1 北京理工大学机械与车辆学院激光微纳制造实验室，北京 100081
2 中国空间技术研究院北京卫星制造厂有限公司，北京 100094
碳纤维增强复合材料（CFRP）以其轻质高强、可设计性强等优势已成为航空航天领域不可或缺的关键材料之一。为满足制造装备的要求，需对一体成型的CFRP构件进行二次加工，然而CFRP非均质、各向异性、层合结构等特征使其在加工过程中易出现分层、毛刺、热影响区较大等缺陷。概述了CFRP各种加工方法的研究进展，对比分析了CFRP不同加工方法的优缺点，从方法、工艺及机理层面介绍了激光加工CFRP的研究现状，总结了CFRP在航空航天领域中的应用，分析讨论了CFRP激光加工当前面临的挑战和今后的研究重点。
激光技术 碳纤维增强复合材料 加工工艺 超快激光 航空航天
红外与激光工程
2023, 52(12): 20230310
1 黄石市消防救援支队, 黄石 435000
2 南阳防爆电气研究所有限公司, 南阳 473000
3 武汉理工大学, 武汉 430070
无论暴恐事件、爆炸安全事故, 爆源相关参数如爆炸当量, 始终是爆炸后事故调查的重要内容。爆炸荷载作用下介质的特征痕迹提取与研究是爆炸事故追根溯源与爆源参数获取的重要依据。本文介绍了爆炸特征痕迹(如爆坑、周围建筑物破坏情况、人员损伤程度等)的典型研究进展。对于药包的近地面爆炸、地表裸露爆炸与具有一定埋深的爆炸, 其爆炸后形成的爆坑形状与尺寸存在较大差别。相关学者深入探讨了爆坑尺寸与爆炸当量、炸药高度等的关系。2021年, 国内某金矿发生井下炸药爆炸事故, 系井口焊渣掉落, 引燃井下可燃物及相关爆破器材所致。以爆炸事故现场形成的三个爆坑痕迹为切入点, 基于爆坑尺寸参数, 经反演计算得到其TNT当量分别为654.17 kg、232.49 kg、193.83 kg。根据反演得到的爆炸TNT当量, 计算获得竖井井壁质点振动速度为40 cm/s, 井壁冲击波超压为2129 Pa。通过比对爆炸后罐笼、井壁外观损伤形貌, 计算结果与罐笼、井壁损伤程度具有一致性。该研究方法对类似爆炸事故的溯源追踪具有一定参考价值。
爆炸特征痕迹 爆坑 爆炸当量 超压 explosive characteristic traces explosion crater explosive equivalent overpressure
1 北京空间机电研究所，北京 100094
2 大连海事大学信息科技学院，辽宁大连 116026
为解决无人机高光谱成像仪体积大，探测效率低等问题，提出了一种轻小型多模态高分辨率高光谱成像仪。文中主要介绍了高光谱成像仪光学系统设计，数据采集及实时处理模块。通过切换扫描模式满足光谱特性分析，目标检测等不同领域的探测模式需求。采用低畸变、高通量、紧凑型分光光学系统设计实现无人机平台对光谱成像仪的重量要求和探测精度要求。根据设计需求实现产品的加工同时进行了性能测试，其中，MTF达到 0.19，光谱分辨率 3.5～5.4 nm。通过检测多种流水线中的杂质验证系统对实时目标检测的能力。实现结果表明，系统能够实现每秒 2048 pixel×2048 pixel场景的高精度光谱异常目标探测，探测精度优于87%。
高光谱成像系统 无人机平台 多模态 轻小型 hyperspectral imaging system, UAV platform, multim
1 黄石市消防救援支队, 黄石 435000
2 武汉理工大学, 武汉 430070
3 中钢集团 武汉安全环保研究院有限公司, 武汉 430080
4 南阳防爆电气研究所有限公司, 南阳 473000
5 南京理工大学, 南京 210094
以十堰“6·13”重大燃气爆炸事故为研究对象, 构建了集现场勘查、走访与问询、数值计算、理论分析于一体的事故调查技术手段。现场勘查过程中发现, 涉事集贸市场东南角下方河道内残存一段DN57 mm中压天然气管道。该天然气管道紧邻生活污水排水口, 由于长期处于潮湿环境, 管道锈蚀, 局部穿孔破裂。同时结合视频资料、集贸市场周边居民的走访与问询, 发现集贸市场东南角的河道内最先发现淡黄色的天然气烟雾。综合实地踏勘、人员问询与视频监控, 集贸市场下方河道内东南角部位的DN57 mm中压天然气管道为泄漏点。此外, 事故发生前, 存在商户正进行相关动火活动, 部分火星通过排油烟管道进入河道内, 引燃积聚在河道内的预混可燃气, 进而导致爆炸的发生。使用ANSYS/FLUENT数值计算软件, 建立集贸市场下方河道数值模型, 模拟获得河道内积聚的天然气体积为600 m3, 其爆炸TNT当量为225 kg。该燃气体积与爆炸当量与事故调查公布数据一致, 证明此分析方式的可行性。该研究涉及的相关事故调查手段可为同类事故的调查工作提供参考。
天然气泄漏 爆炸当量 数值模拟 超压 natural gas leak explosive equivalent numerical simulation overpressure
1 内蒙古农业大学计算机与信息工程学院, 内蒙古 呼和浩特 010018
2 内蒙古农业大学计算机与信息工程学院, 内蒙古 呼和浩特 010018内蒙古自治区农牧业大数据研究与应用重点实验室, 内蒙古 呼和浩特 010030
牛奶脂肪含量的高低会影响人的身体健康。 以牛奶脂肪含量作为分析指标, 应用图像处理技术分析高光谱数据, 利用ENVI软件从高光谱图像中提取感兴趣区域(ROI), 采用不同的预处理方法对光谱数据建立偏最小二乘回归(PLSR)模型并比较得出最佳的预处理方法, 然后采用不同的主成分个数对预处理后的数据进行特征提取并建立支持向量回归机(SVR)模型, 通过比较得出最佳的主成分个数, 最后对特征提取后的数据建立SVR预测模型对牛奶中脂肪含量进行分析。 由于传统的SVR模型预测效果不好, 不能满足人们对于预测模型的基本要求, 故提出一种混合策略改进的鲸鱼优化算法对SVR预测模型进行优化, 将经过混合策略改进的鲸鱼优化算法优化后的SVR模型的评价参数与经过遗传算法、 传统的鲸鱼优化算法、 精英反向学习优化的鲸鱼优化算法优化后的SVR模型的评价参数进行了比较。 结果表明: 经混合策略改进的鲸鱼优化算法优化的SVR模型的训练集与预测集决定系数(R2)的值分别为0.998和0.995, 均方根误差(RMSE)的倒数1/RMSE的值分别为13.766和6.191, 平均绝对误差(MAE)的倒数1/MAE的值分别为13.910和11.422; 经传统的鲸鱼优化算法优化的SVR模型的训练集与预测集参数R2的值分别为0.998和0.989, 1/RMSE的值分别为13.526和5.849, 1/MAE的值分别为13.616和7.037; 经精英反向学习策略改进的鲸鱼优化算法优化的SVR模型的训练集与预测集参数R2的值分别为0.998和0.988, 1/RMSE的值分别为12.474和6.421, 1/MAE的值分别为15.003和10.554。 由以上结果说明混合策略改进的鲸鱼优化算法优化SVR预测模型是可行的, 优化后的SVR模型具有更好的预测效果。
支持向量回归机 鲸鱼优化算法 黄金正弦算法 精英反向学习 模型优化 Support vector regression Whale optimization algorithm Golden sine algorithm Elite reverse learning Model optimization 光谱学与光谱分析
2023, 43(9): 2779
1 南京邮电大学 通信与信息工程学院 江苏省氮化镓光电子集成国际合作联合实验室, 江苏 南京 210003
2 南京邮电大学 宽带无线通信与传感网技术教育部重点实验室, 江苏 南京 210003
在自然界中，物体运动无处不在，随着智能汽车、6G移动通信的高速发展，对通信和运动探测传感融合的高集成度通感一体器件的需求日益增加。本文基于氮化镓多量子阱结构发光和探测并存的特点，提出了一种基于蓝宝石衬底外延生长氮化镓多量子阱材料的集成式光电子芯片，该芯片具有灵敏的运动探测功能及可见光通信功能。该光电子芯片发射器向运动的目标物体发射蓝光波段可见光信号，经目标物体运动调制的可见光信号反射回光电子芯片的接收器部分，激发变化的光电流。通过分析接收器的光电流变化，可探测以不同速度旋转的目标物体的运动情况，光电流曲线变化周期与目标物体旋转周期一致。本文还研究了光电子芯片的各项光电指标及可见光通信性能，该芯片可用作可见光通信系统的收发终端，可以处理和传输芯片采集到的运动探测信号。基于氮化镓多量子阱材料的光电子芯片是一种具有实用价值的高集成度通感一体终端器件。
运动探测 多量子阱 三族氮化物 光电子芯片 可见光通信 motion detection multiple quantum wells III-nitride optoelectronic chips visible light communication
1 1.天津城建大学 理学院, 天津 300384
2 2.北京长城航空测控技术研究所 状态监测特种传感技术航空科技重点实验室, 北京 101111
高能粒子轰击不可避免地会造成SiC材料内部缺陷的产生、积累, 晶格紊乱等, 导致其物理性能的显著变化, 继而影响基于SiC材料的半导体器件使用寿命。因此, 有必要对SiC在不同的辐射环境下的损伤行为进行系统研究。本工作对6H-SiC中子辐照肿胀高温回复及光学特性开展研究, 辐照剂量范围5.74×1018~1.27×1021 n/cm2, 退火温度在500~1650 ℃。利用X射线单晶衍射技术分析测试样品的晶体结构及晶胞参数, 结果表明: SiC仍为六方结构, 晶体未发生非晶化, 晶格肿胀及高温回复行为具有各向同性特征, 表明辐照缺陷以点缺陷为主。本征缺陷及辐照缺陷均可引入缺陷能级, 空位型缺陷是缺陷能级引入的主要因素。缺陷能级导致SiC吸收带边红移, 带隙宽度降低, 光吸收增强。利用吸收光谱、光致发光谱和拉曼光谱, 并结合第一性原理计算对缺陷能级分布开展研究, 结果表明硅空位在价带顶上方引入了新的缺陷能级, 而碳空位则是在导带底下方引入了新的缺陷能级。未辐照晶体在1382和1685 nm红外波段光吸收以及550 nm光发射主要源于本征碳空位及其相关缺陷构型; 辐照SiC晶体在415、440和470 nm处的发光主要源于辐照产生的硅空位及其相关缺陷构型。研究还利用电荷态和缺陷能级分布对SiC晶体发光机理行了讨论。
X射线单晶衍射 拉曼光谱 第一性原理 退火 带隙调控 缺陷 X-ray single crystal diffraction Raman spectra first principle annealing band gap tuning defect
1 国防科技大学 电子对抗学院 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 安徽理工大学 力学与光电物理学院，安徽 淮南 232001
高能激光是对抗光电成像系统的有效手段。随着互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)图像传感器性能和制作工艺的快速发展，其市场占有率已逐步赶超电荷耦合器件 （Charge Coupled Device, CCD），成为当前主流的图像传感器。CMOS图像传感器的激光干扰和损伤也随之成为国内外相关领域的研究热点。文中首先根据CMOS图像传感器的发展历程，对其结构和工作原理进行了介绍，并在此基础上简要分析了CMOS图像传感器在激光辐照过程中的薄弱环节，之后综述了CMOS在激光辐照下受到干扰及损伤现象的研究进展，并对干扰的评价方法和损伤阈值的主要测量方法进行了总结归纳，最后探讨了利用复合激光系统提升损伤CMOS图像传感器能力的发展现状和前景。
CMOS图像传感器 激光辐照 干扰 损伤 CMOS image sensor laser irradiation dazzle damage 红外与激光工程
2023, 52(6): 20230269
1 深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统教育部／广东省重点实验室，广东 深圳 518060
2 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，安徽 合肥 230026
3 深圳大学广东省光纤传感技术粤港联合研究中心深圳市物联网光子器件与传感系统重点实验室，广东 深圳 518060
4 国防科技大学电子对抗学院脉冲功率激光技术国家重点实验室，安徽 合肥 230601
5 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230601
非线性光子晶体能够实现高效的非线性光学过程，其制备手段吸引了该领域研究者的高度关注。飞秒激光加工技术具有极高的精度、分辨率和灵活性，相比传统的非线性结构制备工艺具有独特的优势。总结归纳了利用飞秒激光加工技术构建非线性光子晶体的研究进展，并对涉及的准相位匹配原理进行了简要介绍。讨论了飞秒激光反转铁电畴和擦除非线性系数的加工机理，论述了这两种方式在多种维度非线性光子晶体加工方面的实验成果和应用。最后分析了目前飞秒激光加工非线性光子晶体所遇到的挑战，并展望了未来的发展前景。
激光光学 飞秒激光 微纳加工 非线性光子晶体 准相位匹配 非线性光束整形
