1 昆明理工大学国土资源工程学院，云南 昆明 650093
2 中国科学院空天信息创新研究院数字地球重点实验室，北京 100094
针对激光同步定位与制图（SLAM）算法在扫描轨迹过长时，获得的点云容易出现漂移误差且精度变差的问题，提出一种基于图优化的激光SLAM点云整体配准方法。对于有一定漂移误差的激光SLAM点云，先后构建初始位姿图和迭代位姿图进行级联优化。首先基于分段点云相似性和形心距离，构建初始位姿图进行优化，以减小轨迹漂移误差，获得漂移误差较小的SLAM点云。然后基于分段点云重叠度构建迭代位姿图，依次进行点云迭代粗优化和精优化，获得更高精度的SLAM点云。使用一组手持和三组车载激光SLAM数据进行实验。优化后，4组实验数据的各自重复扫描点云很好地重叠在一起，匹配关键点之间的距离的均方根误差（RMSE）分别由优化前的2.667 m、10.348 m、19.018 m和3.412 m降为0.158 m、0.211 m、0.218 m和0.157 m。实验结果表明，所提算法可以有效解决激光SLAM点云长轨迹扫描的漂移误差问题，提升点云数据精度。
点云整体配准 同步定位与制图 图优化 K-means算法 激光与光电子学进展
2024, 61(10): 1015003
西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
为满足枪瞄镜在军品中的需求，设计了一套可实现 8~32 倍连续变倍的枪瞄镜。阐述了本套枪瞄镜的设计思路与设计方法。首先根据设计指标，对物镜组，目镜组以及中继转像镜组进行指标分解计算。随后对物镜、目镜以及整个枪瞄系统进行高斯光学设计，确定整体系统的复杂程度及光学结构参数。然后根据高斯结构设计结果，进行初始结构选择，依据设计指标选择优化操作数，进行系统优化。最后完成整体系统设计与优化结果的评估。最终的设计结果中：枪瞄镜物镜口径 56 mm，目镜口径 50 mm，系统总长 410 mm；低变倍比组态畸变 2.4%；高变倍比组态的轴上弥散斑半径 6.2 μm，轴外弥散斑半径 8.3 μm，像差指标符合设计要求，有效地解决了产品加工成本较高的问题。
光学设计 优化设计 枪瞄镜系统 连续变倍 中继转像镜组 optical design optimization design gun sight system continuous doubling relay mirror set
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Radio Frequency Heterogeneous Integration (Shenzhen University), Shenzhen 518060, China
2 Key Laboratory of Optoelectronic Devices and Systems of Guangdong Province & Ministry of Education, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
Fluorescence lifetime imaging can reveal the high-resolution structure of various biophysical and chemical parameters in a microenvironment quantitatively. However, the depth of imaging is generally limited to hundreds of micrometers due to aberration and light scattering in biological tissues. This paper introduces an iterative multi-photon adaptive compensation technique (IMPACT) into a two-photon fluorescence lifetime microscopy system to successfully overcome aberrations and multiple scattering problems in deep tissues. It shows that 400 correction modes can be achieved within 5 min, which was mainly limited by the frame rate of a spatial light modulator. This system was used for high-resolution imaging of mice brain tissue and live zebrafish, further verifying its superior performance in imaging quality and photon accumulation speed.
adaptive optics iterative optimization two-photon fluorescence lifetime imaging microscopy wavefront correction Chinese Optics Letters
2024, 22(4): 041702
1 哈尔滨工业大学材料结构精密焊接与连接全国重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
2 北京遥感设备研究所，北京 100854
因瓦合金以其独特的因瓦效应被应用于航天用精密光学镜筒制造中。对因瓦合金镜筒激光选区增材制造工艺及其结构设计进行了探究与优化，结果表明：增加激光扫描间距同时适当降低扫描速度可以有效减少匙孔与未熔合等缺陷，得到了显微组织均匀分布且无明显缺陷的样件，其抗拉强度为482 MPa，屈服强度为388 MPa，最终获得了高质量的镜筒结构件。将镜筒结构拓扑优化为斜拉筋式结构并进行去应力热处理后，其内部残余应力仅为屈服应力的13%，且热膨胀系数仅为1.910-6 K-1。
增材制造 激光选区熔化 因瓦合金 工艺优化 结构设计及后处理 中国激光
2024, 51(10): 1002314
1 广西大学省部共建特色金属材料与组合结构全寿命安全国家重点实验室，广西 南宁 530004
2 广西大学机械工程学院激光智能制造与精密加工研究所，广西 南宁 530004
增材制造（AM）的零件若存在悬垂部件，则往往需要添加额外的支撑结构，这不仅会影响打印效率，而且拆除支撑也会引发新的问题。结构自支撑设计能使增材制造摆脱对支撑结构的依赖，现已成为国内外的研究热点。本文首先总结了增材制造结构自支撑设计的原理，接着综述了增材制造零件整体结构自支撑设计的研究进展以及增材制造填充结构自支撑设计的研究进展。其中，根据不同的结构优化方式，将增材制造零件整体结构自支撑设计进一步划分为基于连续体结构拓扑优化、离散结构拓扑优化和形状优化的结构自支撑设计，并分析了各类优化方法的优缺点。最后，讨论了提升计算效率以及提升结构性能的解决方案，并对未来的应用场景以及未来的研究重点进行了展望。
增材制造 结构优化 拓扑优化 填充结构 结构自支撑 中国激光
2024, 51(10): 1002307
1 北京航空航天大学宁波创新研究院，浙江 宁波 315800
2 北京航空航天大学大型金属构件增材制造国家工程实验室，北京 100191
γ′相强化镍基高温合金以其良好的高温组织与性能稳定性被广泛应用于航空航天、石油化工、汽车能源等领域，激光增材制造可满足现代工程领域对零部件内部结构优化与自身轻量化的要求，成为镍基高温合金复杂结构零部件制造与修复的新兴技术。然而，传统牌号的高强镍基高温合金的成分及强化机制与激光增材制造快速非平衡凝固及固态相变过程不适配，较宽的凝固温度区间和失衡的高温强韧性易引起微裂纹缺陷，难以保证合金的组织完整性和力学性能，严重制约了激光增材制造技术在高性能高温合金中的应用推广。基于此，本文综述了激光增材制造γ'相强化镍基高温合金裂纹的形成原因和影响因素，根据开裂机理从成分修正、成形工艺参数优化、后处理制度调控等方面总结了裂纹控制相关研究进展，探讨了当前能从根源上抑制裂纹的专用合金成分开发策略，并对激光增材制造γ'相强化镍基高温合金的未来发展方向进行了展望。
激光技术 增材制造 高温合金 裂纹 优化与设计 中国激光
2024, 51(10): 1002302
1 南京航空航天大学材料科学与技术学院，江苏 南京 210016
2 江苏省高性能构件激光增材制造工程研究中心，江苏 南京 210016
激光增材制造稀土改性高强铝合金因具备轻质高强、复杂构件一体化成形等优势，在航空航天领域具有广阔的应用前景。围绕激光增材制造成形工艺优化、冶金缺陷抑制、力学性能提升及复杂构件形性调控等的研究是近年来的研究难点。本团队开展了激光粉末床熔融成形稀土改性高强铝合金Al-4.2Mg-0.4Sc-0.2Zr的激光工艺优化研究，基于试验表征与数值模拟相结合的方法，揭示了激光扫描速度对成形试件表面质量、内部冶金缺陷、熔池传热传质行为及纳米析出相分布的影响机制。结果显示：当激光功率为300 W、激光扫描速度为800 mm/s，并辅以325 ℃/4 h的时效热处理时，成形试件的致密度最优，为99.5%，抗拉强度为512.4 MPa，延伸率为13.3%。基于优化工艺参数对航空领域两类典型的复杂构件开展了成形试验研究，成形试件的最长外形尺寸为570 mm，表面粗糙度Ra≤7.3 μm，尺寸精度可达0.1 mm/100 mm。
激光技术 增材制造 激光粉末床熔融 高强铝合金 工艺调控 力学性能 中国激光
2024, 51(10): 1002317
1 清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室，北京 100084
2 清华大学精密仪器系光子测控技术教育部重点实验室，北京 100084
3 北京控制工程研究所，北京 100190
散射介质会破坏光束的光波前分布和能量输送，限制了强散射环境下光镊、荧光成像、光通信等技术的应用。波前整形技术通过优化入射波前，重新规划散射介质内的光传输路径，实现了在散射介质内部或透过散射介质的光聚焦，从而克服了散射介质的限制，将散射光重新利用，使得散射介质成为一个类似透镜的光学元件，也被称为“浑浊透镜”。目前主要有依赖反馈调控的迭代优化方法、建立输入-输出联系的传输矩阵方法和利用光路可逆原理的相位共轭方法三类技术路线。本文从技术原理、应用背景以及重要进展等方面梳理了基于波前整形技术的散射介质聚焦的研究进展，并对比展望了三类技术在应用中的发展前景。
散射介质 波前整形 光聚焦 迭代优化 传输矩阵 光学相位共轭 光学学报
2024, 44(10): 1026013
强激光与粒子束
2024, 36(4): 043012
