1 长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室, 吉林 长春 130022长春理工大学光电工程学院光电工程国家级实验教学示范中心, 吉林 长春 130022
2 长春设备工艺研究所, 吉林 长春 130012
玻璃纤维增强复合材料作为新型的先进复合材料, 具有质量轻、 耐高温、 耐冲击等特有的优点被广泛地应用在航空**等领域。 然而, 在其生产过程中由于制作工艺的影响, 使其内部容易产生分层和夹杂等微小缺陷； 另一方面, 此类复合材料在其生命周期内, 由于外界因素如冲击力、 高温等干扰, 使得材料表面和内部发生灼痕和脱粘等缺陷。 缺陷的存在使得作为结构件的玻璃纤维增强复合材料的安全系数降低, 因此有必要对材料内部的缺陷进行检测。 太赫兹时域光谱技术得益于太赫兹波段的独有优势, 作为传统无损检测方式的有效补充, 以其瞬态性、 低能性以及指纹谱性近年来被广泛地应用在复合材料无损检测领域, 可以有效地对缺陷进行无损检测。 通过检测结果对玻璃纤维增强复合材料的性能进行评估, 然而利用太赫兹时域光谱技术对缺陷检测分析时, 发现对缺陷进行层析成像过程有一些随时间扩散的条纹, 条纹的存在掩盖了缺陷的形状, 对缺陷的清晰识别产生影响, 进一步导致对缺陷的漏判和误判。 现阶段, 对于缺陷层析成像时条纹出现的原因在理论上的分析鲜有研究, 该研究提出了应用时域有限差分技术建模分析太赫兹波与玻璃纤维增强复合材料的相互作用机理。 建立在0.2～1.5 THz频段范围内的反射式数值模型, 通过数值模拟实现了对玻璃纤维增强复合材料内部1、 3以及5 mm深度处的缺陷成像, 并且发现, 当太赫兹波垂直入射到玻璃纤维复合材料表面时, 每一深度处的缺陷均可清晰成像, 当太赫兹波以1°倾斜角入射到玻璃纤维增强复合材料表面以及玻璃纤维增强复合材料上下表面存在2°倾斜时, 材料内部每一深度处的缺陷成像中均出现了交替变化的条纹, 验证了出现条纹的原因是由干涉现象引起的。
无损检测 太赫兹 时域有限差分 缺陷成像 干涉条纹 Nondestructive testing Terahertz Finite difference time domain Imaging Interference 光谱学与光谱分析
2023, 43(10): 3031
1 北京雷生强式科技有限责任公司，北京 100015
2 固体激光技术重点实验室，北京 100015
采用感应加热提拉法，通过改进热场、更换原料、二次熔接生长，直接生长出了直径大于40 mm的Tm∶YAP/YAP复合晶体毛坯。复合晶坯等径部分YAP段长21 mm，Tm∶YAP段长44 mm，晶坯外观完整，具有良好的光学均匀性和均匀的应力分布。绿光激光和He-Ne激光照射下，晶坯复合界面无散射、无气泡。复合界面两侧干涉条纹基本连续，透过波前差异小。从复合晶坯上加工出了直径5 mm、总长30 mm、端头不掺杂YAP晶体长4 mm的单端Tm∶YAP复合晶体元件，其光学质量优异。在1 940 nm固体激光器上采用激光二极管单端泵浦进行了激光性能测试，在泵浦注入功率为117.7 W条件下实现了42.8 W激光输出，输出功率、转换效率和光斑质量均优于非复合激光晶体。
掺铥铝酸钇 复合激光晶体 直接生长 提拉法 干涉条纹 激光 Tm∶YAP composite laser crystal direct growth Czochralski method interference fringe laser
1 中国民航大学 航空工程学院，天津300300
2 中国民航大学 电子信息与自动化学院，天津300300
温度场作为一种状态监测参数，在大型工业装备状态监测领域有着广泛应用，纹影法作为一种流场可视化方法，是进行空间温度场测量的有效手段。传统纹影法一般通过直接测量光线偏折角重构空间折射率场，进而解算温度场，然而光线偏折角一般非常微小，直接测量会产生较大的测量误差。因此，本文提出一种采用干涉条纹的纹影偏折角放大方法，从而提高空间温度场重构精度。首先，测量激光通过双缝后将形成干涉条纹以代替传统背景纹影法的随机散斑图案；接着，通过视觉的方法测量干涉条纹穿越非均匀温度空间后所产生的条纹偏移，并基于该偏移量解算光线偏折角；然后，通过阿贝尔逆变换的方法解算空间折射率场的分布情况，进而获取空间温度场，最后，通过仿真与实验对本文所提方法的有效性及测量精度进而了验证。实验结果表明：与传统的背景纹影法相比，温度场重构误差下降约30%。本文所提的干涉条纹纹影法可有效提高纹影测量精度，拓展纹影温度测量的应用范围。
纹影法 轴对称温度场 干涉条纹 激光诊断 schlieren method axisymmetric temperature field interference fringe laser-diagnose technology
1 中国科学院微电子研究所健康电子研发中心，北京 100029
2 上海交通大学生物医学工程学院，上海 200240
3 中国科学院大学，北京 100049
4 北京建筑大学理学院，北京 102616
表面等离激元共振显微成像（SPRM）技术具有高灵敏度、快速实时等优点，已经被广泛应用于纳米检测、生物医学和环境监测等领域中。由于倏逝场的界面传输特性，故SPRM具有特殊的点扩散函数，可从其中提取出丰富的待测物信息。然而，离焦成像会影响成像特征，导致无法准确获取待测物信息。因此，定量研究离焦对SPRM的影响至关重要。通过仿真计算与实验，定量研究了离焦对SPRM的影响，并实现了单个聚苯乙烯颗粒的SPRM成像。所提方法可用于SPRM离焦状态的快速判断，并反推出准确的离焦偏移量，实现快速对焦，改善SPRM技术在长时程观测中的性能。
表面光学 表面等离激元共振显微成像 单纳米颗粒 离焦 干涉条纹 定量分析 光学学报
2022, 42(23): 2324001
1 苏州市职业大学电子信息工程学院 &江苏省光伏发电工程技术研究开发中心，江苏 苏州 215104
2 苏州大学光电科学与工程学院，江苏 苏州 215006
衍射波面像差及其远场衍射光场分布是大口径脉冲压缩光栅质量的重要体现。为进一步优化拼接光栅的远场光斑能量分布，提出了一种光栅并列拼接法。模拟了各种不同像差情况下的光栅并列拼接和光栅对准拼接案例，计算了对应波面的远场衍射光斑能量分布。统计结果表明，光栅并列拼接波面峰谷（PV）值比对准拼接波面PV值小。但光栅远场衍射光斑能量分布情况与像差种类、拼接方式均有关系。进行了全息光栅曝光拼接实验，结果表明光栅并列拼接法不仅可以降低光栅-1级衍射波面像差的PV值，也能够提高远场衍射光斑能量集中度，为全息拼接光栅提供了一种新的方法。
衍射 光栅 全息 拼接光栅 干涉条纹 波像差 光学学报
2022, 42(21): 2105002
1 江苏大学物理与电子工程学院，江苏 镇江 212013
2 南方科技大学生物医学工程系，广东 深圳 518055
针对定量相位成像技术中样本形态信息提取繁琐不利于自动化检测分析的问题，探索了基于小规模数据集对轮廓相似的相位物体进行精准识别的可行性及其训练策略。分别建立了包括聚苯乙烯微球、红细胞等4类样本的相位分布和干涉条纹数据集。构建了一个卷积神经网络（CNN）模型成功实现对相位图的识别，进而对不同样品相位值进行变换以增大识别难度，并通过改进网络模型在验证集上成功识别出所有样品类型。为简化检测流程，对4类样本对应的干涉条纹进行了识别，用残差模块改善CNN模型的网络退化问题实现了准确分类。针对条纹可见度、载波频率复杂多变的实际情况，分别考查了其对识别准确率的影响。通过优化训练集提高了模型的识别效率，表明了机器学习技术在相位信息识别方面的潜力。
激光与光电子学进展
2022, 59(6): 0617026
