计实例和测量结果。
测量 干涉粒子成像 精度 粒子尺寸测量 可测粒径范围 
中国激光
2013, 40(5): 0508006
作者单位
摘要
大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室, 辽宁 大连 116024
研究了大气辐射传输过程中获得的实际天空偏振分布模式。利用简化的双层大气模式模拟实际大气,以基于倍加累加法的矢量辐射传输模式(RT3)为基础求解矢量辐射传输方程,得到全天空离散点处光波的Stokes参量,进而计算天空对应点处光波的偏振信息,建立基于RT3的大气偏振模型,并与传统Rayleigh散射理论模型进行了对比分析。结果表明,晴天、多云、阴霾天空的偏振度依次降低,并且随着波长的增大,偏振度下降明显。基于RT3的大气偏振模型不仅与传统Rayleigh散射理论模型一致,而且能够反映不同天气、不同波长以及不同地表反照率对天空偏振的影响规律,利于实际大气下的偏振光测试与应用。
大气光学 大气偏振模式 倍加累加法矢量辐射传输模式 散射光 
中国激光
2013, 40(5): 0513001
作者单位
摘要
1 中国科学院遥感应用研究所, 北京 100101
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了解决大部分微脉冲激光雷达无法独立获取激光雷达比的问题,利用榆林、北京、寿县和太湖4个地区气溶胶监测网(AERONET)站点观测的气溶胶粒子谱分布和复折射指数产品,通过米氏散射方法计算得到气溶胶激光雷达比。根据得到的长时间序列气溶胶激光雷达比分析了不同地区激光雷达比的季节变化和年变化特征,并结合Angstrom波长指数对不同地区气溶胶类型进行了简单分析。得到了以下结论:不同地区同季节以及同地区不同季节激光雷达比相差较大;观测期间榆林地区年平均激光雷达比最小,多年平均值为(36.3±15)sr;北京、太湖和寿县地区的雷达比年均值较大;北京地区激光雷达比年均值的最低值出现在2008年,其他地区的年均值变化不大;激光雷达比与Angstrom波长指数能够区分各地区气溶胶主要类型且均出现由北到南递增的趋势。
大气光学 激光雷达比 米氏散射 Angstrom波长指数 
中国激光
2013, 40(5): 0513002
作者单位
摘要
首都师范大学三维信息获取与应用教育部重点实验室, 北京 100048
提出了一种激光扫描数据和影像融合的方法,通过立体像对匹配获取精确匹配点,并与三维扫描点云进行最邻近迭代配准;在利用网格划分法进行的K邻近点搜索中,采用欧氏距离的选择权迭代逐步实现影像点与激光扫描点的精确配准;利用空间后方交会获取正确的外方位元素,通过摄站点、像点以及激光点之间的共线关系,在相对应影像上进行激光点的像素定位,并提取颜色属性信息。实验结果表明,该算法不但较好地实现了三维地面激光点云数据与CCD影像的精确融合,且对机载激光数据与影像的融合亦可行和有效。
激光光学 配准 最邻近迭代 共线方程 外方位元素 像素定位 
中国激光
2013, 40(5): 0514001
作者单位
摘要
1 中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心, 山西 太原 030051
2 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
3 中北大学电子测试技术国家重点实验室, 山西 太原 030051
弹光调制傅里叶变换光谱仪(PEM-FTS)的调制光程差是高速、正弦变化的,每秒可产生10万张干涉图。为了实现等时间采样干涉信号的快速、低误差光谱反演,三次样条插值算法、带有相位补偿的离散傅里叶变换(NDFT)算法和加速非均匀快速傅里叶变换算法(NUFFT)分别被应用到PEM-FTS的数据处理系统中。研究发现,对等时间采样弹光调制干涉数据进行光谱反演,加速NUFFT算法数据处理速度比较快,较相位补偿的NDFT算法高一个数量级,是三次样条插值后快速傅里叶变换算法的2倍,且采样点数越多此算法优点越突出;有比较高的精度,其偏差小于0.00054。该算法可以应用于弹光调制傅里叶变换光谱仪中。
信号处理 弹光调制傅里叶变换光谱仪(PEM-FTS) 非线性干涉信号 三次样条插值 非均匀快速傅里叶变换(NUFFT) 
中国激光
2013, 40(5): 0515001
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
可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)具有高分辨、高灵敏度和快速测量等特点,在环境检测、工业过程检测等方面具有很好的应用前景。但是TDLAS系统在长期连续工作时,存在激光输出波长随环境温度变化而发生漂移的问题。针对这一问题,研究了激光输出波长随环境温度变化特征及其对光谱处理的定量影响。为了消除激光输出波长的漂移,设计了基于ADμC841的温度补偿电路。根据环境温度实时调整激光器的温度,对激光器进行谱线锁定,在温控实验箱中进行了实验,当环境温度为20 ℃~60 ℃时,激光器的波长漂移量为4.1 pm。
光谱学 可调谐半导体激光吸收光谱 光谱处理 波长漂移 温度补偿 
中国激光
2013, 40(5): 0515002
刘芳 1,2,*王春 1,2李刘锋 1,3陈李生 1,3
作者单位
摘要
1 中国科学院武汉物理与数学研究所, 湖北 武汉 430071
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院原子频标重点实验室, 湖北 武汉 430071
采用Pound-Drever-Hall锁频方法对连续波可调谐染料激光器的频率噪声进行了压制。设计和组装了一种小型腔内电光调制器作为快速频率调整的执行机构。详细讨论了腔内电光调制器的设计参数并给出了两种常用电光晶体的机械谐振的测量结果。以该电光调制器和激光腔镜上的压电陶瓷作为频率反馈控制的执行机构将染料激光锁定在一个法布里珀罗腔上。当只采用压电陶瓷时激光频率噪声在100 Hz附近被降低了3个数量级,进一步加入电光调制控制环路后,在100 Hz到50 kHz范围内激光频率噪声能进一步减小4/5。经过频率噪声的压制后激光光谱线宽从自由运转时的2.2 MHz降低到了10 kHz。
信号处理 激光稳频 电光调制 染料激光器 激光光谱 
中国激光
2013, 40(5): 0517001