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(8)

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中国激光 第40卷 第8期

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 哈尔滨工业大学, 黑龙江 哈尔滨 150001
针对近年来发展的提高工件疲劳寿命的激光冲击强化技术,采用一级谐振级8级放大级的系统结构和模块化设计方法,研制出了激光冲击强化用大能量、短脉宽、高频率的Nd:YAG脉冲固体激光器,分析了激光器的设计方案、激光光路布置特点,并对其技术指标进行了测试。在预热20 min后、环境温度变化小于2 ℃的情况下,单脉冲最大输出能量达25 J,能量不稳定度小于3%,脉宽在16~20 ns范围内连续可调,脉宽不稳定度小于±1 ns,光束发散角不超过2.5 mrad,重复频率达5 Hz。为进一步验证激光器的性能,对TC4钛合金进行了激光冲击强化试验,大幅度提高了TC4钛合金试件表面的残余压应力,测试和试验结果均表明,激光器的各项性能良好。
激光技术 激光冲击强化 纳秒脉宽 脉冲能量 大能量激光 
中国激光
2013, 40(8): 0802001
作者单位
摘要
1 青岛大学物理科学学院, 山东 青岛 266071
2 山东省高校光子学材料与技术重点实验室(青岛大学), 山东 青岛 266071
以Cr4+:YAG晶体作为可饱和吸收体,利用平凹谐振腔实现了Yb:GdCOB晶体的被动调Q激光运转。当沿X轴切割的厚度为2.0 mm的晶体吸收抽运功率为6.3 W时,所产生的沿Z主轴方向偏振的平均脉冲输出功率达到0.62 W,脉冲重复率为3.6 kHz,相应的单脉冲能量、脉冲宽度和峰值功率分别为172 μJ、20 ns和8.6 kW。
激光器 Yb3+激光器 被动调Q Yb:GdCOB晶体 
中国激光
2013, 40(8): 0802002
作者单位
摘要
福建师范大学激光与光电子技术研究所, 光子技术福建省重点实验室,医学光电科学与技术教育部重点实验室, 福建 福州 350007
根据径向电场分量与角向电场分量所满足的二阶微分方程分析简单柱面坐标偏振光束本征模场的特性。根据坐标变换公式将瑞利索末菲标量衍射积分公式转化为简单柱面坐标偏振光束衍射远场径向电场分量与角向电场分量的计算公式。根据衍射源电场振幅分布与空间频谱分布的关系,给出简单柱面坐标偏振光束微分算子衍射源光斑半径和径向空间频率半径的计算公式,它可用于计算简单柱面坐标偏振光束的光束传输因子。并以计算LG10模柱面坐标偏振拉盖尔高斯光束的光束参量为例说明了该公式的实用性。
衍射 简单柱坐标偏振光束 光束传输因子 远场 一阶汉克尔变换 拉盖尔高斯光束 
中国激光
2013, 40(8): 0802003
作者单位
摘要
国防科技大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
开展了HF/DF激光器谐振腔内基态分子光吸收对其输出性能影响的实验研究,测量并分析了从不同位置注入H2/D2时激光器的输出功率和光谱变化。结果表明:振动基态HF(ν=0)/DF(ν=0)分子通过单光子共振机制吸收1P支谱线,通过双光子共振机制吸收2P支谱线;振动转动激射带间存在一定程度的级联跃迁效应;在基态分子与激发态分子数量相当(11)的情况下,HF激光器输出功率降低了50%左右,DF激光器输出功率降低了90%左右;利用传统的燃料组合研制燃烧驱动HF-DF双波段化学激光器是不可行的。
激光器 氟化氢激光器 氟化氘激光器 光吸收 双波段激光 
中国激光
2013, 40(8): 0802004
王子薇 1,2,*杜松涛 1何晶 1,2王兆坤 1,2[ ... ]李骁军 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 中国科学院大学, 北京 100049
3 上海飞博激光科技有限公司, 上海 201807
以被动调Q的小型Nd:YAG/Cr4+:YAG激光器为种子光源,以后向抽运的掺镱双包层光纤为功率放大介质,经过一级光纤功率放大,获得了平均功率5.5 W,重复频率9 kHz的激光输出,脉冲宽度为575 ps,峰值功率达到1 MW。采用非临界相位匹配的LBO晶体,对该亚纳秒脉宽光纤放大器进行了单通倍频实验研究。当晶体温度为150.5 ℃、基频光功率为2.7 W时,获得了平均功率1.3 W、峰值功率250 kW的倍频绿光输出,倍频转换效率为48%。
激光器 脉冲光纤放大器 主振荡功率放大 三硼酸锂晶体 倍频 
中国激光
2013, 40(8): 0802005
作者单位
摘要
1 北京工业大学应用数理学院, 微纳信息光子技术研究所, 北京 100124
2 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
2013, 40(8): 0802005
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
利用介质阻挡射频放电产生了单重态氧,实验中在放电气体中加入了一定量的NO气体以提高单重态氧的相对产率。通过研究放电出口处单重态氧发光强度与NO流量的变化关系,考查了NO分子对放电产生单重态氧的影响。实验结果表明,NO分子对单重态氧相对产率的提高作用呈现出先迅速增强,继而缓慢达到饱和并略有下降。在所设计的实验条件下,最佳NO流量应为O2流量的3%左右。给出了NO分子对放电产生单重态氧浓度的拟合公式,拟合结果与实验值吻合很好。从化学反应机理上对该公式给出了解释,提出了NO分子猝灭氧原子过程的一种新的可能机理,估算出该过程的速率常数为1.8×10-30 cm6/s。
激光器 化学激光器 放电氧碘激光器 氧原子猝灭机理 一氧化氮 
中国激光
2013, 40(8): 0802006
李楠 1,2,3,*庞毓 1,2鲁燕华 1,2张雷 1,2[ ... ]许晓小 1,2
作者单位
摘要
1 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
2 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
3 中国工程物理研究院研究生部, 北京 100088
报道了一台高能量、高光束质量激光二极管抽运全固态1319 nm激光器,激光器采用了主振荡器与放大器(MOPA)结构。通过反射镜镀膜和插入45°反射镜增加损耗以抑制1338 nm和1064 nm激光起振。主振荡器腔内插入温控法布里珀罗(F-P)标准具实现线宽压窄和波长选择。为充分提取放大器能量以获得高能量脉冲输出,两级激光放大器均为双程放大,并对激光驱动电源信号进行处理,使激光器主放大器注入激光脉冲与驱动电源脉冲在时域上的重合性更好。在主放大器抽运电流为140 A时获得了脉冲能量为800 mJ的1319 nm激光输出,光束质量因子M2=1.49,线宽为1.05 GHz,重复频率为50 Hz,脉宽约为200 μs。
激光器 全固态激光器 高能量激光 1319 nm激光 光束质量 
中国激光
2013, 40(8): 0802007
作者单位
摘要
1 湖北汽车工业学院理学系, 湖北 十堰 442002
2 哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150006
激光等离子体推进机理是激光推进技术的关键。基于平均原子(离子)模型(AAM)和碰撞辐射平衡模型(CRM),对激光与等离子体相互作用过程进行了耦合计算,得出了一些特性参数。激光打碳靶实验结果验证了模拟结果的正确性,表明激光双脉冲打碳靶比单脉冲多产生最高为50%的冲量耦合系数,有利于激光推进。这为激光等离子体推进的进一步研究提供参考。
光电子学 激光等离子体推进 推进机理 理论模拟 实验研究 
中国激光
2013, 40(8): 0802008
作者单位
摘要
上海交通大学密西根学院,上海 200240
涡轮叶片上气膜冷却孔的精密制造是一项复杂的技术,特别覆有热障涂层的金属叶片的加工尤为困难。实验采用532 nm的镱离子光纤纳秒脉冲激光研究脉冲激光束和陶瓷涂层或金属基材料之间的物理相互作用。通过半经验模型和有限元模型研究了激光与材料的相互作用,并预测了材料消融表面的几何形状。通过建模和实验数据之间的比较,进一步优化加工参数以获得最大的去除效率,并保证最少的由热效应引起的缺陷,如重铸层、边缘突起和微裂纹等。通过改变焦深、扫描模式、光斑半径和功率密度来研究激光与不锈钢、铜、镍铬铁合金718和氧化锆热障涂层等材料的相互作用。实验获得了激光能量密度阈值和材料最佳去除效率,并且验证了模拟的结果。
中国激光
2013, 40(8): 0803001
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
中国激光
2013, 40(8): 0803001
作者单位
摘要
北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124
采用IPG YLS-6000光纤激光器和Slab DC035 CO2激光器,在近似相同的工艺条件下进行平板扫描焊接,通过Olympus光学显微镜测量焊缝横截面积,并计算熔化效率。结果表明:两种激光器焊接的熔化效率均随焊接速度先增加后减小,但是光纤激光焊接熔化效率峰值所对应的焊接速度要远远高于CO2激光焊接。进一步分析表明两种激光焊接熔化效率的差异与激光能量耦合的固有规律不同有关。因此,从焊接效率上考虑,光纤激光器更适合于高速焊接,而CO2激光器更适合于低速焊接。
激光技术 光纤激光焊接 CO2激光焊接 熔化效率 吸收率 
中国激光
2013, 40(8): 0803002
作者单位
摘要
大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室, 辽宁 大连 116024
采用激光熔覆技术在40CrNi2Si2MoV钢表面制备了不同含量的镍包石墨镍基复合涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜、能谱分析仪(EDX)、显微硬度计和摩擦磨损试验机,对不同镍包石墨含量镍基复合涂层的相组成、微观组织形貌、成分、硬度及摩擦磨损性能进行了分析。研究结果表明,不同镍包石墨含量的复合涂层均主要由γ-Ni、Ni3B、M23C6和M7C3相所组成,但有所不同的是,随着镍包石墨含量的增加,复合涂层凝固组织逐渐细化,共晶组织数量逐渐增多,且在镍包石墨添加量超过10.0%(体积分数)时,组织中开始有明显的石墨相出现。受上述组织变化的影响,复合涂层的平均硬度值和耐磨性随着镍包石墨含量的增加而逐渐提高,而减摩性能则呈现出先降后增的变化趋势,当镍包石墨添加量为6.0%(体积分数)时,复合涂层具有最低的减摩性能。
激光技术 复合涂层 镍包石墨 微观组织 性能 
中国激光
2013, 40(8): 0803003
王维 1,*郭鹏飞 1张建中 2杨光 1[ ... ]才磊 3
作者单位
摘要
1 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
2 沈阳航空航天大学 机电工程学院, 辽宁 沈阳 110136
3 唐山松下产业机器有限公司, 河北 唐山 063020
超声辅助激光熔覆技术是在激光熔覆技术基础上发展起来的,将超声引入激光熔覆中可以提高激光熔覆件质量。通过在BT20钛合金基体上添加频率为19.56 kHz的超声振动,进行激光熔覆实验,并据此研究超声对激光熔覆过程的作用。结果表明,2.2 W功率的超声振动使得熔覆层的表面平整性良好,内部组织气孔率下降到0.75%,熔覆层晶粒尺寸减小了约42%,α片层长度减小了23.9%,但沉积生长方向的堆垛效率降低了36.7%。
激光技术 激光熔覆 超声振动 BT20钛合金 表面平整性 
中国激光
2013, 40(8): 0803004
作者单位
摘要
1 南京理工大学能源与动力工程学院, 江苏 南京 210094
2 中国航天科工第六研究院41所, 内蒙古 呼和浩特 010010
3 南京理工大学应用化学系, 江苏 南京 210094
基于实验研究高氯酸铵与端羟基聚丁二烯(AP/HTPB)复合推进剂的点火燃烧性能,有助于揭示燃烧一致性机理,进而改进燃烧特性,提高底排增程弹射击效能。激光具有能量可调与高输出稳定性的优点,是最佳的含能材料点火燃烧实验的能量源。利用大功率固体激光系统,并借助高速录像系统,研究了AP/HTPB复合底排推进剂试样的点火延迟时间,点火延迟时间随激光强度的增加先显著缩短,继而趋于平缓;基于试样燃烧序列图像及图像处理技术,计算出了复合推进剂的燃速约为3.41 mm/s。基于含能材料一维激光点火模型,对试样的点火燃烧进行数值模拟,点火延迟时间的计算结果与实验情况比较吻合,并得到了激光作用的推进剂表面温度随时间及激光强度的变化历程。
激光器 激光点火 AP/THPB复合推进剂 点火燃烧 数值模拟 
中国激光
2013, 40(8): 0803005
作者单位
摘要
1 中国电子科技集团公司第三十八研究所, 微波光子学研究中心, 安徽 合肥 230088
2 天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室, 天津 300072
中国激光
2013, 40(8): 0803005
作者单位
摘要
1 空军工程大学航空航天工程学院, 等离子体动力学重点实验室, 陕西 西安 710038
2 西安交通大学机械工程学院, 陕西 西安 710049
对TC11钛合金标准疲劳试件进行激光喷丸处理,利用高周振动疲劳试验验证强化效果,通过断口观察分析疲劳机理,再从微观组织、残余应力和显微硬度等方面分析激光喷丸提高TC11钛合金疲劳性能的强化机制。试验结果表明,强化后疲劳试件的疲劳极限由483 MPa提高到593 MPa;强化试件的裂纹源位于次表层深0.2 mm处,平坦区扩大,快速扩展区产生大量二次裂纹和排列紧密的疲劳条带。表层发生较高程度细化,形成尺寸为40~80 nm的纳米晶;并引入高数值残余压应力,表面残余应力达-591.5 MPa,其塑性变形层深度达1 mm,且表面硬度提高19%。TC11钛合金标准疲劳试件强化后疲劳强度提高主要是因为高程度组织细化和高数值残余压应力的综合作用,进而阻碍裂纹萌生和降低扩展速率。
激光器 激光冲击强化 TC11钛合金 疲劳极限 断口分析 强化机制 
中国激光
2013, 40(8): 0803006
作者单位
摘要
沈阳航空航天大学机电工程学院, 辽宁 沈阳 110136
结合金属板材件成形工艺,提出一种基于切口填补模型的金属板材件三维激光切割轨迹自动生成方法。利用切口面之间的凹边实现了切口特征自动识别和选取,并采用顶点偏置算法实现了激光束半径自动补偿。在对切口特征进行填补,构建切口填补模型的基础上,利用共享切口边的两个三角面片的法向量计算出激光入射点处的法向量,进而确定了激光头的姿态,使得激光束始终与被切割表面保持垂直。应用实例表明,上述算法可行,系统运行稳定可靠。
激光技术 板材成形 激光切割 切割轨迹 
中国激光
2013, 40(8): 0803007
蔡创 1,*李瑞丰 2陶汪 1,3李俐群 1[ ... ]闫相和 4
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 中核包头核燃料元件股份有限公司, 内蒙古 包头 014035
3 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
4 国防科技工业焊接自动化技术研究应用中心, 黑龙江 哈尔滨 150001
采用脉冲Nd:YAG激光对锆4合金的十字交叉焊点进行试验研究,从焊点形貌、焊点成形系数和力学性能方面,研究了脉冲激光工艺参数对锆4合金十字交叉点焊的影响规律。研究表明:脉冲能量较小时,激光热量输入不能充分熔化交叉焊点预留凸台,焊点余高较大,无法满足实际应用要求。在单位脉冲能量一定的前提下增大峰值功率减小脉冲宽度,或增大激光脉冲的发射个数均可改善焊点的成形,减小焊点余高,得到较大的焊点深宽比。十字交叉焊点的最大拉伸载荷与焊点的深宽比成正比关系。
激光技术 锆4合金 脉冲激光 焊点成形 拉伸载荷 
中国激光
2013, 40(8): 0803008
作者单位
摘要
西南技术物理研究所, 四川 成都 610041
为了给组合使用长脉冲与连续激光作用模式参数的选择提供依据,利用有限元软件ANSYS建立了组合激光辐照2A12铝合金的三维参数化有限元计算模型,进行了不同组合参数下温度场和应力应变场的计算。模拟结果表明,使用连续激光预热能显著增强长脉冲激光的作用效果。预热时间越长,材料的屈服时间(即从施加脉冲激光到材料发生塑性屈服的时间)越短,塑性变形以及屈服范围越大。在占空比为10%的长脉冲串作用下,导热系数较大的铝合金在脉冲间的温度和塑性应变积累并不明显。当激光功率在104 W/cm2量级时,对于同一参数的长脉冲激光,连续激光的预热时间比其功率密度对铝合金的影响更大。
激光技术 双光束 铝合金 预热 塑性屈服 应力场 
中国激光
2013, 40(8): 0803009
作者单位
摘要
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
提出了一种无群速度延迟的空间载频谱域光学相干层析成像(OCT)系统消镜像方法。用一块光栅取代传统谱域OCT系统中参考臂内的平面反射镜,在相邻的A-scan之间通过相位调制引入了移项量,同时没有引入任何附加光程差。对得到的干涉光谱信号进行横向傅里叶变换,然后进行滤波,对滤波所得信号进行逆傅里叶变换,最后对得到的信号进行轴向傅里叶变换,就能获得样品消镜像后的OCT图像。介绍了谱域OCT中无群速度延迟的空间载频消镜像方法的实验原理与实验系统,实验研究了平面镜样品在不同调制频率下的成像效果,并给出了平面镜和手指样品消镜像后的OCT图像。
成像系统 光学相干层析 消镜像 空间载频 群延迟 
中国激光
2013, 40(8): 0804001
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 中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心, 山西 太原 030051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
针对传统微结构光纤光栅写入过程中的写入散射大的问题,采用时域有限差分法分析了大圆孔微结构光纤光栅的写入场分布特性,并用有限元法验证了分析结果。提出将适当折射率的流体填充至大圆孔区域,利用柱形流体的微透镜效应会聚高斯光能量至纤芯掺杂区域,从而改善写入效率。仿真结果表明改进后的光纤光栅写入效率分别是周期性光子晶体光纤光栅和单模光纤光栅写入效率的290%和210%左右,可以提高光纤光栅的写入效率,降低散射损耗。此外,还针对高斯光束写入角度误差对写入效率的影响进行了初步分析。
光纤光学 微结构光纤光栅 写入效率 时域有限差分法 有限元法 
中国激光
2013, 40(8): 0805001
作者单位
摘要
吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点联合实验室, 吉林 长春 130012
利用自主合成的非线性有机-无机复合材料作为包层,紫外光敏型SU-8负胶为芯层,通过直接光写入技术成功研制了双有源包层结构聚合物41×41信道阵列波导光栅(AWG)器件。器件在设计中采用正矩形的波导结构。经计算,当包层厚度为5 μm,芯径尺寸为4 μm×4 μm时,可实现单模传输。 器件波长间隔定为0.8 nm,中心波长为1550 nm。经测试,该器件传输损耗为1.2 dB/cm,中心信道衍射损耗为6.2 dB,实测波长间隔为0.793 nm,器件的温度漂移量为-0.08 nm/℃。
光通信 光学器件 阵列波导光栅 平面光波回路 聚合物波导 
中国激光
2013, 40(8): 0805002
作者单位
摘要
广东工业大学信息工程学院, 广东 广州 510006
研究了一种多边带拍频产生多倍频、高功率毫米波的方法,并提出了相应的交错复用模块结构。该模块无需额外光滤波器件和复杂电路驱动,通过器件参数设置生成间隔可调的周期边带信号。理论分析表明,多个边带相互拍频并叠加最终形成毫米波信号,信号能量更为集中,且信号频率具有可调性。实验结果显示,多边带调制方法可实现12倍频、16倍频甚至18倍频毫米波信号,而且输出信号体现出明显高功率特性,相对典型双边带调制输出信号功率提高了20 dB以上。根据系统仿真结果,多边带拍频光纤无线系统还具备较好的传输稳定性和抗色散能力,更适合长距离传输。
光通信 交错复用 多边带 高功率 光生毫米波 
中国激光
2013, 40(8): 0805003
作者单位
摘要
重庆工商大学计算机科学与信息工程学院, 重庆 400067
为了解释一维掺杂光子晶体缺陷模的产生机理,建立了一维掺杂光子晶体的多波束干涉模型\.利用多光束干涉原理建立了一维掺杂光子晶体缺陷模的干涉理论,成功地解释了一维掺杂光子晶体中缺陷模的产生机理\.应用干涉理论和特征矩阵法对一维掺杂光子晶体缺陷模的特征进行了比较研究,两者的结论是一致的。
材料 光子晶体 缺陷模 干涉理论 
中国激光
2013, 40(8): 0806001
作者单位
摘要
南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
根据连续激光加热靶材的实际情况,建立了连续激光辐照材料的三维物理模型。结合实际的边界条件,采用基于积分变换的方法推导出材料的瞬态温度场的解析表达式。利用Matlab软件数值模拟了连续激光辐照材料的温升过程,分析了材料的各向异性对温度场的影响,并且讨论了激光参数、辐照时间以及环境变化对靶材温升的影响。结果表明:材料的各向异性将导致温度场的非对称温升;材料表面温升随激光功率和辐照时间的增大而增大;同时材料侧面与空气的对流换热系数对材料表面的温度场分布也起到了一定的影响。
材料 温度场 连续激光 加工 
中国激光
2013, 40(8): 0806002
李志兰 1,2,*王世凯 1,2王欣 1,2关珮雯 1,2[ ... ]胡丽丽 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 中国科学院大学, 北京 100049
用溶胶凝胶法制备了摩尔百分比为0.3Tm2O3-0.3xAl2O3- (100-0.3-0.3x)SiO2 (x=8, 10, 15, 20)的一系列铥掺杂石英(ATS)玻璃。研究了样品的光谱性质,1811nm处最大发射截面为6.39×10-21 cm2,最长荧光寿命为645 μs。样品的最低OH含量为10.5×10-6。采用管棒法制备了光纤预制棒,采用组分为0.3Tm2O3-4.5Al2O3-95.2SiO2的玻璃作为纤芯,八边形的纯石英管作为内包层,用紫外固化剂作为外包层拉制双包层光纤。测量了光纤的激光性质,在66 cm长的光纤中得到了最大为1.23 W的激光输出,斜率效率为11.7%,激光阈值为6.07W,激光中心波长为1952 nm。
材料 铥掺杂石英光纤 溶胶凝胶法 2 μm激光 
中国激光
2013, 40(8): 0806003
樊婷 1,*李娜 2
作者单位
摘要
1 佛山科学技术学院电子与信息工程学院, 广东 佛山 528000
2 佛山科学技术学院理学院, 广东 佛山 528000
研究了二维随机介质中双色辐射特性以及模式竞争特性。基于随机激光的时域理论,建立了双波长随机激光辐射的理论模型。利用时域有限差分(FDTD)方法求解麦克斯韦方程与速率方程,采用傅里叶变换方式获得随机激光的发射谱,讨论了染料浓度、表面填充率以及散射颗粒半径对辐射光波的影响。结果表明,随着染料浓度的增大,短波长辐射光强度会降低而长波长辐射光强度会提高;表面填充率的增大会使两种波长的辐射光强度同时提高,并没有表现出偏向性,而散射颗粒半径对发射谱的影响则表现出明显的波长选择性。
光电子学 随机介质 双波长 模式竞争 
中国激光
2013, 40(8): 0806004
曹博 1,*于杰 1于斌 1张欣鹏 2[ ... ]曹慧群 2,3
作者单位
摘要
1 深圳大学光电工程学院光电子器件与系统(教育部/广东省)重点实验室, 广东 深圳 518060
2 深圳大学化学与化工学院深圳市新型锂离子电池与介孔材料重点实验室, 广东 深圳 518060
3 浙江大学硅材料国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
采用水热法,以KOH和Nb2O5为主要原料,分别加入KCl、K2SO4、K2CO3和KBr制备了铌酸钾(KNbO3)晶体。采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱 、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、荧光光谱(PL)等方法研究了不同钾盐对合成的KNbO3晶体结构、微观形貌、产量及荧光性的影响。结果表明在水热合成过程中添加钾盐可以明显提高KNbO3晶体的产率,钾盐的种类对KNbO3的晶型和形貌有较大影响,当钾盐分别为KCl和KBr时,产物为0.5~1 μm宽、1~10 μm长,表面光滑的棒,分别为斜方六面体和正交晶型的KNbO3。当钾盐分别为K2CO3和 K2SO4时,产物为不规则块状结构,分别为斜方六面体和正交晶型的KNbO3。FTIR分析表明样品在1383,1087,1050,879,614 cm-1处出现了Nb=O和Nb-O-Nb的振动峰。荧光光谱分析表明样品在396,450,467,481,491 nm附近出现特征峰。
材料 铌酸钾 水热法 荧光性 
中国激光
2013, 40(8): 0806005
作者单位
摘要
长春理工大学机电工程学院, 吉林 长春 130022
针对高精度光电编码器转角精度的检测,提出了一种基于双频激光干涉仪的光电编码器转角精度检测方法,并研制了相应的检测装置。该装置以步进电机为驱动元件,通过减速机构带动被检编码器和角度基准旋转,以Renishaw双频激光干涉仪为角度基准检测仪器,使用Renishaw RX10回转轴校准组件为角度旋转基准,检测精度达1.36″。分别使用该装置和传统手动检测装置对21 bit绝对式编码器进行精度检测对比实验,结果表明,该装置是可行的,且在检测效率、检测精度上均高于传统检测装置。
激光光学 双频激光干涉仪 光电编码器 转角精度 
中国激光
2013, 40(8): 0808001
作者单位
摘要
1 哈尔滨工业大学电气学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
针对惯性约束聚变(ICF)光学元件损伤问题,提出了一种基于随机抽样一致性(RANSAC)及最小二乘支持向量机(LSSVM)回归的高精度检测方法。建立了损伤区域总灰度与实际尺寸的回归模型,通过该回归模型对待检测损伤区域的尺寸进行预测,得到损伤区域的高精度尺寸。为剔除回归模型建立过程中离群样本点的影响,采用RANSAC方法对训练样本进行优化选择。针对抽样组中样本数对检测精度及检测效率的影响进行了相关实验,确定了抽样组中样本数的合适区间。RANSAC-LSSVM方法可通过改变误差评价函数得到不同评价体系下的最优回归模型。实验证明,在传统像素级检测方法的基础上,该方法将损伤尺寸检测的平均相对误差降低了近90%。
图像处理 光学元件损伤 在线检测 回归 最小二乘支持向量机 随机抽样一致性 
中国激光
2013, 40(8): 0808002
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
激光位移传感器的测量是基于目标表面的散射效应,表面的粗糙度特性直接影响散射测量光斑的光强。为研究粗糙表面对成像光斑光强的影响,通过构建粗糙表面的散射几何模型,利用基尔霍夫标量散射的解析理论,结合遮蔽函数统计模型,获得被测表面的粗糙特性与成像光斑光强的函数关系。根据传感器中位置敏感探测器(PSD)的检测原理,感光面上成像光斑光强大小将直接影响传感器的测量精度。实验分析了基于PSD的位移传感器对标准粗糙度样块的测量数据,结果表明不同的表面粗糙度将产生不同的测量误差,表面粗糙度Rq值越大散射光斑光强越大,但伴随遮蔽系数的显著增强,光斑光强将逐渐被削弱,而测量误差大小与光强的变化趋势相同,其中对Rq=0.8 μm左右的粗糙表面的测量误差最小。
测量 激光位移传感器 标量散射 表面粗糙度 遮蔽效应 位置敏感探测器 
中国激光
2013, 40(8): 0808003
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 中国科学院大学, 北京 100049
光电编码器具有静态特性和动态特性,目前对光电编码器误差的分析主要局限于静态状态下。为使光电编码器动态特性更加完善,从轴系晃动、幅频响应、细分延时等方面,对小型绝对式光电编码器的动态误差进行了研究。通过分析角速度对光电编码器动态误差的影响,得出了速度影响动态误差的主要规律。分析表明,对于码盘刻划h条精码道的光电编码器,其动态误差由1次正弦分量、h次正弦分量和常数分量组成,并且随着光电编码器转速的变化,各次误差分量的幅值都发生相应的改变,影响光电编码器的动态特性。研究结果可以用于光电编码器生产中对编码器动态特性的分析与控制,为改善编码器动态特性提供依据。
光学器件 光电编码器 动态特性 动态误差 误差检测 动态误差分析 
中国激光
2013, 40(8): 0808004
作者单位
摘要
东南大学自动化学院, 江苏 南京 210096
针对无任何预知信息下的散乱点云数据配准问题,提出了一种基于点云法向量信息的自动配准算法。根据点云局部法向量的变化提取特征点,通过比较特征点的直方图特征向量获得初始匹配点对;使用随机抽样一致性(RANSAC)算法,根据刚性距离约束条件得到精确匹配点对;利用四元素法计算得到初始配准参数,采用改进的最近点迭代(ICP)算法对点云精确配准。实验结果表明了此方法的有效可行性。
激光光学 三维点云 点云配准 点云法向量 最近点迭代 
中国激光
2013, 40(8): 0809001
吴一全 1,2,*殷骏 1
作者单位
摘要
1 南京航空航天大学电子信息工程学院, 江苏 南京 210016
2 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710068
对数字全息再现像存在对比度低、边缘纹理不清晰、含散斑噪声等问题,提出了基于均匀搜索粒子群优化的Contourlet域数字全息再现像自适应增强方法。利用中值滤波算法抑制再现像中的散斑噪声,经Contourlet分解后,对带通方向子带利用非线性增益函数进行边缘增强;低通子带系数的调整则依据基于灰度级变换和局部均值的增益函数,其中灰度级变换使图像暗区扩展,利用均匀搜索粒子群优化搜寻待定参数,适应度函数兼顾了图像的对比度、清晰度及峰值信噪比。大量实验结果表明,与现有的三种增强方法相比,该方法能更有效地提高数字全息再现像的对比度和清晰度,突出边缘纹理并抑制散斑噪声,提高数字全息术测量的准确度。
全息 图像自适应增强 Contourlet变换 灰度级变换 均匀搜索粒子群优化 散斑噪声 
中国激光
2013, 40(8): 0809002
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(8): 0809002
作者单位
摘要
广东科学技术职业学院广州学院, 广东 广州 510640
针对大规模人脸识别的特殊性,提出了一种光电混合匹配滤波相关器和大规模人脸识别的新方法。将人脸识别运算中耗时最大的基于图像的相关运算由光电混合匹配滤波相关器完成,实现1N识别,有效地提高了识别的速度和精度。同时利用计算机仿真和实验的方法进行验证,计算机仿真结果表明,该相关器输出锐的相关峰,具有很好的识别能力;当取200幅人脸图像,识别阈值为0.6,进行实验验证时,错误匹配率为0%,错误不匹配率为1%。
光学器件 大规模人脸识别 1N识别 光学相关器 图像处理 
中国激光
2013, 40(8): 0809003
作者单位
摘要
四川大学电子信息学院, 四川 成都 610065
在振动目标的激光微多普勒信号分析中,基于联合时频谱的分析方法为目标的检测、分类和识别提供有用信息,得到广泛运用。对于一般非线性和非平稳信号,传统的时频分析方法能有效地提取信号特征,但在强背景噪声和弱调制信道条件下,具有很大局限性。引入希尔伯特-黄变换(HHT)作为一种新的微多普勒信号分析方法,分析在强背景噪声和弱调制等信道下,HHT在微多普勒信号中的特征提取。通过Matlab软件仿真,与平滑伪Wigner-Ville分布(SPWVD)比较,证明了HHT在微多普勒信号分析和特征提取中的有效性。
信号处理 微多普勒 希尔伯特-黄变换 经验模态分解 平滑伪Wigner-Ville分布 弱调制 
中国激光
2013, 40(8): 0809004
王锐 1,2,*王挺峰 1,2孙涛 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, 吉林 长春 130033
2 激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
为了分析高斯光束的大气传输特性,根据随机相位屏数值仿真方法,利用Rytov弱起伏理论,在薄相位屏模型的基础上,详细分析了各个统计量。建立了基于Kolmogorov谱条件下的高斯光束经任意厚度相位屏传输统计量的数学模型,并且给出了易于处理的解析表达式。同时对闪烁指数、Rytov方差等统计量进行了分析,结果表明任意厚度相位屏模型比薄相位屏适用范围更广,且对于统计量的描述更为准确。
大气光学 随机相位屏 闪烁指数 Rytov理论 高斯光束 
中国激光
2013, 40(8): 0813001
作者单位
摘要
1 哈尔滨工业大学小卫星技术研究所, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工业大学物理系, 黑龙江 哈尔滨 150001
阵列成像激光雷达是激光雷达的发展方向,但受到阵列探测器和激光功率的限制,无法实现远距离的高分辨力成像。基于小面阵的块扫描激光雷达兼顾了阵列成像激光雷达的高分辨力和扫描激光雷达的远距离,成为现阶段激光雷达领域的研究热点。采用5×5的阵列雪崩光电二极管(APD)为敏感元,设计了25路并行的放大器,实现了200 MHz的带宽和40 dB的增益;整形电路输出信号抖动小于2 ns,25路阵列计时器时钟频率达到了200 MHz。利用上述器件配合高重频固体激光器和双光楔扫描器实现了小面阵块扫描激光雷达的原理实验系统,并利用该系统进行了室内距离成像实验。实验结果表明,该系统能够实现0.8 m的测距精度,3°×3°的成像视场角和128 pixel×128 pixel的图像分辨率。根据所获得的实验结果,对于影响块扫描激光雷达成像精度的因素进行了分析。
成像系统 三维成像 激光雷达 块扫描 小面阵 
中国激光
2013, 40(8): 0814001
林鑫 1,2,*杨勇 1,2程学武 1关塞 2,3[ ... ]李亚娟 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院武汉物理与数学研究所 波谱与原子分子物理国家重点实验室, 湖北 武汉 430071
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院空间科学与应用研究中心空间天气学国家重点实验室, 北京 100190
激光雷达为了探测更高大气层段的回波信息,通常采用大功率激光器发射和大口径望远镜接收来增加回波信号强度,然而会带来低空强散射回波信号光饱和的问题。机械斩波方式从光学上巧妙地完全阻断了低空杂散光,而让高空回波光全部通过,有效提高了激光雷达高空探测能力。对斩波器原理进行理论分析,并组建了一套斩波单元。经测试,测试结果与理论计算符合得很好。将此斩波单元直接运用于高空探测激光雷达之中,实现了对低空强散射光的有效隔离,解决了光电探测器在低空大气层段探测的饱和甚至致盲问题,有利于提高激光雷达的探测高度和精度。
机器视觉 机械斩波 激光雷达 光电探测 饱和 
中国激光
2013, 40(8): 0814002
作者单位
摘要
哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150081
相干激光雷达距离像与目标表面物理结构特性密切相关,体现目标的本质特征,在目标识别领域引起广泛关注。数据采集过程和采集成本决定了激光雷达不容易采集到大量的图像。在小样本情况下,随着特征维数的增加,识别率可能会下降,即出现休斯现象。为此,把两种特征选择算法——Relief算法和支持向量机回归特征消去(SVM-RFE)算法引入到距离像目标识别。仿真实验结果表明,在3个训练样本时,利用Relief 和SVM-RFE算法,可以解决由三组组合矩(Hu矩和仿射矩,仿射矩和Zernike矩以及仿射矩、Hu矩和Zernike矩)引起的休斯现象,并且基于SVM-RFE算法的识别性能略好于Relief算法的识别性能。
遥感 激光雷达距离像 特征选择 目标识别 组合不变矩 支持向量机 
中国激光
2013, 40(8): 0814003
翁士状 1,2,*郑守国 2李盼 1,2陈晟 1,2[ ... ]郑晓菊 1,2
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 230026
2 中国科学院合肥智能机械研究所, 安徽 合肥 230031
结合主成分分析(PCA)、偏最小二乘法(PLS)回归与表面增强拉曼光谱(SERS)实现杀螟硫磷溶液浓度的定量分析。测量600~1800 cm-1杀螟硫磷溶液SERS,对特征峰附近的光谱分别进行一阶导数绝对值、多元散射校正(MSC)与标准正态变换等预处理;利用PCA与PLS回归构建浓度预测模型。通过分组交替法检验模型性能,发现MSC处理后的光谱建立模型的预测准确度最高,分析精度满足杀螟硫磷的检测要求。
光谱学 表面增强拉曼光谱 主成分分析 偏最小二乘法回归 杀螟硫磷 
中国激光
2013, 40(8): 0815001
王志斌 1,2,*宗鹏飞 1,2李晓 1,2
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
目标红外测距的实现同气体及其波段的选取密切相关。氧气A吸收带具有独特的谱线结构,对于火箭羽流或者高温辐射体的距离探测,氧气A吸收带是最佳的距离反演通道。通过深入研究逐线积分算法,设计了氧气A带标准光谱计算软件;利用吸收带带外数据,采用基线拟合的方法反演不同距离的带平均透射率,进而得到相应的距离。将ABB灯作为被测光源,在不同的距离下采集相应的光谱,并进行拟合计算,将实测数据的拟合计算结果同理论计算结果进行对比验证,其误差低于0.5%,在允许范围内。
光谱学 逐线积分 红外测距 氧气A吸收带 
中国激光
2013, 40(8): 0815002
高勋 1,2,*邵妍 1杜闯 1赵振明 1[ ... ]林景全 1
作者单位
摘要
1 长春理工大学理学院, 吉林 长春 130022
2 长春长春新产业光电技术有限公司, 吉林 长春 130103
以合金钢为样品,利用Cr I 520.8 nm和Fe I 522.7 nm谱线强度变化分析预烧蚀激光参数对纳秒532 nm/1064 nm正交预烧蚀双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)增强的影响,对实验条件进行了优化。结果表明在预烧蚀脉冲能量为70 mJ,主烧蚀脉冲能量为100 mJ,预烧蚀脉冲焦点距样品表面1 mm,距主烧蚀脉冲光路1 mm时,DP-LIBS具有最大光谱增强。Cr I 520.8 nm谱线在30 μs时光谱增强达到12.5,然后快速下降。最后初步分析了正交预烧蚀DP-LIBS光谱增强机理。
光谱学 等离子体 双脉冲激光诱导击穿光谱 正交预烧蚀 光谱增强 
中国激光
2013, 40(8): 0815003
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
为了实现高次回转对称非球面的全口径超光滑加工,对磨头的运动控制算法进行了研究。介绍了超光滑加工的基本原理以及相应数控机床的机构,并对其光学表面的创成方式进行了描述。为了精确控制磨头的运动轨迹,提出了非球面驻留点的等误差递推求解算法进而分析了轨迹误差。计算了磨头位于不同位置时去除率的分布情况,并建立了驻留时间数学求解模型。在自研设备上对口径为150 mm,非球面度为116 μm的样件进行了超光滑加工。表面粗糙度方均根值由1.523±0.045 nm降低至0.399±0.0238 nm且分布均匀。实验结果表明,利用该算法可以精确控制磨头的运动轨迹,从而保证表面粗糙度的均匀一致。
光学制造 超光滑表面 磨头控制算法 非球面 
中国激光
2013, 40(8): 0816001