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(9)

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中国激光 第41卷 第9期

作者单位
摘要
中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室, 上海 201800
国家自然科学基金(61178006,11274327)、上海市浦江人才计划(12PJ1409300)、国家青年计划
超快光学 脉冲整形 液晶空间光调制器 多光子脉冲内干涉相位扫描 
中国激光
2014, 41(9): 0902001
林百科 1,2,*曹士英 1赵阳 1李烨 1,2[ ... ]李天初 1
作者单位
摘要
1 中国计量科学研究院时间频率计量研究所, 北京 100029
2 清华大学精密仪器系, 北京 100084
传统532 nm波长碘稳频固体激光频标装置虽然能达到很高的频率稳定度和不确定度,但装置比较庞大,不便搬运。而对于一些对激光频率稳定度要求不高的实际应用,如绝对重力仪等,缩小装置的体积以易于搬运,成为更为关注的因素。建立一套小型化532 nm固体激光器,该系统体积小巧,易于搬运。通过与原有碘稳频532 nm固体激光标准装置的进行拍频测量实验,得到1 s的阿伦偏差为2.4×10-12,并计算得到该激光器的频率绝对值为563260223436 kHz,对应的频率不确定度为52 kHz(包含因子k=2)。该系统已被用于中国计量科学研究院的绝对重力仪中。
激光器 计量 固体激光 激光稳频 
中国激光
2014, 41(9): 0902002
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
提出了一种新型的高功率激光装置的预放系统结构,采用钕玻璃再生放大结合离轴四程放大的技术途径,研究了四程放大中寄生振荡和笔形光束的产生机理和抑制措施。通过注入脉宽为3 ns,单脉冲能量小于1 nJ的1053 nm单纵模种子激光,可以获得10.3 J的近衍射极限输出,总增益大于1010,能量稳定性为2%,输出激光为近平顶分布,近场填充因子为71%,近场调制度约为1.4,91%的焦斑能量能聚焦于2倍衍射极限内。实验结果和输出性能完全满足激光装置预放系统的性能要求,验证了多程放大技术在高功率激光装置预放系统中应用的可行性。
激光器 高功率激光 预放大器 再生放大 四程放大 寄生振荡 
中国激光
2014, 41(9): 0902003
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
报道了一个高功率全光纤结构的中红外超连续谱激光源,该光源由1.55 μm纳秒脉冲掺铒光纤激光器、包层抽运掺铥光纤放大器以及单模ZBLAN光纤组成。首先利用单模光纤将1.55 μm纳秒脉冲激光频移至2.0 μm波段,然后利用掺铥光纤放大器对其进行功率放大,最后利用ZBLAN光纤使掺铥光纤放大器输出的光谱进一步向中红外长波长方向扩展。当掺铥光纤放大器输出功率为3.95 W时,ZBLAN光纤产生了2.2 W的中红外超连续谱激光输出,相应的光谱范围为1.9~3.75 μm,10 dB光谱带宽大于1600 nm。此外,通过增加掺铥光纤放大器的平均输出功率,中红外超连续谱的输出功率得到了进一步提高,当耦合进单模ZBLAN光纤的平均功率为21 W时,中红外超连续谱的平均输出功率达到了16.2 W,相应的光谱范围为1.9~3.5 μm。
光纤激光器 光纤放大器 中红外激光 超连续谱激光源 
中国激光
2014, 41(9): 0902004
王光磊 1,2,*姚海凤 1张彤 1王兴涛 1[ ... ]王东 1
作者单位
摘要
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
对中国科学院上海光学精密机械研究所(SIOM)即将开展的基于激光尾场加速(LWFA)电子束的自由电子激光(FEL)实验(SIOM-FEL)进行了数值模拟研究,提出利用直接外种子激光驱动的方案来获得FEL辐射。理论和仿真结果表明,采用直接外种子激光驱动模式,在束流能散为1%,发射度为0.3 mm·mrad的情况下,提高峰值电流强度到10 kA可以得到接近200倍增益的FEL辐射,而利用具有横向梯度的波荡器也可以在较低的束流强度条件下获得较高的辐射增益。
激光光学 自由电子激光 直接外种子激光驱动 高次谐波产生 激光尾场加速器 横向梯度波荡器 
中国激光
2014, 41(9): 0902005
作者单位
摘要
1 中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对传统的二次非球面折射型激光扩束器存在不易加工、装调困难、体积大、重量大,特别是难以获得高填充比阵列透镜等不足,提出了一种利用衍射型台阶化面型近似二次非球面的激光扩束器方案,结果表明:对于典型的束腰半径为2 mm的高斯光束,衍射型激光扩束器可实现2.8倍的理论扩束比。为了保持扩束过程中激光模式的稳定性,提出了不同区域给定不同台阶数的两类复合结构,解决了扩束过程中保真度和二元衍射元件加工特征尺寸无法同时满足的问题,改进后的系统保真度达95.82%,各区域最小光刻线宽均大于2 μm,能够满足现有光刻加工技术要求。对影响系统保真度主要误差的分析结果表明:离轴误差在-1~1 mm,目镜和物镜倾斜误差分别小于0.1 mm和1.68 mm时,系统保真度仍大于95%,方便装调。
衍射 扩束器 二次非球面 扩束比 保真度 
中国激光
2014, 41(9): 0902006
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 国家纳米科学中心, 北京 100190
蓝宝石是制作发光二极管(LED)衬底的基本材料,其质量直接影响高亮度LED衬底的晶片制造成品率,对于棒状蓝宝石晶体内部缺陷的检测定位能极大地降低生产成本,提高成品率。针对蓝宝石衬底加工要求,在机器视觉技术的基础上,利用LabVIEW及NI公司的图像采集卡和数据采集卡搭建了一个基于激光光散射层貌术的蓝宝石内部缺陷检测定位系统。系统利用高强度的线状激光照射下缺陷产生的光散射效应对蓝宝石晶体进行逐层扫描和图像采集,运用图像增强、图像分割及图像提取等图像处理手段对采集到的图像进行缺陷提取和分析,实现了对蓝宝石内部缺陷的检测和定位,具有很高的实时性和可视化效果。实验结果表明,该系统能有效地识别出蓝宝石晶体中的散射颗粒缺陷,并对其在棒状蓝宝石晶体深度方向上准确定位。
激光光学 机器视觉 缺陷检测 散射 图像分析 
中国激光
2014, 41(9): 0902007
马明 1,2,*施翔春 1李磊 1杨中国 1[ ... ]陈汝风 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
设计了基于激活反射式钕玻璃激光放大器的抽运反射结构。反射式钕玻璃激光放大器的抽运结构与传统透射型阵列式片状放大器(MSA)不同,为提高氙灯背向抽运光的利用效率,抽运反射罩的排布与面型需要与结构形式匹配的优化设计。针对反射式钕玻璃激光放大器的独特结构形式,通过Matlab模拟仿真,提出了一种新型短翼仿渐开线型反射罩面型。用光学仿真软件TracePro进行配光追迹,得到了新型抽运反射罩的模拟传输效率,比平板反射器的模拟结果高17.58%。通过氙灯抽运的全尺寸反射式钕玻璃激光放大器实验装置,对优化结果进行了验证,实际效率提高约15.19%。
激光器 放大器 光线追迹 渐开线 反射罩 
中国激光
2014, 41(9): 0902008
作者单位
摘要
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
三硼酸锂(LBO)具有良好的非线性光学特性和极其稳定的物化性能,其色散量对晶体温度变化敏感,是可实现非临界相位匹配的优良的非线性光学晶体。报道了高功率绿光飞秒激光同步抽运以三硼酸锂(LBO)为非线性晶体的单共振光学参量振荡器(OPO)。抽运源为高平均功率大模场面积掺镱光子晶体光纤飞秒激光器放大级的输出飞秒光的锁模倍频激光,通过调节晶体温度,采用非临界相位匹配方式,获得了红光至近红外光可调谐的高功率飞秒激光,OPO的信号光调谐范围为670~880 nm,相应闲频光在2320~1270 nm范围内可调。在3.4 W抽运功率下,中心波长为694 nm的信号光输出获得最高平均功率为660 mW,脉冲宽度为132 fs,转换效率为19.4%。
非线性光学 光学参量振荡器 三硼酸锂 光纤飞秒激光器 
中国激光
2014, 41(9): 0902009
作者单位
摘要
1 中国海洋大学信息科学与工程学院, 山东 青岛 266100
2 北京华航无线电测量研究所, 北京 100013
单频脉冲激光器的频率稳定性显著地影响直接探测多普勒激光雷达的风速测量准确性,工作在半导体抽运Nd:YAG激光器倍频532 nm的种子注入脉冲激光器的典型自由频率漂移可达15 MHz/min,相当于4 m/s风速误差。基于碘分子吸收光谱稳频原理,采用Labview虚拟仪器控制技术,对种子注入脉冲放大式的半导体抽运Nd:YAG激光器进行稳频,实现了脉冲激光器的频率扫描、碘分子1109光谱吸收线的自动匹配和频率锁定。长时间(大于2 h)频率漂移标准偏差为0.8 MHz,等效风速误差为0.2 m/s,达到直接探测多普勒测风激光雷达长时间测量对脉冲激光器的频率稳定要求。
激光器 锁频 测风激光雷达 比例积分 
中国激光
2014, 41(9): 0902010
作者单位
摘要
1 西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
2 西安北方捷瑞光电科技有限公司, 陕西 西安 710111
针对全反射棱镜式激光陀螺在单纵模稳频条件下纵模调制信号存在盲区的现象,研究了全反射棱镜式激光陀螺双纵模稳频技术。理论分析了功率调谐曲线的特征,获得了双纵模条件下小抖动调制信号的幅度及相位特性,提出了双纵模稳频控制方案,通过软硬件电路设计,搭建了全反射棱镜式激光陀螺双纵模稳频控制系统。在定温和变温环境下,分别对单纵模稳频与双纵模稳频进行了实验测试。实验结果表明,与单纵模稳频控制方法相比,双纵模稳频技术在稳频精度上提高了60%,陀螺精度也得到了相应的提高。
激光光学 棱镜式激光陀螺 双纵模 稳频精度 功率调谐曲线 
中国激光
2014, 41(9): 0902011
作者单位
摘要
1 中国科学院光电研究院, 北京 100094
2 中国科学院大学, 北京 100049
提出了一种基于光谱色散原理调节激光相干长度的固体激光器。采用传统色散元件(光栅和多块三角棱镜)组成相干长度调节模块,通过将其置于激光谐振腔内代替一面腔镜,利用棱镜的扩束特性和光栅的色散特性实现对激光相干长度的连续调节。以NdYAG晶体作为增益介质,搭建激光谐振腔,进行了相干长度调节实验,得到了功率稳定性小于0.5%,相干长度调节范围为10~50 cm的1064 nm输出激光。理论及实验结果验证了输出激光的相干长度与调节模块中棱镜组的扩束倍率存在良好的线性关系。
激光器 相干长度 连续可调 色散 光栅 
中国激光
2014, 41(9): 0902012
作者单位
摘要
1 空军工程大学等离子体重点实验室, 陕西 西安 710038
2 中国人民解放军95321部队, 湖北 武汉 430222
对K403镍基合金涡轮叶片进行激光冲击强化(LSP),利用高温高低周复合疲劳试验验证其强化效果。试验结果表明:冲击后裂纹源区附近平坦区较冲击前变大,在快速扩展(FCG)区,激光冲击强化后疲劳条纹间距减小,有大量二次裂纹产生。且强化后在材料表层会引发晶粒细化以及高残余压应力,但在550 ℃/150 min保温下,残余应力部分发生松弛,但是表层细化结构有很好的热稳定性。相比冲击前样件,激光冲击强化后涡轮叶片疲劳寿命提高了140%。热松弛后的残余压应力和表面晶粒细化是镍基合金疲劳寿命提高的主要原因。
激光光学 激光冲击强化 K403镍基合金 高温疲劳 疲劳断口 残余压应力 
中国激光
2014, 41(9): 0903001
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 空军工程大学工程学院, 陕西 西安 710038
3 东南大学机械工程学院, 江苏 南京210096
为了研究激光冲击强化对镁合金耐腐蚀性的影响,采用电化学方法和钕玻璃脉冲激光(波长1064 nm,脉冲宽度20 ns)研究AZ31、AZ61和AZ91三种镁合金在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的电化学腐蚀行为,并对合金表面形貌、微观组织、显微硬度、自腐蚀电位和电化学阻抗谱进行实验测试与分析。结果表明:激光冲击强化改善了镁合金的耐腐蚀性。随着激光功率密度的增加镁合金自腐蚀电位正向移动,腐蚀电流密度降低,阻抗弧变大。当功率密度为0.7 GW/cm2时电流密度开始增加,阻抗弧减小。讨论和分析了Al含量、固溶和时效处理对激光冲击镁合金自腐蚀电位和阻抗谱的影响。
激光光学 镁合金 激光冲击强化 自腐蚀电位 电化学阻抗谱 微观组织 
中国激光
2014, 41(9): 0903002
作者单位
摘要
1 天津大学材料科学与工程学院, 天津 300072
2 湖北汽车工业学院材料科学与工程学院, 湖北 十堰 442002
3 哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点试验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
针对先进高强双相钢的激光焊接问题,通过拉伸试验、显微硬度测试、扫描电镜(SEM)和光学显微镜(OM)等手段分析研究1.5mm厚DP1000钢板对接接头的性能和组织,讨论了接头强度和塑性降低的主要原因。研究发现激光焊接DP1000双相钢的焊接接头热影响区(HAZ)存在严重的软化现象,软化区集中在其回火区和不完全结晶区,该软化区造成焊接接头的抗拉强度下降了10%~15%,塑性下降了60%以上。强度下降的主要原因是回火区域出现了回火马氏体,其强度低于淬火马氏体;塑性下降的主要原因是焊接热影响区的软化使得焊接接头的不同区域在拉伸过程中出现不协调的变形,变形主要集中在热影响区的软化区,而焊缝金属区、母材区及焊接热影响区的硬化区几乎没有变形。
激光技术 DP1000双相钢 激光焊接 热影响区 力学性能 变形不协调 
中国激光
2014, 41(9): 0903003
作者单位
摘要
1 温州大学机电工程学院, 浙江 温州 325035
2 南通大学机械工程学院, 江苏 南通 226019
3 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
为研究脉冲激光冲击波诱导2024铝合金表面的动态应变特性,采用脉冲激光对2024铝合金试样表面进行冲击,并利用聚偏氟乙烯(PVDF)压电传感器测量了脉冲激光作用下2024铝合金表面的动态应变,建立了脉冲激光冲击波加载2024铝合金表面的动态应变模型,并通过试验数据对该模型进行了分析验证。研究结果表明,通过调整脉冲激光的作用参数可以控制激光冲击波与表面波不产生耦合;2024铝合金在激光冲击波诱导高应变率作用下的动态应力应变关系曲线与在静力拉伸条件下的静态应力应变关系曲线类似;脉冲激光冲击波加载2024铝合金表面动态应变的模型与试验结果一致。
激光光学 激光冲击波 压电传感器 铝合金 动态应变 
中国激光
2014, 41(9): 0903004
作者单位
摘要
1 天津大学材料科学与工程学院, 天津 300072
2 天津大学天津市现代连接技术重点实验室, 天津 300072
激光等离子体中包含了反映激光焊接过程特征的信息。利用激光等离子体光电信号同步检测系统,检测激光等离子体的光电信号并进行光电信号的对比分析,阐明了电信号与等离子体温度之间的关系;对A304不锈钢、430不锈钢、碳钢Q235等材料的激光表面自熔焊接过程的等离子体电信号进行了实时检测及概率密度分布分析,对深熔焊特征最明显的A304不锈钢进行了电信号概率密度分布的标准差分析。研究结果表明:利用激光等离子体电信号能够实时反映激光焊接等离子体的温度变化的特点,可以根据激光等离子体电信号概率密度分布来分析激光焊接模式的特点,进一步的标准差分析法可以判断A304不锈钢激光焊接的模式。
激光技术 激光焊接 激光等离子体 电信号 概率密度分布 标准差 
中国激光
2014, 41(9): 0903005
作者单位
摘要
北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124
铝合金厚板由于焊接难度大、效率低和变形大等问题使其难以得到广泛应用。利用厚板超窄间隙激光焊方法及IPG公司YLS-6000光纤激光器焊接了25 mm厚的5083铝合金厚板,并利用光学显微镜、扫描电镜和低温拉伸试验机分析了接头组织及低温性能。结果表明,超窄间隙激光焊方法可得到成形良好无明显缺陷的焊接接头,焊缝由7层构成,上下宽度一致且小于4.5 mm。焊缝组织为细小柱状晶且均匀分布有不连续的点状析出物。热影响区晶粒并无明显长大,有部分析出物析出。焊缝与母材显微硬度相当,热影响区软化现象不明显。在273 K、243 K、213 K及183 K温度下焊接接头抗拉强度与屈服强度随温度降低略有升高,且与母材强度相当。接头弯曲试样弯曲180°后缺陷较少,焊缝塑性较好。
激光光学 5083铝合金厚板 超窄间隙激光焊接 接头组织 力学性能 
中国激光
2014, 41(9): 0903006
作者单位
摘要
清华大学材料学院激光材料加工研究中心先进成形制造教育部重点实验室, 北京 100084
超疏水自清洁荷叶结构表面有重要应用潜力。运用高功率皮秒激光结合高速扫描振镜,在H13模具钢表面高效制备了密排六方点阵微米级凹坑,其中含有丰富的纳米级亚结构,获得了面积为25 mm×25 mm的反荷叶结构。将该结构用于超疏水微纳米压印模板,在165 ℃、6 MPa、大气环境中进行硅橡胶压印,获得大面积微米级突起阵列,表面分布着纳米级亚结构,与荷叶结构十分相似。压印后硅橡胶表面接触角达到153.3°,接触角滞后值为3.2°,实现了超疏水性。皮秒激光制备的模板能进行连续压印,具有一定的耐久性和连续压印能力。
激光光学 皮秒激光 微纳米复合结构 微纳米压印 硅橡胶 超疏水性 
中国激光
2014, 41(9): 0903007
作者单位
摘要
北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124
在室温空气条件下,利用1064 nm皮秒激光加工系统在聚四氟乙烯(PTFE)表面加工出平均缝宽为25 μm、壁厚为25 μm、深度为75 μm的沟槽阵列和边长为30 μm、缝宽为25 μm、高度为43 μm的柱状阵列。加工后的聚四氟乙烯表面静态接触角达到167°,为超疏水表面。将制备出的超疏水聚四氟乙烯完全浸入纯净水中,通过玻璃器皿观察,其超疏水表面在水下出现金属光泽。实验发现,超疏水聚四氟乙烯表面在水下可使以一定角度斜入射的可见光反射光强增加。利用浸润性模型分析该现象出现的原因是超疏水表面在水下发生了全反射。
激光技术 皮秒激光加工 聚四氟乙烯 超疏水性 水下全反射 
中国激光
2014, 41(9): 0903008
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
为实现马赫曾德尔(MZ)电光强度调制器(EOIM)工作点的实时控制,提出一种基于虚拟仪器技术的工作点自动控制方案。采用闭环反馈控制系统,引入微扰动信号,通过“扫描—鉴相补偿”的方法,可以使自动控制工作点长时间锁定于传输曲线的最低点。当激光器输出功率为6 mW,控制EOIM在1 h内稳定于最低点,实验测得EOIM输出平均光功率1.198 μW,标准差0.123 μW,波动小于0.43 μW;在EOIM最低点外加电脉冲信号进行调制时,产生消光比均值达25.71 dB的光脉冲。输出脉冲消光比与未加控制时相比提高9.94 dB,波动小于0.5 dB,大大提高了MZ电光调制器的工作稳定性。
光学器件 工作点自动控制 虚拟仪器 马赫曾德尔电光调制器 
中国激光
2014, 41(9): 0905001
林明杰 1,2,*杨燕 1,2朱韧 1,2侯霞 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所中国科学院空间激光信息传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
设计了一种用于地面至卫星上行通信链路的高速光通信系统,系统采用可编程逻辑门器件(FPGA)作为主控单元,脉冲位置调制(PPM)作为基本调制方式,针对PPM通信中的帧同步问题,设计了特别的帧头帧尾结构保证信息同步。另外接收端对PPM信号同步解调时的时隙同步采用了四个相位时钟同步提取的方法,有效地降低了FPGA的工作频率,简化了系统设计。PPM编码采用格雷码映射,有效地降低了误比特率。系统最终实现了20 Mbit/s的通信速率,实际测试误码率(BER)为8.9×10-9。该系统为后续星地间图像数据信息传输提供了实验支持。
光通信 激光通信 可编程逻辑门器件 脉冲位置调制 时钟同步 
中国激光
2014, 41(9): 0905002
作者单位
摘要
1 江南大学理学院, 江苏 无锡 214122
2 哈尔滨工程大学理学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
微纳光纤具有大比例倏逝场传输的光学特性,相比于普通光纤,其耦合现象更加明显。利用基于有限元法的COMSOL Multiphysics软件对三根平行微纳光纤进行了详细的数值模拟研究。计算结果表明,纤芯间距改变时,三根平行微纳光纤随传输距离变化的功率耦合分布的规律是相似的,都呈周期性分布。纤芯间距不同时,耦合周期发生变化,且随着纤芯间距的增大,耦合周期也逐渐增大。且入射光的偏振态对耦合周期和耦合效率也有一定的影响。利用三根平行微纳光纤的耦合特性,设计了一种3×1微纳光纤耦合器,当选取恰当的纤芯间距和耦合区长度时,3×1微纳光纤耦合器的耦合效率最高可达93.3%。
光纤光学 微纳光纤 耦合特性 耦合器 倏逝场 
中国激光
2014, 41(9): 0905003
作者单位
摘要
华侨大学信息科学与工程学院, 福建 厦门 361021
光纤Sagnac环滤波器用于光纤布拉格光栅(FBG)传感器波长解调时受环境温度影响很大,为此提出一种可消除温度影响的高稳定解调新方法,介绍了系统光路和解调器的工作原理。将带有一段保偏光纤的Sagnac环作为边缘滤波器,分布反馈(DFB)激光器的单波长激光作为参考光,对FBG波长信号和参考光信号同时进行滤波。在同一时间探测经Sagnac环滤波器输出的透射光强度和反射光强度,进行光强信号归一化处理并采用差动检测方法分析。理论分析和实验结果表明,该解调方法基本消除了Sagnac环滤波器的温度效应,提高了解调系统的稳定性。在1302~1318 nm波长范围内,解调装置的温度漂移为2.4×10-4 nm/℃,是未封装补偿无参考光的Sagnac环滤波器透射谱温度漂移的1.8×10-4倍。
光纤光学 保偏光纤 Sagnac环滤波器 光纤布拉格光栅 波长解调 
中国激光
2014, 41(9): 0905004
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 微光机电系统技术教育部重点实验室, 天津 300072
提出一种基于新型多芯少模光纤模式干涉原理的位移传感器,该传感器由两段单模光纤和一段多芯少模光纤组成。研究了该传感器的实现原理,并实验验证。实验结果表明当光纤轴向被拉伸0~60 μm时,该新型传感器的检测灵敏度为-61.17 pm/μm,与理论计算结果之间的误差小于3.9%。因此,当使用高分辨率光谱仪作为接收器时,该传感器可检测17 nm的位移变化。
传感器 光纤传感器 多芯少模光纤 模式干涉 位移变化量检测 
中国激光
2014, 41(9): 0905006
作者单位
摘要
空军工程大学信息与导航学院, 陕西 西安 710077
针对微波与激光混合链路中继卫星系统实际应用中的动态变化,分析了混合系统动态扰动条件,依据中继卫星资源调度动态调整原则,研究了混合系统动态资源调度策略。以最大化调度任务优先级之和,以及扰动发生后对初始方案扰动变化最小为目标,建立了具有两级优化目标的混合系统动态调度模型。提出了动态插入快速启发式算法并对模型求解算法,算法包括直接插入任务操作、移动插入任务操作和删除插入任务操作。仿真结果表明与完全重调度的算法相比,动态插入算法的方案变化率平均降低了60.10%,且计算速度明显高于重新调度算法,能够有效解决混合链路中继卫星系统动态调度问题。
光通信 微波与激光混合链路 中继卫星 动态调度 扰动 启发式算法 
中国激光
2014, 41(9): 0905007
作者单位
摘要
合肥工业大学仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
基于光纤拉曼放大器(FRA)的非线性耦合方程,采用数值计算的方法系统研究了反向多抽运FRA中的偏振相关增益(PDG),其中包括FRA系统中由所有光波拉曼相互作用所产生的PDG、由抽运信号拉曼相互作用所产生的PDG、由抽运抽运拉曼相互作用所产生的PDG以及由信号信号拉曼相互作用所产生的PDG。研究结果表明,相比于单抽运FRA系统,多抽运FRA系统不仅可以获得较平坦的拉曼增益谱而且可以使整个增益带宽内的PDG较均匀。此研究不仅可以有效地估计反向多抽运FRA系统中分别由抽运信号、抽运抽运、信号信号之间拉曼相互作用所产生的PDG,而且对有效降低FRA系统中的PDG提供重要的参考价值。
光通信 偏振相关增益 光纤拉曼放大器 反向抽运 偏振模色散 
中国激光
2014, 41(9): 0905008
作者单位
摘要
燕山大学电气工程学院, 河北 秦皇岛 066004
构建了一种三层混合光子晶体等离子体激元结构,分别为金属银(Ag)层,低折射率二氧化硅(SiO2)层和二维光子晶体层。这种混合光子晶体等离子体激元结构具有明显的横磁模(TM)模式带隙。在二维的光子晶体层的中心引入一个单元胞缺陷,形成缺陷腔结构。这种纳米尺度的光子晶体等离子体微腔的体积远小于传统介质的光学微腔,光子能量可以很好地被局域到低折射率层,实现了深亚波长尺度下的对光的限制。通过改变该混合光子晶体等离子激元结构的参数,利用三维时域有限差分(3D-FDTD)方法,分析了这种混合光子晶体等离子微腔结构的光学特性。分析表明:这种纳米微腔具有极小的模式体积0.0141 (λ/n)3和高的Q/V值。
光学器件 表面等离子体 光子晶体 纳米微腔 模式体积 
中国激光
2014, 41(9): 0905009
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物理联合实验室, 上海 201800
提出一种对光脉冲直接相位调制进行光谱展宽的方法,对调制深度、调制信号宽度、同步精度和不同调制信号形状对输出光谱的影响进行了数值模拟。模拟结果表明,调制深度越大,调制信号宽度越小,对光谱的展宽效果越明显,单次调制展宽量越大;不同的调制信号宽度对同步精度有不同的要求,调制信号越窄,对同步精度要求越高;相比于抛物线型调制信号,正弦调制信号会带来光谱两侧明显的幅频调制,降低脉冲可压缩性和再压缩信噪比。实验结果与模拟数值结果相符。
光纤光学 啁啾脉冲放大 直接相位调制 光谱展宽 
中国激光
2014, 41(9): 0905010
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单元研发中心, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对具有多波段强吸收和发光特点的N31和N41型掺钕磷酸盐激光玻璃,选取罗丹明6G(R6G)作为荧光标记物,它的激发和发光分别避开了钕离子吸收和发光,在宽场显微镜下实现了对磷酸盐玻璃亚表面缺陷(SSD)的高灵敏度二维观测。与光学显微观测的结果对比,证明所观测到的缺陷属于亚表面缺陷。根据R6G显微荧光观测的结果,分析了亚表面裂纹在抛光过程中的演变情况。结果表明在磷酸盐玻璃中比较难去除的亚表面缺陷是处于缺陷层中位置较深的Median型裂纹末端的月牙形缺陷。它们可能对入射光场具有较强的调制,引发表面激光损伤的可能性相对较大。
光学制造 掺钕磷酸盐激光玻璃 荧光显微 亚表面缺陷 
中国激光
2014, 41(9): 0906001
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
溶胶凝胶法制备减反膜在高功率激光装置中有着重要运用,通过控制水与正硅酸乙酯(TEOS)不同特质的量之比制备不同粒径大小的二氧化硅悬胶体及二氧化硅减反膜,可以研究悬胶体粒径大小对溶液及膜层的激光破坏阈值、光学减反效率稳定性影响。结果表明制备获得的多孔性SiO2减反膜透射率均高于99.5%,激光破坏阈值均大于62 J/cm2(1064 nm,15 ns),其中粒径小的SiO2减反膜透射率达到99.75%,激光破坏阈值高达77.42 J/cm2(1064 nm,15 ns)。随着水酯物质的量比值增大,悬胶体溶液平均粒径增大,当水酯物质的量比值大于3.5时粒径增大幅度加快;粒径在10 nm以下的溶液具有优异的稳定性,溶液颗粒大小、粘度等性能基本保持不变。在不同湿度环境下研究不同粒径膜层的稳定性,所有膜层在高湿度环境中透射率有所下降,其中大粒径膜层下降更明显,化学膜更适合在湿度低的环境下使用。
材料 溶胶凝胶 二氧化硅减反膜 稳定性 粒径 
中国激光
2014, 41(9): 0906002
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单元研发中心, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 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
研究了新型掺钕磷酸盐激光玻璃在高能量闪光灯抽运条件下的热破坏性质。激光输出实验表明这种为重复频率激光工作设计的钕玻璃,具有与高峰值功率应用类型的钕玻璃基本相近的激光输出能力,高于早期设计的高能量应用类型的钕玻璃。分析了新型重频工作钕玻璃的热膨胀性质,比较了酸蚀和离子交换前后激光输出性质,测定了重复频率高能量抽运下的极限抽运阈值,并讨论了它们对于耐抽运破坏极限的影响。
材料 磷酸盐 钕玻璃 激光 重复频率 耐抽运阈值 
中国激光
2014, 41(9): 0906003
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所科技考古中心, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 河南省文物考古研究院, 河南 郑州 450000
为了验证将光学相干层析(OCT)成像技术应用于古代陶瓷无损检测,将OCT图像表现的釉面的断面特征用于古代陶瓷类别区分的可行性,利用宽波长频域OCT成像系统对选自5个窑口的8个不同釉系、色系的瓷片进行测试,得到了样品的断面结构图像,并分析了OCT图像中的气泡大小和分布、强散射颗粒分布、釉层均匀性、透射率、釉层的分层等特征。实验结果显示8个古代瓷釉样品OCT成像特征差异明显,说明OCT成像技术能基于断层图像特征对瓷釉的釉系、窑口进行区分。
测量 光学相干层析 无损成像 瓷釉 
中国激光
2014, 41(9): 0908001
作者单位
摘要
1 宁波大学理学院微电子科学与工程系, 浙江 宁波 315211
2 江苏大学机械工程学院光信息科学与技术系, 江苏 镇江 212013
基于表面等离激子受激辐射放大原理,提出了一种应用于表面增强拉曼散射(SERS)单分子探测的领结型纳米天线结构。采用有限元方法(FEM)研究其局域表面等离子体共振(LSPR)和SERS特性。结果表明,该领结型纳米天线的局域表面等离子体共振强度和局域电场强度得到明显的增强,其散射截面为非表面等离激子受激辐射放大领结型纳米天线的1.1×104倍,局域电场强度为1×102倍。同时,该领结型纳米天线的表面增强拉曼散射增强因子最大达到1016,足以进行精确的单分子探测;整个纳米天线表面的增强因子也可达到1012,足以应用于单个生物分子的探测。
光谱学 表面增强拉曼散射 单分子探测 表面等离子体 纳米材料 
中国激光
2014, 41(9): 0908002
作者单位
摘要
长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
根据红外瞄具零位走动量高精度测试需求,提出了一种基于相机姿态自适应数学模型的红外瞄具零位走动量测量方法。设计了一种相机姿态自适应修正新算法,建立了相机姿态修正模型,并将其应用于零位走动量测量,克服了由于CCD相机倾斜引起零位走动量测量误差的难题。基于图像判读技术,采用重心法对针孔靶及瞄准分划图像进行定位,利用Zernike矩不变性质实现边缘点的亚像素细分。构建了实验系统,经实验验证,测量精度优于0.02 mil(1 mil=0.254 cm),满足红外瞄具零位走动量的高精度测试需求。
测量 机器视觉 图像处理 零位走动量 姿态校正 图像判读 
中国激光
2014, 41(9): 0908003
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
采用时间关联复测方法,用光电管结合数字示波器,利用高功率激光装置三倍频测量组件中的时间测量模块实现多路激光到达靶点时间同步的同发次测试。通过光束前端输出的任意波形发生器结合光纤放大传输组件中的光纤延迟器实现激光装置多束激光到达靶室时间同步精密调节,分析结果表明多束激光束间同步测量精度小于30 ps,测试技术和方法为多路激光时间同步精密诊断提供技术支撑。
测量 时间同步 多束激光 
中国激光
2014, 41(9): 0908004
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
重点设计了微脉冲激光雷达(MPL)系统的后继光学单元,是一种新型的设计。使用收发一体Y型光纤束改变传统的激光雷达后继光学结构,实现系统的收发同轴设计。分析了新型微脉冲激光雷达在合肥地区实验观测结果,利用分段斜率法反演气溶胶水平消光系数,获得了大气能见度及变化特征,具有明显的日变化特征,并与HW-N1型前向散射式能见度仪测量结果进行了对比,二者相关系数达到0.81。此外,理论误差分析结果也表明当能见度在10 km以下时MPL的测量误差小于20%。说明了该MPL系统能够实现对大气水平能见度的有效测量。
测量 激光雷达 水平能见度 光纤 消光系数 
中国激光
2014, 41(9): 0908005
周渝人 1,2,*耿爱辉 1,3王莹 1,2陈娟 1,4张强 1
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 100039
3 长春理工大学理学院, 吉林 长春 130022
4 长春工业大学电气与电子工程学院, 吉林 长春130012
为提高低亮度红外与可见光图像融合的视觉效果,提出了一种对比度增强的图像融合算法。使用双边滤波器对光照进行估计,提出了双边滤波子带分解多尺度Retinex变换,并在此基础上对原图像进行子带分解。使用基于局部空间频率的细节增强融合策略完成子带内系数融合,使用全局方差加权融合策略完成子带间系数融合。使用非线性拉伸法将融合结果由对数域映射到显示域。实验结果表明,该方法可有效消除光晕,提高融合图像清晰度,使细节信息更突出。
图像处理 对比度增强 双边滤波 子带分解多尺度Retinex 图像融合 
中国激光
2014, 41(9): 0909001
作者单位
摘要
山东大学信息科学与工程学院山东省激光技术与应用重点实验室, 山东 济南 250100
对于近场同轴数字全息在聚焦再现(再现距离精确等于实际记录距离)时,采用多重再现方法可以很好地消除共轭像的影响,但该方法没有考虑和分析再现距离与实际记录距离存在偏差时的影响。然而在实际应用中,实际记录距离难于精确测定,数字再现时采用的再现距离往往与实际记录距离存在偏差。对该方法进行了进一步的深入分析,分析发现该方法对距离偏差十分敏感,且随着距离偏差增大其共轭像消除效果会急剧下降;利用该方法对距离偏差的敏感特性,可以提高同轴数字全息自动聚焦的精准性和灵敏性。对上述结论进行了原理分析和实验验证。
全息 同轴数字全息 Gabor同轴数字全息 聚焦函数 自动聚焦 
中国激光
2014, 41(9): 0909002
作者单位
摘要
中国科学院安徽光学精密机械研究所大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
根据贝叶斯和Parseval定理,引入了频域内多帧湍流退化图像的近视解卷积复原算法。以大气湍流长曝光光学传递函数作为估计的光学传递函数。根据频域代价函数的特点,提出分步牛顿法求解代价函数。本算法能够处理未匹配的多帧图像,并能获得理想的复原图像。计算机仿真多帧湍流退化图像的复原结果表明:即使多帧图像未匹配,在不同湍流强度和不同噪声情况下算法仍能复原出好的图像效果。
图像处理 大气湍流效应 光学成像 近视解卷积 图像匹配 
中国激光
2014, 41(9): 0913001
作者单位
摘要
1 宜宾学院物理与电子工程学院物理研究所, 四川 宜宾 644007
2 四川大学电子信息学院, 四川 成都 610064
为了说明部分相干平顶(PCFT)光束在非Kolmogorov(非K)大气湍流中湍流距离的变化,基于广义惠更斯-菲涅耳原理和利用相对M2因子定义的湍流距离,推导出部分相干平顶光束在非K大气湍流中传输的湍流距离的解析表达式。部分相干平顶光束在非K大气湍流中的湍流距离由非K大气湍流参数即广义指数参数、湍流内外尺度和部分相干平顶光束在z=0处的初始二阶矩即光束参数(包含光束阶数、波长、相干度以及束腰宽度)决定。研究结果表明,PCFT光束在非K大气湍流中的湍流距离随广义指数参数的增加先减小达到最小值后再增大,随部分相干平顶光束的阶数和波长的增加而增大,随光束相干性的减弱而增大,随光束束腰宽度的增加做先减小后增大的非单调变化。
大气光学 湍流距离 非Kolmogorov大气湍流 部分相干平顶光束 
中国激光
2014, 41(9): 0913002
作者单位
摘要
浙江大学光电系现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
提出了用作近红外高光谱分辨率激光雷达(HSRL)光谱滤波器的视场展宽迈克尔孙干涉仪(FWMI)的设计方法。详细给出了FWMI的设计理论和设计指标的确定过程,通过视场补偿及热补偿设计,使FWMI能在一定温度范围内保证较大的入射视场。给出了针对近红外FWMI的设计结果。性能评估表明,所设计的FWMI可接收的视场角大于2°,并在(20±0.5) ℃的温度范围内具有几乎不变的工作性能。最后通过容差分析,保证了该设计结果能满足现有的加工工艺。该设计过程和方法对FWMI的设计加工具有一定的指导意义。
大气光学 大气气溶胶探测 迈克尔孙干涉仪 高光谱分辨率激光雷达 
中国激光
2014, 41(9): 0913003
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, 吉林 长春 130033
针对地球临边紫外环形成像仪的结构特点及高精度几何定标的需要,提出了一种基于紫外平行光管、高精度经纬仪及六维转台等设备进行的几何定标新方法。通过构建相应的几何定标新装置,实现了地球临边紫外环形成像仪超大临边视场的几何定标。几何定标结果显示,仪器在临边高度方向与理论设计符合程度在2 pixel以内,而在临边方位方向与理想情况偏差最大为25 pixel。不确定度分析表明,仪器在临边高度和方位方向上的几何定标不确定度分别为0.488 pixel和0.612 pixel,均达到亚像素级精度。几何定标新方法及装置对后续同类型仪器的前期光机装调及检测提供了重要参考和实现平台。
几何光学 紫外环形成像仪 几何定标 临边高度方向 临边方位方向 不确定度 
中国激光
2014, 41(9): 0913004
作者单位
摘要
1 燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
2 燕山大学信息科学与工程学院, 河北 秦皇岛 066004
光谱吸收法是对甲烷浓度检测的一种有效手段,通过棱镜气室结合光子晶体光纤的应用实现光谱吸收法对甲烷浓度的高精度在线检测。但在检测过程中,由于环境中温度、压强以及系统本身设备的影响,使得接收的信号中包含大量的噪声。支持向量机(SVM)具有泛化能力强和寻求全局最优点的特点,被用于甲烷浓度检测的信号处理。Matlab实验结果表明,使用SVM原理滤波能有效地滤除噪声,把有效的信号分离出来,并用信噪比评估去噪效果。使用该方法滤波能够使信噪比达到130 dB以上,与传统的小波降噪相比有很大的提高,能达到理想的去噪目的。
光谱学 甲烷检测 光子晶体光纤 棱镜气室 支持向量机 信噪比 
中国激光
2014, 41(9): 0915001
王威 1,2,*陈凡胜 1
作者单位
摘要
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
静止轨道(GEO)成像系统外遮光罩设计是空间载荷设计的重要组成部分。根据成像系统所处的空间杂散环境特点,通过分析不同太阳遮蔽角对外遮光罩几何结构的影响,确定了合适的遮光罩高度-直径比;研究了不同离轴角下刀口式和蜂窝式结构对杂光抑制能力的差别,Tracepro软件仿真结果表明,在相同的遮蔽角下前者比后者抑制能力高5%~28%。在此基础上,利用黑体腔工作原理,设计实现了一种新型二级遮光罩。最后结合某静止轨道成像系统进行仿真验证。结果表明,在太阳遮蔽角处,外遮光罩点源透射率(PST)曲线值小于10-8,杂光抑制效果好,同时很好地解决了单级遮光罩内边缘效应问题,满足工程应用要求。
光学设计 静止轨道 太阳遮蔽角 遮光罩设计 边缘效应 点源透过率 
中国激光
2014, 41(9): 0916001
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
极平衡作为光刻物镜的一项重要指标,受到多种误差因素综合调制,因此有必要准确区分各种误差源的独立贡献量。提出了一种标定方法,将远心度误差所引入的调制效果进行了解耦,对极平衡指标进行了标定,并与质心标定方法进行对比研究。实现途径是以Matlab程序作为载体,调用Code V进行远心度运算,对LightTools的光瞳强度仿真结果进行重新定位,从而获取远心分离后的极平衡性指标。此外,设计了一个光刻物镜方案作为研究对象,对标定程序进行了仿真验证。结果表明,该标定方法可有效分离远心误差对极平衡的调制作用,程序执行效率较高。
光学设计 光刻物镜 光瞳极平衡 远心度 
中国激光
2014, 41(9): 0916002
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室, 上海 201800
2 电子科技大学电子工程学院, 四川 成都 611731
首先对一体化的积分球微波腔进行了论证,然后进行了设计、仿真和加工实测。采用单端环耦合的方式进行微波激励,分别对从圆柱腔的端面及侧面耦合的方式进行了仿真,结果发现在圆柱腔侧面耦合能得到较好的场型分布。实现了通过微调耦合环的方式进行模式选择的新方法,这种方法简便易行,且能有效减小微波腔的体积。测试结果表明设计的微波腔体积小、结构稳定,能同时满足积分球冷却和微波腔的功能要求即实现了积分球与微波腔一体化的要求,更重要的是一体化结构不需要使用漫反射涂料,不会影响腔的模式及场型分布,有利于提高钟信号的信噪比和对比度。
原子与分子物理学 激光冷却 一体化 积分球 微波腔 
中国激光
2014, 41(9): 0918001