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 2015, 42(12)

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中国激光 第42卷 第12期

作者单位
摘要
1 四川大学电子信息学院, 四川 成都 610064
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 成都 610041
3 中国工程物理研究院太赫兹研究中心, 四川 绵阳 621900
在波前校正过程中,变形镜(DM)在强激光连续辐照(CW)下会产生热形变,进而对入射光引入附加波前畸变,从而制约了变形镜的波前校正效果,致使光束质量改善效果变差。从变形镜热形变面形的Zernike 多项式分解出发,建立了强激光连续辐照下变形镜的热形变预估模型,根据预估所得的热形变面形,模拟计算得到了变形镜的驱动器控制信号参数,进而驱动变形镜对其自身的热形变面形进行了实时补偿。仿真结果表明,该自校正方法能有效补偿变形镜自身的热形变面形,减小变形镜热形变对其校正能力的影响;采用局部换热方式只能在一定程度上减小变形镜形变面形引起的平移相差和离焦相差,对光束质量的改善效果也比较有限,而该自校正方法能有效减小热形变引起的光程差,从而对光束质量起到明显的改善作用。
激光器 预估模型 自校正 变形镜 热形变 
中国激光
2015, 42(12): 1202001
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光电信息技术科学教育部重点实验室, 天津 300072
报道了一种改进的非线性放大环形镜锁模激光器,即在传统的8 字腔和σ腔中,通过加入非互易性元件的方式,有效缩短了光纤长度,降低了非线性积累量,从而提升锁模激光器的重复频率,并且可以改善激光器的自启动特性。传统的“8”字腔保偏光纤激光器必须借助半导体可饱和吸收镜、碳纳米管等真实可饱和吸收体才能锁模运转。本文只利用非互易性元件,在改进的“8”字腔全保偏(PM)掺铒光纤激光器中,实现了重复频率为22 MHz,平均功率为23.6 mW 的孤子锁模单脉冲激光输出,直接输出脉宽为308 fs。传统的“8”字腔光纤激光器的重复频率限制在10 MHz 水平。通过加入非互易性元件,本文在改进的“σ”腔非保偏掺铒光纤激光器中,在呼吸孤子锁模域获得了重复频率为80 MHz,平均功率为36 mW 的单脉冲激光输出;在正色散域获得了重复频率为53.6 MHz,平均功率为14 mW 的单脉冲激光输出。
激光器 光纤激光器 掺铒光纤 被动锁模 非线性放大环形镜 自启动 
中国激光
2015, 42(12): 1202002
作者单位
摘要
华中科技大学光学与电子信息学院华中科技大学武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430074
自由运行的半导体激光器通常为多纵模光谱输出,谱线宽度较大,不能满足拉曼散射等对光源线宽有要求的应用。为得到稳定输出的窄线宽激光,通过使用反射式全息光栅,有效地窄化了405 nm 波段激光二极管的谱线宽度。使用高分辨率单色仪检测了Littrow 布局下光栅外腔半导体激光器的输出光谱,并通过输出功率和光谱特性研究了光栅外腔半导体激光器的阈值和调谐特性。实验发现,通过使用2400 l/mm 和3600 l/mm 刻线密度的反射式全息光栅,激光二极管的阈值电流由30.0 mA 分别下降到19.7 mA 和21.3 mA,谱线宽度也从自由运行时的1 nm 左右下降到0.03 nm 以内,在标称的工作电流范围内得到了窄线宽激光输出,并且分别实现了5.45 nm 和5.33 nm 宽度的波长调谐。这一结果有利于推动蓝紫光激光二极管的光谱应用。
激光器 半导体激光器 蓝紫光 波长调谐 窄线宽 阈值电流 
中国激光
2015, 42(12): 1202003
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 中国科学院上海硅酸盐研究所透明光功能无机材料重点实验室, 上海 200050
3 中国科学院物理研究所光物理重点实验室, 北京凝聚态物理国家实验室, 北京 100190
实验研究了二极管激光器抽运的国产Yb∶YAG 陶瓷的高效率连续激光输出和波长调谐输出特性。比较了不同掺杂原子数分数(1%、2%、5%、10%、15%)和不同厚度(3、6 mm)的激光陶瓷的输出激光性质。当吸收抽运功率为6.3 W 时,在3 mm 厚15 %掺杂样品中得到了2.4 W 的连续激光输出功率,斜效率为47%。在谐振腔内插入三棱镜进行波长调谐,实验上得到的最宽波长调谐范围为1017~1095 nm。实验结果表明高质量的Yb∶YAG 陶瓷在高功率全固态超短脉冲产生和放大中具有重要的应用。
激光器 二极管抽运 Yb∶YAG 陶瓷 波长调谐 
中国激光
2015, 42(12): 1202004
作者单位
摘要
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
实验研究了基于掺Yb3+光纤的啁啾脉冲放大(CPA)系统。利用半导体可饱和吸收体锁模光纤激光器作为种子源,采用啁啾脉冲放大技术,将波长为1030 nm 的脉冲展宽到数百皮秒进行放大。采用多级的掺镱单模光纤和双包层光纤组成预放大器,主放大器采用大模场的掺镱棒状光子晶体光纤作为激光工作物质,实现了重复频率为211 kHz,功率为50 W 的单模皮秒脉冲输出。通过合理地控制放大系统中每一级光纤放大器的增益以及非线性积累量,有效抑制了高能脉冲放大过程中非线性效应对脉冲时域特性的影响。采用反射式光栅对,对输出的放大脉冲进行压缩,最终获得了脉宽为887 fs 的激光输出,单脉冲能量达到124 μJ,对应峰值功率为139.8 MW,该实验结果为国内首次报道基于光纤结构的百微焦级飞秒激光系统。
激光器 光子晶体光纤 啁啾脉冲放大 飞秒激光 
中国激光
2015, 42(12): 1202005
作者单位
摘要
四川大学电子信息学院, 四川 成都 610064
针对间接驱动装置中球形腔结构及其光路排布,并基于光谱角色散、连续相位板(CPP)和偏振控制板联用的束匀滑方案,建立了球形腔内激光束的传输模型。由于球形腔和光路排布的高度球对称性,在对激光束经过注入孔的传输特性进行分析时,选取注入孔所在平面作为观察面,并主要对其“堵孔”问题进行分析;在对腔内的传输及腔壁的辐照特性进行分析时,选取了一系列同心球面作为观察面,以分析其均匀性。计算结果表明当不同入射角度的激光集束采用相同的CPP 设计时,随集束入射角度的增大,在注入孔处,激光的注入率降低,更易导致“堵孔”现象,但激光集束在腔内的交叉重叠会逐渐减少,其在腔壁上的光斑均匀性有所改善,且整体光斑的占空比较有所提高,更利于靶丸均匀辐照。当不同入射角度的激光集束采用不同的CPP 来优化光斑时,在注入孔的“堵孔”问题得到改善,而腔壁的占空比有所降低。在实际工作中,应综合考虑注入孔的注入率和堵孔问题、腔内的交叉、腔壁上的光斑均匀性及占空比,对球形腔中集束的入射角度进行合理设计。
激光光学 激光束特性 间接驱动 球形腔 均匀性 入射角度 
中国激光
2015, 42(12): 1202006
作者单位
摘要
西南技术物理研究所, 四川 成都 610000
简要概述了半导体激光器抽运碱金属蒸气激光器(DPAL)的研究背景与独特优势,介绍了DPAL 主振荡功率放大器(MOPA)在国内外的发展现状。构建了基于碱金属原子三能级受激吸收-受激辐射理论的端面抽运DPALMOPA系统的速率方程模型并进行了系统的理论计算,分析了DPAL-MOPA 的输出功率和提取效率随蒸气池温度、蒸气池长度、抽运功率和抽运光束的束腰半径的变化特性。与已发表的实验结果对比后发现,理论计算结果和实验数据十分吻合,验证了该理论模型的有效性。该研究对构建定标放大的DPAL系统具有理论指导意义。
激光器 主振荡功率放大器 三能级系统速率方程 半导体抽运碱金属激光器 定标放大 
中国激光
2015, 42(12): 1202007
作者单位
摘要
西南技术物理研究所, 四川 成都 610000
利用Yb3+∶KGd(WO4)2晶体的热膨胀系数各向异性和折射率温度梯度为负值的特点,就可能找到被光抽运时热透镜效应为零的特定方向,此方向即为“无热透镜方向”。鉴于前人的理论计算中存在着一些缺陷,利用最小二乘法和二阶张量旋转法,精确计算了Yb3+∶KGd(WO4)2晶体的热膨胀张量以及在不同偏振状态下的无热透镜方向:m偏振时,在p-g 平面内与p 轴成±46.3°的方向;p 偏振时,在m-g 平面内与m 轴顺时针成24.9°以及与m 轴逆时针成81.2°的方向;g 偏振时不存在无热透镜方向。将之与前人的计算结果进行了比较,指出了其理论模型中存在的缺陷。计算了p 偏振时在m-g 平面内与m 轴顺时针成17°的方向上传播以及m 偏振时b 方向传播的单位光程变化值,并与前人已发表的理论与实验结果做了对比分析,证实了所建理论体系的有效性。
激光器 无热透镜方向 二阶张量计算 Yb3+∶KGd(WO4)2 热透镜效应 
中国激光
2015, 42(12): 1202008
刘广柏 1,2,*杨依枫 1,2雷敏 1,2胡曼 1,2[ ... ]楼祺洪 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
搭建了一个全光纤主振荡功率放大(MOPA)近衍射极限输出的超荧光源,线宽为亚纳米量级,最大输出功率为1509 W,输出斜率效率达到85.2%,光束质量因子稳定在M2=1.4。后向回光功率与输入功率呈线性关系,系统很好地抑制了受激布里渊散射(SBS),并且对环境具有很好的抗干扰能力。在整个输出功率范围内,没有观察到自脉冲和弛豫振荡现象。
激光器 光纤激光器 掺镱光纤放大器 放大自发辐射 光纤布拉格光栅 
中国激光
2015, 42(12): 1202009
作者单位
摘要
1 西北工业大学凝固技术国家重点实验室, 陕西 西安 710072
2 中航商用航空发动机有限责任公司, 上海 200241
3 南昌航空大学轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室, 江西 南昌 330063
以TC4 钛合金激光立体成形件为研究对象,探讨其内部、表面及近表面孔洞类缺陷与超声波的相互作用关系。研究结果表明,在相同检测条件下,对于TC4钛合金激光立体成形件中同深度不同孔径的长横孔缺陷,超声反射波幅值随长横孔直径的增加而增加;对于成形件中同孔径不同深度的长横孔缺陷,超声反射波幅值随长横孔所在深度增加而减小;利用5PФ8 纵波直探头,能发现激光立体成形TC4 钛合金中0.6 mm 大小的孔洞类缺陷;超声表面波沿深度方向发现TC4钛合金激光立体成形件中槽型和孔型缺陷的能力均小于4 mm,且孔型缺陷比槽型缺陷更难发现。
激光技术 激光立体成形 TC4钛合金 超声波 表面波 
中国激光
2015, 42(12): 1203001
作者单位
摘要
安徽工业大学机械工程学院, 安徽 马鞍山 243002
激光冲击强化技术是一种新型的材料表面改性技术。在实际应用中,由于激光光斑直径通常在20 mm 以下,工件表面大范围的激光冲击强化需要采用多个光斑搭接。运用实验和数值模拟的方法,探讨了光斑在不同中心距下诱导的残余应力场的分布规律,研究了不同搭接率对残余应力分布的影响,以及两种不同加载顺序下表面残余应力的分布特性。结果表明:相邻光斑中心距对两光斑之间区域的残余应力有重要影响,随着两光斑中心距的减小,相邻光斑之间区域的应力场由残余拉应力转变为残余压应力;搭接率越大,获得的残余压应力幅值越大,残余应力分布越均匀;从中间到两侧的多点冲击方式能获得较大、较均匀的残余压应力。
激光技术 残余应力 有限元分析 搭接 
中国激光
2015, 42(12): 1203002
作者单位
摘要
苏州大学机电工程学院, 江苏 苏州 215021
针对薄壁叶片不等宽的结构特征,提出基于光内送粉方式采用变光斑一次扫描而非多道搭接直接成形出不等宽熔覆层的方法,逐层堆积直接制造薄壁叶片。研究了变斑过程中等高度单道及“阶梯型”单道对薄壁件成形质量的影响规律。实验结果表明:在保证送粉量足够的条件下,变光斑过程中通过实时变扫描速度及激光功率,能够直接熔覆出高度相等、宽度逐渐变化的单道熔覆层;基于等高度单道的变斑堆积过程中熔覆层增长高度并不一致,宽高比大的部位生长高度要大于宽高比小的部位的问题,建立了熔覆层提升量、单层生长高度和熔覆层截面曲线阶数的理论模型,提出了“阶梯型”单道变斑直接成形方法,解决了熔覆层高度生长不一致的问题,获得了熔覆层宽度从1 mm 到3 mm 连续变化的薄壁叶片,为光内送粉激光直接成形薄壁变壁厚类零件提供新方法。
激光技术 激光直接成形 光内送粉 变光斑 薄壁叶片 
中国激光
2015, 42(12): 1203003
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
为快速直接制造具有复杂曲面的个性化金属零件,需要保证激光选区熔化(SLM)成型曲面特征的表面成型质量。通过正交实验获得NiCr 合金优化工艺参数,采用S 型正交层错扫描策略成型两种柱面体模型;在超景深显微镜、扫描电镜下观察成型件内、外侧曲面表面形貌,并测量相应表面粗糙度。结果表明:成型不同空间位置摆放的曲面零件,各层面轮廓误差、层面间台阶效应的逐层堆叠最终使曲面形成台阶状、网结状形貌,成型倾斜切角小于60°的悬垂曲面时因粉末粘附严重甚至会形成条虫状、粒球状形貌;表面粗糙度Ra值与曲面特征表面形貌变化规律具有相关性,这为提高SLM 成型曲面零件的表面成型质量提供了重要参考。
激光技术 激光选区熔化 曲面特征 表面形貌 表面粗糙度 台阶效应 
中国激光
2015, 42(12): 1203004
作者单位
摘要
江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
探讨了单脉冲同点间隔多次(SPI)工艺对激光微织构加工效果的影响。采用纳秒倍频Nd3+∶YAG 激光器在45钢表面进行激光微织构实验,研究激光能量密度、脉冲个数对微凹腔几何形貌参数的影响规律;分析烧蚀所致表面等离子体对激光吸收率的影响;并从实验和温度场模拟角度,对比分析了SPI工艺相比同点连续多次工艺的特点及技术优势。结果表明:随激光能量密度增加,微凹腔直径呈对数函数关系增加,而凹腔深度则随之先增大后趋于平稳,最后略微下降。作用脉冲个数对凹腔直径影响不明显,但凹腔深度随之呈线性增加。较之同点连续多次工艺,SPI工艺能最大限度降低激光加工产生的负面热效应,且多脉冲作用对微织构内部形貌具有“平滑”作用;同时,在保证单个脉冲材料去除率的条件下,提高了激光加工高质量微织构的总效率。
激光光学 激光微织构 激光烧蚀 单脉冲同点间隔多次工艺 等离子体吸收 
中国激光
2015, 42(12): 1203005
作者单位
摘要
1 天津大学教育部光电信息与技术重点实验室, 天津 300072
2 北京华科创智健康科技股份有限公司, 北京 100195
在扫频光学相干层析(SS-OCT)仪器中,由于光谱标定信号k-clock 与OCT 信号之间存在不确定的延时,导致光谱标定结果不准确,成像分辨率降低。延时自动校正算法能够准确地自动校正k-clock 信号与OCT 信号之间的延时。该算法基于提出的平均峰值法和平均半峰全宽(FWHM)法,对OCT 信号进行处理分析,分粗调、微调和精调三步对延时点进行自动查找,根据查找结果完成对延时的校正。延时校正后,通过光谱标定得到波数(k)空间均匀分布的OCT 信号,可以实现高分辨率图像的重建。实验结果显示,经过自动延时校正,成像分辨率可提高60%,证实了该算法的有效性。
相干光学 扫频光学相干层析 延时自动校正 平均峰值法 平均半峰全宽法 
中国激光
2015, 42(12): 1204001
魏凤娟 1,2,*张巍 1,2韩金涛 1,2王贤旺 1,2[ ... ]聂秋华 1,2
作者单位
摘要
1 宁波大学高等技术研究院红外材料与器件实验室, 浙江 宁波 315211
2 浙江省光电探测材料及器件实验室, 浙江 宁波 315211
通过平面波展开法(PWE)计算硫系光子晶体带隙并采用时域有限差分法(FDTD)模拟硫系60°弯曲光子晶体波导的传输特性,在波导弯曲部分线缺陷处添加小空气孔缺陷,提高了其带宽和透光性。在60°弯曲区域线缺陷外边缘处引入2个对称空气孔,通过改变其半径来改善波导传输效率。模拟结果表明,当引入半径为0.54R 的空气孔时,传输带宽由初始的60 nm 提高到161 nm,但此时透射率波动性较大。在此基础上在弯曲线缺陷中心处又引入若干个空气孔,当引入3个半径为0.48R 的空气孔时,此种结构不但提高了波导的传输效率,并且使传输带宽增加到340 nm。将单个60°弯曲波导优化结构应用于连续60°弯曲波导中,研究结果表明连续弯曲波导的传输效率得到显著提高。
集成光学 硫系玻璃 光子晶体波导 传输效率 带宽 
中国激光
2015, 42(12): 1205001
作者单位
摘要
河北工业大学电子信息工程学院, 天津 300401
提出了一种基于小波降噪与改进的符号内频域平均(ISFA)联合的相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统信道估计方法。该方法利用最小二乘(LS)方法进行信道估计,并对估计后的结果进行小波去噪处理,最后采用Kaiser窗函数改进ISFA 算法对小波处理结果进行ISFA,完成联合去噪。仿真结果表明,该方法可以有效地提高信道估计精度。当光信噪比(OSNR)为17 dB时,该算法的误码性能(BER)比ISFA 算法的误码性能提高将近一个量级。
光通信 相干光正交频分复用 信道估计 小波变换 符号内频域平均 
中国激光
2015, 42(12): 1205002
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
根据正交频分复用(OFDM)基本原理构建了无线光正交频分复用(FSO-OFDM)实验系统,仿真分析了信道噪声对FSO-OFDM 系统性能的影响。最后通过实验验证了信道噪声对信号星座图的影响,为FSO-OFDM 的应用提供了实验依据。实验表明FSO-OFDM 系统具有较好的抗码间串扰的性能,其误码率低于单载波调制系统。
光通信 无线激光通信 正交频分复用 信道噪声 星座图 
中国激光
2015, 42(12): 1205003
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 沈阳工业大学机械工程学院, 辽宁 沈阳 110870
激光沉积修复GH4169 合金强度与塑性仅达到铸件标准Q/5B 453-1995,热处理是改善其力学性能的重要手段。研究了不同热处理工艺对激光沉积修复GH4169合金显微组织和拉伸性能的影响规律,结果表明:激光沉积修复GH4169 合金试样经直接时效热处理后,与沉积态相比,枝晶间的Laves 相少量熔解,拉伸强度提高,与锻件标准Q/3B 548-1996(高强)相当,而塑性略有下降;且随着时效时间的延长,试样拉伸强度与塑性没有提高。修复试样经固溶处理后,Laves 相部分熔解,并在其周围析出大量针状δ相,拉伸强度达到锻件标准,断后伸长率比沉积态提高21%;修复试样经均匀化处理后,Laves相基本熔解,在晶界及晶内均析出了δ相,拉伸强度接近锻件标准,断后伸长率超过了锻件标准27.1%。试验表明合适的热处理能有效提高激光沉积修复GH4169合金的强度与塑性。
激光光学 激光沉积修复 GH4169合金 热处理 显微组织 力学性能 
中国激光
2015, 42(12): 1206001
作者单位
摘要
华东交通大学载运工具与装备省部共建教育部重点实验室, 江西 南昌 330013
利用ANSYS 有限元软件对激光沉积过程中SiCp/Cu 梯度涂层的残余应力进行数值模拟。建立该梯度涂层的有限元分析模型,探讨梯度分布因子和涂层单层层厚对SiCp/Cu 梯度涂层残余应力的影响。结果表明: 较大的残余应力主要分布在梯度涂层与基体的界面边缘位置;当梯度涂层层数为4,梯度分布因子为1,单层厚度为0.6 mm 时,SiCp/Cu 梯度涂层有较好的残余应力缓和效果。根据优化结果采用激光沉积法制备的SiCp/Cu 不同梯度层之间界面较为清晰,结合良好;与均质涂层相比,其硬度和耐磨性分别提高了23.2%和5.2%。
材料 梯度材料 激光沉积 有限元分析 残余应力 
中国激光
2015, 42(12): 1206002
谭哲 1,2,*刘金水 1周惦武 1卢源志 1,2[ ... ]胡林西 1
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 湖南大学材料科学与工程学院, 湖南 长沙 410082
采用光纤激光器作为焊接热源的激光熔焊工艺对双相钢DP600和变形镁合金AZ31进行添加Sn箔的搭接焊研究。通过调整焊接参数获得最佳焊接成形,采用卧式金相显微镜、带有能谱仪(EDS)和电子背散射衍射(EBSD)探头的扫描电镜(SEM)和X 射线衍射仪(XRD)等观察焊接接头的微观组织、相分布、晶粒大小、元素分布和相结构组成。结果表明,添加Sn 箔激光熔焊是一种适用于Fe 和Mg 异种材料连接的有效方法,通过过渡区域形成新相可实现Mg/Fe 有效连接。实验还发现,钢上、镁下搭接激光熔焊上层双相钢的热影响区未出现明显的软化组织,焊接熔池和钢/镁接头过渡区域未见大规模氧化物和气孔缺陷,钢侧过渡区域生成FeSn、Fe1.3Sn、Fe3Sn 等Fe-Sn 相,镁侧过渡区域生成柱状枝晶的Mg2Sn相,这些新相的存在可实现钢/镁异种金属的“双向”冶金结合。
激光技术 Fe/Mg异种材料 激光熔焊 Sn箔 微观组织 
中国激光
2015, 42(12): 1206003
作者单位
摘要
1 岭南师范学院物理科学与技术学院, 广东 湛江 524048
2 岭南师范学院化学科学与技术学院, 广东 湛江 524048
3 哈尔滨工业大学非线性光学信息处理国家重点专业实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
用溶胶-凝胶法制备ZrO2∶Er3+/Yb3+/Li+纳米晶,研究上转换发光强度随着Li+掺杂浓度的变化关系。根据荧光强度比测温技术,在303 K~753 K 温度区间,研究荧光峰积分强度比和荧光峰峰值比对ZrO2∶Er3+/Yb3+/Li+纳米晶测温性能的影响。当采用525和562 nm 处的峰值比时,在440 K 获得最大的测温灵敏度为0.0050 K1。
材料 上转换发光 荧光强度比 氧化锆 Li+增强 
中国激光
2015, 42(12): 1206004
作者单位
摘要
空军工程大学航空航天工程学院, 陕西 西安 710038
利用正交消隐点的几何特性和不同位姿摄像机图像平面中对应消隐点间的无穷单应关系,提出了一种摄像机内参数的自标定方法。该方法在任意两个位置下拍摄两组正交平行线,获取两幅图像上共四个消隐点后,设计了判定算法确定其间的对应情况。利用对应消隐点之间的无穷单应关系,结合正交消隐点与摄像机光心连线的正交性建立约束方程,实现了对摄像机内参数的线性求解。为了抑制噪声对标定结果的影响,建立基于矩形成像反演点特性的指标函数,利用LM 寻优算法实现了对内参数的非线性优化。实验结果表明,该算法具有对应消隐点判断简单有效,标定结果精度高、实时性强、适用范围广的优点,而且参数优化能够有效地抑制图像噪声,提高了标定算法的稳健性。
机器视觉 摄像机自标定 正交消隐点 无穷单应 参数优化 
中国激光
2015, 42(12): 1208001
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超精密工程研究中心, 吉林 长春 130033
由于非共光路误差是菲索干涉仪进行高精度检测中最重要的误差因素之一,而非共光路误差是由于非理想的光学系统即干涉仪的出射波前不理想造成的,所以为了测量干涉仪的出射波前来评估干涉仪非共光路误差的大小,提出一种利用干涉仪猫眼位置绝对测量干涉仪出射波前的方法。该方法基于干涉仪自身的面形测量功能,操作非常简单,只需要一块反射镜就能够实现干涉仪出射波前的测量。该方法通过至少三个猫眼位置的测量得到干涉仪出射波前的自身剪切数据,然后通过基于旋转平移的绝对检测算法直接得到干涉仪的出射波前的二维波前数据。实验结果表明:该方面能够实现不包括Power在内均方根(RMS)值约为15 nm 的测量精度。该方法能够准确测量干涉仪出射波前,从而评估干涉仪非共光路误差。
测量 光学检测 猫眼 菲索干涉仪 波前 
中国激光
2015, 42(12): 1208002
作者单位
摘要
齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院, 黑龙江 齐齐哈尔 161006
单幅干涉条纹相位恢复算法中通过两次希尔伯特变换获得正弦分量和余弦分量,然后求出水平方向和垂直方向的相位斜率,再采用积分的方法对相位进行恢复,即可得到全场相位分布。然而,相位变化过快时得到的相位斜率不连续,此时就不能直接采用该方法进行相位恢复。针对这一弊端,将剪切干涉计量原理引入到相位恢复算法中,对包裹相位建立二维复光场,获得连续相位斜率的离散偏导,提出用三次积分法即可恢复原始相位。实验验证该方法不仅能够有效地解决相位变换过快和相位截断的影响,而且能较精确地恢复原始相位。
测量 相位恢复 希尔伯特变换 剪切干涉 
中国激光
2015, 42(12): 1208003
作者单位
摘要
1 上海大学机电工程与自动化学院, 上海 200072
2 上海市智能制造及机器人重点实验室, 上海200072
为提高激光传感三维测量系统的测量效率和系统适应性,提出一种基于结构化参数的激光三维测量系统的在线标定方法。该方法通过对已知参数的结构化标定板进行扫描和测量,分别建立其在激光扫描器坐标系和惯性测量传感器坐标系内的模型,提取被扫描面上的直线特征,利用结构参数约束条件解算出相对位姿关系。在不同工况下进行在线标定测量实验,标定出系统初值并进行实物测量和实验分析,在线测量的平均相对误差小于0.9%,实验结果表明提出的标定测量方法具有较高的准确性和适应性。
测量 体积测量 激光三维测量 在线标定 结构参数 
中国激光
2015, 42(12): 1208004
作者单位
摘要
北京交通大学光波技术研究所, 北京 100044
提出一种多级高精度可调谐的瞬时频率测量(IFM)方法,采用单光源无滤波的IFM 系统结构,结合光偏振调制和偏振分束原理,利用偏振调制器和偏振控制器等器件来实现对同一波长下不同光偏振维度上微波信号的加载和分离。通过控制单模光纤的色散参数,可以获得较大的测量范围,利用色散所致的射频功率衰落效应,能获得单调变化的频率—幅度映射关系,进一步通过光电探测的射频信号输出功率比来得到幅度比较函数fACF。由于fACF 可以通过改变偏振角或直流偏置电压进行调节,因此该测量方法可用于多级频率测量实现对特定频率的高精度检测。结果表明,可以获得2~17.3 GHz的测量范围和±0.15 GHz的测量精度。
测量 调制 瞬时频率测量 测量范围 精度 
中国激光
2015, 42(12): 1208005
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科学教育部重点实验室, 天津 300072
设计一种两光束相向照射,在散射角θ=90°方向记录的干涉粒子成像测量实验系统,利用模版匹配相关方法提取粒子两点像的位置坐标,根据粒子像位置坐标,粒子掩模图的形状和大小提取出单个粒子两点像。再对每个粒子两点像进行自相关、Gaussian 插值提取两点像之间距离,进而计算得到粒子尺寸大小,其测量精度可达到亚像素精度。对标称值为45 μm 的标准粒子进行了测量,粒径测量值为(46.54 ± 0.50) μm,相对误差3.42%。实验结果表明了该方法的可行性。
测量 干涉粒子成像 双光束照明 聚焦像 粒子尺寸测量 
中国激光
2015, 42(12): 1208006
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
发展了一种基于角谱分离的全光分幅方式的多幅激光差分干涉与阴影成像诊断系统,可以在一次实验中拍摄2~4幅、幅间隔3~12 ns的高清晰阴影图像或干涉图像,并结合4f 差分干涉仪结构,可用于具有大密度梯度特征的Z箍缩等离子体的电子密度的高时空分辨诊断。在PTS(Primary Test Stand)装置的柱状单壳层钨丝阵Z箍缩实验中,一序列等离子体内爆阴影图像给出了内爆速度、压缩比、磁瑞利泰勒(MRT)不稳定性演化过程等观测结果。在XP-1 脉冲功率装置的平面钨丝阵实验中,得到的干涉图和电子密度计算结果给出了丝阵早期烧蚀阶段的等离子体分布及演化情况。
成像系统 等离子体诊断 多幅干涉 分幅成像 Z箍缩 电子密度 
中国激光
2015, 42(12): 1208007
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
针对分段光辅助微波频率测量实时性不足的缺陷,提出一种新的改善实时性的光辅助微波频率测量方法。被测微波信号从上下两支路通过双平行马赫-曾德尔调制器(DPMZM)同时对两路不同波长激光进行调制,调制输出激光经过单模光纤、光电转换器还原出微波信号。设置上下支路DPMZM 的相位偏置电压,使上支路频率测量范围大,下支路频率测量范围小,在电域分两步计算处理得到被测微波信号频率。该方法避免了装置的调整及重新校准,从而实现更好的测量实时性。实验结果显示,实验装置在4.3~18.7 GHz的频率范围测量时间小于70 μs 、测量误差±0.4 GHz。
测量 微波光子学 微波频率测量 强度调制 电子战 
中国激光
2015, 42(12): 1208008
作者单位
摘要
西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
近年来,在线三维数字博物馆成为文物保护和资源共享的新兴手段,但是使用三维扫描技术获得的三维轮廓数据体积较大,不便于三维数字博物馆数据的实时加载与显示。针对该问题,提出了一种基于灰度值编码的三维轮廓数据表示方法。在虚拟条纹投影系统的基础上,根据虚拟照相机水平方向分辨率将灰度值编码为8 位灰度图像或者8 位灰度图像和二值图像,并将其作为投影图像进行投影。使用虚拟照相机对发生形变的投影图像进行拍摄,实现三维轮廓数据的图片表示。实验结果表明,与传统的三维数据格式相比,提出方法所需的数据加载及显示时间减少了98%以上,非常适合基于三维轮廓数据数字博物馆的数据实时加载与显示。
信号处理 三维轮廓数据压缩 灰度值编码 虚拟条纹投影系统 三维数字博物馆 
中国激光
2015, 42(12): 1209001
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
莫尔轮廓术是实现物体三维面形测量的主要方法之一,它基于莫尔条纹产生和分析技术。莫尔条纹产生方法主要有阴影法、投影法和数字合成法三种。对于数字合成法,目前通常采用低通滤波提取莫尔条纹,低频区域含有许多无用频率成分,会降低所提取的莫尔条纹的质量。通过分析参考条纹图像和变形条纹图像经相乘、相加、相减运算结果图像的频谱,比较不同滤波处理方法对提取莫尔条纹的影响,提出一种采用带通滤波提取莫尔条纹的新方法。与低通滤波相比,带通滤波可以产生衬比度更高的强度分布为标准余弦分布的莫尔条纹;此外,相加和相减运算产生的莫尔条纹之间相位相差p,明暗反转。计算机模拟和实际实验均验证了上述分析结论的正确性和该方法的有效性与可行性。
测量 三维面形测量 莫尔轮廓术 莫尔条纹 频谱滤波 
中国激光
2015, 42(12): 1209002
作者单位
摘要
山东理工大学电气与电子工程学院, 山东 淄博 255049
利用蒙特卡罗方法模拟了多层离散随机介质对激光的偏振多次散射,结合激光雷达的特点,给出了半解析蒙特卡罗模拟方法的具体模拟步骤,考虑了光子在随机游走时,跨越分界层时引起的自由程调整,根据Mie 散射相函数对不同介质层进行了散射方向抽样,利用该方法计算了双层和三层水云的雷达多次散射去极化率随穿透深度的变化。从计算结果可以看出,随着穿透深度的增加,雷达去极化率增强,激光在从一种介质入射到另一种介质时,其去极化率增加的速度不同,分析了粒子有效半径、单次散射相函数以及消光系数对雷达去极化率的影响。该方法可以应用于偏振激光雷达对非各向同性云层或气溶胶微物理和光学特性的遥感反演。
大气光学 激光雷达 多层介质 蒙特卡罗方法 多次散射 偏振 
中国激光
2015, 42(12): 1213001
作者单位
摘要
空军工程大学, 陕西 西安 710000
采用多层相位屏法模拟了艾里涡旋光束在大气湍流中的漂移特性。讨论了拓扑电荷p、涡旋核相对于光束中心的离轴距离xd,yd 和湍流强度C2n 对艾里涡旋光束在不同传输距离处的漂移特性的影响。研究发现,在相同传输距离处,漂移量随着C2n 的增大而增大。在传输距离比较小时,p 和xd,yd对漂移的影响比较弱,漂移量几乎相等。当传输距离比较大时,漂移量随p 的增大而减小,随xd,yd的增大而增大。此外比较了单束艾里涡旋光束的漂移量和阵列艾里涡旋光束的漂移量,研究发现,阵列艾里涡旋光束的漂移量比较小。
大气光学 艾里涡旋光束 多层相位屏 漂移 
中国激光
2015, 42(12): 1213002
作者单位
摘要
中国海洋大学工程学院, 山东 青岛 266100
针对大尺寸三维物体的测量需求,提出了一种超大尺度的线结构光传感器标定方法。使用平面靶标标定出摄像机内参数的初值,以相邻两控制点之间的距离为约束用LM 优化算法对初值进行优化;采用准一维靶标进行结构光参数标定,提出了一种利用两行标记点求解控制点三维坐标的方法,该方法基于消隐点性质以及各控制点与标记点之间的几何约束。实验结果表明,所提出的标定方法和控制点三维坐标求解方法具有较高的精度和稳定性,且准一维靶标较平面靶标加工成本低、加工难度小、标定过程灵活方便,更适用于大尺度现场标定。
传感器 线结构光传感器 超大尺度标定 准一维靶标 消隐点 
中国激光
2015, 42(12): 1214001
作者单位
摘要
1 贵州大学纳米光子物理研究所, 光电子技术与应用省重点实验室, 贵州 贵阳 550025
2 中国科学院地球化学研究所, 矿床地球化学国家重点实验室, 贵州 贵阳 550003
用脉冲激光制备纳米硅的过程中,在Purcell腔中会形成等离子体晶格结构,这是等离子体激元与光子相互作用的结果,其形成的等离子体晶格与Wigner晶体结构很相似。利用光致发光光谱研究局域态发光特征从而去控制纳米硅结构的发光,在氧气或氮气环境下制备纳米硅样品,由于表面键合作用形成电子局域态会产生几个特征发光峰,分别位于560、600 和700 nm 附近。在氧气环境下用激光照射硅晶片形成硅量子点,可以观察到样品的拉曼光谱随着测量温度的增加而产生频谱移动,这个过程伴随着声子能量的变化。温度较高时,光致发光峰强度下降,同时发射频谱变宽。在77 K 时,可以观察到光致发光峰的红移,这表明局域态发光在纳米硅发光的激活起着重要作用。在带隙中产生的局域态取决于表面键合的情况,表面键合可以激活硅量子点而增强发光。在硅薄膜上掺入稀土金属镱会形成电子局域态发光,可将电致发光的波长调控进入光通讯窗口。
物理光学 纳米硅 光致发光 等离子体激元 局域态 
中国激光
2015, 42(12): 1217001
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
为了提高四象限探测器(QD)光斑位置检测性能,研究了在高斯光斑模型下影响QD位置检测精度的主要因素。分析了四象限探测器位置检测的基本原理,随后根据误差理论推导出高斯光斑模型下位置检测精度与光斑半径、质心位置和系统信噪比关系的数学模型,通过数值仿真和实验分析验证了该数学模型的有效性,并深入分析了各因素对位置检测精度影响的趋势及大小。研究结果表明,对于四象限探测器高斯光斑位置检测系统,在保证检测范围的条件下,采用较小半径的光斑、选取靠近光敏面中心的工作区域和提高系统信噪比可以提高位置检测精度。当系统信噪比为57.48 dB时,采用束腰半径为0.6 mm 的高斯光斑,QD 中心点位置检测精度可达0.514 μm。
测量 四象限探测器 检测精度 高斯光斑 信噪比 
中国激光
2015, 42(12): 1217002