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 2019, 46(10)

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中国激光 第46卷 第10期

史杨 1许兵 1,*吴东 1肖轶 3,**[ ... ]姚成立 2
作者单位
摘要
1 中国科学技术大学工程科学学院, 安徽 合肥 230026
2 合肥师范学院化学与化学工程学院, 安徽 合肥 230601
3 南通职业大学机械工程学院, 江苏 南通 226007
飞秒激光具有独特的超短脉宽和极高的峰值强度,飞秒激光直写技术已广泛用于功能化微流控芯片的制备。从3个方面针对基于飞秒激光直写技术的微流控芯片进行综述:不同材料微流控芯片中的飞秒激光功能器件集成技术、飞秒激光集成微流控芯片的多功能应用以及微流控芯片的高效率飞秒激光加工技术。通过对飞秒激光直写技术在微流控领域的研究结果进行总结与归纳,为飞秒激光直写技术制备微流控芯片的研究、应用及发展方向提供参考。
激光技术 飞秒激光 微流控芯片 微管道 多功能应用 快速加工 
中国激光
2019, 46(10): 1000001
李学文 1,2于春雷 2沈辉 1柏刚 1,2[ ... ]周军 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 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
针对高功率强抽运条件下,热光效应及其引起的模式不稳定效应对高功率大模场光纤功率及亮度提升的限制,理论仿真了有源光纤吸收系数变化对光纤热沉积、热致折射率以及光纤数值孔径的影响,分析表明高吸收系数光纤带来更高热负荷密度,在热光效应调制下加剧光纤数值孔径的增大程度,从而降低光纤激光的模式不稳定阈值。在理论研究基础上设计并制备了两款不同抽运吸收系数光纤样品并展开了高功率模式不稳定实验研究。实验结果证明,吸收系数为1.71 dB/m的光纤样品的模式不稳定阈值激光功率约为800 W,吸收系数为1.20 dB/m的光纤样品在输出激光功率达到1700 W时仍未观测到任何模式的不稳定现象,实验结果验证了降低光纤的抽运吸收系数可提升热致模式不稳定阈值的理论分析。该研究结果为设计研制大模场有源光纤,并获得更高功率光纤激光输出提供了一种新颖有效的技术途径。
光纤激光器 增益光纤 模式不稳定 抽运吸收系数 热光效应 
中国激光
2019, 46(10): 1001001
作者单位
摘要
THz频段的量子级联激光器通过电子在半导体量子阱导带子带间的跃迁发光,是具有连续波操作特性和电泵浦特性的THz源。THz量子级联激光器具有体积小、重量轻、紧凑且易集成等特点,是目前发射能量最高的固态THz源。对近年来双金属波导型THz量子级联激光器在窄光束角、频率可调谐和高功率输出三方面的发展进行综述和介绍。
激光器 太赫兹 量子级联激光器 波导 
中国激光
2019, 46(10): 1001002
作者单位
摘要
1 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
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
3 中国科学院大学, 北京 100049
飞秒强激光与气体相互作用产生高次谐波是重要的超快相干光源,模拟发现,中红外飞秒激光脉冲可以通过交流斯塔克效应在原子基态与激发态之间实现多光子共振增强,产生高亮度的单色高次谐波辐射。通过数值求解含时薛定谔方程发现,存在阈值以下共振增强的非常规高次谐波,且在较低光强下存在一个最优光强使其可以达到最高产生效率。时间-频率分析结果表明,该共振增强可通过强场下的二阶交流斯塔克效应实现,其对驱动激光波长不敏感。这种新机制使得中红外波段的飞秒激光脉冲更有利于产生高亮度的超快单色紫外/极紫外(UV/XUV)光源,在凝聚态物理、材料科学等领域具有重要的应用前景。
激光光学 斯塔克效应 单色极紫外光源 飞秒激光 高次谐波 
中国激光
2019, 46(10): 1001003
李斌 1,2,*孙冰 2,3苗银萍 1
作者单位
摘要
1 天津理工大学电气电子工程学院, 天津 300384
2 天津梅曼激光技术有限公司, 天津 300111
3 天津大学精密仪器与光电子工程学院激光与光电子研究所, 光电信息技术科学教育部重点实验室, 天津 300072
报道了一种锁波长914 nm共振抽运的Nd∶YVO4/LBO腔内倍频的绿光激光器,利用锁波长914 nm的半导体激光器作为抽运源,极大地提高了抽运的均匀性和抽运效率,降低了激光器的热效应,从而获得了高光束质量的532 nm激光输出。当抽运功率为18 W,调制频率为130 kHz时,获得了最高输出功率为6.7 W的绿光,入射抽运光的光-光转换效率为37.2%,对应的吸收抽运光的光-光转换效率为60%。
激光器 锁波长 共振抽运 Nd∶YVO4晶体; 倍频 532 nm 
中国激光
2019, 46(10): 1001004
作者单位
摘要
1 西安理工大学机械与精密仪器工程学院, 陕西 西安 710048
2 西安北方捷瑞光电科技有限公司, 陕西 西安 710111
采用有限元分析法,分析棱镜式激光陀螺在光胶区存在划痕条件下及在变温过程中,光胶表面残余应力的产生和放大情况。以熔融石英材料介电张量随应力的变化为出发点,分析应力与陀螺测量值之间的关系。分析结果表明:光胶区划痕产生的应力将在数倍划痕宽度的区域内产生影响,应力造成激光陀螺内振荡光频率分裂及偏振态改变,陀螺闭锁阈值升高,进而影响陀螺的测试精度和工作稳定性。通过陀螺变温测试实验,检测地球自转角速度的天向分量,利用合光光斑形貌和精度曲线稳定性验证理论研究的正确性。
激光光学 激光陀螺 残余应力 应力双折射 光胶 
中国激光
2019, 46(10): 1001005
作者单位
摘要
西安理工大学机械与精密仪器工程学院, 陕西 西安 710048
设计了一种基于半导体激光器的780 nm高光谱分辨率激光雷达。发射系统以分布反馈式半导体激光器为种子源,利用脉冲电流驱动的锥形半导体光放大器实现窄线宽微脉冲激光输出。分光系统由干涉滤光片、法布里-珀罗标准具和铷原子吸收池构成。干涉滤光片带宽为0.5 nm,法布里-珀罗标准具的半峰全宽为2.8 GHz,二者串联可有效剔除太阳背景光。温度为338 K的铷原子吸收池对米氏散射信号的抑制比达33 dB,可有效提取瑞利散射信号。基于美国标准大气模型对系统进行了数值仿真,验证了系统的探测能力。研究结果对气溶胶光学参量的探测研究具有重要意义。
激光器 半导体激光器 气溶胶 高光谱分辨率激光雷达 铷原子吸收池 
中国激光
2019, 46(10): 1001006
王冰艳 1李养帅 1,*张攀政 1,**王利 1[ ... ]朱健强 1
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 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800
重复频率激光放大器是实现重复频率激光器的关键器件,其重复频率取决于对抽运及放大过程中产生热量的有效控制。针对千焦耳量级输出重复频率激光器的需求,通过合理的结构设计、冷却液选型及测试等,研制出一台基于氙灯抽运、钕玻璃增益介质、液体冷却、通光直径为Φ130 mm的激光放大器样机。测试结果表明,该放大器样机可实现每分钟一次的重复频率运行,同时具备双程1.3189倍净增益,双程动态波前PV(peak to valley)平均值为0.2718波长(λ)(20 ℃,λ=1053 nm,10发次计)和0.3223λ(30 ℃,λ=1053 nm,10发次计)。
激光器 重复频率激光放大器 液体冷却 氙灯抽运 钕玻璃 
中国激光
2019, 46(10): 1001007
作者单位
摘要
西北核技术研究院激光与物质相互作用国家重点实验室, 陕西 西安 710024
数值模拟975 nm和1975 nm双波长泵浦3.5 μm Er∶ZBLAN光纤激光器。计算给出激光功率和粒子数密度随时间和位置的二维分布,计算结果与实验报道吻合较好。模拟双波长泵浦3.5 μm Er∶ZBLAN光纤激光器实现稳定连续激光振荡的整个过程,计算分析泵浦功率、1975 nm泵浦光重叠因子、输出镜反射率、离子间相互作用等参数对3.5 μm激光功率的影响,分析ESA2产生显著影响的条件。数值模拟对深入理解双波长泵浦3.5 μm Er∶ZBLAN光纤激光器的动力学过程和优化激光器设计有一定指导意义。
激光光学 中红外双波长泵浦 氟化物光纤 有限差分法 
中国激光
2019, 46(10): 1001008
作者单位
摘要
1 中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程中心, 北京 100083
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049
利用多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics分别对不同厚度焊料以及不同厚度WCu次热沉封装的大功率半导体激光器巴条进行模拟。结果表明:无论是In焊料还是AuSn焊料,其最大热应力均产生于WCu次热沉与Cu热沉界面处;相同厚度In焊料和AuSn焊料封装的激光器管芯热应力分别为3.57 GPa和3.83 GPa,光谱峰值处波长分别为800.5 nm和798 nm;降低焊料的厚度,有利于减小激光器管芯内部的热应力和温度,但焊料厚度过薄,则可能会导致激光器管芯焊接不牢或焊料分布不均匀、焊料层内部出现空洞等现象,因此焊料厚度的选择应从整体进行考虑;随着WCu次热沉厚度的增加,激光器芯片受到的热应力变小,但管芯温度升高,WCu次热沉的最优厚度为380 μm。本研究结果为优化设计大功率半导体激光器巴条的封装提供了依据,对实际生产具有指导意义。
激光器 封装 热应力 COMSOL Multiphysics 仿真 
中国激光
2019, 46(10): 1001009
叶云霞 1,2,*刘远方 1,2杜婷婷 1,2花银群 1[ ... ]黄煊 1
作者单位
摘要
1 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
2 江苏大学微纳光电子与太赫兹技术研究院, 江苏 镇江 212013
梯度润湿性表面能够自主驱动液滴进行可控的定向流动,具有重要的应用价值。采用纳秒激光在304不锈钢表面加工微结构,并辅以低温热处理方法,获得了激光快速加工梯度润湿性表面。采用扫描电子显微镜、能谱分析和接触角测量仪分别观察和表征了加工表面的微结构、化学成分及接触角,采用高速相机观察液滴在梯度润湿性表面的流动状态。实验结果表明:采用激光加工后,表面C元素含量是影响表面亲疏水性的重要因素;对于304不锈钢,激光加工后通过200 ℃的短时加热,可以促进表面C元素含量发生快速变化,实现接触角的快速固化;合理设计靶材表面的微结构,可以获得具有不同接触角的均匀润湿性表面;通过合理设计表面微结构的分布,可以获得不同润湿性梯度的表面;通过改变表面微结构的分布,可以控制靶材表面液滴的流动距离和流速。
激光技术 激光微织构 润湿性 热处理 梯度 流体流速 化学成分 
中国激光
2019, 46(10): 1002001
尹燕 1,*康平 1肖梦智 2张瑞华 2,3[ ... ]屈岳波 2,3
作者单位
摘要
1 兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室, 甘肃 兰州 730050
2 钢铁研究总院, 北京 100081
3 阳江市五金刀剪产业技术研究院, 广东 阳江 529533
采用选区激光熔化(SLM)技术技术制备了成形良好的块状CoCrW合金,研究了热处理工艺对CoCrW合金相组成、组织及显微硬度的影响。通过JMATPro软件模拟计算了CoCrW合金的平衡相图;利用X射线衍射分析仪、扫描电子显微镜、显微硬度计对热处理前后合金的相组成、组织、显微硬度进行了测试。结果表明:SLM制备的原始试样主要由γ相以及少量ε相组成,热处理后大量的γ相转变为ε相,且有块状、条状析出相产生;在较低的热处理温度下,熔合线处析出相的尺寸较大,与其他部位的区别比较明显;随着热处理温度升高,晶粒长大,晶界处析出相(δ相)长大,且与熔合线处的差别减小;热处理后,CoCrW合金的显微硬度有所降低,其中1100 ℃水冷试样硬度的降幅最大。
激光技术 选区激光熔化 热处理 显微组织 显微硬度 
中国激光
2019, 46(10): 1002002
作者单位
摘要
1 沈阳工业大学材料科学与工程学院, 辽宁 沈阳 110870
2 南京中科煜宸激光技术有限公司, 江苏 南京 210038
采用激光3D打印技术制备了TC4合金试样,研究了固溶时效处理对激光3D打印TC4合金显微组织和力学性能的影响规律。结果表明:随着固溶温度升高,初生α相的粗化现象越发明显;随着固溶时间延长,α相转变为β相的数量增多;随着时效温度升高,残余β相中析出的次生α相的长宽均有所增加;随着时效时间延长,次生α相的体积分数有所增加;在时效处理过程中,初生α相中析出了次生网状β相,初生α相之间的β相中析出了次生α相,这两种次生相的析出会影响试样的性能。在950 ℃/1 h/WQ+550 ℃/4 h/AC固溶时效条件下处理后,钛合金的室温抗拉强度为990 MPa,屈服强度为920 MPa,伸长率为11.5%,断面收缩率为27.5%,达到了锻件的国标要求;沉积态和固溶时效态拉伸试样的断口上均布满了韧窝,均为塑性断裂。
激光技术 激光3D打印 TC4合金 固溶时效 显微组织 力学性能 
中国激光
2019, 46(10): 1002003
作者单位
摘要
苏州大学机电工程学院, 江苏 苏州 215021
针对三光束光内送丝熔覆工艺的温度场进行研究,并对其工艺参数进行优化。建立了三光束光源的热源模型,利用ANSYS软件对熔池的温度场进行仿真,并结合工艺实验分析了离焦量、激光功率和扫描速度等工艺参数对熔覆层形貌的影响。仿真及实验结果表明:离焦量对熔覆层高度的影响较大,且会影响稀释区的形貌特征,激光功率主要影响熔覆层的稀释率,扫描速度对熔覆层高度的影响较大,扫描方向的改变对熔覆层稀释区有一定的影响;在离焦量为-2 mm、激光功率为1500 W、扫描速度为5 mm/s的条件下进行熔覆实验,得到的熔覆层平整光滑,无明显的熔覆缺陷,熔覆层组织为马氏体,硬度为411 HV,硬度的分布较为均匀。
激光技术 激光熔覆 送丝 温度场 工艺参数 
中国激光
2019, 46(10): 1002004
作者单位
摘要
陆军工程大学石家庄校区火炮工程系, 河北 石家庄 050003
采用选区激光熔化(SLM)技术制备了4Cr5MoSiV1钢试样,研究了回火处理对显微组织和力学性能的影响。研究表明:SLM成形4Cr5MoSiV1钢试样在回火过程中发生了马氏体分解、残余奥氏体转变和碳化物析出,最终形成了稳定的铁素体和合金碳化物。试样经回火处理后,出现了晶粒形貌特征消失、晶粒尺寸增大等现象,导致其显微硬度和抗拉强度降低、断后伸长率增加。试样经450 ℃回火后析出了细小且均匀分布的碳化物,该碳化物通过沉淀强化作用使试样发生了二次强化。经600 ℃二次回火后试样的断后伸长率最大,为18.6%。未热处理和低温回火后试样的断口呈脆性解理断裂;中温回火后试样的断口呈准解理断裂;高温回火以及二次回火后试样的断口出现以韧性断裂为主的准解理断裂。
激光技术 选区激光熔化 4Cr5MoSiV1钢 回火处理 显微组织 力学性能 
中国激光
2019, 46(10): 1002005
作者单位
摘要
北京工业大学高功率及超快激光先进制造实验室, 北京 100124
采用飞秒激光在金属材料表面制备周期性微结构在光伏发电、自清洁以及生物医学等领域具有广阔的应用前景。采用功率为75 W、脉宽为800 fs、波长为515 nm的飞秒激光,首先研究线扫描条件下钛的烧蚀阈值,然后基于90°交叉面扫描的加工方式诱导钛表面微结构,推导出面扫描时单位点的有效脉冲数计算公式,并对结构演变规律进行归纳分析。结果表明:同文献报道的红外飞秒激光相比,钛表面绿光飞秒激光的烧蚀阈值明显降低;不同参数对钛表面微结构的影响可以归纳为面扫描单位点的有效脉冲数和激光能量密度。当激光能量密度较低时,随着有效脉冲数的增加,钛表面微结构由不均匀分布的驼峰状凸起转变为均匀的柱状阵列结构,能量密度较高时则转变为相互连接的丘陵状结构。高的激光能量密度、低的有效脉冲数与低的激光能量密度、高的有效脉冲数诱导的结构类似,使用高能量密度可显著提高加工效率。
激光技术 绿光飞秒激光 周期性微结构  烧蚀阈值 
中国激光
2019, 46(10): 1002006
作者单位
摘要
大连理工大学材料科学与工程学院, 辽宁省先进连接技术重点实验室, 辽宁 大连 116024
采用激光诱导TIG电弧焊方法进行了1.5 mm厚6061-T6和5083-O异种铝合金的拼焊试验,系统研究了激光的加入对焊接接头塌陷变化和力学性能的影响规律。结果表明:由于两种铝合金的化学成分和热物理性能的差异,焊接接头会出现不一致的塌陷现象;与电弧焊相比,激光的加入不仅可以有效降低焊接接头的塌陷程度,还会大幅降低焊接接头塌陷深度比的不一致程度;随着激光功率增大,焊接接头塌陷的不一致程度呈减小的趋势,导致接头受力情况发生变化,使接头强度呈先增后减的趋势。
激光技术 激光诱导电弧焊 异种铝合金 薄板拼焊 不一致塌陷 
中国激光
2019, 46(10): 1002007
作者单位
摘要
1 中车青岛四方机车车辆股份有限公司技术工程部, 山东 青岛 266111
2 吉林大学材料科学与工程学院, 吉林 长春 130000
3 第一汽车股份有限公司解放事业本部, 吉林 长春 130000
针对不锈钢搭接激光焊缝,研究了基于激光测距传感的焊缝表面状态非接触式高精度检测方法。在分析焊缝表面粗糙度、工件倾斜等随机因素对焊缝表面状态检测结果影响的基础上,采用移动均值滤波及图像倾斜修正处理等方法,开发了检测数据滤波及检测结果校正算法。基于激光焊缝表面检测轮廓曲线的特征点识别建立了激光焊缝表面余高/下塌量的检测计算模型。结果表明:检测分析获得的激光焊缝表面轮廓曲线与相应的金相检测结果吻合良好,很好地反映了焊缝的表面状态。
测量 激光焊缝 表面轮廓检测 激光测距 图像处理 
中国激光
2019, 46(10): 1002008
作者单位
摘要
湖北工业大学机械工程学院, 湖北 武汉 430068
采用连续光纤激光器在小模数齿轮齿面制备1 mm厚的Ni60合金涂层,针对小模数齿顶较薄以及单道激光在齿轮中部能量过于集中易造成熔覆缺陷的原因进行分析,提出了采用双道激光在小模数齿面制备镍基合金涂层的方法,在保证激光总输入能量不变的条件下,将原有单束激光的能量按一定的能量配比方案分配到两个小光斑上,依次加工齿轮的齿顶和齿底。结果表明:采用双道1 mm 光斑按4∶6能量配比方案不仅减小了齿顶的烧蚀,还解决了齿轮中部能量过于集中的问题,涂层的稀释率显著降低,组织中含Fe、Ni的晶状奥氏体析出较少,富含Cr的粒状渗碳体析出较多,熔覆层组织整体的耐磨性和强度都优于单道激光熔覆层。双道激光熔覆工艺可显著提升小模数齿轮齿面镍基合金涂层的质量。
激光技术 双道激光熔覆 小模数齿轮 稀释率 微观组织 工艺参数 
中国激光
2019, 46(10): 1002009
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 亚琛联合科技(天津)有限公司, 天津 300457
分别采用超高速(50 m/min)和常规(1.5 m/min)熔覆速度,在调质处理的27SiMn液压支架基材上成功制备了431不锈钢耐蚀涂层,对比分析了两种方法制备涂层的宏观特征、显微组织及耐蚀性能。试验结果表明:两种方法制备的涂层均无微观裂纹与气孔缺陷,且与基体形成了良好的冶金结合;相比于常规激光熔覆涂层,超高速激光熔覆的涂层具有类似“多米诺骨牌”的多层重叠结构,稀释率仅为4%,涂层中Cr的原子数分数为19%;常规激光熔覆涂层组织整体较为粗大,在搭接位置由于温度梯度的改变,枝晶生长方向紊乱;超高速激光熔覆涂层整体组织更加均匀细密,底部/基体界面结合区微观组织形态为平面晶,中部搭接区及表面为细小的树枝晶,仅在搭接位置略有粗化;采用超高速激光熔覆技术制备的涂层具有更加优异的耐蚀性能。
激光技术 超高速激光熔覆 耐蚀涂层 微观组织 耐蚀性 
中国激光
2019, 46(10): 1002010
作者单位
摘要
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
采用了同轴送粉式激光熔覆技术对ZTC4钛合金板材上的圆孔形缺陷进行修复,研究了多次激光修复对ZTC4钛合金组织、热影响区尺寸及修复件硬度分布的影响。结果表明:修复件热影响区呈现为网篮组织→集束组织→针状马氏体的过渡,修复区组织主要由粗大的β柱状晶和内部的魏氏组织组成,且修复区顶部魏氏组织的长度更长;随着修复次数增多,热影响区尺寸明显增大,但硬度的增大并不明显。
激光技术 激光修复 铸造钛合金 微观组织 硬度 
中国激光
2019, 46(10): 1002011
郭召恒 1,**周建忠 1,*孟宪凯 1孙奇 1[ ... ]付强 2
作者单位
摘要
1 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
2 南京先进激光技术研究院, 江苏 南京 210038
为揭示激光参数对纳秒脉冲激光除漆后表面形貌的影响规律,采用纳秒脉冲激光器对HT250铸铁表面水性防锈漆层进行激光清洗试验;研究了激光除漆后的表面形貌与氧含量的关系,以及激光除漆后表面的三维形貌、表面粗糙度;最后测量了残余漆层的面积,以此表征除漆率。结果发现:表面粗糙度随着激光功率的增大而增大,并随着除漆速度降低而呈现先减小后增大的趋势;随着脉冲频率的增大漆层发生焦化现象,清洗速度的减小使除漆机制由振动和烧蚀效应转变为以烧蚀效应为主,导致清洗率呈现先减小后增大的趋势;在本试验条件下,当激光功率为50 W、脉冲频率为90 kHz、除漆速度为7000 mm/s时,除漆效果最佳,除漆率为99.4%。
激光技术 激光除漆 工艺参数 表面形貌 表面粗糙度 除漆率 
中国激光
2019, 46(10): 1002012
作者单位
摘要
北京航空航天大学机械工程及自动化学院, 北京 100191
采用飞秒激光直写技术在预涂覆廉价铜离子涂层的柔性基体上通过激光还原得到纳米铜颗粒并原位连接形成导电结构,成功制得了具有优良导电性能的铜微电极。研究了不同激光功率及扫描速率对微电极形貌结构、导电性能的影响。结果表明:在不损伤基体的条件下,随着辐照激光能量密度增大,铜微电极的导电性能明显提高;当激光功率为1210 mW、扫描速度为1 mm/s时,所制备的微电极的成分主要为铜,导电性能较好,方阻达到2.74 Ω·sq -1。该研究为发展低成本、高效率的柔性电极制造提供了一种新技术,并拓宽了纳米铜材料在电子行业的应用范围。
激光技术 微纳结构 原位还原 纳米连接 柔性电极 
中国激光
2019, 46(10): 1002013
作者单位
摘要
1 中车青岛四方机车车辆股份有限公司, 山东 青岛 266111
2 西南交通大学材料科学与工程学院, 四川 成都 610031
采用标准紧凑拉伸试样对比了超低碳贝氏体钢激光电弧复合焊接接头的电弧主导区、激光主导区、热影响区和母材区的疲劳裂纹扩展速率,总结了各微区疲劳裂纹的扩展特征,分析了裂纹扩展路径发生偏折的原因。结果表明:随着应力强度因子增大,各微区的裂纹扩展速率均提高,但热影响区和母材区裂纹扩展速率的增长率随着应力强度因子的升高而减慢;当应力强度因子较低时,各区疲劳裂纹扩展速率由快到慢的顺序为母材、热影响区、电弧主导区、激光主导区;随着应力强度因子升高到一定值,各区疲劳裂纹扩展速率由快到慢的顺序变为激光主导区、电弧主导区、母材、热影响区;裂纹在热影响区内扩展时的扩展方向会发生明显偏折,并随着应力强度因子增大而产生大量二次裂纹,在焊缝的裂纹中仅发生小幅偏折,这与材料的成分和组织不均匀有关;通过观察各微区的断口认为二次裂纹的产生与硬质相颗粒有关,二次裂纹的产生也是疲劳裂纹扩展速率变化的重要原因。
激光技术 贝氏体钢 激光电弧复合焊 疲劳裂纹扩展 二次裂纹 
中国激光
2019, 46(10): 1002014
作者单位
摘要
广西大学资源环境与材料学院, 广西有色金属及特色材料加工重点实验室, 广西 南宁 530004
采用脉冲激光沉积法在玻璃衬底上沉积掺镓氧化锌(GZO)透明导电薄膜,使用X射线衍射仪、紫外可见分光光度仪、原子力电子显微镜和霍尔测试系统,研究了氧气分压对GZO薄膜晶体结构、微观形貌以及光电性能的影响。结果表明:所有的样品都表现出六方纤锌矿结构,并具有高度的c轴择优取向生长;薄膜表面致密光滑,晶粒尺寸随氧气分压增大而先增大后减小,当氧气分压为0.5 Pa时,薄膜的结晶性最佳;沉积的GZO薄膜在可见光区域表现出高于91.97%的透过率,且禁带宽度在3.492~3.576 eV之间;随着氧气分压增大,载流子浓度与霍尔迁移率先增加后减小,电阻率先减小后增大,当氧气分压为0.5 Pa时,GZO薄膜的电阻率最低,为2.95×10 -4 Ω·cm。
薄膜 脉冲激光沉积法 氧气分压 掺镓氧化锌薄膜 光学性质 电学性能 
中国激光
2019, 46(10): 1003001
作者单位
摘要
四川大学电子信息学院,激光微纳工程研究所, 四川 成都 610065
ZnSe是Ⅱ-Ⅵ族重要的半导体材料,在常温常压下是闪锌矿结构,在高压下会发生相变转变为岩盐矿结构。将过渡金属离子掺杂在ZnSe晶体中可以有效获得中红外区域的激光增益介质和光电材料。主要研究了高压对Cr 2+掺杂ZnSe半导体材料性质的影响。基于密度泛函理论的第一性原理,计算了掺杂剂(Cr 2+)的引入对ZnSe相变压强的影响,以及高压环境下ZnSe和Cr 2+∶ZnSe晶体的电子结构、光学性能和力学性能的变化。Cr 2+掺杂降低了ZnSe从闪锌矿到岩盐矿结构的相变压强,并且掺杂浓度越高,相变压强越低。分析了ZnSe和Cr 2+∶ZnSe的电子结构和光学性能,高压下晶体由半导体性质转变为金属性质。环境压力和高压下计算得到的弹性常数均满足稳定性条件,验证了晶体结构的机械稳定性。同时,高压下晶体较大的体积模量、剪切模量和杨氏模量说明岩盐矿结构具有更大的硬度和更高的稳定性。
材料 Cr 2+∶ZnSe; 高压 相变 金属性 
中国激光
2019, 46(10): 1003002
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
提出一种新的基于环形子孔径扫描的锥形镜面形测量方法,该方法可实现大口径、不同锥角的锥形镜面形的通用化测量。使用微动扫描台移动锥形镜,同时测量待测锥面法线方向若干环带的相位,提取有效像素并通过插值拼接得到被测锥形镜的面形。该方法可实现锥角大于96.4°的锥形镜面形的测量,测量口径可达100 mm以上,理论测量精度达到λ/4 PV(λ为波长;PV为峰谷值)。使用ZYGO公司4英寸(1 inch=2.54 cm)的DynaFiz干涉仪对一个标称角度为140°的凸面锥形镜顶部的面形进行检测,被测样品旋转90°前后的面形检测结果与使用Taylor-Hobson公司LuphoScan轮廓仪检测结果一致,PV值相差0.54 μm,验证了该方法的可行性。
测量 干涉测量 面形检测 环形子孔径扫描 锥形镜 零位测试 
中国激光
2019, 46(10): 1004001
作者单位
摘要
1 长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室, 吉林 长春 130022
2 北京空间机电研究所, 北京 100094
为解决现有激光扫描投影系统至少需要4个合作目标点才能实现坐标转换关系标定,并且经常因迭代算法不收敛而需要多次、长时间才能完成坐标转换参数解算等问题,提出并研究了融合激光测距的激光扫描投影系统标定技术。研究了加入和未加激光测距模块的激光扫描投影系统数学模型,并运用粒子群优化算法仿真分析其标定精度。针对测距误差对系统标定精度有较大影响的问题,提出粒子群导数标定算法改进标定算法,最终实现了仅需3个合作目标点的快速标定,且标定精度可提升至10 -7 mm。
测量 激光测距 激光扫描投影系统 标定模型 粒子群算法 粒子群导数标定算法 
中国激光
2019, 46(10): 1004002
作者单位
摘要
1 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室国家光学仪器工程技术研究中心, 浙江 杭州 310027
2 浙江大学台州研究院, 浙江 台州 318000
离焦抖动优化技术不仅能消除投影仪的非线性误差,而且不受投影仪刷新率的限制。然而抖动算法本质上只是一个简单的矩阵变换,导致离焦后的二值抖动条纹并不完全接近正弦条纹,产生了一定的测量误差。基于此,提出了一种基于离散粒子群算法的优化方法,对二值离焦抖动技术进行优化。为了加快优化过程,用二值块的优化来代替整个二值图案的优化,然后再利用正弦条纹图案的周期性和对称性,将二值块拼成一个完整的图案。仿真和实验结果表明:所提方法在不同的离焦程度下,都能获得高质量的测量结果。
测量 三维图像获取 二值图像 粒子群优化 抖动 
中国激光
2019, 46(10): 1004003
作者单位
摘要
1 中国科学院南京天文仪器研制中心, 江苏 南京 210042
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 江苏大学, 江苏 镇江 212013
提出一种基于误差解耦的星敏感器热漂移标定系统。根据标定原理和星等模拟要求,设计自准直光学标定系统和误差解耦光路。根据共光路特性,由自准直仪和CCD获得星敏感器安装误差和热变形与安装变形形成的耦合误差,将安装变形误差从耦合误差中剔除后获得准确的星敏感器姿态转移四元数。仿真试验结果表明,温度范围在-25~60 ℃环境下,星敏感器标定时绕各轴产生的最大变化误差分别为0.2638,0.1317,0.0472 (″)/℃,与理想结果误差控制在0.02 (″)/℃的范围内,这为减少星敏感器标定中产生的耦合误差和提高热漂移标定精度提供一种新的思路和方法。
测量 星敏感器 误差解耦 标定 
中国激光
2019, 46(10): 1004004
作者单位
摘要
1 上海大学机电工程与自动化学院, 上海 200444
2 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室, 上海 201800
扫描狭缝是步进扫描光刻机用于控制曝光剂量的重要单元。随着光刻工艺节点减小到90 nm及以下,光刻照明分系统对刀口半影宽度的测量精度和重复性提出了更高要求。基于此,提出一种基于光瞳像的光刻机扫描狭缝刀口半影宽度测量技术。分析了共面扫描狭缝刀片成像光路,推导得到掩模面半影区与光瞳像的对应关系。搭建了扫描狭缝刀口半影检测系统,并对90 nm光刻机照明分系统的扫描狭缝刀口半影宽度进行测量。实验结果表明,所提测量技术可有效改善光强波动对刀口半影宽度测量的影响,扫描狭缝刀口半影宽度的测量重复性达到0.026 mm,提高了3.46倍(与传统扫描法相比)。该技术可用于高数值孔径浸没式光刻机照明分系统光学半影参数的测量。
测量 光刻机 扫描狭缝 半影宽度 成像测量 光瞳 
中国激光
2019, 46(10): 1004005
胡志宏 1,2赵彤 1,2,*贺培鑫 1,2王冰洁 1,2[ ... ]王云才 1,2,3
作者单位
摘要
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室, 山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院, 山西 太原 030024
3 广东工业大学信息工程学院, 广东 广州 510006
外腔反馈半导体激光器产生的混沌具有明显的弛豫振荡特征,低频段能量过低,限制了混沌光时域反射仪(OTDR)的动态范围。提出了一种光纤环结构,用以增大混沌OTDR的动态范围。通过实验和数值模拟,发现混沌光经过光纤环时会发生多光束干涉,并通过延迟自拍频效应提高了混沌信号低频段能量。实验测量结果表明:在200 MHz探测带宽下,基于光纤环的混沌OTDR动态范围增大了5 dB。
测量 混沌光时域反射仪 光纤环 动态范围 多光束干涉 
中国激光
2019, 46(10): 1004006
作者单位
摘要
1 华侨大学信息科学与工程学院, 福建 厦门 361021
2 福建省光传输与变换重点实验室, 福建 厦门 361021
3 华侨大学工学院, 福建 泉州 362021
采用单模-多模-单模(SMS)光纤结构的光路,针对施加在多模光纤上的入侵信号,提出了基于短时傅里叶变换(STFT)和卷积神经网络(CNN)相结合的模式识别分类方法。该方法对入侵信号进行STFT以获得时频图,制作成训练集和测试集;将训练集输入到三种网络模型中进行训练,根据工程应用指标选择合理的网络模型;利用网络模型对测试集进行分析,得到入侵信号的识别结果。采用4种入侵信号对该方法的有效性和实时性进行验证。结果表明,该方法可以高效识别人为入侵信号和非人为入侵信号,并可以通过增加含有不同类型噪声的入侵信号种类和数量来验证此方法的稳健性,减少了入侵信号的漏报率和误报率,提高了SMS光纤结构在周界防区模式识别中的应用价值。
光纤光学 周界安防 单模-多模-单模光纤结构 短时傅里叶变换 卷积神经网络 
中国激光
2019, 46(10): 1006001
作者单位
摘要
1 南京航空航天大学航天学院, 江苏 南京 210000
2 南京大学电子科学与工程学院, 江苏 南京 210046
针对多光谱图像的空谱相关特性,提出一种基于卷积神经网络的端到端多光谱图像压缩方法。编码端,将多光谱数据整体输入到多光谱图像压缩网络中,采用卷积提取多光谱图像的主要光谱特征与空间特征,使用下采样减小特征数据的尺寸,并通过率失真优化控制光谱特征与空间特征数据的熵,使空谱特征数据分布更加紧凑,将量化后的中间特征数据进行无损熵编码得到压缩码流。解码端,码流经过熵解码、逆量化、上采样、反卷积的逆变换过程重构多光谱图像。实验结果表明,相同码率下该方法能有效保留多光谱图像谱间信息,并在图像恢复质量上比JPEG2000平均高约2 dB。
图像处理 深度学习 多光谱图像压缩 卷积神经网络 率失真优化 
中国激光
2019, 46(10): 1009001
作者单位
摘要
1 中国人民解放军航天工程大学航天信息学院, 北京 101416
2 中国人民解放军61618部队, 北京 100094
针对联合双边滤波修复深度图像时无法准确估计滤波邻域范围和权重参数、深度图像的空洞填充效果不佳等问题,提出一种自适应深度图像空洞填充与优化算法。该算法减少了输入参数,实现了对每个深度缺失值的修复,根据有效像素占比确定每个空洞像素点的滤波邻域范围,通过邻域大小计算空间距离权重项参数,引入结构相似度(SSIM)作为颜色相似权重项参数的计算指标。在Middlebury立体匹配数据集和经过配准的Kinect RGB-D数据集上检测所提算法的性能,并与其他方法进行定性比较和定量分析。实验结果表明,所提算法能够有效填充深度缺失空洞,抑制深度图像噪声,更加精细、准确地改善深度图像的质量。
图像处理 深度图像修复 联合双边滤波 空洞填充 优化估计 Kinect传感器 
中国激光
2019, 46(10): 1009002
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光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
3 山东科技大学测绘科学与工程学院, 山东 青岛 266590
4 杭州中科天维科技有限公司, 浙江 杭州 310026
为了提高脉冲激光测距回波时刻解算方法的应用场景适应性,将回波时刻解算问题转换为波形分类的问题,采用深度学习的新方法实现回波时刻的解算。通过仿真模拟计算产生0.1 ns时间分辨率的不同距离、信号幅度、波形形状和噪声的样本回波数据,训练一维卷积神经网络模型,在样本测试集上获得了99.85%的分类精度;采用深度学习方法和高斯拟合方法处理同样的机载激光雷达回波数据,墙面线扫数据解算结果相关系数为0.99981,外场飞行试验数据平面拟合残差均在20 mm左右,两种方法回波时刻解算效果相当。结果表明,新方法能够满足机载脉冲激光测距回波时刻解算要求,具备进一步提高解算精度和适应更多应用场景的潜力。
遥感 脉冲激光测距 回波时刻解算 深度学习 卷积神经网络 激光雷达 
中国激光
2019, 46(10): 1010001
涂碧海 1,2,3,*洪津 1,3姚萍萍 1,3王羿 1,3[ ... ]翁建文 1,2,3
作者单位
摘要
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
多角度偏振成像仪温度变化是影响辐射定标精度的因素之一,科学遥感数据处理首先进行温度校正。通过成像仪工作原理和偏振测量模型分析了温度变化的影响,结合热控设计和热真空实验情况,针对辐射测量的影响制定了温度补偿校正方法。设计覆盖在轨不同阶段的温度响应测试方案,监测影响实验数据的测试光源等外界条件,有效消除探测器帧转移效应影响,获取辐射定标系数与温度变化响应之间的关系。依据实验和在轨数据分析,通过暗背景通道实时测量及辐射响应系数补偿的温度校正方法,使温度变化带来的辐射测量误差减小至0.1%,满足在轨辐射校正需求。
遥感 多角度偏振成像仪 辐射校正 温度校正 控温范围 
中国激光
2019, 46(10): 1010002
作者单位
摘要
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
2 中国计量科学研究院, 北京 100029
给出了光纤电流传感器的数学模型,推导出了传感器测量准确度的数学表达式,并对系统的主要特征参数进行了分析。提出了一种在线监测方法,将环路增益值解调并实时输出,作为传感器系统的一个故障监测点。然后在此基础上,提出了环路增益稳定控制技术,使环路增益能够实现自动调整,消除了系统在长期运行时因环路增益变化对精度的影响。实验结果表明:改变前置放大器的放大倍数,在线监测的环路增益值、比值误差和相位误差均随之改变,实验结果与仿真结果一致;引入环路增益稳定控制技术后,改变前置放大器的放大倍数,在线监测的环路增益基本保持不变,且传感器的比值误差和相位误差波动也在准确度范围之内,验证了在线监测方法和环路增益稳定控制技术的有效性。
光纤光学 光纤电流传感器 测量准确度 环路增益 控制技术 在线监测 
中国激光
2019, 46(10): 1010003
作者单位
摘要
1 中国人民解放军92578部队, 北京 100161
2 海军工程大学兵器工程学院, 湖北 武汉 430033
为研究声压传递函数的谐振频率对分布反馈式光纤激光水听器频响特性的影响,研制一种聚氨酯端面拉伸式增敏结构的光纤激光水听器。基于电声类比理论建立了声压传递函数模型,仿真分析水听器各结构、材料参数与水听器声压传递函数的关系,制作水听器原型样品并进行了实验研究。实验测得,该结构水听器在10~2000 Hz 频率范围内的平均声压灵敏度为-142.8 dB,波动幅度小于±1.5 dB,且谐振频率出现在3150 Hz附近,与仿真分析结果吻合较好,表明光纤激光水听器的声压灵敏度频响特性可有效预测以及精细优化,这对于应用于小型水下作战平台的小尺寸阵元的研制具有重要指导意义。
传感器 光纤激光水听器 声压灵敏度 增敏 谐振频率 
中国激光
2019, 46(10): 1010004
张晓蕾 1,2张洁 1,*朱永 1
作者单位
摘要
1 重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
2 重庆邮电大学光电工程学院光电信息感测与传输技术重庆市重点实验室, 重庆 400065
采用化学还原法制备碳纳米管/银纳米粒子(CNTs/AgNPs)表面增强拉曼散射(SERS)活性基底,采用模塑法构建具有SERS活性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流控系统,以浓度为10 -7 mol/L的罗丹明6G(R6G)溶液作为探针分子,进行相应的实验研究。实验结果验证了CNTs/AgNPs增强基底在微通道的拉曼测试的可行性,此外还测试分析微通道内不同位置和不同时刻的探针分子拉曼信号的变化情况。
光谱学 表面增强拉曼散射 微流控 碳纳米管 银纳米粒子 
中国激光
2019, 46(10): 1011001