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    测量与计量

吕洁   朱文越   青春   吴晓庆   陈莎莎  

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介绍了一种估算大气光学湍流的方法--支持向量机。依据该方法用温度梯度、风速和相对湿度估算了2014年5月13日至2014年5月18日四川成都平原地区近地面连续6天的大气折射率结构常数C2n, 并将其与实际观测值进行了比较。结果表明两者吻合得较好, 能基本表现成都地区的光学湍流特征。与Wyngaard算法相比, 支持向量机得到的结果与观测值更加贴近, 其夜间估算的准确度高于Wyngaard算法。相关分析结果表明: 估算值与观测值的相关度在80%以上。平均绝对误差与平均相对误差等误差分析显示, 训练好的支持向量机能够基本准确地估算出成都地区的C2n, 但转换时刻的估算值与观测值仍有一定误差。该研究表明, 进一步提高估算精度需要改进模式在转换时刻的估算结果。

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卢云君   唐锋   王向朝   郭福东  

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如何提高子孔径拼接干涉测量精度是子孔径拼接系统的关键问题。针对一维平面子孔径拼接系统，分别采用两两拼接算法和误差均化拼接算法，进行拼接位移台定位误差、参考面面形误差和随机噪声对拼接精度影响的数值仿真与分析。仿真结果表明，对于平面拼接系统，参考面高阶误差、随机噪声对拼接精度影响较小，高阶误差的影响略大于随机噪声的影响；参考面低阶误差(二阶项误差)在拼接过程中会累积放大，是平面拼接干涉测量的主要误差来源，误差均化拼接算法不能有效控制参考面低阶误差的拼接累积误差；两两拼接算法与误差均化拼接算法得到基本相同的拼接结果。对450 mm×60 mm的平面镜进行了15个子孔径的拼接测量，去除参考面低阶误差面形前后，拼接结果与大口径干涉仪的测量结果偏差从λ/3［峰谷值(PV)，λ=632.8 nm］减小至λ/45(PV)。

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赵芳   张骁   赵建军   杨利斌  

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无线光通信(FSO)因其高速便捷、抗电磁干扰能力强的优势得到了越来越多的关注，成为军民领域的研究热点。提出了一种舰船三维变形测量方法，利用FSO技术设计了时统单元，使系统的光学结构可以同时实现舰船三维变形角的测量、接收单元的光学成像激励和测量结果的授时。对系统的结构和关键电路的设计进行阐述，并结合数据仿真对系统误差进行分析。结果表明，该测量方法在理论上具有可行性，不仅满足测量精度要求，并且具有更低的硬件复杂度和更高的可用性，有望应用于实践中。

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张立朔   程效军  

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随着激光扫描技术精度和效率的提高, 可获得高精度点云的地面三维激光扫描技术已被广泛应用于地铁隧道变形监测、结构构建等领域。但在测量的隧道数据中, 有很多来自隧道上的附着物的数据须要剔除, 以便对隧道进行变形分析。基于三维激光扫描数据, 以运营中的地铁隧道为研究对象, 提出了一种断面分析方法。针对数据中存在的大量粗差, 提出了以残差1范最小为平差准则的椭圆拟合方法, 利用自适应的阈值剔除粗差。采用分段圆弧代替整体椭圆进行断面分析。对提取的断面进行了形变分析, 实验结果表明, 该方法能够剔除数据中的粗差, 采用分段圆弧分析能准确反映隧道的形变。

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王金栋   孙荣康   曾晓涛   王庆杰  

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利用激光跟踪仪并采用多站分时测量方法检测机床精度时，为了减小激光跟踪仪所在基站位置分布对测量结果的影响，对基站布局优化开展研究。分析了激光跟踪多站分时测量中基站分布位置对基站标定精度的影响。引入全球定位系统(GPS)测量中的位置精度衰减因子(PDOP)作为评价基站分布位置是否合理的指标，并构建了基站布局优化函数。在此基础上，针对测量时机床的三种不同运动区域(1D直线、2D平面、3D空间)，依据建立的基站分布优化函数对最优基站位置进行确定，并分析了空间不同位置处PDOP的变化规律，为现场测量基站位置的合理分布提供了参考依据。

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    光纤光学与光通信

韩立强   江红兵  

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给出了一种串联衬底认知射频(RF)网络与多输入多输出(MIMO)自由空间光通信(FSO)链路的双跳传输系统, 分析了其中断概率。对于射频链路, 采用瑞利衰落分布模型, 分析次级用户与主用户共享频谱的衬底认知无线电网络; 对于MIMO FSO链路, 采用Gamma-Gamma大气湍流模型, 考虑大气衰减效应和大气湍流效应, 通过等增益合并建立MIMO FSO的信道模型。推导出中断概率的闭合表达式, 仿真分析各种天气条件和大气湍流对串级链路的影响, 结果显示随着次级用户发射器的峰值发射功率增大和发射孔径与接收孔径的数目增多, 大气效应的影响逐渐减小, 通信性能随之提高。

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郑嘉麒   余有龙   靳夏文  

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搭建真空环境光纤光栅温度场测量系统, 以托卡马克装置中真空室内部支撑的部分结构为原型, 构建304不锈钢平台作为研究对象, 进行常压和真空环境下的稳态热分析。利用铝合金加热板对常压和真空环境下的不锈钢平台施加热载荷, 基于微型化管式封装的光纤光栅温度传感器对测点处温度进行监测。实验结果显示, 真空环境下热稳态时各测点温度高于常压环境下对应的值, 真空环境下不锈钢平台达到热稳态约耗时4900 s, 而常压环境下耗时约为6150 s。真空和常压环境下均存在热传导和热辐射方式的热量传递。常压环境下不锈钢平台因与空气接触, 主要产生热对流形式的热量耗散。因此, 不锈钢平台在真空环境下热量损耗少, 传热效率高于常压环境。

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郭玉玉   延凤平   刘硕   张鲁娜  

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设计了一种新型微结构光纤, 光纤包层中具有相互垂直的两对椭圆空气孔, 即两个较大的椭圆空气孔和两个较小的填充磁流体的椭圆孔, 四个孔包围形成一个类长方形的纤芯。采用有限元法仿真分析了它在2 μm波段的双折射特性和损耗特性, 并通过优化得到最佳光纤结构参数。仿真结果表明, 该光纤结构的模式双折射可以达到10-3, 限制损耗低于10-11 dB·m-1, 同时实现了高双折射和低限制损耗的设计目标。通过改变外界磁场可以改变磁流体材料的折射率, 进而改变光纤的有效折射率, 实现对光纤中所传输的偏振光相位的连续调谐。

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    激光器件与激光物理

徐攀   夏光琼   吴正茂   李琼   林晓东   唐曦   樊利   邓涛  

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基于自旋反转模型, 数值研究了光抽运下1300 nm自旋垂直腔面发射激光器(Spin-VCSEL)输出激光的圆偏振转换(PS)及偏振双稳(PB)特性。研究结果表明: 对于一定的抽运光偏振椭圆率PP, 抽运光功率能在一定程度上控制激光器输出光的偏振椭圆率Pout, 其绝对值随抽运光功率的增加而逐渐增大; 对于一定的归一化抽运光功率η, 采用正向扫描(逐渐增加)和反向扫描(逐渐减小)PP时, Spin-VCSEL输出的左旋圆偏振光与右旋圆偏振光之间会发生PS, 并可观察到PB现象。对于较小的η, 双稳环宽度随η的增加先增加到一个最大值然后减小到0; 对于较大的η, 双稳环宽度随η的增加总体上呈现出逐渐减小的趋势。激光器的线宽增强因子α和有源区介质的双折射系数γp等内部参数对由PP变化引起的PS和PB均有较大的影响。此外, 确定了双稳环宽度在某些激光器关键内部参数和η构成的参数空间中的分布图。

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许阳   房强   谢兆鑫   李锦辉   崔雪龙   史伟  

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设计了一种基于915 nm半导体激光单端抽运的单纤准单模全光纤激光振荡器，其工作波长为1080 nm，输出功率可达2.02 kW。结合理论和实验，研究了增益光纤长度、受激拉曼散射(SRS)和输出功率之间的关系。通过对增益光纤长度进行优化，在保证大于2 kW激光功率的前提下，实现了高SRS抑制比的激光输出，输出激光中SRS功率占比约为0.8%。180 min内激光器的功率不稳定度小于±1%，光-光转换效率约为70%。通过合理设计光纤盘绕，有效抑制了光纤中光的高阶模式，在满功率输出时成功地获得了准单模激光(光束质量因子M2≈1.5)，并对该激光器在激光切割中的应用进行了研究。

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刘健宁   蒋军彪   马家君   任莉娜  

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棱镜式环形谐振腔反射、折射点多。为了保证陀螺稳定工作，对棱镜各工作面的角度误差、塔差以及调腔提出了严格的要求。将子午面及弧矢面内棱镜的工作面角度误差、球面偏心等作为微扰项，修正光在棱镜表面反射和折射的传输矩阵。建立棱镜式环形谐振腔光束几何偏折损耗和光路空间非共面损耗的物理模型，利用修正后的传输矩阵分析了角度误差造成光束偏离设计位置的程度。设计了基于棱镜配套筛选、谐振腔损耗控制的调腔方法。实验证明，新调腔方法使环形谐振腔一次合格率由75%提高至90%以上。

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孙志红   夏彦文   张波   彭志涛  

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构建光克尔效应时间门物理模型, 采用抽运探测实验获得的二硫化碳(CS2)克尔信号曲线作为光开关门响应函数, 对光束传输进行时间切片和空间离散, 模拟出了光开关门的时空演化规律。研究了在不同的抽运光与探测光夹角和光束空间分布情况下的时间门宽度和光束强度分布。结果表明: 对于高斯空间分布的抽运光束和探测光束, 随着抽运光束与探测光束夹角增大, 时间门变窄, 光斑由对称圆变成椭圆形, 交叉角越大, 椭圆度越大; 如果抽运光束和探测光束的空间分布为超高斯分布, 随着光束夹角增大, 开关门的时间曲线前沿不断变缓, 但光斑空间形状基本没有变化, 椭圆光斑的椭圆度约为1/3。这些结果为抽运探测和光学弹道成像等实验参数的选取提供了一定的参考依据。

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鲁绍文   孟洁   赵学强   施君杰   孟俊清   于真真   侯霞   陈卫标   刘源  

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报道了一种可宽温稳定工作的高峰值功率亚纳秒被动调Q的Nd∶GdVO4激光器。激光振荡级采用平凹腔结构，以尾纤耦合半导体激光器端面抽运Nd∶GdVO4晶体，以Cr4+∶YAG作为可饱和吸收体进行被动调Q。在抽运吸收能量为5.9 mJ时，振荡级输出峰值功率为1.5 MW,脉冲宽度为600 ps的脉冲激光，单脉冲能量为0.9 mJ，光-光转换效率为15.4%，光束发散角为1.2 mrad。采用端面抽运的双程放大结构对振荡级输出激光进行放大，最终得到峰值功率为3.5 MW，单脉冲能量为2.1 mJ激光输出。测量了不同温度下的激光能量的变化，结果表明,在20~36 ℃的温度范围内，激光输出能量的抖动量(均方根)为5%。激光器结构紧凑、功耗低，可作为未来空间激光应用的光源。

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赵明   郝强   郭政儒   曾和平  

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优化设计了光纤-固体皮秒激光光源中的窄光谱皮秒脉冲光纤激光振荡器及多级光纤放大器。光纤链路充分抑制了光纤中的放大自发辐射和非线性效应，以使系统工作在低至1 kHz重复频率时，仍能保持大于20 dB的光谱信噪比及小于0.5 nm的光谱带宽。采用三级双通Nd∶YVO4固体放大器对该光纤链路输出的皮秒脉冲进行了放大。当系统重复频率为1,10,100 kHz时,分别得到了2.34,4.30,10.30 W的平均功率输出，相应的单脉冲能量分别为2.34,0.43,0.10 mJ。在Nd∶YVO4晶体仅为被动散热的条件下，当系统的输出功率不超过7 W时，输出光束的质量因子M2<1.3、光斑圆度大于90%。

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张森   张军伟   周忆   王逍   邓波   粟敬钦   胡东霞  

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波前畸变会影响平行光栅对压缩器输出脉冲的可压缩性和远场焦斑的质量。结合光线追迹法和夫琅禾费远场衍射原理建立了平行光栅对压缩器理论模型。同时分析了输入脉冲的波前误差、光栅衍射面的形变以及光栅波像差对压缩器输出脉冲远场焦平面时空特性的影响, 并采用蒙特卡罗方法数值模拟分析了其误差容许范围。为高功率激光装置中平行光栅对压缩器中进行波前畸变和光栅质量的控制提供了理论参考。

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王倩   赵江山   周翊  

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线宽压窄模块是光刻用准分子激光器的重要组成部分。线宽压窄模块中棱镜组及光栅的装配角度直接影响系统输出特性。为了进一步改进准分子激光器线宽压窄模块工程化安装与调试工艺，研究了棱镜扩束器中棱镜角度偏差对系统线宽及能量的影响。通过理论推导及实验验证，分析了单个棱镜角度偏转对准分子激光系统线宽及能量的影响，确定了每个棱镜的装调误差；实验结果与理论分析结果基本符合。根据确定的装调误差优化设计线宽压窄模块的装调方法，对模块的光谱控制工程化具有一定的指导意义。

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张攀政   冯滔   谢静   任志远   杨晓伟   王利   李菁辉   张志祥   曹兆栋   夏志强   胡静芬   柴志豪   刘志刚   周申蕾   马伟新   朱俭  

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高功率片状放大器在线运行时氙灯辐照导致片腔内产生大量气溶胶，易引起钕玻璃污染，影响其使用寿命。采用洁净氮气吹扫恢复片腔内的洁净环境是片状放大器在线运行时的主要洁净手段。研究了氮气吹扫过程中片腔内涡流对洁净度的影响，结果显示涡流对气溶胶颗粒的禁锢作用会导致腔内气溶胶颗粒的大量残留，且无法通过延长吹扫时间或调整吹扫流速加以解决。针对这一问题，提出了间断多次氮气吹扫对腔内气溶胶进行循环稀释的在线洁净控制方法，该方法使腔内涡流经历不断破坏和重建过程，涡流场内滞留的气溶胶颗粒含量也得到不断稀释，从而大幅提高片腔洁净度。针对Φ130 mm单口径片状放大器进行了对比实验研究。采用间断吹扫法之后，腔内残留气溶胶颗粒为连续吹扫时的1/100，片腔洁净度在15 h的观测时间内始终保持在40级以内。该方法普适有效，为避免片状放大器钕玻璃气溶胶污染,增加其在线使用寿命提供了重要参考。

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李川   韩一平   赵文娟  

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报道一种高峰值功率、线偏振、窄线宽、纳秒脉冲的全光纤激光器。种子源激光器产生的单频连续激光通过一个电光强度调制器实施调制, 为抑制受激布里渊散射(SBS), 脉宽设置为2.8 ns, 重复频率为1.59 MHz。经两级预放、一级功率放大进行放大, 激光最大平均输出功率为139 W, 峰值功率为31 kW。实验过程中未发现受激拉曼散射(SRS), 功率的提升受限于SBS。在最高功率输出情况下, 激光器的光束质量小于1.3。受限于(6+1)×1保偏合束器, 激光器的偏振消光比为14.5 dB。

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    激光物理

王建   陈迪俊   蔡海文   冯俊波   郭进  

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单段式分布式反馈(DFB)半导体激光器的频率调制相位响应曲线在0.1～5 MHz之间, 且具有180°的相位反转, 其作为从激光器的光学锁相环(OPLL)结构难以实现锁相。为解决单段式DFB半导体激光器的锁相问题, 在单环反馈回路中加入可调超前移相功能电路和可调增益功能单元, 并优化相移参数, 实现MHz量级线宽DFB激光器相位的锁定。改进后OPLL在锁相状态下的残余相位噪声为0.012 rad2, 激光器线宽从2 MHz压窄到10 kHz。研究了反馈环路的环路增益对OPLL锁相性能的影响, 并给出了最优的环路增益控制参数。

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颜博霞   王延伟   亓岩   毕勇  

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为了实现对激光投影白平衡的实时控制, 根据CIE1931和CIE1964标准色度系统, 对激光红绿蓝三基色组成的激光光源进行了颜色配比和色温研究。首先, 根据格拉斯曼颜色混合定律, 介绍了三基色混合白光色坐标和色温的获得方法。接着, 理论计算了红(638 nm)、绿(532 nm, 520 nm)、蓝(445 nm)激光器在目标色温6500和9300 K下的功率配比, 分析了实现6500～9300 K连续可调对应的功率配比变化; 然后, 对绿光波长变化对色温和亮度的影响以及功率下降引起的色温变化进行了分析。最后, 搭建了激光光源色温测试实验系统, 相比按照标准功率配比计算的理论色温值, 实验获得的色温结果偏低约15%。

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汪勇   刘斌   叶志斌   徐霜馥   唐超   张翔   郑峰   刘崇   刘东   项震  

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高峰值功率以及高光束质量的激光光源在激光加工等领域具有重要的应用价值。利用重复频率为50 kHz、脉宽为3.9 ps、平均功率为10.9 mW的光纤种子光源, 经过两级固体双通放大, 最终得到平均功率为27.65 W, 峰值功率达到65 MW的激光输出。第一级放大器为端面抽运Nd∶YVO4放大级, 第二级放大器为侧面抽运Nd∶YAG放大级。通过利用球差补偿理论设计的双通放大结构以及调节放大级中的填充因子, 控制最终激光输出的光束质量, 得到输出激光的光束质量因子M2=1.30。

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王钰茹   梅海平   康丽   武鹏飞   崔朝龙  

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采用红光激光器、3M微晶棱镜阵列反光膜和长焦高速CCD(电荷耦合器件)构建的折返路径激光成像探测系统, 进行典型天气条件下湍流大气中1 km传输路径上的激光光斑回波成像探测实验, 并配备激光闪烁仪和大气相干长度仪实时监测湍流参数。对激光光斑图像的强度进行了统计分析, 获得了不同位置、不同光斑孔径范围内的闪烁指数和光强起伏的空间相关系数, 并尝试拟合得出了光斑中心点理想的点闪烁指数。将依据该闪烁指数推算出的湍流折射率结构常数与实时监测数据进行对比分析, 结果表明：利用该方法所得的湍流折射率结构常数与激光闪烁仪实测值在变化趋势上具有良好的一致性, 并且折返路径激光成像探测方法容易确保傍轴近似条件, 理论上更符合实际。该系统不仅可用于观测受大气湍流影响的完整的远场激光光斑, 通过定量化理论建模, 还有望发展成为一种单端的大气光学湍流参数成像探测新技术。

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王志斌   董伟  

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设计一种包含顶角经过圆角处理的金属脊和特定三角形空气间隙层的混合表面等离子激元波导结构, 这种特定三角形结构和其他材料的组合有效提高了纳米激光器的性能。应用有限元法, 借助于COMSOL Multiphysics软件分别构建二维平面和三维体积模型, 使用模态分析模块对该波导结构的波导特性与激光器特性进行分析。结果表明, 当工作波长为1550 nm时, 所设计波导的光场约束可以达到较好的亚深波长水平, 同时保持较大的传输长度。该波导结构可以实现表面等离子体激元模式和纳米线模式之间的超强耦合, 耦合强度最高可以达到0.96, 传播长度可以达到28047 nm。将该结构应用于激光器, 通过调整波导设计参数获得了高质量因子、低能量损耗、低阈值极限、超小的有效模式体积。与单一三角形空气间隙结构相比, 在相同的参数下, 所设计的结构具有更强的光场限制能力和微腔束缚能力。该结构有望应用于片上互连、光子集成电路、光学存储、光信号处理等领域。

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聂丹丹   李渊骥   冯晋霞   张宽收  

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利用自制的高功率连续单频1.06 μm激光器抽运基于周期性极化铌酸锂(PPLN)晶体的单共振光学参量振荡器(SRO), 实验产生了宽调谐高功率连续单频红外激光。通过控制改变PPLN晶体的极化周期和温度, 连续单频信号光和闲频光波长分别可从1.45 μm调谐到1.79 μm和从2.62 μm调谐到3.99 μm。当抽运功率为15.5 W时, 1.52 μm信号光和3.53 μm闲频光的最大输出功率分别为5.1 W和2.1 W, 光光转换效率达46.5%。当SRO自由运转时, 信号光和闲频光在4 h内实测的功率波动分别小于±2.77%和±2.79%, 同时信号光在4 h内实测的频率漂移小于±45 MHz。

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    激光制造

邱文聪   杨立军   刘桐   赵德金  

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利用无源电探针检测装置, 对A304不锈钢YAG激光焊接过程中的等离子体电信号进行了检测, 并且同步触发高速摄像装置, 对等离子体的形态进行记录。对等离子体高速摄像图片与电信号进行了时域对比分析, 发现电信号电压波动特征与等离子体形态波动特征吻合较好。对一定时间长度内的电信号进行功率谱密度(PSD)分析, 发现电信号PSD图中特征峰值对应的频率与等离子体形态波动频率基本一致。结果表明, 等离子体的形态波动、电信号的波动特征与小孔的行为具有很强的关联性。这种波动特征受到焊接参数的影响, 波动频率随着激光热输入的增大而减小。

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张俊生   程序   张述泉   吴宇  

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研究了激光增材制造Ti-48Al-2Nb-2Cr金属间化合物在850 ℃温度时的氧化增重和组织变化，分析了铸态和激光沉积态试样氧化行为的区别，并揭示了其氧化机理。结果表明，当氧化时间相同时，沉积态试样的氧化增重速率明显小于铸态的。经60 h氧化后，铸态试样氧化膜和基体完全剥离，而沉积态试样氧化膜与基体局部结合较好。沉积态和铸态试样表面的氧化膜组成不同，前者为TiO2/Al2O3/基体，后者为TiO2/Al2O3/TiO2+Al2O3/基体。

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于群   王存山  

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采用有限元和有限体积法，对交变磁场作用下激光增材制造Ni45合金过程进行了磁-热-流耦合数值分析。结合试验，探讨了外加磁场对凝固组织的演化规律和性能的影响。结果表明，外加磁场增强了由表面张力梯度和浮力耦合产生的强制性环流;随着磁场强度的增大, 激光熔池的对流传热逐渐增强，这使得激光熔池的温度梯度逐渐减小，凝固速率逐渐增大;受此影响，合金成形体的凝固组织逐渐细化，硬度和摩擦磨损性能提高。

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陈冰清   熊华平   孙兵兵   魏振伟   李万青  

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以金属粉末为焊料, 研究了Ti3Al基合金与GH4169高温合金异种材料之间的激光焊接, 分析了接头各区域的微观组织, 并测试了接头截面不同区域的显微硬度以及接头的室温拉伸强度。研究结果表明, 当焊料为单一的Ti-Ni-Nb粉末时, 接头的平均室温抗拉强度为129 MPa, 焊料与两种母材的界面均没有生成反应层, 焊缝的成分主要为Ti-Ni-Nb相、Nb-Ti固溶体及析出的Nb, 焊缝与母材界面的显微硬度高于焊缝中心及母材的; 当焊料为Ti-Nb/Ti-Ni-Nb/Ni-Cu三种粉末的复合焊料时, 接头的抗拉强度增大至180 MPa, 接头中主要元素的含量随焊料成分的不同沿焊缝逐渐发生变化, Ti3Al/Ti-Nb界面具有较高的显微硬度, Ti-Nb区和Ti-Ni-Nb区的硬度值高于Ni-Cu区的。

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顾赛男   王广原   秦渊   杨森  

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采用同轴送粉法进行了W-Cu复合粉末的激光熔覆实验, 研究了不同工艺参数对单道熔覆层几何特性和颗粒分布的影响, 提出了有效质量能量密度(k)概念。结果表明, 在单道熔覆实验加工体系下, 熔覆层的散逸能量密度约为3.5×10-3 kJ·mm-2。在一定加工条件下, 熔覆层中存在有效质量能量密度临界值(k′), 当k＞k′时, 熔覆层中可以形成稀释区; 随着k值的减小, 熔覆层内的W颗粒发生团簇→均匀分布→沿熔覆层边缘分布→“W包Cu”不同状态的变化。单道多层熔覆时, k值受单道熔覆层形状的影响较大, 熔覆层宽高比越小, 实际的k值和试样的相对致密度越小。

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陈忠贇   方淦   曹良成   付芸   曹洪忠   姜肇国   段宣明  

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利用800 nm飞秒激光光镊捕获了水中分散的银纳米颗粒，在玻璃基片表面直写银线，通过调控激光参数研究了激光功率对银线线宽及表面形貌的影响，实现了线宽为378 nm的银线直写。经过测试，直写的银线电阻率为固体银的19.88倍。此外，还利用该方法制备了银二维网格结构，体现了该技术在二维结构直写方面的良好加工能力。

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段声勤   刘婷婷   廖文和   张长东   杨涛  

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对圆孔试样进行分区分析, 研究了激光功率、扫描线角度以及轮廓扫描次数对悬垂圆孔结构成形质量的影响。结果表明, 激光功率对圆孔成形质量的影响显著, 随着激光功率的增大, 圆孔圆度值增大, 尺寸精度降低, 同时悬垂面出现细而长的熔池, 部分熔池断裂球化成球状熔滴; 当扫描线方向平行于悬垂面边缘线时, 悬垂面质量较好, 但在成形圆孔顶部近水平悬垂面处出现严重塌陷; 在设置的扫描次数范围内, 增加轮廓扫描次数可降低悬垂曲面表面粗糙度, 优化表面质量。

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    简讯

陈子伦   雷成敏   王泽锋   周朴   马阎星   肖虎   冷进勇   王小林   许晓军   陈金宝   刘泽金  

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由于单路光纤激光器受非线性效应、热效应、模式不稳定等多种因素的影响, 进一步提升其输出功率存在较大技术挑战。光纤功率合束器可将多个中等功率的光纤激光器进行功率合成, 以获得更高功率的光纤激光输出。国防科技大学于2015年基于自研的、输出光纤为100 μm和50 μm的7×1光纤功率合束器分别实现了大于6 kW的光纤激光合成输出, 又于2016年基于自研的、输出光纤为100 μm 的7×1光纤功率合束器实现了12 kW的光纤激光合成输出, 并实现了长时间的稳定出光, 为国产工业化大功率多模光纤激光的产业化迈出了重要的一步。

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    生物医学光子学与激光医学

徐依雯   张运海   杨皓旻   季林   昌剑   刘创   唐玉国  

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激发光引起的荧光漂白限制了共聚焦成像技术在长时间观测生物样本方面的应用。提出了一种基于可控光剂量的共聚焦成像技术(CLE-CM)，该技术通过预实验设置高低阈值，定时读取采样像素值并与预设阈值进行比较，根据比较结果控制每个物方像素的光照时间，以更高效地利用荧光信息，在不牺牲图像质量的情况下降低了荧光漂白。用CLE-CM和标准共聚焦对牛肺动脉内皮细胞样本连续成11幅图像，与第11幅标准共聚焦图像相比，第11幅CLE-CM图像的荧光漂白减少了52.62%，具体降漂白效果与样本中的荧光分布有关。CLE-CM通过减少光剂量大幅降低了共聚焦显微成像的荧光漂白，使共聚焦显微镜能连续成更多张高质量图像。

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张兰兰   高万荣   史伟松  

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提出了一种用于对人体皮肤的微血管成像的手持式扫频光学相干层析系统。对比分析了功率强度差分(PID)、散斑方差(SV)以及基于对数强度的差分标准差(DSDLI)3种算法对实际成像分辨率等的影响，并用3种算法获得的人体皮肤在体截面和正面图说明3种血流成像算法的成像性能。结果表明：相比于PID和SV算法，DSDLI算法重建的血流图像中的血管更加清晰，血管信息更多，且能捕获到其他两种算法重建图像中看不到的血管。

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原江伟   张春光   王号   石磊  

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相比于传统的分光元件，非共线声光可调滤波器(AOTF)具有小巧、稳定性强、调谐灵活快速、信号接收和处理方便等诸多优点，在光谱成像领域具有很高应用价值。将非共线AOTF与倒置光学显微镜有机结合，构建了显微光谱成像系统，在可见光范围内开展了肺癌组织的快速显微光谱成像研究。通过实验获得了加载在AOTF上的超声频率与衍射光波长的调谐关系，与理论计算结果符合较好；获得了在一系列中心光波长下的肺癌组织的显微图像和对应的窄带光谱。实验结果表明，系统在工作波段内均保持较好的光谱分辨性能；对不同光波长肺癌组织图像进行对比，结果未见图像明显漂移，表明图像稳定性高；各中心波长下获得的肺癌组织图像均呈现较好的清晰度；不同波长肺癌组织图像的对比以及亮度、透射率曲线的分析结果显示，在503.45~590.12 nm范围内，肺癌组织图像呈现最佳的对比度和清晰度，这主要是源于不同区域的内在组分和结构不同使得肺癌组织对于不同波长光信号的吸收程度不同。

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孙广宇   符秋伟   郭文博   鲁丽   艾保全   熊建文  

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研究了叶酸修饰硒化镉掺杂二氧化钛(FA-CdSe-TiO2)的纳米颗粒体外光动力(PDT)灭活HL60细胞的作用效果，探讨了叶酸修饰增强CdSe-TiO2纳米颗粒PDT效果的作用机理。利用水解沉积法制备CdSe-TiO2，采用表面修饰方法制备FA-CdSe-TiO2纳米颗粒。通过透射电镜(TEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、紫外可见吸收光谱等方法，对纳米颗粒进行结构和光学性质的表征；采用CCK-8法检测细胞活性；利用荧光探针标记技术分析细胞内活性氧水平，通过扫描电镜观察细胞的超微结构。结果表明：FA-CdSe-TiO2纳米颗粒对细胞暗室毒性相较于CdSe-TiO2没有大幅变化；而在光照条件下，FA-CdSe-TiO2对细胞的生长抑制率相比于CdSe-TiO2有较大提升，其中叶酸比例为1.0时，在18 J/cm2光剂量辐照下，PDT效率达84%；叶酸表面修饰提高了HL60细胞对纳米颗粒的摄取效率，使细胞内活性氧水平提升，进而增强了对HL60细胞的PDT灭活效率。

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徐笑晗   夏果   金施群   吴骕   王国栋  

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为了实现对荧光免疫层析试条浓度的定量测量，设计了一种荧光免疫层析试条成像检测系统。采用365 nm紫外线发光二极管(LED)作为激发光源，通过手持式变倍显微镜相机采集免疫层析试条的荧光图像。根据试条图像荧光检测线和质控线区域位置相对固定的特性，使用最大类间方差遗传算法对图像进行分割，并通过对荧光区域进行定位来去除背景噪声；然后对分割出的荧光图像进行背景滤除，计算出检测线和质控线的灰度值；最后计算荧光区域的特征值，实现对荧光试条浓度的定量检测。实验证明，荧光免疫层析试条成像检测系统的重复性好，5种不同浓度的荧光试条各进行10次重复性检测，检测结果的变异系数均小于0.5%，拟合出的标准曲线的拟合程度可达0.99944，实现了快速定量化检测。

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余景景   刘佳乐  

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生物发光断层成像(BLT)是一种低成本、高灵敏、具有巨大潜力的光学分子成像模态，高效稳定的重建算法是将其推向实用的关键。为克服BLT重建的高不适定性，提出了基于非凸L1-2正则化的重建方法，采用凸差分算法来解决非凸泛函最小化问题，在每一步迭代中采用带自适应惩罚项的交替方向乘子法高效求解。为评估该方法的有效性和稳健性，设计了单光源和双光源数字鼠仿体实验，并与3个典型的重建算法进行对比，仿真实验结果表明，所提L1-2正则化方法在不同光源设置下都得到了最准确的光源定位。

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张明明   韩豪   刘景业   徐媛媛   王亚伟   季颖  

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基于干涉成像原理，提出了一种结构简单的轴向可调式共光路干涉成像系统的设计。该设计充分利用光路可逆性和分光棱镜的反射、折射特性，先通过棱镜将入射光分为两束平行光，一束照射到样品上被反射载物台反射作为物光，另一束则直接被反射作为参考光，然后利用上述棱镜使反射回的物光和参考光合束发生干涉。通过调整棱镜的分光层与光轴之间的夹角可分别实现不同类型的干涉。分别以傅里叶变换和三步相移范数法为例对实验获得的干涉条纹进行相位恢复，并通过对结果的分析评估了系统的性能，对设计用于生物细胞相位成像的可行性进行了论证。所设计的系统结构简单、操作方便、系统误差小，可为均质细胞的无损免标记形态检测提供一种简单易行的方法。

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    太赫兹技术

苏思思   延凤平   谭思宇   王伟   孙慧慧  

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设计了一种基于站立结构的太赫兹超材料增透膜。利用双开口环站立结构实现了对太赫兹波段反射的抑制，使得该增透膜的反射率最低减小至0.001，反射率在0.1以下的带宽可达0.45 THz。分析了该超材料增透膜的工作机理，研究了两个开口环之间的距离以及聚合物基底的厚度对超材料增透膜性能的影响，并与单开口环结构的增透膜进行了性能对比。仿真及分析结果表明，所设计的超材料增透膜具有优异的宽带反射抑制性能和较大的制作参数容差特性。

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    遥感与传感器

冯长中   吴松华   刘秉义  

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提出基于共轭梯度算法的速度方位显示(VAD)风场反演方法，应用最优化理论，将共轭梯度算法代替传统VAD方法中的傅里叶级数展开来求取最优解，并针对算法在风场反演应用时存在不收敛于最优解的问题，使用Hessian矩阵对算法进行了修正。同时开展了多普勒激光雷达与符合IEC 61400-12-1国际标准的高精度风杯风速计的43天对比实验，结果显示，当激光雷达的方位角扫描范围为60°、径向个数为7个时，两者的风速、风向相关系数分别为0.991和0.998，风速、风向标准偏差分别为0.52 m/s和5.1°，风速、风向偏差分别为-0.02 m/s和3.6°。对比实验结果表明，基于共轭梯度算法的VAD风场反演方法使用较小的扫描方位角仍能保证其测量的准确性满足国际标准，具有更强的适用性，同时印证了激光雷达系统的测量性能，为动态复杂风场的监测提供了更佳的选择。

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    综述

路桥   时雷   毛庆和  

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基于光学频率梳的双光梳光谱技术(DCS)集高分辨率、高灵敏度、宽光谱覆盖和快速测量等优势于一身; 近年来, DCS发展迅速, 新原理、新方法、新技术和新应用不断涌现, 极有必要对其发展现状进行系统梳理, 对其未来发展趋势进行客观述评。为了给相关科技人员在把握DCS发展全貌时提供参考, 从光梳出发, 以异步光学取样原理与噪声特性为主线, 对DCS的测量原理、实现方案、性能指标、应用技术、仪器化, 以及未来可能的发展趋势进行综合述评与预测。

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