姚喆赫 1,2,3戴温克 1,2,3邹朋津 4余沛坰 4[ ... ]姚建华 1,2,3,*
作者单位
摘要
1 浙江工业大学 激光先进制造研究院,浙江 杭州 310023
2 特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室,浙江 杭州 310023
3 浙江工业大学 机械工程学院,浙江 杭州 310023
4 杭州汽轮动力集团股份有限公司,浙江 杭州 310020
面向海洋、矿山等领域机械部件表面耐磨防蚀涂层制备需求,针对陶瓷颗粒强化涂层高耐磨性能与高耐腐蚀性能难以兼容的问题,搭建了超声辅助激光熔覆试验平台,制备了有无超声作用下的碳化钨(WC)颗粒强化涂层。研究了超声对复合涂层微观组织形貌、元素分布、WC表面合金层厚度的影响规律,并进一步开展了有无超声试样硬度、摩擦磨损与耐蚀性能测试。结果表明:超声振动能够细化晶粒,平均晶粒尺寸从101.0 μm降至59.6 μm,抑制偏析,促使WC表面合金层溶解与熔覆层元素的均匀分布;超声作用下,试样平均显微硬度由310 HV0.1提升至425 HV0.1,同时超声作用下WC颗粒周围硬度分布更加均匀;有无超声作用下试样失重量分别为6.5 mg和8.8 mg,试样磨损率分别为0.0323 mg/m和0.0438 mg/m,试样磨损率降低了26.2%;超声作用下试样腐蚀电流密度由5.20 μA/cm2降低为2.13 μA/cm2,同时电化学阻抗谱表明超声作用下试样表面具有更大的电容阻抗环、阻抗模量与相角值。
激光熔覆 WC颗粒强化涂层 超声 耐磨性能 防腐性能 laser cladding WC particles reinforced coating ultrasonic vibration wear resistance corrosion resistance 
红外与激光工程
2024, 53(1): 20230542
作者单位
摘要
1 山西大学 光电研究所 量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西 太原 030006
2 山西大学 极端光学协同创新中心,山西 太原 030006
全固态单频连续波激光器因其噪声低、线宽窄、光束质量好、功率稳定性高等优点已经被广泛应用于产生非经典光场、冷原子物理研究、引力波探测等诸多领域。随着科学技术的不断发展,传统的全固态激光器的输出功率已经不能满足前沿领域的需求,因此亟需在保持全固态激光器整体性能的同时进一步提升激光器的输出功率。为此首先需要更高的泵浦功率,而这将使激光器内部增益提高,在腔内损耗不变的情况下,原非振荡模式也将满足起振条件,从而使激光器在跳模或多模状态下运转。此外,激光晶体的热效应和损伤阈值也限制了输出功率的提高。本文介绍了一种利用非线性损耗大幅度提升全固态单频连续波激光器的输出功率的技术和方法。通过在谐振腔中引入非线性损耗,使主模经受的非线性损耗是次模的一半。在模式竞争的作用下,谐振腔内的模式被更进一步的选择,从而允许全固态单频激光器在更高的增益下保持单纵模运转。通过在谐振腔内插入多块增益晶体可以有效缓解由于激光增益晶体热效应的限制,从而实现更高功率的单频激光输出。目前高功率全固态连续波激光器的输出功率已经达到了一百瓦的量级,且还在进一步提高。通过在谐振腔内引入非线性损耗,全固态单频连续波激光器的整体性能在得以保障和提高的同时,其应用范围也得到了进一步的推广。
全固态激光器 非线性损耗 单频 高功率 all-solid-state laser nonlinear loss single frequency high power 
红外与激光工程
2024, 53(1): 20230592
赵树森 1,2何宏智 1,3韩世飞 1,2,4姜璐 1,2,4[ ... ]张谷令 3,*
作者单位
摘要
1 中国科学院半导体研究所全固态光源实验室,北京 100083
2 北京市全固态激光先进制造工程技术研究中心,北京 100083
3 中央民族大学 理学院,北京 100081
4 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院,北京 100049
透明硬脆材料由于其优异的力学性能、热稳定性、耐腐蚀性以及光电性能,广泛应用于半导体与电子领域。传统透明硬脆材料切片方法效率低、材料损耗大,制约了硬脆材料的推广应用。激光剥离技术是近年来新兴的一种透明硬脆材料切片新方法,较传统金刚线切割方法大幅提升硬脆材料的切片效率和材料利用率,目前已发展成为硬脆材料激光加工领域学术研究与产业应用的焦点。文中深入分析透明硬脆材料激光剥离物理过程,归纳激光剥离过程关键科学问题:透明硬脆材料对激光的非线性吸收、激光作用下材料内部微观结构演化与缺陷扩展规律,以及激光光场调控对材料改质影响机制等。基于这些科学问题,综述了近年来激光剥离不同类型透明硬脆材料的研究进展,目前用于激光剥离的材料已涵盖了SiC、Si、GaN、金刚石等半导体材料,蓝宝石、多晶Al2O3、氧化锆等陶瓷材料,激光剥离技术已发展出超快激光双脉冲诱导剥离、超快激光-化学辅助剥离、多激光复合剥离等。激光剥离物理过程是一个典型的激光-材料-热学-力学多学科交叉问题,尽管在实验结果方面获得了显著突破和迅猛发展,但目前对于工艺机理仍缺乏深入的理论与数值建模研究。未来透明硬脆材料激光剥离技术将会朝着百微米以下超薄厚度剥离、改质层低损伤、工艺自适应等方向发展,将为半导体与电子等领域快速发展提供更大的技术支撑。
超快激光 硬脆材料 剥离 非线性吸收 缺陷扩展 光场调控 ultrafast laser hard and brittle materials splitting nonlinear absorption defect extension optical field modulation 
红外与激光工程
2024, 53(1): 20230487
宋海智 1,2,3张子昌 1周强 2邓光伟 2[ ... ]王浟 1,2
作者单位
摘要
1 西南技术物理研究所 量子研究中心,四川 成都 610046
2 电子科技大学 基础与前沿研究院,四川 成都 611731
3 长春理工大学 高功率半导体激光器实验室,吉林 长春 130013
量子科技的发展多年来得到了光电技术的有力支撑,笔者团队由此进行了一系列光电量子器件的研究和开发。为在光纤量子通信中实现单光子信号的按需产生,笔者设计了几种微纳柱型光腔-量子点单光子源;发展了频分复用技术,研制了高纯度、高全同的宣布式单光子源;利用GaN缺陷的单光子特性,制备了室温量子随机数发生器。笔者优化周期极化铌酸锂的级联波导结构设计,大幅提升了通信波段量子纠缠光源性能,使保真度高于97%,噪声特性提高10倍;设计和制备Si3N4微环腔纠缠源器件,实现了99%的干涉可见度,展示了芯片集成量子光源的技术可行性;应用所制备的纠缠光源,实现了数十千米光纤基量子密钥分发和量子隐形传态。笔者发展了单光子探测器制造工程,研制了用于太阳光谱量子测量的低噪声高速雪崩单光子探测器和用于量子成像的128×32及以上规模的雪崩焦平面单光子探测器。笔者制备了光纤基量子存储器,实现了1 650个光子模式的有效存储;研究了光机械量子器件的原理机制,探索了纳米光机电系统用于量子精密测量的技术前景。希望以上综述为未来量子信息网络的发展提供研究参考和技术储备。
光电子学 量子器件 量子信息 单光子 量子纠缠 量子网络 optoelectronics quantum device quantum information single photon quantum entanglement quantum network 
红外与激光工程
2024, 53(1): 20230560
赵毅强 1,2张琦 1,2刘长龙 3,4武唯康 3,4李尧 1,2,*
作者单位
摘要
1 天津大学 微电子学院,天津 300072
2 天津大学 天津市成像与感知微电子技术重点实验室,天津 300072
3 中国电子科技集团公司第五十四研究所微系统中心,河北 石家庄 050081
4 通信软件与专用集成电路设计国家工程研究中心,河北 石家庄 050081
机载LiDAR数据分类是根据数据特征为每个点指定类别标签。针对现有方法忽略全波形与点云在物理特性上的关联、缺乏对邻域几何和语义相关性的深入挖掘,从而导致捕获局部结构能力不足的问题,搭建了结合目标物理与几何特性的分类方法,实现了由全波形和点云组成的机载LiDAR数据端到端分类。首先,构建了特征融合模块,提取了全波形时序特征和点云几何特征,依据两种数据物理意义上的关联,通过双低秩矩阵实现了全波形与点云特征级融合。其次,构建了邻域特征增强模块,挖掘点对相关性,增强对局部几何结构的学习。最后基于层次化编解码结构搭建了分类网络。该网络在机载LiDAR数据集上测试,达到平均精度0.96、平均召回率0.90、平均F1分数0.92,证明了网络的有效性。
机载激光雷达 数据分类 特征融合 全波形 三维点云 物理特性 airborne LiDAR data classification feature fusion full-waveform 3D point clouds physical characteristics 
红外与激光工程
2023, 52(11): 20230212
谭伊玫 1,2张硕 2罗宇宁 1,2郝群 1[ ... ]唐鑫 1
作者单位
摘要
1 北京理工大学 光电学院,北京 100081
2 中芯热成科技(北京)有限责任公司,北京 101102
中波红外成像在**侦察、遥感测绘、航天航空等领域发挥了重要作用。现有中波红外焦平面主要采用碲镉汞、二类超晶格、锑化铟等块体半导体材料,其性能优异、稳定性高。然而,其复杂的材料制备及倒装键合工艺限制了块体半导体焦平面阵列的批量化制备及低成本应用。胶体量子点作为一种新兴液态半导体材料,具有光谱调控范围“宽”、合成规模“大”、制备成本“低”、以及加工工艺“易”等优势,为新型红外焦平面阵列研发提供了全新的思路。碲化汞量子点采用“热注法”合成,并通过旋涂方法实现与硅基读出电路的直接电学耦合,阵列规模及像元间距为640×512及15 µm。在80 K工作温度下对焦平面阵列进行了性能测试,碲化汞焦平面阵列响应截止波长达到4.6 μm、比探测率为2×1010 Jones、噪声等效温差51.26 mK(F#=2)、响应非均匀性3.42%且有效像元率高达99.99%,展现了较好的成像性能,为非倒装键合体制中波红外成像焦平面的制备提供了新的方案。
红外成像技术 量子点焦平面阵列 捕获型器件 中波红外 热成像 infrared imaging technology quantum-dot focal plane arrays trapping-mode devices mid-wave infrared thermal imaging 
红外与激光工程
2023, 52(7): 20230377
卞进田 1,2,3孔辉 1,2,*叶庆 1,2姚吉勇 4[ ... ]温凯华 1,2
作者单位
摘要
1 国防科技大学 脉冲功率激光技术国家重点实验室,安徽 合肥 230037
2 国防科技大学 电子对抗学院 先进激光技术安徽省实验室,安徽 合肥 230037
3 国防科技大学 南湖之光实验室,湖南 长沙 410073
4 中国科学院理化技术研究所,北京 100190
为抑制光参量振荡器(Optical Parametric Oscillator,OPO)振荡过程中信号光和闲频光向泵浦光的逆转换,首次采用在L型OPO腔的支路中插入信号光倍频晶体LiB3O5的(简称LBO)的方式,实现了BaGa4Se7(BGSe) OPO闲频光的高转换效率输出,当泵浦激光(1.06 μm)能量为115 mJ时,闲频光(3.5 μm)能量为16.18 mJ,光光转换效率为14.06%,斜效率为18.4%,这是目前已知1.06 μm激光泵浦BGSe OPO最高的转换效率。模拟了不同泵浦能量下L型腔中有无LBO晶体时BGSe OPO腔内的三波波形,并给出了闲频光在实验中的输出波形。与传统OPO腔相比,所提出的L型OPO腔(含倍频晶体)在大能量泵浦条件下抑制了逆转换,可获得更高的闲频光转换效率。
中红外激光 高转换效率 BaGa4Se7 光参量振荡 mid-infrared laser high conversion efficiency BaGa4Se7 optical parametric oscillation 
红外与激光工程
2023, 52(6): 20230178
作者单位
摘要
国防科技大学 信息通信学院,湖北 武汉 430033
在经典理论框架下,相干探测性能受限于散粒噪声对应的标准量子极限,而量子增强接收技术通过引入位移算子,采用关联的方式将经典的平衡零拍/零差探测转化为光子数态的测量,理论上可以突破标准量子极限并不断逼近Helstrom极限。无歧义量子态识别(Unambiguous State Discrimina-tion, USD)是量子增强接收常用的识别判决策略之一。然而,由于微弱光信号的能量有限,传统的USD量子增强接收方法的适用微弱信号范围较小,微弱信号识别的错误率较高。提出了一种QPSK调制量子增强接收的混合测量优化方案,该方案首先通过二态零差测量将QPSK相干态的区分转化为BPSK相干态的区分,然后通过BPSK量子增强接收测量实现相干态的无歧义识别。仿真表明,混合测量方案在平均光子数在3.2~11.3之间优于经典的外差测量方案,而且比传统QPSK量子增强接收方案具有更大的适用信号范围。
量子增强接收 混合测量方案 无歧义量子态识别 自适应反馈 quantum-enhanced receiving hybrid measurement scheme unambiguous state discrimination adaptive feedback 
红外与激光工程
2023, 52(6): 20230189
王小林 1,2王鹏 1,2吴函烁 1,2叶云 1[ ... ]陈金宝 1,2
作者单位
摘要
1 国防科技大学 前沿交叉学科学院,湖南 长沙 410073
2 国防科技大学 南湖之光实验室,湖南 长沙 410073
LD泵浦掺镱光纤激光器具有低成本、高效率、高光束质量等优点,在工业、科研、**等领域有着广泛的应用。在大部分实际应用中,由功率和光束质量决定的亮度是影响光纤激光器实际作用性能的核心指标。受到非线性效应(尤其是受激拉曼散射)和模式不稳定效应的限制,当前高亮度掺镱光纤激光器输出功率提升遭遇了明显的技术瓶颈。为了抑制非线性效应和模式不稳定效应,在传统方法的基础上,提出了变纤芯直径光纤和优化泵浦波长等成体系的方法以提升光纤激光器的输出功率;为了有效提高对光纤激光器的设计研发能力,提出并开发了具有自主知识产权的光纤激光仿真软件SeeFiberLaser。首先,介绍了影响宽谱高功率掺镱光纤激光器亮度提升的主要限制因素,给出了各个限制因素的抑制方法;其次,利用自研光纤激光仿真软件SeeFiberLaser对提升光纤激光器功率的方法进行优化设计,并对工业常用的振荡器和高亮度光纤激光放大器进行仿真优化;然后,介绍课题组采用后向泵浦、变纤芯直径光纤和优化泵浦波长等方法提升激光功率,实现的6~10 kW高亮度功率光纤激光器;最后,对更高亮度光纤激光器的技术方案进行讨论和展望,提出了无源器件集成化、增益传能光纤一体化等思路,提出了基于变纤芯直径增益传能一体化光纤和集成化无源器件的新型高功率近单模光纤激光器技术方案。
光纤激光器 非线性效应 模式不稳定 激光亮度 仿真软件 fiber lasers nonlinear effects mode instability laser brightness simulation software 
红外与激光工程
2023, 52(6): 20230242
熊玉朋 1,2,3路文文 1,2,3黄铖 1,2,3陈付磊 1,2,3陈善勇 1,2,3,*
作者单位
摘要
1 国防科技大学 智能科学学院 装备综合保障技术重点实验室,湖南 长沙 410073
2 国防科技大学 智能科学学院 超精密加工技术湖南省重点实验室,湖南 长沙 410073
3 国防科技大学 南湖之光实验室,湖南 长沙 410073
由共用镜坯、径向折叠的多个环带反射镜组成的成像系统具有紧凑化、免装调的特点。为确保各反射镜的面形精度和相互位姿精度,提出了计算全息(Computer Generated Hologram, CGH)补偿干涉测量方法。针对可见光/近红外成像需求,基于共轴折叠思路设计了环带四反射镜成像系统;应用金刚石车削工艺加工了多环带共体反射镜;重点针对其中共体的主镜、三镜和次镜、四镜分别设计了CGH补偿器,通过合理选择离焦载频和CGH轴向位置,有效分离了干扰衍射级次的鬼像,实现了多个反射镜面形与相互位姿误差的同步检测。干涉测量结果表明,多个反射镜同时达到接近零条纹状态,面形精度和相互位姿精度较高,且无鬼像干扰。系统对100 m远处目标探测实验表明,反射镜不需要额外装调即可实现良好成像,具有集成度高、研制周期短、成像质量高的优点。
可见光/近红外成像系统 折叠反射镜 干涉检测 计算全息 高次非球面 visible/near-infrared imaging system folded mirror interferometry CGH high-order aspheric surface 
红外与激光工程
2023, 52(6): 20230175

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