光子学报
2023, 52(11): 1111002
中国空间技术研究院 北京空间机电研究所，北京 100194
三通道355 nm光学鉴频器广泛应用在星载测风激光雷达回波信号鉴频过程中，是实现双边缘风速多普勒鉴频的核心元件，其指标与可靠性决定了系统的探测精度。研制了基于压电换能器(piezo-electric transducer, PZT)调谐的355 nm三通道标准具鉴频模块，模块有效口径35 mm，峰值透过率75%，自由光谱范围12.5 GHz，半高宽1.7 GHz。通过三通道测试系统对自由光谱范围、半高宽、峰值透过率、调谐系数等指标进行了测试。结果表明：当外部驱动电压为75 V时，峰值透过率分别为0.859、0.878和0.735，半高全宽分别为1.843 GHz、1.882 GHz和1.611 GHz，调谐系数为1.96 GHz/V、1.93 GHz/V和1.88 GHz/V。针对光学鉴频模块3个通道PZT调谐系数不一致的情况，分析出对风速误差的影响范围为±0.1 m/s。通过对闭环控制系统进行测试，该系统可实现对355 nm激光发射频率的实时锁定，解决了光学鉴频模块每次工作状态初始位置不一致带来的问题，提高了风速鉴频精度，可实现锁定时间长达30 min以上，满足了星载测风激光雷达的应用需求。另外，仿真研究表明：当三通道光学鉴频模块间隔变化0.08 nm时，引起的风速误差为1 m/s。
测风激光雷达 光学鉴频器 自由光谱范围 峰值透过率 闭环反馈控制 wind lidar optical frequency discriminator free spectral range peak transmittance closed-loop feedback control
大连理工大学机械工程学院, 辽宁 大连 116023
为改善光栅性能,基于遗传算法,并结合时域有限差分法,在可见光波段优化设计了一种双层亚波长金属光栅结构。经仿真分析,该结构能够实现蓝色波段的偏振滤波功能,透射率最大值能达到77%,消光比最大值达到20 dB,半峰全宽为35 nm。通过分析光栅参数对光栅性能的影响,证明该结构具有较大的工艺容差。相比以往的结构,优化后的光栅具有更好的透射性能和滤波性能,在偏振导航、偏振探测、显示器、成像传感器等领域具有良好的应用前景。
光栅 双层亚波长金属光栅 遗传算法 偏振滤波 时域有限差分方法 激光与光电子学进展
2019, 56(22): 220501
1 中国科学院宁波材料技术与工程研究所, 浙江 宁波 315200
2 上海大学机电工程与自动化学院, 上海 200070
3 浙江省增材制造材料技术重点实验室, 浙江 宁波 315200
4 宁波蓝野医疗器械有限公司, 浙江 宁波 315200
采用正交实验法制备选区激光熔化钴铬合金成型件, 研究激光功率P、扫描速度v、铺粉厚度h和扫描间距d四个工艺参数对选区激光熔化成型件致密度的影响规律和孔隙缺陷的形成机理。研究结果表明, 四个工艺参数中, 铺粉厚度对SLM成型件致密度影响最大, 在工艺参数P＝170 W, v＝500mm/s, h＝0.03 mm, d＝0.06 mm条件下, 成型件致密度最高达96.59%。另外, 成型件孔隙缺陷的形态分布与其致密度大小密切相关, 成型件内部孔隙缺陷主要分为两类: 不规则形匙孔和圆形气孔。前者尺寸较大, 由球化效应、粉末熔化凝固的体积皱缩效应等引起的部分底层粉末未充分熔化造成; 后者尺寸微小, 主要由熔池凝固太快造成的内部氮气和低熔点物质气化形成的气体不能及时排出引起。采用减小铺粉厚度的方法可以有效消除匙孔缺陷, 成型前对基板预热可以减少气孔缺陷的出现。
选区激光熔化 致密度 孔隙缺陷 钴铬合金 工艺优化 selective laser melting density pore defect cobalt-chromium alloy process optimization
1 上海大学机电工程与自动化学院, 上海200070
2 中国科学院宁波材料技术与工程研究所, 浙江 宁波315200
采用选区激光熔化(SLM)技术成型钴铬合金, 运用正交实验法研究了激光功率P、扫描速度v、铺粉厚度h和扫描间距d对多层成型件致密度、上表面粗糙度和侧面粗糙度的影响规律。实验结果表明, 铺粉厚度是影响SLM成型件致密度大小的最重要因素, 而激光功率是影响成型件上表面和侧面粗糙度的最重要因素。获取了优化的工艺参数为P＝170 W, v＝500 mm/s, h＝0.03 mm, d＝0.08 mm, 该工艺参数下成型件的致密度最高达97.05%, 上表面粗糙度Ra最低为20.3 μm, 侧面粗糙度Ra为15.5 μm。致密度和表面粗糙度之间存在相互影响关系, 表面粗糙度的累积效应会导致成型件致密度降低。
选区激光熔化 钴铬合金 表面粗糙度 致密度 工艺优化 selective laser melting Co-Cr alloy surface roughness density process optimization
1 中国科学院大学, 北京 100049
2 中国科学院宁波材料技术与工程研究所, 浙江 宁波 315201
利用纳秒激光器对7075铝合金进行激光冲击钻孔实验研究, 采用控制变量法, 分别研究了不同激光脉冲数、激光峰值功率以及不同离焦量条件下对进出孔直径以及孔锥度的影响规律。结果表明, 在一定参数范围内, 不同激光脉冲数对进出孔直径具有一定影响, 激光峰值功率在一定程度上增加会减小孔的锥度, 但当峰值功率增加至45.22 kW时, 大量的熔融物和飞溅物对孔的形貌影响很大; 当激光焦点位于工件表面时, 可获得最小入口直径86 μm, 最小锥度为0.38°。研究结果为铝合金激光微孔加工工艺优化和参数选取提供参考。
激光微孔加工 冲击钻孔 控制变量法 7075铝合金 laser microhole processing percussion drilling parameter control method aluminum alloy 7075
1 北京空间机电研究所, 北京 100090
2 北京邮电大学, 北京 100876
在航空遥感领域中，自动调焦技术是获取高质量图像的关键技术之一，且在一定范围内得到了应用，但其实时性能较差。为解决调焦耗时长的问题，提出以连续三帧重叠区域图像为指导的自动调焦算法。简述了由电荷耦合器件(CCD)相机、调焦机构和调焦电路板等组成的自动调焦系统；自动调焦控制算法对快速提取重叠区域和帧差值相似判定法进行了综合，针对重叠图像利用聚焦评价函数实现了由大步长快速粗调到小步长精确细调，从而不断逼近正焦位置；利用聚焦函数的聚焦值给出自动调焦系统的软件设计流程；试飞试验表明上述算法在满足自动调焦基础上能够获取清晰图像，同时大大降低图像的分析量，提高系统响应速度。
遥感 自动调焦 相似性 重叠图像 聚焦函数 激光与光电子学进展
2015, 52(4): 042801
提出了一种基于垂直腔表面发射激光器（VCSEL）的无本振光子微波上变频方案。该方案将相对低速的伪随机基带信号注入VCSEL中，利用注入信号的高次谐波注入锁定VCSEL。被锁定激光器波长与原注入光信号在谐振腔中相干差拍，产生上变频调幅微波信号。实验中利用2.5 Gb/s非归零码强度调制信号注入锁定VCSEL，无需本振，实现了载波频率为14.3 GHz的光子微波上变频，10 kHz偏移处载波相位噪声达-81 dBc/Hz。通过调节注入光信号的波长和功率，进一步实现载波频率在7.5~23 GHz之间的调谐，验证了该方案的可行性，并对系统性能进行了误码分析，系统代价为1.4 dB。结果证明该方案无需微波本振，仅需采用价格低廉的VCSEL即可实现光子微波上变频，从而为无线光混合接入网中光子微波信号产生技术提供了一种低成本的解决思路。
光通信 全光上变频 注入锁定 垂直腔表面发射激光器
平流层飞艇平台运行在距地面20 km的高度，能够长期定点悬浮或者机动巡航，是一个良好的预警、监视、跟踪平台，光电侦察系统是未来平流层飞艇监视侦察装备的核心。简述了平流层遥感相对飞机平台和卫星平台的优点，根据平流层平台的特点，分析了平流层光电探测系统相对飞机平台光电系统在探测距离方面的优势。结合国外典型的光电侦察系统现状，介绍了光电侦察系统的组成和工作原理，并在现有光电侦察系统的基础上，对未来平流层平台光电侦察系统的关键技术进行了研究，给出了相应解决方案，可以为未来平流层光电侦察系统的设计方案提供参考。
遥感 光电系统 平流层 飞艇 激光与光电子学进展
2014, 51(2): 020003
