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 2014, 41(11)

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中国激光 第41卷 第11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
激光主动成像系统通常用于重要区域监视和危险目标识别,当该系统受到敌方激光干扰时,其成像质量将会下降。由于目标、成像系统和干扰源的相对位置,以及干扰源的干扰功率处于时刻变化中,导致不同时刻的干扰效果不尽相同,如何衡量一段时间内激光对成像系统的干扰效果成为一个难题。提出了一种基于连续多帧图像动态特征变化的无参考激光干扰评估算法,在图像目标区域内分析单帧干扰图像中特征点的匹配准确率和空间变化率以及多帧图像特征点变化的准确性、空间性、结构性差异、频率和显著性特征,最终得到归一化的评估指标。利用激光主动成像识别系统对设定目标进行照明成像识别实验,采集不同干扰功率和干扰方位的激光干扰图像。基于提出的特征点动态性算法对获得的连续多帧激光干扰图像进行评估,结果表明该算法能够准确评价一段持续干扰过程中不同功率、方位的激光干扰效果,客观反映光斑遮盖下自动目标识别算法的失效程度。
成像系统 图像质量评价 激光干扰 特征点 
中国激光
2014, 41(11): 1102001
作者单位
摘要
1 清华大学电子工程系信息科学与技术国家实验室, 集成光电子学国家重点实验室, 北京 100084
2 北京无线电计量测试研究所, 北京 100039
3 计量与校准技术国家级重点实验室, 北京 100039
搭建完成了基于单偏振半导体光放大器扫频光源的光相干成像系统,此系统可以实现高速光相干层析成像与光相干显微成像。系统中的扫频光源使用偏振相关的半导体光放大器作为放大单元,该光放大器有着增益谱宽大、输出功率高的优点,使得光源仅使用一个放大器即可获得合适的增益谱宽与输出功率,并可采用傅里叶域锁模技术大幅提高其扫频速率。采用傅里叶域锁模技术时,扫频光源输出功率达到32 mW左右,有效扫描频率为45 kHz,输出光谱的中心波长为1326 nm,光谱宽度为115 nm。利用系统进行高速光相干层析成像时,横向分辨率为9 μm,纵向分辨率为12.9 μm左右,灵敏度为105 dB。利用系统进行光相干显微成像时,可以清楚地看到洋葱内表皮细胞的结构。
相干光学 傅里叶域锁模结构光源 光相干层析 光相干显微镜 半导体光放大器 
中国激光
2014, 41(11): 1102002
作者单位
摘要
1 河北工业大学信息工程学院, 天津 300401
2 中国电子科技集团公司第十三研究所, 河北 石家庄 050051
根据半导体激光器和单模光纤模场分布特点,用模式耦合理论研究了单模光纤与半导体激光器的耦合,结果表明将光纤端面制作成楔形微透镜可以使光纤与半导体激光器的耦合满足模场匹配和相位匹配的要求。用遗传算法对楔形光纤微透镜参数进行优化,得到楔角为88°,柱透镜半径为3.44 μm,耦合距离为6.13 μm时耦合效率达到最佳值,用Zemax光学仿真软件对耦合模型进行仿真,得到耦合效率为88.9%,耦合好的模块经激光点焊及高低温环境测试后,得到最大耦合效率为81.36%。实验结果与仿真结果相差不大,耦合输出功率满足了作为光纤激光器种子源的功率要求。
激光器 模式耦合 遗传算法 楔形透镜光纤 耦合效率 
中国激光
2014, 41(11): 1102003
作者单位
摘要
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
模拟了带有模式扩展层的半导体激光器,研究了中心波导层、扩展波导层和内限制层对激光器性能的影响。经过优化获得了一个条宽为50 μm,远场发散角为23°,阈值电流为117.8 mA,限制因子为2.37%的激光器。远场发散角最小可达到18°,此时阈值电流为200.9 mA。与普通结构比较,优化后的结构远场垂直发散角减小了20°左右,阈值电流并没有明显增加,模拟计算表明模式扩展层没有降低激光器的电学和温度稳定特性。
半导体激光器 模式扩展层 垂直发散角 阈值电流 
中国激光
2014, 41(11): 1102004
作者单位
摘要
1 北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124
2 北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室, 北京 100876
中国激光
2014, 41(11): 1102004
作者单位
摘要
浙江大学光电信息工程学系现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
利用Nd3+:YAG/Cr4+:YAG键合晶体分别研究了被动调Q的单体和半外腔结构激光器的高峰值功率短脉冲激光特性,发现半外腔结构的被动调Q激光器具有产生脉冲宽度小于1 ns、单脉冲能量达1 mJ、峰值功率超过1 MW的潜力,远远优于单体激光器可以获得的单脉冲激光能量和激光峰值功率。利用所研制的半外腔结构被动调Q激光器,并结合自行研制的高分辨率光纤光谱仪,开展了激光诱导击穿光谱(LIBS)技术研究,针对标准铁合金样品和溶液中的Pb重金属离子,得到了较好的定性分析结果和定量关系曲线。
激光器 高峰值功率 光纤光谱仪 激光诱导击穿光谱 
中国激光
2014, 41(11): 1102005
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
为了减小随机误差和野值对车载激光多普勒测速仪测速精度的影响,提出了一种自适应卡尔曼滤波算法。以“当前”统计模型为基础,结合车载测速仪实际特点建立了系统的状态空间模型,并利用速度观测值与预测值之间的偏差进行加速度方差自适应调整,同时根据卡尔曼滤波算法中新息的正交特性和速度估计误差,给出了能够剔除野值并实时反映路面特征的观测噪声方差自适应算法。仿真结果表明该算法的滤波收敛速度和估计精度都明显优于“当前”统计模型算法,实验结果证明该算法能够显著提高测速仪的测速精度与稳健性。
激光光学 车载测速仪 卡尔曼滤波 多普勒 
中国激光
2014, 41(11): 1102006
作者单位
摘要
中国工程物理研究院应用电子学研究所高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
提出一种对孔径网格逐点扫描重构波前的方法。该方法基于Hudgin模型,在孔径阵列的对角线上选取P个已知参考点。每个参考点都按行扫描计算得到一个波面,按列扫描又得到一个波面,这样P个参考点得到2P个波面,对这2P个波面求平均即为重构波面。对如何选择参考点进行了介绍,并说明选择高低坐标对称搭配的参考点为佳。建立了波面相位误差估算模型,并从理论上推出波面重构误差随参考点的增加而改善。对新方法进行了实验证验,与传统的矩阵求逆方法进行比较,结果表明,两种方法效果相当,但新方法计算量更小,具有较强的实用性。
激光光学 自适应光学 波前重构 扫描方法 
中国激光
2014, 41(11): 1102007
作者单位
摘要
桂林电子科技大学, 广西 桂林 541004
利用激光熔覆技术,在6063Al表面制备了添加有不同含量La2O3的Ni60合金熔覆层,并通过金相显微镜、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)等设备进行了测试分析,研究 La2O3含量对铝合金表面激光熔覆Ni基熔覆层组织、相结构、成分等微观结构的影响。结果表明:当合金中稀土La2O3含量高于5%(质量分数,下同)时熔覆层易出现气孔,低于2%时易出现熔覆层开裂、与基体结合不良等缺陷,加入5%的稀土氧化物La2O3可有效地减少熔覆层中的裂纹、孔洞;不同La2O3含量的熔覆层主要相结构均为β-NiAl (Cr)和少量的Al3Ni、AlNi3、Al等,添加稀土以后XRD图中出现了微量的稀土化合物La2O3、Al4La, 且NiAl相的(100)有序峰几乎消失,晶粒取向偏向于(110)、(200)和(211),而(110) 有序峰出现不同程度的偏移;添加5% La2O3的熔覆层比不添加稀土的Ni60熔覆层元素分布均匀,稀释率更低,组织中孔隙率大幅降低,晶粒度变大且细化作用明显;熔覆层主要成分为NiAl-Cr共晶组织,稀土元素偏聚在晶界位置并形成了稳定的Al4La等稀土化合物。
材料 激光熔覆 稀土  
中国激光
2014, 41(11): 1103001
作者单位
摘要
大连理工大学机械工程学院, 辽宁 大连 116024
采用热结构间接耦合方法,建立了含结合面的不锈钢碳钢层合板(SCLS)脉冲激光弯曲多层有限元模型(FEM),通过分析脉冲激光扫描过程中不锈钢层、碳钢层及其结合面的温度场、应力应变场的分布情况,探讨了结合面对层合板激光弯曲角度和质量的影响。研究结果表明,整个激光弯曲过程中结合面处温度平滑传递,横向应力和应变均存在明显突变,变形结束后,上下覆层呈现横向残余拉应力,中间基层呈现横向残余压应力;当激光功率为140 W、扫描速度为800 mm/min、离焦量为10 mm时,结合面最大Z向应力为87.5 MPa,小于层合板界面结合强度(≥210 MPa)。通过脉冲激光扫描实验和模拟,实现了层合板的有效弯曲,实验结果与模拟结果误差小于5%,为层合材料激光弯曲成形提供了理论与实验依据。
激光技术 激光弯曲 不锈钢碳钢层合板 数值模拟 结合面 
中国激光
2014, 41(11): 1103002
邓辉 1,2,*陈根余 1,2周聪 1,2周兴才 1,2
作者单位
摘要
1 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室, 湖南 长沙 410082
2 湖南大学激光研究所, 湖南 长沙 410082
对脉冲光纤激光切向整形和径向修锐青铜结合剂金刚石砂轮技术进行了理论分析和试验研究。理论分析了激光切向整形和径向修锐青铜结合剂金刚石砂轮的机理,总结提出了决定脉冲激光修整效果的4个关键工艺参数: 激光功率密度、激光光斑重叠率、激光扫描轨迹线重叠率及激光循环扫描次数。试验研究了这4个工艺参数对修整后砂轮表面磨粒石墨化变质层、磨粒磨削刃锋利程度、结合剂表面平整度及磨粒出刃高度的影响规律,并分别找到了在本试验条件下的理想值。
光学制造 激光整形 激光修锐 青铜结合剂金刚石砂轮 地形地貌 
中国激光
2014, 41(11): 1103003
作者单位
摘要
湖北工业大学机械工程学院, 湖北 武汉 430068
针对斜齿轮轴齿面激光熔覆层的开裂问题,采用数值计算的方法对其开裂倾向进行了分析,分析结果表明:齿根部位产生了较大的温度梯度,而齿面熔覆层内呈明显的拉应力状态,且主要集中在齿根部位,齿根部位的熔覆层将成为开裂的薄弱部位;裂纹发展的趋势将由齿根部位萌生,然后向其表面扩展然后向齿顶方向延伸。在双向扫描工艺条件下,轮齿内部的温度分布更加均匀,而熔覆层内拉应力水平明显降低,并在一定程度上减轻了齿根部位的应力集中问题,有利于控制熔覆层的开裂倾向。采用两种扫描方法和熔覆参数进行组合,对斜齿轮齿面进行了熔覆试验,试验结果表明:双向扫描工艺对于齿面熔覆层开裂具有一定的抑制作用,并最终获得了适合齿面熔覆的工艺和参数。
激光技术 激光熔覆 双向扫描 熔覆层开裂 
中国激光
2014, 41(11): 1103005
作者单位
摘要
上海工程技术大学材料工程学院, 上海 201620
采用光纤激光器在不锈钢表面进行侧向送丝熔覆修复实验,系统地研究了激光工艺参数对熔覆道形貌影响并确定合适的多道搭接率取值范围,为多道多层送丝激光熔覆修复技术应用提供指导。结果表明:影响熔覆道宏观成形和形貌参数的激光工艺参数主要有激光功率、扫描速度和送丝速度,离焦量的影响相对较小,当激光能量密度为100 J/mm2,熔丝率为39.44×10-6 g/J时,可得到稳定平滑的熔覆道;合适的搭接率变化范围为45%~53%,此时多道单层熔覆层表面平整度在100 μm以下。
激光技术 光纤激光器 激光熔覆修复 工艺参数 
中国激光
2014, 41(11): 1103006
作者单位
摘要
华南理工大学机械与汽车工程学院, 广东 广州 510641
间隙特征的成型是免组装机构直接成型的关键问题,为了提高间隙特征的可成型性,采用倾斜摆放方式减少间隙内部支撑。建立悬垂结构尺寸误差的数学模型并进行试验验证;采用激光选区熔化(SLM)成型了间隙尺寸为0.2 mm、一系列倾斜角度的间隙特征,研究成型厚度、倾斜角度和能量输入等工艺参数对间隙大小的影响;成型了免组装的折叠算盘。结果表明,在倾斜角度大于40°时,通过增大倾斜角度、减小成型厚度或者能量输入,间隙尺寸增大,实验结果与该数学模型相符合。当激光功率150 W、扫描速度为800 mm/s时,层厚为25 μm和35 μm的间隙大小分别为140 μm和120 μm。采用以上的工艺参数成型的折叠算盘可以实现预设计的动作,为机构的直接制造提供了一个可行的方法。
激光技术 激光选区熔化 免组装机构 间隙特征 倾斜角度 尺寸误差 
中国激光
2014, 41(11): 1103007
作者单位
摘要
大连理工大学材料科学与工程学院, 辽宁 大连 116024
陶瓷粉末氧化锆在激光熔覆技术中的主要增韧机制有相变增韧和弥散增韧,将其作为增韧相以适当的比例添加到钴基合金粉末(Stellite-6)中,选择合适的工艺参数,在钛合金TA15表面制备出了掺杂5%(质量分数)氧化锆的钴基合金涂层。实验结果表明:含有氧化锆的钴基合金涂层的晶粒得到细化,组织均匀分布,涂层的致密度得到提高;含有氧化锆熔覆层中的裂纹得到了修复,熔覆层的组织性能得到改善,X射线衍射的分析也证实了熔覆层中存在单斜相的氧化锆,即发生了相变增韧;同时氧化锆的加入提高了熔覆层的显微硬度和耐磨性,从而为改善激光熔覆层的性能提供了一定的参考。
激光光学 激光熔覆 增韧机制 氧化锆 显微硬度 耐磨性 
中国激光
2014, 41(11): 1103008
作者单位
摘要
天津工业大学理学院激光技术研究所, 天津 300160
为了研究激光熔覆过程中激光熔池的光谱辐射特性,采用光栅光谱检测技术检测镍硅硼合金粉末熔覆过程中熔池光谱,得到不同功率、速度及时间下的光谱分布。结果表明:激光功率900 W时波长550 nm处熔池光谱相对强度最高为500,功率增加到1000 W时,光谱相对强度增加为600;激光功率保持不变时,光谱辐射相对强度随扫描速度增加而减小,随熔覆过程时间增加而增加,但在15 s后,基本达到稳定状态。激光熔覆过程中熔池光谱波动与熔覆层质量存在一定的关系,试验中发现,功率为900 W,扫描速度2 mm/s时,熔覆层质量较好,试样基体变形较小,熔池光谱相对强度波动也较小。
激光技术 激光熔覆 粉末 光谱 检测 
中国激光
2014, 41(11): 1103009
作者单位
摘要
西北工业大学凝固技术国家重点实验室, 陕西 西安 710072
采用实验研究的方法,对比分析了激光立体成形TC4钛合金不同热处理状态下的显微组织、静载力学性能和拉伸断口。研究结果表明,沉积态内部有较明显的层带结构,去应力退火和固溶时效均能减弱层带从而均匀化组织;去应力退火处理对强度和塑性提高较少,固溶时效处理则能显著提高综合力学性能。断口分析表明,固溶时效态的室温拉伸试样为韧性断口,而沉积态和去应力退火态拉伸试样拉伸断口均为混合型断口。通过显微组织和拉伸断口分析,重点解释了解理断面形成机理为:裂纹沿α/β界面快速扩展形成解理断面,裂纹尖端的空洞与裂纹连接形成解理面上的韧窝。
激光技术 钛合金 激光立体成形 性能 断口 
中国激光
2014, 41(11): 1103010
作者单位
摘要
1 南开大学 现代光学研究所, 天津 300071
2 天津市人民医院, 天津 300191
3 深圳大学 光电工程学院微纳光学研究所, 广东 深圳 518060
化学疗法治疗癌症的主要机制是通过药物调控使无限增殖的癌细胞恢复到正常凋亡,因而实时检测用药过程中癌细胞的凋亡情况对于临床治疗具有重要意义。以卵巢癌SKOV3细胞作为研究对象,针对治疗药物(顺铂)不同浓度培养液的条件下,利用搭建的动态光镊系统在微流控芯片上通过测量捕获效率参数对四组细胞的凋亡情况分别进行检测。实验结果表明,该系统对不同药物浓度培养下SKOV3细胞凋亡情况的检测具有良好效果。与传统的检测手段相比,该系统细胞用量小、耗时短、无需标记、并可实现活体细胞检测,因此为细胞凋亡的临床检测提供了重要指导意义。
生物光学 动态光镊 细胞凋亡检测 
中国激光
2014, 41(11): 1104001
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
与光纤放大器相比,光纤激光振荡器具有结构紧凑、稳定性好、模式不稳定性阈值高、光束质量优良等优点。对单端抽运的1 kW级全光纤激光振荡器进行了详细的理论和实验研究。建立了考虑光纤弯曲、模式耦合、抽运波长变化、包层光滤除的速率方程模型;利用国产合束器,搭建了单端抽运全光纤振荡器,在抽运功率为1.5 kW时,获得1.04 kW功率输出,光光效率为69%。对不同输出功率的光束质量进行测量,光束质量M2均小于1.25。激光器稳定工作1 h,功率起伏小于1%。
激光器 振荡器 单端抽运 速率方程 
中国激光
2014, 41(11): 1105001
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
分析了微光纤耦合器的基本光学特性,利用微纳光纤拉制平台,在线监测制作出具有良好光学性能的微光纤耦合器,对微光纤耦合器的振动信号响应特性进行分析与实验研究,并进行了行人走动引起的振动信号的响应测试,实验结果表明微光纤耦合器对外界振动具有高灵敏度的传感性能,在区域点警戒方面具有一定的应用价值。
光学器件 微纳光纤 微光纤耦合器 振动传感 光纤传感 
中国激光
2014, 41(11): 1105002
作者单位
摘要
1 海军航空工程学院电子信息工程系, 山东 烟台 264001
2 山东省信号与信息处理重点实验室, 山东 烟台 264001
针对目前紫外光通信组网采用的时分复用(TDM)技术随着节点增加存在排队等待时延长、链路利用率低、网络吞吐量不理想等问题,提出了改进的时分复用组网方法。该方法基于紫外光通信垂直收发模型,通过考虑功率因素的加权算法选取中心节点辐射成相邻小区,用分段时隙方法给相邻小区分配不同时隙段,让相距较远小区内的节点对时隙重复使用,解决了节点增加与时隙有限的矛盾。仿真分析表明,该方法相比TDM在网络节点数为40时的信息排队等待时延降低了4 ms,链路利用率提高了2.7%,网络吞吐量增加了1800 bit/s。
光通信 紫外光通信 组网方法 时分复用 加权算法 
中国激光
2014, 41(11): 1105003
作者单位
摘要
中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
随着相关研究的发展,在冲击波物理、爆轰物理、强激光、兵器等众多领域中,均提出了通过单个探头对小范围内的多个目标,如多个小飞片或粒子群,同时进行高精细度速度测量的要求,为满足该要求,论述了光子多普勒测速的工作原理和光路结构,分析了单探头多目标测速应用时的信号特征和数据处理方法,指出速度分辨率和空间分辨率是决定该性能的关键因素。根据理论分析结果,采用光通信行业中的常规器件,搭建了一台光子多普勒测速仪,并设计了爆轰实验装置,同时利用该装置进行了爆轰加载金属飞片的验证实验。实验结果表明,使用单个光子多普勒测速探头,对单个大尺寸铝飞片、多个小尺寸铝飞片、铅靶喷射粒子群等单个或多个运动目标均达到了较好的速度测量结果,获得了各目标的速度曲线以及多条速度曲线构成的速度带,测量最高速度达到2.5 km/s,工作距离达到20 mm。研究结果对于深入探索光子多普勒测速技术在单探头多目标测速中的应用有重要的参考意义。
光纤光学 光子多普勒测速 探头 多目标 速度分辨率 
中国激光
2014, 41(11): 1105004
作者单位
摘要
1 中国计量学院光电子技术研究所, 浙江 杭州 310018
2 国家工程机械质量监督检验中心, 北京 102100
基于光纤迈克耳孙干涉仪和神经网络模式识别算法,设计并实现了一种新的防区型全光纤周界安防系统。采用偏振不敏感光纤迈克耳孙干涉仪作为周界入侵探测系统(PIDS)的振动传感器,降低了双折射效应导致的信号衰落,分析了传感光纤与物理围栏宿主材料间的应力应变关系对干涉信号相位变化的影响,并使用穿越统计(LC)和模式识别(PR)技术实现噪声抑制、行为分析和报警判决。实验证明,系统可以对入侵和干扰行为的原始干涉信号进行LC分析和特征提取,最小响应时间为0.5 s,通过神经网络训练生成行为模式,并可通过动态均值算法(DMA)有效抑制雨致噪声和其他环境噪声。实现了低成本、高可靠性和高实用性的全光纤周界安防系统。
光纤光学 光纤干涉仪 周界安防 穿越统计 模式识别 噪声抑制 
中国激光
2014, 41(11): 1105005
作者单位
摘要
中国计量学院光学与电子科技学院, 浙江 杭州 310018
提出一种基于倏逝波吸收原理的分段结构光纤倏逝波传感器。运用光束传播法(BPM)对分段和直形波导模型进行数值模拟,分段波导中高阶模在每次分段的第一个界面上被反复地激发。分析不同结构、纤芯直径和溶液浓度对传感器灵敏度的影响,通过化学腐蚀方法制备出不同结构参数的倏逝波传感器,并用不同浓度亚甲基蓝溶液对传感器的灵敏度特性进行实验验证。实验结果表明,在传感直径相同的条件下,传感长度为5 cm分段结构光纤倏逝波传感器的灵敏度为0.0135 L/mmol,优于传感长度为6 cm的传统的单一直形传感器的灵敏度0.0102 L/mmol。分段结构光纤倏逝波传感器能有效地激发光纤中低阶模到高阶模的转变,从而提高传感器的灵敏度。实验结果与模拟和理论结果相符。因此,分段结构光纤倏逝波传感器相对于传统的单一的直形传感器不仅具有较高的灵敏度,且机械强度较高,在物质光谱检测方面有着潜在的应用。
光纤光学 分段结构 光纤传感器 倏逝波 激发模式 光束传播法 
中国激光
2014, 41(11): 1105006
姚赛杰 1,2,*徐浩煜 3汪亮友 3,4周婷 1,2钱骅 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院上海微系统与信息技术研究所, 上海 200050
2 中国科学院无线传感网与通信重点实验室, 上海 200050
3 中国科学院上海高等研究院, 上海 201210
4 同济大学电子与信息工程学院, 上海 201804
发光二极管(LED)是可见光通信系统(VLC)中最主要的非线性器件,同时由于通带内非平坦的频率响应还伴随着记忆效应。LED的记忆非线性主要恶化了VLC系统的误差矢量幅度(EVM)和比特误码率(BER)。预失真技术通常被用来补偿LED的非线性,从而提高可见光通信系统的性能。现有的预失真技术都不具备自适应性并且没有考虑到LED的记忆效应。提出了一种新的预失真架构,即在发射端增加一路反馈链路来获得LED的输出信号,同时使用记忆多项式模型来自适应地训练并补偿LED的记忆非线性。仿真结果显示提出的预失真技术的BER性能优于现有的方法。
光通信 可见光通信 发光二极管 非线性失真 记忆效应 自适应预失真算法 
中国激光
2014, 41(11): 1105007
作者单位
摘要
国网智能电网研究院电力电子研究所, 北京 102211
利用保偏延迟光纤环的偏振耦合模型,考虑幅值较大的互易性寄生波列,计算了光纤电流互感器(FOCS)光路系统的干涉光强,得到了互感器变比与延迟环偏振串音之间的理论关系,揭示了延迟环偏振串音的温度相关性对互感器变比的影响机理,并提出了抑制方法。为保证变温环境下互感器的变比误差在0.2%以内,延迟环的偏振串音应低于-30 dB。实验结果表明:在绕制延迟环的过程中,降低绕环张力、减少胶的用量,采用低温度系数骨架可有效地改善互感器变比的温度稳定性,在-40 ℃~70 ℃范围内,互感器变比的变化量由0.63%降低至0.07%。该研究为光纤电流互感器中保偏延迟光纤环的设计和绕制工艺提供了理论指导。
光纤光学 光纤电流互感器 变比误差 偏振耦合 
中国激光
2014, 41(11): 1105008
作者单位
摘要
中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
对光子多普勒测速(PDV)的基本原理和光学外差技术进行了阐述,对时分、波分、波分时分联合等三种多路复用光子多普勒测速(MPDV)复用方案进行了深入的分析,并指出了各种方案适宜的多点测速类型。根据理论分析结果,设计并搭建了一套2路波分加2路时分的MPDV,并设计了爆轰实验装置,同时利用该装置进行了爆轰加载铝飞片的验证实验。结果表明,较好地实现了MPDV技术,并从其复用了4个测点速度信息的1路干涉信号中,分别解读出了各个测点的多普勒频移曲线及速度曲线,最高速度达到2.5 km/s,飞行时间达到16 μs,同时验证了MPDV与常规PDV和外差式PDV在静态干涉信号、多普勒频移曲线、速度曲线等方面的差异性和相同点。研究结果对于研究大数量点数MPDV有重要的参考意义。
光纤光学 多路复用光子多普勒测速 光学外差 时分复用 波分复用 
中国激光
2014, 41(11): 1105009
刘国栋 1,2,*吴重庆 1,2王甫 1,2孙振超 1,2毛雅亚 1,2
作者单位
摘要
1 北京交通大学光信息科学与技术研究所, 北京 100044
2 发光与光信息技术教育部重点实验室, 北京 100044
全光再放大、再定时、再整形(3R)技术是未来全光通信网络的发展方向,全光时钟提取是全光3R技术的关键技术之一。随着新型相位调制格式信号的广泛应用,对新型相位调制格式信号的全光时钟提取研究引起了越来越多的关注。基于此,提出了一种基于可调谐解调器的速率可变差分相移键控非归零码(NRZ-DPSK)信号的时钟提取方法。采用自由空间光的斐索干涉仪构成可调谐解调器,将NRZ-DPSK信号转换为含有时钟分量的归零码(RZ)强度信号,调谐范围可覆盖2.5~40 Gb/s。将解调出的RZ信号注入到光纤环形激光器实现了5 Gb/s的长度为27-1的伪随机码NRZ-DPSK信号的全光时钟提取,其消光比高于10 dB。
光纤光学 差分相移键控非归零码 时钟提取 自由空间可调谐解调器 光纤环形激光器 
中国激光
2014, 41(11): 1105010
作者单位
摘要
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
利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术,在不同偏向角的GaAs衬底上生长了InGaAs/GaAs单量子阱外延结构。通过对样品室温光致发光(PL)谱测试结果的分析,讨论了衬底偏向角、量子阱层生长温度以及V/III比对外延片发光波长、发光强度及PL谱半峰全宽(FWHM)的影响。发现在相同生长条件下,对于InGaAs/GaAs应变量子阱结构,在GaAs(100)偏<111>A晶向较小偏向角的衬底上生长的样品PL谱发光强度较大,半峰全宽较窄;量子阱层低温生长的样品发光强度更强;增大量子阱层V/III比可以提高样品的发光强度,同时PL谱峰值波长出现红移。
材料 金属有机化学气相沉积 InGaAs/GaAs量子阱 偏向角 发光强度 半峰全宽 
中国激光
2014, 41(11): 1106001
作者单位
摘要
1 上海应用技术学院理学院, 上海 201418
2 日本立命馆大学微系统系, 日本 京都 525-8577
随着微电子技术的发展,有必要研究在基板上制备高深宽比并拥有垂直侧壁的微纳结构。基于X射线可以制备高质量的纳米母光栅,利用精密纳米电铸技术从母光栅中复制出高质量的微纳金属光栅模具。研究了一种高深宽比的金属镍光栅模具的制备技术。基于同步辐射光刻技术,在硅基板上制备线宽分别为0.25,0.5,1 μm,高2.0 μm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光栅。利用精密电铸技术,得到线宽分别为0.25,0.5,1 μm的金属镍纳米光栅模具,1 μm的金属光栅深宽比达1.5。为了获得高质量的PMMA纳米光栅母模,使用了粘接剂,克服了光栅倒伏的缺陷,优化曝光参数,消除了结构底部出现的多余的小三角形结构。
光学制造 同步辐射光刻 金属光栅模具 纳米电铸 聚甲基丙烯酸甲酯 母模 粘接剂 
中国激光
2014, 41(11): 1106002
作者单位
摘要
1 四川大学电子信息学院激光微纳工程研究所, 四川 成都 610064
2 华北光电技术研究所, 北京 100015
结合机械振动原理方程分析计算了不同结构参数下的3自由度的1/4汽车结构的振动响应理论曲线及振动频谱图;运用激光外差技术测量原理设计搭建了汽车振动信息实验测量方案;针对外形近似、发动机输出信息相同的情况,采用视频成像法对存在识别盲点的两车进行了振动信息采集实验。通过分析采集到的振动信号的时域、频谱曲线,成功地找到了甲乙两车频谱的标志特征点,很好地对两车进行了标志与区分,弥补了视频成像车型识别法的盲点,为基于激光检测汽车振动信号的车辆识别技术提供了理论和实验基础依据。
测量 激光外差 振动分析 车型识别 
中国激光
2014, 41(11): 1108001
邹媛媛 1,2,*赵明扬 1,2张雷 3
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 中国科学院沈阳自动化研究所扬州工程技术研究中心, 江苏 扬州 225127
3 浙江理工大学机械与自动控制学院, 浙江 杭州 310018
线结构光视觉传感器的标定精度直接关系到测量结果的精度。传统的有模型标定方法为了提高标定精度,相应的模型也会越复杂,计算量也很大。为了实现高精度、高效率、低成本地标定线结构光视觉传感器,提出一种基于标准量块的线结构光视觉传感器直接标定方法,设计了标定靶标,不需要标定模型,直接建立查找索引表,在查找索引表中搜索直接得到或者采用最小二乘法拟合算法得到待标定点的空间三维坐标。实验结果表明该标定方法具有较高的标定精度,y方向平均绝对测量误差为0.0279 mm,z方向平均绝对测量误差为0.0237 mm,能够满足高精度测量需要,且计算简单、易于实现。
测量 线结构光传感器 直接标定方法 标准量块 
中国激光
2014, 41(11): 1108002
作者单位
摘要
1 北京航空航天大学精密光机电一体化技术教育部重点实验室, 北京 100191
2 北京航空航天大学惯性技术国防科技重点实验室, 北京 100191
间隙光纤光栅(g-FBG)兼具菲索干涉和相移光纤光栅(PSFBG)的特征,仿真研究和分析了g-FBG反射谱中菲索干涉谱型和相移光纤光栅谱型对微间隙和温度的敏感特性,提出了一种同时测量微间隙和温度的方法,并建立了测量模型。搭建g-FBG实验系统,测试了不同间隙下的反射谱,验证了仿真结果,数据分析表明微间隙测量误差小于±5 nm;制作g-FBG传感头,实现了位移和温度的同时测量,温度灵敏度为8.3 pm/℃,测量精度可达0.1 ℃。基于g-FBG的微间隙与温度同时测量技术具有精度高、体积小和设计灵活等优点。通过建立微间隙与温度的关联方程,可补偿由于温度变化对间隙测量的影响,实现温度无关的微间隙测量。
光纤光学 微间隙传感器 温度传感器 菲索干涉 相移光纤光栅 
中国激光
2014, 41(11): 1108003
作者单位
摘要
闽南师范大学物理与信息工程学院, 福建 漳州 363000
微波频率测量是电子战系统的重要组成部分,电域频率测量方法存在系统体积大、功耗大、抗电磁干扰能力弱的问题,光辅助法频率测量存在大测量范围时低分辨率、高分辨率时小测量范围的问题。提出并实验验证了一种采用两个光偏振调制器的大范围高分辨率瞬时微波频率测量方法,该方法先在大范围低分辨率测量微波频率,再在小范围高分辨率测量微波频率。实验结果表明,该方法可在2.7~19.4 GHz范围内实现瞬时测频,分辨率优于±0.14 GHz。
测量 微波光子 瞬时微波频率测量 偏振调制 电子战 
中国激光
2014, 41(11): 1108004
作者单位
摘要
福州大学机械工程及自动化学院, 福建 福州 350108
针对传统视觉注意机制在室内三原色(RGB)图像视觉显著物体检测中存在的运算复杂、检测精度低等缺点,提出了一种融合深度信息的室内RGB图像视觉显著物体快速检测方法。对室内RGB图像进行降采样和金字塔量化处理,从而降低图片的空间分辨率和计算复杂度。利用亮度、红绿以及黄蓝三通道的多特征视觉注意机制显著性检测模型以获得室内RGB图像的显著图。在显著图分析中提出显著区域生长策略,从而获得视觉显著区域的精确轮廓。融合深度信息获取视觉显著区域内显著物体数目以及显著物体相互之间的位置关系。通过室内场景实验,验证了方法的可行性和有效性。
机器视觉 注意机制 显著区域 检测 
中国激光
2014, 41(11): 1108005
作者单位
摘要
南京理工大学江苏省光谱成像与智能感知重点实验室, 江苏 南京 210094
针对目前光子多普勒测速(PDV)信号处理方法抗噪性能不足的现状,提出了一种对激光多普勒信号的短时傅里叶变换(STFT)频谱图进行轨迹搜索找出有效目标信号的方法,该方法利用对搜索方向进行加权的MeanShift迭代过程来得到密度函数极大值点,然后将该点作为有效信号的轨迹点。实验表明,在给出合适的初始迭代点的情况下,该算法能准确地从含有大量噪声及干扰的短时傅里叶变换频谱图中提取出有效信号,对于强噪声条件下这种PDV信号提取算法具有较强的稳健性。
信号处理 PDV信号提取 短时傅里叶变换 
中国激光
2014, 41(11): 1108006
作者单位
摘要
山东大学控制科学与工程学院, 山东 济南 250061
针对人与机器人共存的服务空间中人的定位跟踪问题,提出了一种基于分布式激光雷达协作感知的全局定位跟踪方法。分别对各台激光雷达获取的数据进行统计检验,将其分为静态数据和动态数据,利用静态数据完成各台激光雷达的位置标定,实现背景消除。动态数据通过无线网络传送到服务器,将来自同一时刻不同激光雷达的动态数据组成观测数据的一帧,实现数据的同步与融合。对获取的每帧数据进行基于迭代最近点算法的轮廓模型匹配,区分各个目标。采用基于位置-速度的关联门对相邻两帧的检测目标进行关联,实现对各动态目标的跟踪。实验验证了该方法在解决人的定位与跟踪问题的有效性,与基于视觉的定位跟踪方法相比,本系统在定位精度和跟踪成功率上优势明显。
传感器 激光雷达 定位跟踪 数据同步与融合 迭代最近点算法 关联门 
中国激光
2014, 41(11): 1108007
作者单位
摘要
1 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
2 北京航空航天大学机械工程与自动化学院, 北京 100191
视准轴角度误差直接影响移动激光成像系统(MMS)的点云精度,尤其是在多路线、多角度下扫描同一区域时,不理想的视准轴误差估计会造成重叠区域无法无缝拼合。针对上述问题,提出了一种基于平面特征的地面移动激光成像系统的视准轴误差自标定方法,给出移动激光成像系统的点云生成模型,依据三维场景中的平面特征,建立Gauss-Helmert平差模型,依据最小二乘法,推导出计算视准轴误差的法方程。实验结果表明,提出的方法不需要特殊的定标场,只需在数据采集过程中以不同方位扫描同一平面特征就可以计算出视准轴误差,且计算结果可靠有效。
机器视觉 移动激光成像系统 视准轴误差 Gauss-Helmert模型 平面特征 自标定 
中国激光
2014, 41(11): 1108008
作者单位
摘要
西北工业大学理学院,教育部空间应用物理与化学重点实验室,陕西省光信息技术重点实验室, 陕西 西安 710072
提出了一种利用数字全息显微术测量液体透镜表面曲率半径及焦距参数的实验方法。针对液体透镜表面不能接触、直径较小、侧壁材料非透明等因素,采用具有像差校正功能的立式马赫-曾德尔干涉仪光路实验记录液体透镜液面的数字全息图,数值再现得到携带液面信息的物光波前相位分布信息,并经数值计算和拟合得到液面轮廓曲线,最终得出液面曲率半径以及液体透镜的焦距等参数,进而利用该方法对标准平凹透镜的曲率半径和焦距等参数进行了测量,以验证其正确性。结果表明,所提出的方法是一种高精度、非接触测量液体透镜液面曲率及焦距参数的有效手段。
全息 数字全息显微术 液体透镜 曲率半径 焦距 
中国激光
2014, 41(11): 1109001
作者单位
摘要
南京理工大学电光学院, 江苏 南京 210094
针对传统单高斯背景模型(SGM)存在的背景模型不能很好地自适应背景变化、目标检测不完整的问题,提出了一种改进的单高斯背景模型运动目标检测算法,该方法结合单高斯背景模型和mean shift原理对运动目标进行检测。取前N帧视频样本的均值作为初始背景模型,对当前帧图像进行运动目标的初检测,根据单高斯背景模型更新原理用当前帧图像对检测为背景的点进行背景模型更新,对更新后的背景模型中不属于背景点的像素点进行mean shift修正,将进行mean shift修正后得到的背景模型作为最终的背景模型,再通过背景差分法最终检测出运动目标。实验表明,改进的算法能很好地克服背景模型不能自适应背景变化的缺点,目标检测完整度比传统的单高斯模型高。
机器视觉 样本均值 背景模型 背景差分法 运动目标 
中国激光
2014, 41(11): 1109002
作者单位
摘要
浙江师范大学信息光学研究所, 浙江 金华 321004
提出计算机和光学联合制作平板周视全息的方法,通过计算得到集成菲涅耳环带全息图,利用环带全息图的再现像作为记录目标进行光学全息的拍摄,实现集成平板周视彩色全息图。详细分析了集成平板周视彩色全息原理,通过实验进行了验证。该方法增强了体视全息显示的灵活性,提高了平板周视彩色全息图的计算速度。
全息 平板周视彩色全息 计算机制全息图 集成全息 
中国激光
2014, 41(11): 1109003
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 北京工业大学机械工程及应用电子技术学院 , 北京 100124
非相干数字全息自适应光学是一种新型的自适应波前探测和校正的技术。它利用全息图可以完整记录光波场的特性进行波前探测,结合适当的数值再现算法对光波前像差进行校正。基于菲涅耳非相干相关数字全息术(FINCH), 从理论上阐明了非相干数字全息自适应的基本原理,并给出了数值仿真结果。采用改进的迈克耳孙干涉仪光路配置,分别记录待观测物体与引导星的全息图,利用引导星全息图的复共轭对待测物光波进行波前校正,从实验上定量地研究了引导星尺寸、选取位置对波前校正效果的影响,在系统各光学元件给定的情形下,明确了引导星选择的空间和系统等晕区范围,实现了良好的波前校正效果。
全息 非相干数字全息 自适应光学 波前探测 波前校正 
中国激光
2014, 41(11): 1109004
作者单位
摘要
浙江大学光电信息工程学系现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
提出了一种基于贝叶斯模式识别的激光雷达大气遥感灰霾组分识别的方法。介绍了灰霾组分模式识别模型的建立过程,并利用具体的贝叶斯判别函数作为灰霾粒子光学特征向量的选择依据对灰霾粒子进行识别分类。采用计算机仿真实现了该灰霾组分模式识别模型,并通过两种自验证方法检验了模型的正确性和稳定性。讨论了该模型对现有大气遥感激光雷达的适用性,凸显了偏振高光谱分辨率激光雷达(HSRL)的优势。
遥感 激光雷达 灰霾 模式识别 气溶胶 高光谱分辨率激光雷达 
中国激光
2014, 41(11): 1113001
余俊宏 1,2,*郭林辉 1,2孟慧成 1,2,3谭昊 1,2[ ... ]武德勇 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 621999
2 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621999
3 中国工程物理研究院研究生部, 北京 100088
基于反射式布拉格(Bragg)体光栅(VBG)的密集光谱合束是实现半导体激光器光纤耦合向高亮度发展的重要手段,建立了同时考虑发散角、光谱带宽、Bragg波长偏移量和Bragg角度偏移量的反射式VBG衍射效率计算模型。基于新建立的计算模型,提出了半导体激光器(DL)光纤耦合模块双波长合束的反射式VBG参数优化方法。结果表明:在优化选择的VBG参数下,DL光纤耦合模块双波长合束在满足入射光束(衍射效率大于90%的发散角14 mrad,半峰全宽为0.3 nm)中心波长偏移小于±0.49 nm,入射角度相对于Bragg角偏移小于±16 mrad的条件下,可达到大于98.7%的合束效率。
激光光学 半导体激光器 反射式Bragg体光栅 光纤耦合 密集光谱合束 
中国激光
2014, 41(11): 1115001
作者单位
摘要
1 昆明理工大学生物工程技术研究中心, 云南 昆明 650500
2 广西科学院生物物理实验室, 广西 南宁 530007
运用激光镊子拉曼光谱技术(LTRS)研究铝胁迫下土生隐球酵母细胞和线粒体拉曼光谱变化。细胞和线粒体中与核酸、蛋白质和脂类相关的特征峰强度随着铝处理浓度和处理时间的增加而逐渐降低,表明细胞凋亡过程中细胞和线粒体内的核酸、蛋白质和脂类生物大分子逐渐减少。线粒体内与细胞色素c(Cyt c)相关的特征峰强度随铝处理浓度增大和处理时间的延长而显著降低,说明线粒体中的细胞色素c释放到线粒体外。线粒体的呼吸峰随着铝浓度的增加和处理时间的延长而降低,说明线粒体的活性不断减弱,能量代谢受阻。因此,拉曼光谱实时监测了铝胁迫细胞凋亡的动态过程及其线粒体的生理生化变化过程,并且揭示了铝诱导土生隐球酵母凋亡过程中线粒体内细胞色素c的释放行为,这些结果有助于了解酸性土壤中铝对生物的毒害机理。
光谱学 土生隐球酵母 铝胁迫 细胞凋亡 线粒体 细胞色素c 
中国激光
2014, 41(11): 1115002
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
针对大口径光学元件精密加工时上下表面存在温差的问题,以环形抛光系统为例,对抛光盘和工件温度特性进行了研究。在1.6 m环形抛光机上对工件温度进行了测定,结果表明即使在低速抛光情况下工件上下表面也会产生较大的温差。提出了合理搭配工艺参数和对工件非加工面绝热两种温差控制方法。通过采用控制变量法和对工件绝热抛光法进行测温实验验证了方案的可行性,为高精度面形加工奠定了基础。
光学制造 温差控制 大口径光学元件 环形抛光 精密加工 绝热 
中国激光
2014, 41(11): 1116001