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    材料与薄膜

曹珍   贺洪波   胡国行   赵元安   邵建达  

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利用时间分辨激光光度计实时测量纳秒脉冲激光诱导熔石英体损伤过程中的透射、反射和散射变化量;通过在同一区域多次动态测量直至损伤产生,获得了多脉冲累积破坏的时间分辨过程。结果表明:在损伤出现前的脉冲辐照过程中,熔石英透过率已明显下降,后向反射率同步上升,甚至可达70%;后向反射率的上升量与透过率的损失量几乎相同;在多脉冲辐照过程中,只要脉冲辐照中出现后向反射,就会产生损伤;受激布里渊散射对多脉冲诱导熔石英体损伤具有促进作用。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0803001      

    测量与计量

纵榜铭   栾嘉蕴   蒋志龙   孔艳   王绶玙   刘诚  

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将叠层扫描成像技术(ePIE)用于成像透镜透射波前的高精度测量。将透镜的透射光束照射至一个固定于二维扫描台的衍射物上,并在其后的探测器上形成衍射光斑,扫描台横向扫描并记录衍射物在每个位置所形成的衍射光斑,采用ePIE精确重建衍射物体的光场复振幅,并据此反演出透镜后表面的透射光波前;移去透镜后重复上述步骤,可以重建入射到透镜上的光束波前;将透射波前减去入射波前即可得到透镜的透射波前。该方法具有准确性高、结构简单、成本低廉等优点。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0804001      

黄刚   刘先林  

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道路标线提取与分类是智慧城市建设中需要解决的关键技术之一,也是智能驾驶亟待解决的技术难题。提出了一种基于深度学习的道路标线自动提取与分类方法,通过移动窗口法结合相邻扫描线拓扑关系进行地面点云的提取,并生成强度图像,基于深度学习方法实现道路标线的自动提取与分类,并利用KD树聚类分割算法结合矢量化方案实现道路标线的矢量化。基于实验数据对该方法进行验证分析,结果表明,使用该方法进行自动提取与分类的精度和F_score分别为92.59%和90.15%,证明了该方法的可行性和准确性。该方法为道路标线的自动提取提供了新思路,使道路标线提取工作变得更准确、高效,提升了道路标线获取与分类的智能化程度。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0804002      

于明圆   徐斌   欧阳鑫川   王鑫   万金银   肖玲   成华东   刘亮  

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介绍了一种基于步进电机的光开关,主要用于间歇型原子钟。采用直径为6 mm的两相步进电机,结合不同形状的挡光叶片,实现了对光的开启与关断。采用步进电机驱动芯片TMC260和微控制器STC12C5A60S2结合的方式控制步进电机的转动。该控制系统整体结构紧凑,且一个微控制器可以控制多个步进电机。实验结果表明,利用该光开关可实现高于100 dB的消光比,并且可长时间稳定运行。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0804003      

高波   李强   刘昂   柴立群  

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为测量光学平板玻璃折射率,提出一种改进的基于迈克耳孙原理的折射率测量方法。利用短相干光源的空间相干性,结合距离测量工具,可准确获得光学间隔间的距离。分别测量放入样品前后以及按照一定角度旋转样品后的光学距离,同时利用折射定律,可以计算得到光学平板玻璃的折射率。提出了一种迭代计算方法,不需要直接求解一元四次方程,实现了折射率的快速计算。分析距离和角度测量误差以及样品平行度引入的误差可知,本文方法折射率测量误差优于5×10 ^-5。与V棱镜折射率测量方法进行比较,结果验证了本文方法的正确性。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0804004      

张璐   汤其剑   邓定南   陶明   刘晓利   彭翔  

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在显微成像中,基于光强传输方程的双相机动态相位成像是定量观测活细胞运动的一种有效方法。但是相机安装带来的误差使得两个相机的视场之间存在一定差异,导致利用光强传输方程求解获取的相位不准确。为此,提出了一种基于棋盘格标定的双相机图像校正方法,以消除相机间视场的不匹配问题,校正后的匹配精度可达到亚像素级,大大提高了相位成像的正确率。首先对标准微透镜阵列进行定量成像测量,验证所提方法的准确性和可行性,再对游动的雨生红球藻细胞进行动态相位成像,成像结果表明该方法在动态生物成像领域具有一定的应用前景。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0804005      

    非线性光学

申家岭   路元刚   马海霞   王吉明   徐锋   左敦稳  

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提出了一种基于双缺陷一维光子晶体的非线性激光限幅方法。研究了光子晶体透射谱中心波长随双缺陷层折射率变化的规律,设计了适用于532 nm与1064 nm波长的非线性光子晶体激光限幅结构,实现了弱光的高透射和强光的高阻断效果。所设计的激光限幅结构为(AB)₆CAC(AB)₆双缺陷一维光子晶体,适用于532 nm的光子晶体结构中的三种介质A、B和C分别为金刚石、SrF₂和CS3-68玻璃,对弱光的透过率为86.4%,对强光的透过率为0.02%;适用于1064 nm的光子晶体结构中的三种介质A、B和C分别为金刚石、CeF₃和CdTe,对弱光的透过率为79.8%,对强光的透过率为0.3%。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0808001      

令维军   孙锐   陈晨   张亚妮   康翠萍   许强   董忠  

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采用反射式MoS₂可饱和吸收体在Tm∶Lu₃Al₅O₁₂激光器中实现了被动调Q锁模(QML)运转。以可调谐掺钛蓝宝石激光器为抽运源,结合低阈值腔设计,选用透射率为3%的输出镜获得525 mW的出光阈值。当吸收抽运功率达到1743 mW时,激光器处于稳定的被动调Q锁模运行状态。当最大抽运功率达到3.1 W时,激光器被动调Q锁模输出功率为306 mW,斜效率为14.3%,中心波长为2023 nm,对应的锁模脉冲序列的重复频率为106.4 MHz,最大的单脉冲能量为2.88 nJ,调制深度接近100%。结果表明,反射式MoS₂可饱和吸收体在2 μm波段激光锁模中具有良好的应用前景。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0808002      

颜森林  

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提出了一种基于相位共轭及交叉相位共轭反馈半导体激光器的耦合非线性动力学系统,分析了频率失谐及频率增强原理,研究了4个相位共轭反馈技术方案并进行两激光器混沌增频。研究结果表明,当利用相位共轭反馈对单个激光器进行混沌增频时,增频效果显著增强到原来的4倍;当利用相位共轭双反馈对两耦合激光器同时进行混沌增频时,增频效果达到原来的5倍以上,且谱线明显展宽;当利用相位共轭交叉反馈对激光器进行混沌增频时,激光器混沌振荡频率可被显著增加到原来的4.4倍;当利用相位共轭双交叉反馈对两个激光器同时进行混沌增频时,两激光器混沌振荡频率同时显著增加到原来的4倍或6倍,频谱明显展宽。此外,还提出了一种利用相位共轭双交叉反向反馈增加激光器混沌振荡频率的方法,研究结果表明:随着反馈量的增加,两激光器混沌振荡频率增加,最大可增加到原来的4.2倍或5.9倍,且频谱显著展宽。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0808003      

    光谱学

郑培超   李倩雨   王金梅   谭癸宁   赵怀冬   刘冉宁  

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提出了将螯合树脂作为一种新型固相基底来富集水溶液中的Cu元素和Mn元素,之后进行激光诱导击穿光谱检测的方法。选取Cu I 324.75 nm和Mn II 257.61 nm作为特征分析谱线,优化了一系列参数,包括激光能量、延迟时间、激光聚焦位置、样品溶液流速及溶液pH值。在最佳实验参数条件下,建立了Cu元素和Mn元素的定标曲线,Cu元素和Mn元素的检出限分别为0.03 mg·L ^-1和0.098 mg·L ^-1。采用所提方法采集自然水样进行检测,计算得出Cu和Mn的回收率范围分别为93.88%~108.09%和91.99%~103.88%。该方法检测灵敏度较高,也可用于自然水体的检测,在水体重金属检测领域具有广阔的应用前景。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0811001      

刘展   林逢源   高美   方铉   房丹   王登魁   唐吉龙   王晓华   魏志鹏  

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为了探究量子点敏化对GaAs衬底发光性能的影响,采用化学沉积法制备了CdSe量子点,将量子点沉积在GaAs衬底上进行敏化。采用X射线衍射测试确认物相,利用扫描电子显微镜对量子点的形貌进行表征,并通过荧光光谱测试对CdSe量子点敏化后的GaAs衬底样品与未敏化的样品进行对比。结果表明:所制备的CdSe量子点大小均匀,尺寸约为20 nm,且均匀地附着在GaAs衬底上,CdSe量子点/GaAs形成了Ⅱ型能带结构。量子点敏化使GaAs衬底表面的载流子浓度升高。通过荧光光谱测试对各发光峰的来源进行了分析。测试数据显示,与敏化前相比,敏化后的GaAs衬底带边发光增强了2.25倍,缺陷发光增强了3倍。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0811002      

    光束传输与控制

白小琴   王宇浩   张静   肖燕  

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以非线性薛定谔方程为理论模型,采用分步傅里叶方法研究了光折变介质中艾里-高斯光束的传输特性。结果表明:满足一定条件时,光折变介质中会形成周期振荡的空间孤子;介质的非线性系数越大,形成空间孤子所需的传输距离越短,孤子的振荡周期越小;当艾里-高斯光束的初始入射功率在一定范围内时,光折变介质中才会形成稳定的空间孤子;在空间孤子形成时,由于局部能量竞争,会出现光束分裂成丝现象。此外,还研究了微噪声扰动对艾里-高斯光束在光折变介质中传输稳定性的影响。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0805001      

陈颖   谢进朝   曹景刚   高新贝   许扬眉  

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基于表面等离子激元的传输及耦合特性,设计了一种耦合内嵌银条圆盘腔的金属-介质-金属弯曲波导滤波器结构。并应用有限元法对该结构的光谱特性及滤波特性进行了分析。结果表明,内嵌的银条打破了结构的对称性,实现了双模式共振效应,且该结构由于具有双边耦合效应,获得了比单边耦合更高的耦合效率,透射谱中出现了两个明显的阻带,获得了很好的双频窄带滤波功能,相比已报道的同类滤波器得到了更高的品质因子;改变圆盘谐振腔半径或腔内介质折射率,可实现滤波波长的近似线性调节。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0805005      

    光纤光学与光通信

蒋晓勇   肖悦娱  

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保偏微纳光纤在光通信、传感检测、非线性光学和量子光学等领域有着广阔的应用前景,在应用中保持其温度稳定性是一个关键问题。通过仿真分析与实验探究了保偏微纳光纤双折射的温度特性。通过偏光干涉法测得干涉谱随着温度增加发生蓝移,精确地获得温度与光纤双折射的变化关系。实验结果证明,温度对保偏微纳光纤的影响远小于对普通保偏光纤的影响,该现象与理论分析的结果相吻合。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0806001      

刘焕淋   吴兰   陈勇   蒲欣   林振宇  

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针对可见光通信(VLC)下行链路存在多接入点(AP)重叠覆盖、VLC AP光路易被遮挡和干扰的问题,提出了一种基于服务质量(QoS)决策的异构VLC/无线保真(WiFi)网络联合收发端需求的接入点选择算法。该算法在收端为用户建立面向QoS的加权信息矩阵,为用户偏好提供高信干噪比、高接收功率、低负载、低历史中断概率的VLC AP;在发端为VLC AP偏好选择抗干扰性强的用户服务。基于引力理论改进收发端选择权重值,优化用户的AP接入决策。仿真结果表明:该算法在方形均匀布局和混合圆方形布局中比现有算法的吞吐量分别增大了77.3%和11.4%,业务公平性分别减小了53.1%和41.1%。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0806002      

李鲁川   卢斌   王校   梁嘉靖   郑汉荣   王照勇   叶青   方祖捷   庞拂飞   蔡海文  

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提出一种新型的基于内调制啁啾脉冲的高信噪比(SNR)直接探测型相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)。通过理论分析可得,利用啁啾脉冲的方法并通过提高受激布里渊阈值可提高注入光能量,提高探测信号中的直流分量可使信号与噪声分离,进而提升SNR。提出一种φ-OTDR系统信噪比的综合评判方法,对SNR的统计特性进行分析。同时,开展了基于分布式反馈激光器的内调制直接探测型φ-OTDR系统实验研究,利用可调谐滤波器对内调制产生的频率啁啾范围进行控制,经对比实验验证,可得所提系统与传统φ-OTDR系统的信噪比期望相当,分布方差更小,测量可靠度更高的结论。此外,该系统还具有成本低、结构简单等优点,实际应用时可以利用光纤布拉格光栅代替可调谐滤波器,提升其应用的灵活性,为工程应用提供新的解决方案。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0806003      

王凱杰   王航   杜团结   李维炜   陈楠   罗正钱  

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以被动锁模正色散掺镱(Yb)光纤激光器为研究对象,实验比较研究了激光腔内滤波带宽对产生正色散束缚态孤子的影响。采用高掺Yb光纤作为增益介质,半导体饱和吸收镜作为锁模部件,获得1064 nm全光纤线型腔锁模激光器。当腔内带通滤波器选用不同带宽(0.2,1.0,1.2,2.3 nm)时,观察到不同的皮秒锁模脉冲状态。在滤波带宽较小(0.2 nm)或较大(2.3 nm)时,仅产生稳定的单脉冲耗散孤子;相反地,在滤波带宽适中(1.0 nm或1.2 nm)时,分别观察到典型的相位差为π和-π/2束缚态耗散孤子,脉宽和脉冲间隔均分别为3 ps和14 ps。将束缚态耗散孤子激光通过主控振荡功率放大技术放大至1.4 W后,将其注入到光子晶体光纤中,获得了750~1600 nm超连续谱(10 dB谱宽),输出功率约为0.7 W,相比传统耗散孤子抽运具有更好的光谱平坦性。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0806004      

王青竹   于永澔   朱艺海  

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针对现有中继转发式室内可见光通信系统中信道估计算法存在的导频数量过大、估计效率和精度低的问题,提出基于张量模式噪声补偿的信道估计方法。首先,充分利用可见光通信系统发射数据的特点设计了一种适合在接收数据中进行噪声补偿的导频结构。然后,在PARATUCK2张量分解框架下,构造了这种导频模式的含噪通信系统模型。最后,结合张量分解方法,设计了一种以导频所得噪声补偿对实际噪声进行估计的方法,完成所有信道参数的计算。仿真实验结果表明,将基于张量模式噪声补偿的估计算法应用在中继转发式室内可见光通信系统中,可以在加快寻优迭代速度的同时提高估计精确度,充分验证该算法的有效性和可行性。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0806005      

杨敏君   湛位   宋五洲  

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针对光纤光镊捕获颗粒时直接接触易产生机械损伤的问题,提出了一种基于光热效应的单光纤远距离捕获方法。采用功率低于20 mW的C波段光纤宽带放大自发辐射光源,实现了对中尺度二氧化硅(SiO₂)小球的远距离捕获和操控,捕获距离长达800 μm。为探明该捕获机理,采用COMSOL Multiphysics有限元分析软件,仿真模拟了光纤在SiO₂悬浮液不同高度位置处形成的温度场分布、对流速度场分布和粒子在溶液中的运动轨迹。研究发现,在光纤操控小球的过程中起主要作用的是热对流产生的曳力,同时调整光纤高度会改变捕获速度和捕获距离。这种光纤微流体装置结构简单、操作灵活,具备在低功率条件下大范围捕获大颗粒的条件。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0806006      

    激光器件与激光物理

王勋   赖柏衡   董理治   杨平   陈善球   王帅   许冰  

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提出一种环形非稳腔结构,该结构将传统驻波非稳腔腔内的非共轭像差校正转换为共轭像差校正。搭建了百瓦级环形非稳腔Nd∶YAG板条激光器,采用59单元自适应光学系统对腔内像差进行校正。利用980 nm参考光束和 Shack-Hartmann波前传感器测量腔内像差,采用加权最小二乘法复原波前像差,最后用倾斜镜和变形镜进行校正。最终在低抽运功率下将输出功率从105.8 W提高到113.1 W,光束质量β因子从6.98优化到2.33。该研究为环形非稳腔应用于高功率固体激光器并获取高输出光束质量提供了一种技术途径。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0801001      

裴丽丽   黄大杰   范薇  

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基于光寻址空间光调制器的等效电路仿真及稳定性测试实验,对纯相位型光寻址空间光调制器的稳定性进行分析和优化。结果表明,光阀液晶层的电压脉冲波形会引起光寻址空间光调制器对读出光的相位调制波动,而驱动电压频率与写入光强度同时影响相位调制波动幅度及相位调制量。由实验测量得到的光寻址空间光调制器的相位改变量曲线可知:当驱动电压周期比响应时间小95%时,最大相位改变量对应的相位波动率减小为0.35%,但此时相位调制能力仅为0.8λ;通过优化光寻址空间光调制器驱动条件参数,可获得1λ的相位调制能力,同时最大相位改变量对应的相位波动率为1%。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0801002      

陈海伟   黄海涛   王石强   沈德元  

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设计出一种基于级联非线性频率变换的634,644,655 nm多波长激光器。该复合变频过程由磷酸钛氧钾(KTP)和砷酸钛氧钾(KTA)晶体共同完成。首先由沿x轴切割的KTP晶体的光参量振荡将波长为1064 nm的激光变频为1572 nm,然后基于(θ=90°,φ=20.9°)切割KTA晶体完成1064 nm与1572 nm的和频过程,获得波长为634 nm的激光输出,进一步利用前述沿x轴切割KTP晶体的拉曼变频,将634 nm激光变频为644 nm的一阶拉曼光及655 nm的二阶拉曼光,实现634,644,655 nm多波长激光同时输出。该复合变频多波长激光器的最大平均输出功率为1.7 W,相应的脉冲宽度为19.3 ns,重复频率为6 kHz。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0801003      

马挺  

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提出一种在非高重复频率下获得窄脉宽脉冲输出的呼吸孤子掺铒光纤激光器设计方案。通过缩短腔内具有大色散系数的正负色散光纤的长度来保证腔内脉冲有较大的呼吸比,通过引入零色散光纤来降低激光器的重复频率。采用波分复用器及隔离器集于一体的光纤混合器,并以前向抽运方式来降低腔内脉冲能量的损耗,并且通过优化腔内负色散光纤的分布来确定输出端的位置。基于此,构建出重复频率为100 MHz的呼吸孤子掺铒光纤激光器,其输出光谱宽度为112 nm,直接输出脉冲宽度为68 fs,色散补偿后的输出脉冲宽度为39 fs,当抽运功率为900 mW时输出脉冲的平均功率为94.5 mW。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0801004      

黄超   黄珂   易爱平   马连英   朱峰   李高鹏  

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为了获得高重复频率高功率中红外氟化氢(HF)激光输出,采用自动紫外预电离和对称Chang氏电极结构,制备了闭环的非链式重复频率HF激光器,并对其进行了详细介绍。实验研究了激光器的输出特性和重复频率运行特性,获得了激光能量随重复频率的变化规律。在增益区气体流速为16 m/s,工作电压为25 kV,总气体压强为8.5 kPa、物质的量分数分别为92%和8%的SF₆和C₂H₆混合气体条件下,实现了重复频率为150 Hz、平均功率为200 W的HF激光输出。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0801005      

王建业   郭震   於亮红   甘泽彪   李文启   梁晓燕  

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基于上海超强超短激光装置(SULF),选取各分系统关键节点进行波前测量,分析波前畸变的起源、演变及原因,并讨论了光学器件安装应力与钛宝石晶体质量对波前的影响。结果表明,激光波前畸变值随着大口径光学器件数量的增多而增大,光学镜片的面形加工误差、安装调试误差是影响钛宝石激光放大器中波前畸变的重要因素,对激光的聚焦性能有较大影响。对激光系统波前的测量有利于优化与控制整个系统的波前畸变,从而有助于提升光束质量和聚焦功率密度。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0801006      

刘钊   熊俊   安红海   谢志勇   方智恒   王伟   王琛   王瑞荣   雷安乐   黄秀光   裴文兵   傅思祖  

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基于神光Ⅱ升级装置,研究了纳秒/皮秒双束激光联合驱动双层靶的伽马(γ)辐射特征。利用ns束激光与CH薄膜靶相互作用,产生大尺度近临界密度等离子体,然后将ps束激光作用在该等离子体上,产生高能电子,高能电子穿过2 mm厚的Au靶,通过轫致辐射产生γ射线。对不同方向的γ辐射能谱和靶室外的γ辐射剂量分布进行实验测量,发现γ辐射集中在激光前冲方向,具有较小的发散角,而且在该方向上高能段的γ辐射较强。这说明双层靶的设计可以提高ps束激光与等离子体的能量耦合效率,提高高能电子温度,增加高能电子数目,有利于高能段γ辐射在ps束激光的前冲方向集中。另外,在靶室外距离靶点1.25 m处测到的50 keV以上γ辐射的单发次最大剂量为277 μGy。本研究结果对γ辐射的防护和应用具有参考价值。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0801007      

邱雄   刘志国   王仕成  

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通过分析半主动激光制导武器特性对激光脉冲间隔编码方法的编码间隔取值要求,研究线性反馈移位寄存器(LFSR)调制码、LFSR状态码的生成原理以及两种码型脉冲间隔的取值范围与产生方法对系统制导性能与抗干扰性能的影响。仿真结果表明,LFSR调制码不利于精确制导,且易被以最小脉冲间隔为周期的精确频率码干扰;LFSR状态码能够克服LFSR调制码的缺陷,但仍存在所需识别参数少和抗干扰性不强的问题。提出基于矩阵求余的伪随机码,利用矩阵代替线性反馈移位寄存器和模二加法器,结果表明,其抗干扰性能比LFSR状态码更好。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0801008      

吴义恒   李小雪   方云团  

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为了获得圆偏振和激光输出一体化的结构,利用增益和损耗微腔、磁性微腔和金属层组成一个复合结构体系,并借助4×4传输矩阵研究该结构的传输特性。结果发现,该结构在一定结构参数范围内产生了较强的法拉第旋转效应,并获得了增益传输模式,实现了多种椭圆偏振或圆偏振激光的同时输出。此外,在某些特定结构参数和特定波长条件下,该结构会产生超强的圆偏振激光。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0801009      

吴涛   庞涛   汤玉泉   杨爽   史博   李俊   董凤忠  

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设计了一种基于频率补偿技术的高精度、高稳定度抽运激光器驱动电路,该驱动电路以深度负反馈系统的电流调节为内环,光功率反馈调节为外环,同时采用一阶人工分析与Tina SPICE仿真相结合的方法,对环路进行频率补偿,实现了抽运激光器的高稳定性控制。通过模拟比例积分微分技术控制驱动芯片,实现半导体制冷器的电流调节。所设计的驱动电路在自动电流控制模式下输出连续可调的电流,同时具有慢启动、防反向电流和过流保护等功能,输出电流长期稳定度可达0.04%。在自动功率控制模式下,激光器输出功率长期稳定度优于0.3%,控制线性度达0.9999,温控的长期稳定性优于0.0928%。实验结果表明,该驱动系统具有安全性高、稳定性好、使用方便等优点。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0801010      

    激光制造

余建立   李乘   姚关心   杨新艳   张先燚   郑贤锋   崔执凤  

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为了揭示液相基质激光诱导击穿光谱(LIBS)与固相基质LIBS特性差异的产生机理,采用液体射流取样技术,利用脉冲激光烧蚀CrCl₃水溶液产生激光等离子体,研究了等离子体中Cr元素发射光谱、等离子体电子温度和电子密度的空间演化特性。结果表明:相对于固相基质等离子体,液相基质激光等离子体存在明显不同的空间演化特性,在激光束传播方向上,等离子体可以沿着激光束传播方向膨胀至距离射流表面0.8 mm处;等离子体羽发光区域的线径较小,约为3.2 mm;离子谱线与原子谱线的峰值强度出现在不同位置,分别距离射流表面0.8 mm和0.4 mm;等离子体的电子温度低,电子密度值小,在激光束传播方向上两者的变化范围分别为2939~3611 K和0.0149×10 ¹⁴~4.86×10 ¹⁴ cm ^-3,且在离射流表面0.8 mm处达到最大值;与固相基质等离子体类似,液相基质等离子体的发射光谱、电子温度和电子密度的空间演化特性具有较好的空间对称性。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0802001      

马雨晴   王红阳   刘黎明  

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提出了加入Ni中间层的6061铝合金与DP980高强钢搭接接头激光诱导电弧复合连接技术,采用该技术实现了6061铝合金与DP980高强钢的良好连接。分析了Ni中间层对搭接接头力学性能、微观组织的影响,并分析了Ni中间层在焊接过程中的作用。使用光学显微镜、扫描电镜、电子探针、X射线衍射仪等对典型焊接接头的显微组织、元素分布进行分析。结果表明:在铝合金与高强钢之间加入Ni中间层,能有效阻止Fe元素向铝合金基体中扩散,并改变了6061/DP980界面金属间化合物的种类及分布,金属间化合物的厚度明显减小,金属间化合物主要由FeAl₃和Fe₂Al₅组成,Ni元素也发生扩散,并主要以Al-Ni化合物及Fe(Ni)固溶体的形式存在于焊缝中。添加Ni中间层焊接接头的剪切拉伸载荷可达到173 N/mm,比未添加Ni中间层的接头提高了约35%。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0802002      

周显新   辛博   巩亚东   张伟健   张海权  

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针对于激光熔覆沉积成形工艺引起的拉伸强度各向异性的问题,基于变厚度熔覆层沉积方式,探究扫描方向(从高到低和从低到高)对斜坡薄壁件微观组织和力学性能的影响。测试斜坡薄壁件不同位置的拉伸强度和硬度,分析其微观组织形貌,并与等厚度熔覆层沉积方式进行对比。试验结果表明:在薄壁件的纵截面上,沿不同扫描方向沉积能改变晶粒的生长方向;晶粒生长方向和扫描轨迹能影响薄壁件不同位置的拉伸强度,且从低到高扫描沉积可明显减小抗拉强度的各向异性;在水平方向,不同扫描方向下的硬度变化趋势一致,且变厚度熔覆层沉积会改变薄壁件最大硬度的分布。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0802003      

林守钢   郭溪溪   陈浩   张航   赖境   刘德健  

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采用激光熔注技术在Ti-6Al-4V表面制备了ZrO_2p热障涂层,利用X-射线衍射、电子背散射衍射及扫描电镜技术,研究了激光熔注过程中ZrO₂颗粒的组织演变规律。结果表明:通过原子固态扩散,团聚态ZrO₂颗粒内的微粒尺寸增大,并由球状变为多面体状;激光熔注后,ZrO₂颗粒中未发现单斜相(m-ZrO₂);35%的稳定四方相(t''-ZrO₂)转变为立方相(c-ZrO₂);内应力降低,导致90%的正交相(o-ZrO₂)转变为c-ZrO₂。单个微粒内同时存在块状和纳米颗粒状t''-ZrO₂和c-ZrO₂,残留的o-ZrO₂集中分布于微粒界面。ZrO₂的组织演变使得微粒间的结合强度降低,促使ZrO₂大颗粒离散成细小颗粒,提高了涂层的防热性能。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0802004      

井志成   张国瑜   王子健   李午红   王传强   徐国建   陈冬卅   王蔚  

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采用光纤激光-MAG复合焊接技术,在激光输出功率为10 kW的条件下单道一次穿透焊接18 mm厚EH36船用高强钢板,实现了良好的单面焊双面成形工艺技术,且无焊接缺陷存在。本次试验的最佳工艺参数为激光输出功率10 kW、离焦量0 mm、光丝间距3 mm、焊接电流400 A、焊接电压31.1 V、送丝速度14.2 m/min、焊丝伸出长度20 mm、保护气流量20 L/min、焊接速度1.5 m/min。采用分析检测设备对焊接接头的显微组织及力学性能进行分析。结果表明:焊缝上部(电弧作用区)的组织特点是先共析铁素体在柱状晶界以侧板条状生长,在柱状晶内还存在少量粒状铁素体;在柱状晶内,亚结构组织主要由板条状马氏体和针状贝氏体组成,并存在少量上贝氏体;V形带状组织主要由板条马氏体与少量贝氏体构成。焊缝下部(激光作用区)组织主要由板条马氏体组成。电弧作用区与激光作用区的焊接热影响区组织主要由板条马氏体组成。电弧作用区与激光作用区的焊接接头最高硬度均出现在热影响区,激光作用区的焊缝硬度最高,然后依次为焊缝中V形带状组织区、电弧作用区焊缝。焊接接头在室温下的平均抗拉强度为521 MPa,拉伸试样均断裂于母材;焊接接头正弯试验满足标准要求;在-20 ℃下,焊缝金属、热影响区及母材的平均冲击功分别为57,53,52 J,力学性能指标均满足船级社要求。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0802005      

任仲贺   武美萍   崔宸   夏思海  

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针对单道激光熔覆,利用数值模拟技术得到了激光熔覆过程的温度场;在Q235钢表面制备了Ni基激光熔覆层,基于材料相变理论分析了熔覆层不同深度位置微观组织的形成机理,并研究了添加CeO₂、TiO₂纳米颗粒对熔覆层组织的影响。结果表明:在激光熔覆过程中,在激光辐照和热传导的共同作用下,熔覆层和基体不同深度区域因温度变化的差异而发生不同类型的相变,从而得到不同的微观组织;在熔覆粉末中添加CeO₂、TiO₂纳米颗粒,可以通过影响材料的相变过程而改变熔覆层的化学组成和微观结构,提高形核率,得到组织均匀细小的熔覆层。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0802006      

顾振杰   雷剑波   窦俊雅   郭津博  

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采用半导体激光熔覆技术与等离子喷涂相结合的方法,在1Cr13不锈钢基体表面制备了CoCrTaAlY/YSZ热障涂层,然后采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)及X射线衍射仪(XRD)分别对涂层的微观组织、成分分布及物相进行表征。结果表明:YSZ涂层的物相主要由ZrO₂的立方晶相(c-ZrO₂)、正方晶相(t-ZrO₂)及少量单斜相(m-ZrO₂)组成;黏结层具有典型的快速熔凝组织特征,与基体实现了冶金结合。对涂层的抗高温氧化机理、热震性能及其失效行为进行研究后发现:Al₂O₃氧化膜的形成能阻止O元素扩散,使涂层的抗高温氧化性能约为基体的4.1倍(YSZ涂层氧化累积增重仅为0.08 g·cm ^-2);YSZ涂层在900 ℃下热震20次后开始出现裂纹,且裂纹随热震次数增加逐渐变大,热震30次时试样完全断裂。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0802007      

    生物医学光子学与激光医学

石玉娇   张振辉  

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为解决传统的光声成像技术通常将组织的吸收系数假定为无方向性的标量常数而忽略组织各向异性光吸收特性的问题,利用两束电矢量方向相互垂直的线偏振光作为光声成像的激发源,提出一种基于各向异性光吸收的线偏振光声成像技术;搭建线偏振光光声显微成像系统,并选取具有各向异性光吸收差异的材料作为样品,对所提技术的可行性进行实验验证;进一步对生物样品进行成像,演示所提技术对各向异性光吸收生物样本的成像能力。结果表明,所提技术易植入传统的光声显微成像系统中,拓展了传统光声成像的信息提取范围。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0807001      

    遥感与传感器

李文冬   刘继桥   朱亚丹   陈卫标  

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利用基于近地轨道(LEO)卫星组网的红外激光掩星(LIO)技术,可对地球大气温室气体垂直廓线进行主动探测,为全球温室气体浓度廓线的测量提供新手段。介绍了基于LIO技术的大气温室气体浓度廓线的测量原理,针对最主要的温室气体CO₂建立了LIO信号链路模型,通过仿真分析了工作波数对CO₂探测精度的影响,并基于误差最小的仿真结果对CO₂探测波数进行优化选择。采用所选波数对LIO技术的探测性能进行分析,最终得到可用于CO₂浓度廓线探测的波数为4771.6215 cm ^-1和4772.0240 cm ^-1。在5~35 km高度的有效探测范围内,实现了0.6~1.4 km的垂直分辨率,CO₂浓度探测的相对随机误差小于0.8%,最小相对随机误差(0.229%)出现在10 km处。研究结果为星载LIO大气探测系统原理样机的设计提供了重要参考。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0810001      

王成龙   龚文林   邵学辉   韩申生  

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设计一种针对粗糙表面目标的基于稀疏限制的鬼成像(GISC)实验装置,研究并分析接收系统的数值孔径与粗糙目标尺寸对GISC成像性能的影响。结果表明,粗糙目标的GISC成像质量与接收系统的数值孔径和目标尺寸均呈正相关。本研究可以为GISC装置中接收系统的光路设计提供重要参考。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0810002      

王振东   靖旭   孙国栋   程乙轮   喻璐璐   管雯璐   秦来安   谭逢富   张巳龙   何枫   侯再红  

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为了保持图像明暗区域的对比度约束,提出了一种改进的暗通道去雾算法;该算法首先将原始图像分割成适当的明暗双区域,并计算相应的对比度比值,再使用基于中值滤波的暗通道去雾算法处理图像暗区域部分,最后利用亮度精确控制的双直方图均衡算法,以最大程度保持区域对比度不变为约束条件,修正图像较亮区域的亮度分布。结果表明:对比相关去雾算法,利用所提算法最终处理后的图像能够在信息熵值、平均梯度和亮度标准差等方面取得明显增益,进一步凸显图像中被雾霾环境所掩盖的细节特征。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0810003      

马建平   尚建华   孙嘉曈   贺岩   罗远  

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基于高速脉冲调制和回波采样技术,构建了一套激光测距系统。该系统利用高灵敏度多像素光子计数器的多回波光子信号累加输出的特性实现光电信号转换,借助高速信号采集技术对回波信号进行全波形采集,通过回波波形的累加计算得到了回波信号的精确到达时刻,最终获得了高精度的距离信息。理论分析和实验验证的结果表明,该测距系统在实现远距离目标探测的同时,能够兼顾近距离目标的高精度测距,系统的测距动态范围可达10 ⁷,测距精度为0.6 mm。

       PDF全文               HTML全文 中国激光, 2019年第46卷第8期 pp.0810004