报道了一种采用ZnWO₄单晶作为拉曼晶体的2294 nm拉曼激光器。使用激光二极管端面抽运Tm∶YLF晶体产生1899 nm的基频光,采用内腔抽运ZnWO₄晶体,得到了2294 nm的一阶斯托克斯激光输出,最大功率为173 mW,最短脉宽为2.280 ns,最高峰值功率为25.292 kW,从实验上证实了ZnWO₄作为红外拉曼晶体的可行性。

基于激光调频连续波(FMCW)测距的原理搭建了双光路FMCW测距系统,用正弦调频替代了传统的线性调频,提高了扫频速率。研究了正弦调频下的FMCW测距原理,推导了正弦扫描的重采样公式,提出了信号拼接的方法来增大扫描带宽,并通过正交调制的方法消除拼接误差。实验结果表明,使用正交调制的方法拼接等光频重采样校正的信号后,频谱分辨力可达127 μm,接近理论分辨力。在3.3~4 m的范围内,所提方法的结果与参考干涉仪的误差不超过203 μm,标准差小于194 μm。

设计了蓝光二极管抽运掺镨氟化钇锂(Pr∶YLF)腔内倍频 348.9 nm紫外激光器。激光器采用Z型折叠腔结构,利用45°合光片将抽运功率为1.4 W的444 nm蓝光和抽运功率为1.5 W的469 nm蓝光进行激光二极管合光,并将其作为抽运源,抽运长度为5 mm、掺杂浓度(质量分数)为0.5%的Pr∶YLF晶体。将I类相位匹配的三硼酸锂作为倍频晶体,通过优化谐振腔镜膜系和腔型设计,在抽运功率最大时,获得了最大输出功率为132.2 mW、中心波长为348.9 nm的连续紫外光输出,抽运光到紫外光的光-光转换效率约为4.5%。

设计了一种新型高功率直接液冷固体薄片激光器,由数十至数百片透射薄片密集堆叠构成分布式增益系统,使特种激光冷却液在增益介质间的平板微流道内流动以实现薄片直接冷却,有效解决了传统高功率固体激光器中增益介质焊接于热沉引入的热致应力、焊接面变形等问题。对该激光器的腔内损耗、腔内像差等参数进行了优化设计。分析了影响光-光转换效率的关键因素,根据像差特点给出了光束质量控制方法。将20片薄片以特别角度密集堆叠构成增益模块,利用两个增益模块在稳腔和非稳腔中均实现了功率大于9 kW的准连续波(QCW)偏振激光输出,且这一实验室光源的体积小于0.4 m ³。

报道了一种基于玻璃分相技术制备大尺寸(直径为3 mm,长度为270 mm)掺镱(Yb ³⁺)石英玻璃芯棒,进而制备大芯径(纤芯直径为80 μm,外包层直径为400 μm)掺Yb ³⁺双包层光纤的新技术。实验测试了光纤的折射率剖面、Yb ³⁺吸收谱以及背景损耗,并演示了其激光性能。结果表明:该光纤的纤芯折射率分布均匀,数值孔径约为0.065;Yb ³⁺的掺杂浓度(质量分数)为1.22%,在976 nm处的吸收系数为6.5 dB/m,在793 nm处的背景损耗为0.03 dB/m;基于主控振荡器的功率放大器结构,光纤在976 nm半导体激光器抽运下实现了1080 nm激光输出,光纤长度为2.5 m,斜率效率达到78%,最大激光输出功率为300 W。玻璃分相技术为制备大尺寸、高均匀性有源石英玻璃芯棒提供了新的技术路径,在制备大芯径高掺杂光纤及具有复杂纤芯结构的有源光纤方面具有巨大潜力。

通过248 nm KrF准分子激光辐照,可以快速地制备PA2200材料三维(3D)打印件亲水性表面,打印件表面接触角从120°减小至70°,且辐照后打印件相结构未发生变化。通过X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪等表征手段,进行打印件的表面形貌、微观结构、极性官能团种类和数量的变化分析及Cassie-Baxter模型分析,结果表明KrF准分子激光辐照PA2200材料3D打印件可以使打印件表面变得光滑,同时可以产生C=O双键亲水性基团,改善并调控打印件表面浸润性。

对里程计辅助的车载激光捷联惯导系统(SINS)的动基座初始对准问题进行了可观测性分析。首先,考虑里程计刻度系数误差、惯性测量单元零偏、SINS安装误差角等系统误差项建立了系统方程。然后,从系统方程出发,将系统可观测性问题转化为判断系统状态量是否存在唯一解的问题,利用全局可观测性分析方法对系统状态进行了可观测性分析,并给出了一种系统可观测的充分条件。最后,根据可观测性分析结论设计了初始对准算法及在轨激励方式。通过扩展卡尔曼滤波器对里程计辅助的车载激光SINS初始对准进行了计算机仿真,仿真结果验证了理论分析结果的正确性。

为了获得峰值功率高、相干性好、频差大的双频脉冲激光,设计了一种二极管端面抽运被动调Q双腔双频Nd∶YAG激光器,该激光器采用共增益T型双驻波腔结构,腔内偏振分光棱镜和半波片组成的双折射滤光片作为激光纵模选择元件,并以Cr ⁴⁺∶YAG晶体作为腔内被动Q开关,使1064 nm激光的p分量和s分量分别在直线腔和直角腔内同时以单纵模振荡,从而获得1064 nm正交线偏振双频激光脉冲输出。建立了被动调Q双腔Nd∶YAG激光器速率方程组,理论分析了双腔脉冲激光输出特性,实验研究了双腔双频脉冲激光的振荡特性和输出特性。实验结果表明:当激光二极管的抽运功率为2.7 W时,从直线腔输出的p偏振单频脉冲激光的重复频率、脉冲宽度和峰值功率依次为5.8 kHz、42 ns和126.4 W;从直角腔输出的s偏振单纵模激光脉冲的重复频率、脉冲宽度和峰值功率依次为5.8 kHz、40 ns和133.6 W。该双频脉冲激光的频差约为10 GHz。这种双频脉冲固体激光器在激光干涉测量和相干激光雷达探测等领域具有广阔的应用前景。

提出了一种将中能量密度高速面域扫描粘接与高能量密度轮廓碳化分割相结合的复合扫描方法,并采用该方法及常规扫描方法对宝珠覆膜砂进行烧结实验;研究了烧结件的拉伸断口形貌、抗拉强度、成形精度和变形量,结果表明:复合扫描方法能有效去除次级烧结体,提高烧结件的精度及烧结初强度,减小后处理加热强化过程的变形量,最终获得了高精度、高性能的烧结件。

采用激光沉积修复技术和电弧增材修复技术分别对预制损伤激光沉积制造TC4进行修复,然后对其进行不同的热处理,研究两种修复制件在热处理前后的组织和力学性能。结果表明:两种修复件的修复区均与基材形成了致密的冶金结合,无明显的热影响区;两种修复件的显微组织存在差异,激光修复区中的β柱状晶由基材延伸到修复区顶部,整体组织较为一致,而电弧修复区中出现了粗大的β等轴晶,晶内α相较基材的更细长;激光修复件的综合性能较好,其强度与塑性均高于TC4锻件标准,电弧修复件的强度与激光修复件的相当,但断面收缩率较激光修复件的低; 600 ℃退火处理对组织及性能的影响较小,而固溶时效处理能使α相明显粗化,大幅提升其塑性,且对强度的影响不大,可使制件获得较佳的强度/塑性匹配;两种热处理态修复件的拉伸断裂机制不同,激光修复件的断口表面布满大而深的韧窝,为韧性断裂,而电弧修复件断口上的颈缩不明显,韧窝较浅且起伏较小,表现为准解理断裂特征。

采用数值分析方法,研究了301L不锈钢不同厚度板的非熔透搭接激光焊接接头在拉伸过程中的弹塑性演变、应力分布和拉伸断裂行为。建立了激光焊件的有限元模型,模拟得到的焊件拉伸曲线与实验结果有较好的一致性;随着拉伸载荷的增大,焊接试样塑性变形从靠近焊缝界面的母材向焊缝界面和母材两个方向扩展。随着焊缝熔宽/板厚比的增大,焊接试样的塑性应变区从焊缝界面附近逐渐扩展到母材内,拉伸断裂位移随着塑性变形区的增大而增大。当焊缝熔宽与板厚之比大于0.75时,焊件的断裂位移量大于5 mm,焊件有较高的断裂强度,激光焊缝的剪切断裂强度约为794 MPa。

研究了激光熔覆沉积Ti6Al4V过程中超声振动对其沉积态及固溶时效成形件微观组织和力学性能的影响。研究结果表明,沉积时超声振动可减小成形件的表面粗糙度和残余应力,使β柱状晶得以细化,成形件强度和延伸率略有升高。成形件经过固溶时效处理后,形成了由等轴α相、网篮片状α相和转变β相组成的混合组织,但晶粒仍然较小,延伸率较高,塑性大幅提升,强度有所降低,综合力学性能超过了锻件标准。

研究了氦-氩混合保护气体对铝合金激光- MIG复合焊熔滴过渡行为及焊缝气孔缺陷的影响,结合焊接过程中匙孔的动态特征,分析了气孔缺陷得到抑制的原因。结果表明,采用氦-氩混合保护气体时,焊接过程匙孔更加稳定,焊缝气孔率得到有效降低。当氦-氩混合保护气体中氦气体积分数为50%时,熔滴过渡形式由射滴过渡转变为短路过渡,焊缝气孔率约为1.0%,相比于纯氩气保护时降低了80%;继续增加氦气,对气孔的抑制并无显著效果。纯氦气时,焊接过程中产生大量飞溅,焊缝表面成形差。

国家自然科学基金、广东工业大学“计划”启动基金;

以3 mm厚高强钢为试验材料,采用光纤激光-熔化极稀有气体保护焊电弧复合焊接方法,研究了焊速为5 m·min ^-1时激光功率与电弧电压对焊缝形貌的影响,并与低速焊接中厚板得到的焊缝形貌进行了比较。研究结果表明,增大电弧电压和激光功率均能提高焊接过程的稳定性,获得良好的焊缝成形。在不同的热源位置下,焊缝形貌会出现浅“Y”型和深“Y”型的区别。通过高速摄影发现,当激光前置时,熔滴尺寸较大,且过渡时易发生汽化爆炸,对熔池的冲击较大;当电弧前置时,匙孔稳定存在,液态金属能沿着孔壁向下流淌,增大熔池底部面积。在低速焊接中厚板时,由于焊接线能量及工件的表面张力存在差异,焊缝形貌与高速焊接薄板时得到的形貌不一致。

在医用不锈钢中加入适量的过饱和铜离子后形成的含铜不锈钢,具有较好的生物功能。用激光合金化方法代替传统的热处理合金化方法,在不锈钢的表面形成铜钴合金层,探索一种以上的合金元素同时存在于合金层中的可能性。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪分析了合金层显微组织的结构特征。通过大肠杆菌实验验证了合金层的杀菌功能,通过盐水腐蚀实验分析了合金层的抗腐蚀能力。结果表明:当激光功率为600 W、扫描速度为400 mm/s、预置厚度为500 μm、搭接率为35%时,用铜钴质量百分比为1∶1的混合粉末制成的合金具有稳定的表面金相组织,其杀菌能力以及耐腐蚀性能较好,且合金层的硬度较基体高约20%。激光合金化方法可以代替传统合金化方法进行生物功能化医用金属的制备。

通过激光立体成形得到了Inconel 718合金沉积态和固溶态试样,研究了时效温度及时效时间对δ相尺寸、形貌和体积分数的影响。结果表明,沉积态试样δ时效处理时,δ相首先在枝晶间的Laves相周围以短针状的形态析出,不形成长针状的穿晶δ相;固溶态试样δ时效处理时,在890 ℃下长时间时效处理可形成穿晶的δ相,而950 ℃下时效处理时δ相只在晶界处以短棒状析出。固溶态试样δ相析出的孕育期延长,且时效结束后形成的δ相体积分数较小。沉积态和固溶态试样中δ相的析出表观激活能分别为1917 kJ·mol ^-1和1867 kJ·mol ^-1。

利用激光选区熔化(SLM)工艺成形TiB₂/S136复合材料,研究了激光体能量密度η对SLM成形试样致密度、微观组织及力学性能的影响。采用X射线衍射仪、场发射扫描电镜、透射电镜等研究成形试样物相成分、表面形貌及微观组织。结果表明:当η过低时,粉末熔化不完全,形成大量残余孔隙;而当η过高时,受热应力影响,成形试样存在微裂纹。当η=66.7 J/mm ³时,成形试样表面缺陷少,致密度高达97.3%,存在细化的、分布均匀的等轴晶,其平均显微硬度高达742.4 HV0.1,平均摩擦系数和磨损率分别为0.5593和0.272×10 ^-4 mm ³·N ^-1·m ^-1,耐磨性能优异,抗拉强度达到1051.3 MPa,延伸率为5.84%,塑性较好。因此,SLM成形TiB₂/S136复合材料的最佳η为66.7 J/mm ³,η过高或过低,均会严重影响TiB₂/S136复合材料的致密度及力学性能,该研究为SLM成形高性能模具钢材料提供了有益的理论和工艺借鉴。

采用相同工艺参数和热处理/热等静压技术,激光选区熔化成形两种不同粉末成分(A批原材料中碳和锰含量较高,B批原材料中硅含量较高)Hastelloy-X合金试样,测试了室温/高温拉伸性能,分析了微观组织特征及室温拉伸断口。结果表明:两种材料成形横向制件的组织形态相似,纵向制件的组织晶粒形态和晶内碳化物析出差别较大;A批组织为等轴晶,晶内碳化物析出较多,B批组织为沿纵向的柱状晶;A批材料的室温/高温拉伸性能均达到了棒材锻件标准,B批材料的横纵向拉伸性能存在较大各向异性,纵向拉伸试样呈现低强度高塑性的特点,且受硅、碳元素的影响;两批材料的室温拉伸断口均存在明显的塑性变形,为杯锥状沿晶韧窝断口。

为了获得高强度、高韧性、耐蚀性好的铁基合金涂层,在Q235基体上激光熔覆了含微量硼元素的低碳、低合金马氏体/铁素体双相不锈钢(M/Fss)合金粉末。研究结果表明,所制备的激光熔覆层表面具有金属光泽,内部无夹杂、气孔等缺陷。熔覆层由马氏体、铁素体、主要沿枝晶间呈均匀不连续分布的硼碳化物M(B,C)和少量在枝晶内析出的M₂₃(B,C)₆组成(M为Fe、Cr等)。熔覆层力学性能优异,平均显微硬度为431.9 HV,抗拉强度为1352 MPa,延伸率为12.3%,且耐腐蚀性能优于1Cr13马氏体不锈钢。这一新型的M/Fss涂层可广泛应用于同时对力学性能和耐蚀性能要求高的工作环境下的铁基材料表面改性或再制造。

基于迈克耳孙干涉仪的原理,采用共线自相关的测量方法,同时对强度自相关和二维电场自相关进行测量。对强度自相关的测量数据进行高斯拟合,得到所测脉冲时域内光强的半峰全宽约为96.2 fs;由CMOS图像传感芯片所测得的二维电场自相关中干涉条纹的分布情况,可以得到脉冲光斑波前相位的倾斜信息;通过对干涉条纹随时间延迟变化的漂移以及持续时间,采用傅里叶级数拟合分析手段,在延迟位移平台精度限制内,得到脉冲光功率谱存在微弱的1090 nm成分。

为满足高精度、大尺寸、高动态的测量需求,提出一种基于光学频率梳方法的绝对测量方案。采用级联相位调制器和强度调制器的电光调制方法生成平坦的光学频率梳,可以实现频率的直接溯源,成本低且易于复现。实现了对数学模型的建立及生成质量的评估,并且将其应用于改进的多波长测距系统中。该系统实现了对传统的多波长测量系统的简化,通过解算出合成波长的相位信息实现了对绝对距离的测量以及对测量过程中噪声和不确定度的分析。

单光子数技术是量子光学领域中非常重要的一种技术,已被广泛应用于双光子符合探测及关联调控实验。通过一张单光子计数卡和一台路由器,利用双光子符合探测原理,采用分时复用的方法,构建了三光子符合测量的硬件系统,并基于LabVIEW实现了三光子符合计数系统的软件控制。该系统可以实现双光子符合计数和三光子符合计数、实时显示与存储。该系统对六波混频过程产生的3束光进行三光子符合探测,获得了较好的实验结果。该系统可应用于量子通信研究领域的经典光源,也可应用于非线性过程产生的具有时间-频率量子关联特性的其他非经典光源。

传统的线激光扫描技术以机器视觉为基础,算法复杂、计算量大,且匹配效率不高;而点激光扫描技术是以激光三角法为基础,算法简洁,但测量慢、点云稀疏。为解决上述问题,提出以激光三角法为基础的线激光扫描技术,根据相机针孔模型以及相机和线激光器的相对位置关系建立物像关系方程,求解场景三维坐标,简化了重建算法。采用以最小二乘法为基础的标定算法,实现了相机与线激光相对位置参数和系统旋转中心偏移参数的标定。同时分析了系统的理论精度,并结合场景重建实验和精度评估实验,对系统的可靠性和精度进行了验证。实验结果表明该系统效率高、精度好;在1000~1700 mm测量范围内该系统的绝对误差小于2.6 mm,精度高于0.25%,满足一般场景重建的要求。

偏振调制测距方法利用往返调制偏振光传递待测距离相位信息,角反射器作为其合作目标,其对调制偏振光的偏振响应会影响系统性能。为研究该响应,提出调制偏振光的复信号描述方法,在测量系统的全局坐标系下,结合偏振传递参数获得反射调制偏振光的复信号表示。分析了正入射时未镀膜实心(BK7)和空心(Au膜层)角反射器对调制偏振光的偏振响应特性;比较三种常用金属膜层对调制偏振光的保偏性能,并分析角反射器姿态角对保偏特性的影响。计算结果表明:Ag膜层对调制偏振光的保偏性能优于Au膜层和Al膜层;全局坐标系下调制偏振光振幅比受偏摆角影响显著,相位延迟受俯仰角影响显著。研究结果可为偏振调制测距系统的优化设计提供理论指导。

设计了基于无自旋交换弛豫(SERF)的高灵敏度非低温铷原子磁力仪,其灵敏度在15 Hz处达到了6 fT/ Hz。利用此SERF磁力仪,在屏蔽筒内测量了人脑视觉皮层在睁眼和闭眼状态下的磁场差异。该SERF磁力仪采用抽运-探测双光模式,与单光配置相比,双光SERF磁力仪可以实现更高的灵敏度,并且不需要额外的磁场调制,因此省略了采集系统中复杂的锁相放大器。这种装置更有利于实现小型化的全头脑磁图传感器阵列。

提出了一种实现动态目标散射成像的方法。通过四步相移干涉法测量得到光学传输矩阵,数值仿真了相位共轭、Tikhnov正则化和全变分最小化三种重建算法对透过散射介质的不同动态目标的跟踪与重建,并搭建实验装置,验证了此方法的可行性,分析比较了三种算法的重建能力。结果表明,全变分最小化算法的重建效果最好。该方法为生物医学领域中透过散射介质对动态目标成像提供了新思路。

设计了一种抗弯曲大模场面积单模光纤方案——沟槽辅助型瓣状光纤。纤芯中间加入了低折射率辅助沟槽,纤芯四周围绕高折射率扇形瓣。利用COMSOL软件计算模式损耗、模场面积等性能。研究表明: 在弯曲半径为15 cm的情况下,光纤模场面积可达700 μm ²,高阶模和基模损耗比大于100,能够实现有效单模操作。此外,当弯曲方向在[-180°,180°]范围内变化时,光纤性能保持稳定。这种光纤在紧凑型高功率光纤激光器和放大器领域显示出巨大的潜力。

基于级联相位调制器(PM),设计并实现了一种梳线数量与梳线间距均可调谐的光学频率梳(OFC)产生方案。采用正弦型射频信号与其倍频信号分别驱动两级PM,并在第二级射频信号加入微小的频率偏移,得到了相位不敏感、平坦度高的OFC。梳线数量与平坦度由两级PM的调制指数调控。当频率偏移为第二级射频信号频率的10 ^-5倍时,OFC的平坦度低于3 dB。实验结果表明,产生OFC的梳线数量为7,9,11根,梳线间距分别为5.5 GHz和7.5 GHz,平坦度不超过2.4 dB。

实验研究了低损耗硫系玻璃As₂S₃光纤的纤芯在532 nm近带隙光照射下的光敏性。实验结果表明,光开始照射时其纤芯的光致折射率变化朝负方向快速减小,然后随着光照时间延长,折射率变化朝正方向缓慢恢复增加。这两个过程经历的时间和折射率变化的大小均取决于光照功率。光照功率增大到一定阈值时,在恢复过程中,光致折射率变化出现正增加,且随光照功率继续增大和曝光时间延长,折射率变化可增加到约3×10 ^-3。另外,实验初步制备了As₂S₃光纤的布拉格光栅,曝光期间其中心波长先蓝移,后恢复并红移。同时,实验还发现,在近带隙光照下As₂S₃光纤出现光阻断效应现象, 其截止效率约为55%。

针对较厚的组织,普遍采用的自适应光学技术由于其单次校正视场范围有限,空间光调制器或可变形镜的刷新率有限,难以满足大视场范围波前畸变的快速校正,进而难以满足大视场高速成像的需求。结合共轭型自适应光学系统和相干光自适应校正技术,提出了一种并行的波前畸变校正算法,该算法可以在不增加空间光调制器等刷新次数的前提下,通过并行测量多个导引星的波前畸变,实现大视场范围内像差的一次性校正,为生物组织深处的高速、高分辨成像提供一种可行的参考方案。仿真结果表明:在采用9个导引星时,针对5层随机相位屏构成的薄散射介质,该算法单次校正的有效视场约为传统算法的4.7倍;对于120 μm厚的小鼠大脑组织切片样本,单次校正的有效视场约为传统算法的4.6倍。所提算法可以通过增加导引星的数量来进一步增大一次校正的视场范围,并且不会显著增加校正时间,在活体生物样本的大视场成像中具有广阔的应用前景。

提出了一种基于角谱衍射理论的误差扩散算法。通过分层角谱算法计算得到三维物体的复振幅全息图,利用误差扩散法计算得到纯相位全息图,并重建出清晰的再现像,实现了对三维物体纯相位全息再现像的散斑噪声的抑制。仿真实验验证了该方法的可行性及优越性,所提方法明显提高了重构图像的质量。

全息体视图打印技术是当下广泛应用的一种全息技术。近年来本课题组提出了一种新的对视角图像进行预处理并进行全息体视图打印的方法,称为有效视角图像切片嵌合(EPISM)法,该方法可以通过一步记录实现传统两步法的全息打印效果,具有很高的研究价值。为了在光学实验之前对EPISM法全息体视图的打印结果进行预测,提出一种EPISM法全息体视图的数值重构算法,采用该算法对EPISM法处理过的合成视角图像进行数值重构,可以在光学打印之前预先得到不同观察角度和观察位置所看到的再现图像。将数值重构图像与原始采样图像以及光学实验再现像进行比较,结果表明:该算法可以较好地对EPISM法全息体视图打印的光学实验结果进行模拟。

针对光学多图像加密出现的串扰噪声大和复用容量小的问题,提出了一种基于联合功率谱(JPS)分区复用的光学多图像加密方法。该方法首先利用相位恢复算法开展相位模板优化设计,压缩了单通道JPS面积,然后在优化后的相位模板上叠加线性相位,使各通道JPS在频谱面上产生不同的位置平移,再经过窗口滤波,实现无串扰叠加。此外,以“密钥相位核+偏转角数据包”形式进行密钥内容规划,在确保加密方法安全性以及密钥空间足够大的同时,压缩了需传递的密钥数据量。数值仿真结果表明,对9幅灰度图像进行加密,其解密图像与原始图像的相关系数值均达到0.94以上,解密效果显著。当解密质量评判阈值设定在0.95时,灰度图像和二值图像的最大压缩效率因子分别达到12和32,密文压缩能力显著。最后,搭建光学实验系统,进一步验证了该方法的可行性。

为满足海水温度高精度快速测量的需求,提出了一种基于光纤法布里-珀罗(F-P)传感器的温度传感方案。该传感器由硅片和光纤尾纤组成,硅片作为光纤F-P传感器F-P腔的腔体,利用硅的热光效应和热膨胀效应实现温度的传感。采用基于二分法的交叉相关快速解调算法对光纤F-P传感器进行高精度的快速解调。对制作的光纤F-P温度传感器进行测试,结果表明:该传感器可达到0.15 ℃的温度测量精度,可分辨0.001 ℃的温度变化,温度响应时间可达到128 ms。该传感器有望在投弃式测量领域得到应用。

分析了用于对地成像的天基合成孔径激光雷达(SAL)系统指标,采用10 m口径膜基衍射光学系统以满足功率口径积的要求,用合成孔径雷达相控阵天线模型分析了器件参数和衍射光学系统的波束方向图。针对大口径衍射光学系统存在的孔径渡越问题,提出了基于数字信号处理的高距离分辨率信号补偿聚焦方法。研究结果表明:10 m衍射口径天基SAL系统有可能对远距离特定目标进行高数据率、高分辨率成像跟踪,该技术的实现具有一定的可行性。

报道了一种基于光纤激光器内腔调制的低探测极限折射率传感系统。将基于单模-无芯-单模的全光纤多模干涉结构作为损耗调制器件插入光纤激光器环形腔内,采用激光器内腔调制技术获得了高灵敏度、高信噪比、窄半峰全宽的传感信号,从而实现了低探测极限的折射率测量。系统的折射率探测极限可达7.3×10 ^-7 RIU。该传感系统具有输出稳定、温度交叉敏感小的特点,在高精度生物化学传感、海洋环境监测等领域具有一定的应用潜力。

拉曼光谱分析技术具有快速响应、非接触、检测限制小、灵敏度高的优点,广泛应用于生产生活的众多领域。然而实际测得的原始拉曼光谱总会有不同程度的基线漂移,严重影响光谱分析的有效性和准确性。针对现有基线校正方法容易造成估计基线偏低、校正后光谱抬升的问题,提出了一种基于局部对称重加权惩罚最小二乘(LSRPLS)的基线校正算法,该算法在非对称惩罚最小二乘的基础上,使用softsign函数引入局部对称加权的思想,对光谱中无谱峰的基线区域赋予相近的权重,并通过迭代调整估计基线的权重。在模拟和实际拉曼光谱上分别进行了验证。实验结果表明:LSRPLS基线校正算法不仅能对不同类型的光谱基线进行校正,而且与现有的基线校正方法相比,具有更高的准确度和稳定性。基线校正后的光谱在主成分空间上的聚集度得到提升,模型的分类准确性明显提高,说明LSRPLS算法在去除基线的同时,能够保留光谱的有效信息,为拉曼光谱的进一步分析提供了依据。

铜铟镓硒薄膜中4种元素的含量比对薄膜的性能有非常大的影响。采用磁控溅射方法在不同工作气压下制备了铜铟镓硒薄膜,利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术实现了铜铟镓硒薄膜中Ga含量与(In+Ga)含量之比以及Cu含量与(In+Ga)含量之比的定量分析。分析了不同工作气压下制备的铜铟镓硒薄膜中元素谱线的强度,结果表明:I_Ga/I_(In+Ga)与薄膜的禁带宽度是对应的,均随工作气压的增加而先增大后减小,当工作气压为2.0 Pa时,获得了最大的薄膜禁带宽度;I_Cu/I_(In+Ga)与能谱仪测得的浓度变化一致。LIBS技术能够实现薄膜中元素含量比例的快速检测,不同元素谱线强度的相对比值能够间接反映薄膜中元素含量的比值,验证了LIBS技术在薄膜分析方面的潜力,为优化磁控溅射制备铜铟镓硒薄膜的工作参数提供了方法和技术支持。

研究了二阶磁梯度诱导的纳米金刚石氮空位(NV)色心耦合机械振子系统中两机械模式与NV色心的纠缠动力学特性,分析了系统相干角、机械模式的衰减率、NV色心的自发衰减率等对纠缠的影响。研究结果表明,选择合适的系统参数可以制备机械模式和NV色心之间的最大纠缠态;相干角对系统的纠缠动力学特性具有重要影响,当耗散存在时,通过控制相干角可以有效调节系统抵抗纠缠衰减的能力;相比于NV色心的自发衰减,机械模式的衰减使系统纠缠更快衰减和消失。

设计了一种嵌入磁性材料微腔的可调制的PT对称结构。通过传输矩阵法计算结构的传输谱,研究了磁微腔共振对PT对称结构的调制效应,得到一种可被入射角度方向和大小双重调制的增强的非互易带边模式,调制结果是带边模式在左右带边的转换。磁场大小的增加会导致带边模式向高频移动,磁场方向的变化也会引起带边模式在左右带边的转换。