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RSS2008年 32卷 第1期
2008, 32(1): 1-3,7.
[摘要]
[PDF 117KB]
摘要:
为了研究斯托克斯光产生的振荡对激光输出功率的限制,采用对双包层光纤激光器的速率传输方程进行近似的解析求解的方法,得到了在斯托克斯光达到阈值时,光纤中激光功率以及激光器抽运功率的解析表达式.通过对解析表达式的分析,结果表明,可以通过缩短光纤长度来提高产生斯托克斯光的阈值和提高抽运光效率的方式使激光功率得到进一步提高.
为了研究斯托克斯光产生的振荡对激光输出功率的限制,采用对双包层光纤激光器的速率传输方程进行近似的解析求解的方法,得到了在斯托克斯光达到阈值时,光纤中激光功率以及激光器抽运功率的解析表达式.通过对解析表达式的分析,结果表明,可以通过缩短光纤长度来提高产生斯托克斯光的阈值和提高抽运光效率的方式使激光功率得到进一步提高.
2008, 32(1): 8-10,22.
摘要:
为了解决采用折射率匹配介质的光纤角度磨抛侧面耦合器中由于折射率匹配介质不能承受高功率密度的抽运光而分解,导致高功率抽运下侧面耦合器失效的问题,提出了采用CO2激光器制作熔接型侧面耦合器的新方法,并进行了实验验证,介绍了其实验装置和制作过程.由于熔接型侧面耦合器无需折射率匹配介质,因此能够承受很高的抽运光功率密度.在将该熔接型侧面耦合器用于高功率半导体激光器耦合实验中,获得的耦合功率达到7.2W,耦合效率优于70.5%.研究结果表明,所研制的熔接型侧面耦合器在侧面抽运的高功率双包层光纤激光器中具有很好的实用前景.
为了解决采用折射率匹配介质的光纤角度磨抛侧面耦合器中由于折射率匹配介质不能承受高功率密度的抽运光而分解,导致高功率抽运下侧面耦合器失效的问题,提出了采用CO2激光器制作熔接型侧面耦合器的新方法,并进行了实验验证,介绍了其实验装置和制作过程.由于熔接型侧面耦合器无需折射率匹配介质,因此能够承受很高的抽运光功率密度.在将该熔接型侧面耦合器用于高功率半导体激光器耦合实验中,获得的耦合功率达到7.2W,耦合效率优于70.5%.研究结果表明,所研制的熔接型侧面耦合器在侧面抽运的高功率双包层光纤激光器中具有很好的实用前景.
2008, 32(1): 44-46,49.
摘要:
为了获得窄脉宽和高功率的光纤激光脉冲,对基于受激布里渊散射的脉冲抽运调Q光纤激光器进行了实验研究.设计了布喇格光纤光栅、掺Yb3+双包层光纤和单模光纤作为线性谐振腔.采用锥形光纤连接抽运模块与掺Yb3+双包层光纤实现了光纤激光器的全光纤化结构.通过脉冲抽运方式,利用光纤中的非线性效应——背向受激布里渊散射对激光进行混合调Q,得到了纳秒量级的脉冲输出,其脉宽为400ns,平均功率2.5W,重复频率15kHz.结果表明,通过脉冲抽运方式,利用光纤中的受激布里渊散射能够有效地压缩输出脉冲的线宽,实现高功率输出.
为了获得窄脉宽和高功率的光纤激光脉冲,对基于受激布里渊散射的脉冲抽运调Q光纤激光器进行了实验研究.设计了布喇格光纤光栅、掺Yb3+双包层光纤和单模光纤作为线性谐振腔.采用锥形光纤连接抽运模块与掺Yb3+双包层光纤实现了光纤激光器的全光纤化结构.通过脉冲抽运方式,利用光纤中的非线性效应——背向受激布里渊散射对激光进行混合调Q,得到了纳秒量级的脉冲输出,其脉宽为400ns,平均功率2.5W,重复频率15kHz.结果表明,通过脉冲抽运方式,利用光纤中的受激布里渊散射能够有效地压缩输出脉冲的线宽,实现高功率输出.
2008, 32(1): 50-52,112.
摘要:
为了研究反常色散区抽运光子晶体光纤产生的超连续谱,采用分步傅里叶方法数值模拟了飞秒激光脉冲在光子晶体光纤反常色散区中的非线性传输和超连续谱产生.结果表明,初始激光脉冲的峰值功率和脉冲初始啁啾对光子晶体光纤反常色散区产生超连续谱形状和带宽是有影响的.这些结论给光子晶体光纤中产生超连续谱提供了参考.
为了研究反常色散区抽运光子晶体光纤产生的超连续谱,采用分步傅里叶方法数值模拟了飞秒激光脉冲在光子晶体光纤反常色散区中的非线性传输和超连续谱产生.结果表明,初始激光脉冲的峰值功率和脉冲初始啁啾对光子晶体光纤反常色散区产生超连续谱形状和带宽是有影响的.这些结论给光子晶体光纤中产生超连续谱提供了参考.
2008, 32(1): 53-56.
摘要:
为了进一步研究双曲余弦-高斯光束的特性,从广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式出发,对双曲余弦-高斯光束通过像散透镜后的光束参量,例如束宽和远场发散角的相对误差作了研究.结果表明,束宽和远场发散角的相对误差与像散因子C2,偏心参量α,瑞利长度z0以及透镜焦距f等有关.几何焦面上x和y方向束宽的相对误差与像散系数C2和偏心参量α变化相同,而在像方束腰处两方向相对误差变化迥异.此外,束宽的相对误差还与传输距离z有关.因像散影响,在x和y方向远场发散角一般不相等,并且还与偏心参量α有关.
为了进一步研究双曲余弦-高斯光束的特性,从广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式出发,对双曲余弦-高斯光束通过像散透镜后的光束参量,例如束宽和远场发散角的相对误差作了研究.结果表明,束宽和远场发散角的相对误差与像散因子C2,偏心参量α,瑞利长度z0以及透镜焦距f等有关.几何焦面上x和y方向束宽的相对误差与像散系数C2和偏心参量α变化相同,而在像方束腰处两方向相对误差变化迥异.此外,束宽的相对误差还与传输距离z有关.因像散影响,在x和y方向远场发散角一般不相等,并且还与偏心参量α有关.
2008, 32(1): 67-70.
摘要:
为了研究光纤喇曼放大器的阈值特性,首先由受激喇曼散射的耦合微分方程出发,采用数值模拟的方法,描述了光纤喇曼放大器中阈值的产生过程,给出阈值前后的仿真结果,强调阈值的重要性.然后在已有研究的基础上,考虑与实际情况相吻合,采用理论推导的方法,得到同向抽运和反向抽运光纤喇曼放大器的阈值公式.并且采用5种典型光纤的相应参数,对影响阈值的各参量进行了详细分析,抽运方式不同,阈值不同;同一种抽运方式中,各参量对阈值的影响也不同.结果表明,可以根据各个参量对阈值的不同影响来优化参量以降低阈值,对于如何提高光纤喇曼放大器的抽运效率以及光纤喇曼放大器的实验工作有一定的参考价值.
为了研究光纤喇曼放大器的阈值特性,首先由受激喇曼散射的耦合微分方程出发,采用数值模拟的方法,描述了光纤喇曼放大器中阈值的产生过程,给出阈值前后的仿真结果,强调阈值的重要性.然后在已有研究的基础上,考虑与实际情况相吻合,采用理论推导的方法,得到同向抽运和反向抽运光纤喇曼放大器的阈值公式.并且采用5种典型光纤的相应参数,对影响阈值的各参量进行了详细分析,抽运方式不同,阈值不同;同一种抽运方式中,各参量对阈值的影响也不同.结果表明,可以根据各个参量对阈值的不同影响来优化参量以降低阈值,对于如何提高光纤喇曼放大器的抽运效率以及光纤喇曼放大器的实验工作有一定的参考价值.
2008, 32(1): 98-100,104.
摘要:
群速度色散和高阶非线性效应是影响超强超短脉冲抽运下光参变放大能量转换效率的重要因素.为了提高光参变放大的能量转换效率,采用理论分析和数值计算的方法,模拟超强超短激光脉冲抽运下MgO:LiNbO3晶体中的光参变放大过程,得到了不同抽运功率密度、不同群速度色散条件下光参变放大的能量转换效率曲线,并且讨论了高阶非线性效应对和脉冲时间波形和频谱的影响.结果表明,群速度色散会使抽运光脉宽增加,功率密度降低;大功率密度抽运下高阶非线性效应的影响不可忽略,它会进一步减小能量转换效率,还会使信号光的频谱展宽,为了提高单位晶体长度的参变放大增益,可以通过引入初始啁啾来抵消群速度色散的影响.
群速度色散和高阶非线性效应是影响超强超短脉冲抽运下光参变放大能量转换效率的重要因素.为了提高光参变放大的能量转换效率,采用理论分析和数值计算的方法,模拟超强超短激光脉冲抽运下MgO:LiNbO3晶体中的光参变放大过程,得到了不同抽运功率密度、不同群速度色散条件下光参变放大的能量转换效率曲线,并且讨论了高阶非线性效应对和脉冲时间波形和频谱的影响.结果表明,群速度色散会使抽运光脉宽增加,功率密度降低;大功率密度抽运下高阶非线性效应的影响不可忽略,它会进一步减小能量转换效率,还会使信号光的频谱展宽,为了提高单位晶体长度的参变放大增益,可以通过引入初始啁啾来抵消群速度色散的影响.
2008, 32(1): 109-112.
摘要:
为了研究受硬边光阑约束及失调Lohmann光学系统对分数傅里叶变换的影响,采用了平顶多高斯光束模型模拟硬边光阑,推导了平面光波在受硬边光阑约束和系统透镜离轴时的Lohmann 型分数傅里叶变换光学系统中传播的解析表达式;计算机模拟了受半径为7.696cm的硬边光阑约束和透镜离轴失调量时的输出.结果表明,在有硬边光阑约束和离轴失调时Lohmann两种结构并不等效.
为了研究受硬边光阑约束及失调Lohmann光学系统对分数傅里叶变换的影响,采用了平顶多高斯光束模型模拟硬边光阑,推导了平面光波在受硬边光阑约束和系统透镜离轴时的Lohmann 型分数傅里叶变换光学系统中传播的解析表达式;计算机模拟了受半径为7.696cm的硬边光阑约束和透镜离轴失调量时的输出.结果表明,在有硬边光阑约束和离轴失调时Lohmann两种结构并不等效.
2008, 32(1): 4-7.
摘要:
介绍了一种新体制的激光成像雷达棗合成孔径激光雷达,对它的成像基本原理、国内外研究进展和回波信号基本处理方法作了描述,介绍了它的关键技术和国内外技术差距,指出其在军事、科学研究、工业生产中都有广阔的应用前景.
介绍了一种新体制的激光成像雷达棗合成孔径激光雷达,对它的成像基本原理、国内外研究进展和回波信号基本处理方法作了描述,介绍了它的关键技术和国内外技术差距,指出其在军事、科学研究、工业生产中都有广阔的应用前景.
2008, 32(1): 57-60.
摘要:
综述了离子束辅助沉积技术在高功率激光薄膜制备中的应用研究进展.指出该技术在制备高激光损伤阈值的薄膜中存在的问题,即出现过高的堆积密度,会给薄膜带来杂质缺陷、化学计量比缺陷、损伤缺陷、晶界缺陷,制备薄膜的残余应力存在着压应力增加的趋势,会改变薄膜的晶体结构等.并指出了该研究领域的研究方向.
综述了离子束辅助沉积技术在高功率激光薄膜制备中的应用研究进展.指出该技术在制备高激光损伤阈值的薄膜中存在的问题,即出现过高的堆积密度,会给薄膜带来杂质缺陷、化学计量比缺陷、损伤缺陷、晶界缺陷,制备薄膜的残余应力存在着压应力增加的趋势,会改变薄膜的晶体结构等.并指出了该研究领域的研究方向.
2008, 32(1): 11-14.
摘要:
为了给空间光通信的瞄准捕获跟踪链路的设计提供参考,实验研究了强湍流区的大气闪烁时间平滑效应,并考虑大气闪烁和瞄准抖动误差,分析了空间光通信的跟瞄链路的强度起伏统计规律;在此基础上,分析了时间平滑对链路衰落起伏的改善作用.实验研究结果表明,随着曝光时间的增加,强湍流区的大气闪烁起伏幅度减小,当曝光时间达到几十毫秒时,强湍流区的大气闪烁起伏服从对数正态分布;在确保空间光通信系统的链路跟踪中断概率小于10-3以下,采用时间平滑可以使所需的衰落冗余减少15dB～20dB.
为了给空间光通信的瞄准捕获跟踪链路的设计提供参考,实验研究了强湍流区的大气闪烁时间平滑效应,并考虑大气闪烁和瞄准抖动误差,分析了空间光通信的跟瞄链路的强度起伏统计规律;在此基础上,分析了时间平滑对链路衰落起伏的改善作用.实验研究结果表明,随着曝光时间的增加,强湍流区的大气闪烁起伏幅度减小,当曝光时间达到几十毫秒时,强湍流区的大气闪烁起伏服从对数正态分布;在确保空间光通信系统的链路跟踪中断概率小于10-3以下,采用时间平滑可以使所需的衰落冗余减少15dB～20dB.
2008, 32(1): 18-22.
摘要:
为了提高空间光通信的抗干扰能力,采用了一种基于二波耦合基础的新型差分光调制器件.实验结果表明,利用这种差分调制器实现的差分模式自由空间光通信,能有效抑制云团、雾等干扰因素引起的共模干扰,空间光通信的通信质量通过这种差分传输方式得到显著提高.
为了提高空间光通信的抗干扰能力,采用了一种基于二波耦合基础的新型差分光调制器件.实验结果表明,利用这种差分调制器实现的差分模式自由空间光通信,能有效抑制云团、雾等干扰因素引起的共模干扰,空间光通信的通信质量通过这种差分传输方式得到显著提高.
2008, 32(1): 61-63.
摘要:
为了实现光相关匹配滤波系统的小型化、集成化,采用纯计算全息技术,构建了一个光学相关识别系统.理论分析和实验验证表明,用计算全息透镜代替傅里叶透镜制得的复数滤波器,集成了4f系统中第2个傅里叶变换透镜的作用,滤波器后面不再用傅里叶透镜.这样减少了光学元件,同时缩短了光路.结果表明,该系统和4f光学相关识别系统一样,能够进行相关识别且具有平移不变性.
为了实现光相关匹配滤波系统的小型化、集成化,采用纯计算全息技术,构建了一个光学相关识别系统.理论分析和实验验证表明,用计算全息透镜代替傅里叶透镜制得的复数滤波器,集成了4f系统中第2个傅里叶变换透镜的作用,滤波器后面不再用傅里叶透镜.这样减少了光学元件,同时缩短了光路.结果表明,该系统和4f光学相关识别系统一样,能够进行相关识别且具有平移不变性.
2008, 32(1): 77-79.
摘要:
为了得到光纤激光器的好的调制特性,对光纤激光器的偏振态控制与否进行了对比试验,发现激光器没有进行偏振态控制,调制后的信号为噪声,即无法调制;利用扭转光纤控制构成腔的偏振态,选频器采用保偏光纤上写入的光纤光栅研制的环形激光器,调制特性可以与半导体激光器相比拟.比较了利用半导体激光器与偏振态控制的光纤激光器100km传输实验结果,二者结果一致.研究结果有利于光纤激光器在光纤通信中的应用.
为了得到光纤激光器的好的调制特性,对光纤激光器的偏振态控制与否进行了对比试验,发现激光器没有进行偏振态控制,调制后的信号为噪声,即无法调制;利用扭转光纤控制构成腔的偏振态,选频器采用保偏光纤上写入的光纤光栅研制的环形激光器,调制特性可以与半导体激光器相比拟.比较了利用半导体激光器与偏振态控制的光纤激光器100km传输实验结果,二者结果一致.研究结果有利于光纤激光器在光纤通信中的应用.
2008, 32(1): 15-17.
摘要:
为了分析影响双块晶体电光开关消光比的各项因素,采用折射率椭球方法,进行了理论分析和实验验证.结果表明,两晶体通光方向偏差及偏振器件透振方向偏差对消光比影响较大,只要仔细调解上述两方面就能实现较好的电光调Q效果.
为了分析影响双块晶体电光开关消光比的各项因素,采用折射率椭球方法,进行了理论分析和实验验证.结果表明,两晶体通光方向偏差及偏振器件透振方向偏差对消光比影响较大,只要仔细调解上述两方面就能实现较好的电光调Q效果.
2008, 32(1): 33-36.
摘要:
为了设计出自由频谱区(FSR)较大和3dB带宽较小的带通滤波器,拟合级联马赫-曾德尔干涉仪(MZI)与阶梯形滤波器原理的相似性,在MZI中引入啁啾臂长差以有效扩展FSR.采用传输矩阵法建立带通滤波器的理论模型,进而分析其滤波性能(3dB带宽、FSR)与结构参数(级联级数、衍射阶数)的对应关系.结果表明,当合理选取啁啾系数,该滤波器在保持3dB带宽不变的前提下有效扩展了FSR,并且在整个FSR内具有高边模抑制比.在设计实例中,对应低于.5nm的3dB带宽和高于100nm的FSR(要求边模抑制比高于35dB)的滤波性能,器件的级联级数、衍射阶数、最佳啁啾系数分别对应16,5和5.
为了设计出自由频谱区(FSR)较大和3dB带宽较小的带通滤波器,拟合级联马赫-曾德尔干涉仪(MZI)与阶梯形滤波器原理的相似性,在MZI中引入啁啾臂长差以有效扩展FSR.采用传输矩阵法建立带通滤波器的理论模型,进而分析其滤波性能(3dB带宽、FSR)与结构参数(级联级数、衍射阶数)的对应关系.结果表明,当合理选取啁啾系数,该滤波器在保持3dB带宽不变的前提下有效扩展了FSR,并且在整个FSR内具有高边模抑制比.在设计实例中,对应低于.5nm的3dB带宽和高于100nm的FSR(要求边模抑制比高于35dB)的滤波性能,器件的级联级数、衍射阶数、最佳啁啾系数分别对应16,5和5.
2008, 32(1): 47-49.
摘要:
为了精确得到三元结构的λ/4消色差复合波片的消色差范围,采用数学解析的方法进行了理论分析,并在中心波长600nm处进行实验,得到偏差在2%以内的光谱范围大约为540nm～680nm.结果表明,其消色差范围只在中心波长的附近,这一结果对实验中棱镜的选用是有帮助的.
为了精确得到三元结构的λ/4消色差复合波片的消色差范围,采用数学解析的方法进行了理论分析,并在中心波长600nm处进行实验,得到偏差在2%以内的光谱范围大约为540nm～680nm.结果表明,其消色差范围只在中心波长的附近,这一结果对实验中棱镜的选用是有帮助的.
2008, 32(1): 75-76,79.
摘要:
为了了解电磁波在光子晶体中的传输特性,用MATLAB与时域有限差分法把电磁波在真空与光子晶体中的传播实时可视化,并给出了场的空间静态分布.数值模拟的结果表明,禁带中的波被光子晶体控制,其能量分布在介质柱中,并观察到了电磁波局域化现象.
为了了解电磁波在光子晶体中的传输特性,用MATLAB与时域有限差分法把电磁波在真空与光子晶体中的传播实时可视化,并给出了场的空间静态分布.数值模拟的结果表明,禁带中的波被光子晶体控制,其能量分布在介质柱中,并观察到了电磁波局域化现象.
2008, 32(1): 101-104.
摘要:
为了研究复合Nd:YAG激光晶体棒在端面抽运下的温度分布及热透镜效应,采用数值分析法得到了端面抽运激光晶体棒内温度场的数值解,当抽运光功率为18W、光斑半径0.2mm时,吸收系数为3.5/cm的复合晶体内最大温度为73.8℃;同时还得到了径向梯度折射率引起的轴向传播光相位延迟分布ΔΦt(r),并与相同条件下的普通晶体作了比较.结果表明,采用复合晶体可以大幅度降低激光晶体内的温升,并减小端面变形导致的透镜效应;复合晶体内的相位延迟分布ΔΦt(r)与普通晶体的相似,且不满足对半径r的二次方关系;热透镜和参考球面镜透镜的相位延迟分布之间存在畸变Δφ,在r较小(rp)时,相位延迟分布ΔΦt(r)可近似等效于一球面透镜,其等效焦距fGRIN值与普通晶体的接近,在r较大(r>wp)时,畸变Δφ随r增大而急剧增大.
为了研究复合Nd:YAG激光晶体棒在端面抽运下的温度分布及热透镜效应,采用数值分析法得到了端面抽运激光晶体棒内温度场的数值解,当抽运光功率为18W、光斑半径0.2mm时,吸收系数为3.5/cm的复合晶体内最大温度为73.8℃;同时还得到了径向梯度折射率引起的轴向传播光相位延迟分布ΔΦt(r),并与相同条件下的普通晶体作了比较.结果表明,采用复合晶体可以大幅度降低激光晶体内的温升,并减小端面变形导致的透镜效应;复合晶体内的相位延迟分布ΔΦt(r)与普通晶体的相似,且不满足对半径r的二次方关系;热透镜和参考球面镜透镜的相位延迟分布之间存在畸变Δφ,在r较小(rp)时,相位延迟分布ΔΦt(r)可近似等效于一球面透镜,其等效焦距fGRIN值与普通晶体的接近,在r较大(r>wp)时,畸变Δφ随r增大而急剧增大.
2008, 32(1): 27-29,56.
摘要:
为了将半导体激光器应用于连续波腔衰荡法腔损耗测量,设计了半导体激光器的驱动电路.该电路由调制、驱动、温控等模块组成,在采用多光束干涉理论对连续波腔衰荡法测量原理进行分析和数值模拟的基础上,提出了驱动电路各模块的参数要求,对该电路各参数进行测试后,应用该电路建立了连续波腔衰荡法腔损耗测量系统,并进行了实验.经测试得知,在保证半导体激光器安全工作的前提下,该电路对于半导体激光器的关断时间约为60ns,对半导体激光器的温度控制精度优于0.01℃;对某单程腔损耗约为50×10-6的衰荡腔测试表明,腔损耗测量精度优于1%.结果表明,该电路达到理论设计要求,可应用于高精度腔损耗测量.
为了将半导体激光器应用于连续波腔衰荡法腔损耗测量,设计了半导体激光器的驱动电路.该电路由调制、驱动、温控等模块组成,在采用多光束干涉理论对连续波腔衰荡法测量原理进行分析和数值模拟的基础上,提出了驱动电路各模块的参数要求,对该电路各参数进行测试后,应用该电路建立了连续波腔衰荡法腔损耗测量系统,并进行了实验.经测试得知,在保证半导体激光器安全工作的前提下,该电路对于半导体激光器的关断时间约为60ns,对半导体激光器的温度控制精度优于0.01℃;对某单程腔损耗约为50×10-6的衰荡腔测试表明,腔损耗测量精度优于1%.结果表明,该电路达到理论设计要求,可应用于高精度腔损耗测量.
2008, 32(1): 30-32,36.
摘要:
为了研究基于边缘探测技术的激光雷达探测布里渊散射过程中测量误差的大小,在分析海水信道的基础之上,推导出了激光雷达探测水下布里渊散射频移的测量误差公式,并对基于边缘探测技术接收到的布里渊散射回波信号的大小进行了估算,同时仿真出不同探测深度和不同水质参数条件下的布里渊散射频移测量误差,得到了在水质较好的情况下,水下120m处布里渊散射频移测量误差小于5MHz的结果.结果表明,边缘探测技术具有较高信噪比、较小测量误差.
为了研究基于边缘探测技术的激光雷达探测布里渊散射过程中测量误差的大小,在分析海水信道的基础之上,推导出了激光雷达探测水下布里渊散射频移的测量误差公式,并对基于边缘探测技术接收到的布里渊散射回波信号的大小进行了估算,同时仿真出不同探测深度和不同水质参数条件下的布里渊散射频移测量误差,得到了在水质较好的情况下,水下120m处布里渊散射频移测量误差小于5MHz的结果.结果表明,边缘探测技术具有较高信噪比、较小测量误差.
2008, 32(1): 37-39,43.
摘要:
为了研究激光冲击波打标后标记区域的残余应力分布与材料变形情况,基于ANSYS/LS-DYNA建立了激光冲击波打标的三维有限元模型,通过激光诱导的冲击波加载,进行了打标的数值模拟.模拟结果表明,激光冲击波作用后的标记区域网格形成了与载荷直径相仿的凹坑,其残余应力均表现为压应力,并随着形变量的逐渐增加,在标记中心残余压应力达到最大值;材料厚度方向的残余压应力随着材料厚度的增加而不断减小,在1mm～1.4mm深度范围内载荷的作用效果不明显.这一结果可用于指导激光冲击波三维无损打标残余应力场的理论分析及其实验研究.
为了研究激光冲击波打标后标记区域的残余应力分布与材料变形情况,基于ANSYS/LS-DYNA建立了激光冲击波打标的三维有限元模型,通过激光诱导的冲击波加载,进行了打标的数值模拟.模拟结果表明,激光冲击波作用后的标记区域网格形成了与载荷直径相仿的凹坑,其残余应力均表现为压应力,并随着形变量的逐渐增加,在标记中心残余压应力达到最大值;材料厚度方向的残余压应力随着材料厚度的增加而不断减小,在1mm～1.4mm深度范围内载荷的作用效果不明显.这一结果可用于指导激光冲击波三维无损打标残余应力场的理论分析及其实验研究.
2008, 32(1): 64-66,70.
摘要:
为了获得工艺参数对激光清洗金属表面油漆层效果的影响,采用波长为10.6μm的轴快流CO2激光去除铝板表面的油漆层,研究了激光功率密度、扫描速度及扫描道间搭接量与油漆去除效果之间的关系.结果表明,脱漆时,激光功率密度存在着起始清洗阈值、完全清洗阈值和基体损伤阈值;增加激光功率,可获得更高的扫描速度和更好的清洗效果;扫描道间搭接量大于40%时,可实现漆板的大面积清洗.
为了获得工艺参数对激光清洗金属表面油漆层效果的影响,采用波长为10.6μm的轴快流CO2激光去除铝板表面的油漆层,研究了激光功率密度、扫描速度及扫描道间搭接量与油漆去除效果之间的关系.结果表明,脱漆时,激光功率密度存在着起始清洗阈值、完全清洗阈值和基体损伤阈值;增加激光功率,可获得更高的扫描速度和更好的清洗效果;扫描道间搭接量大于40%时,可实现漆板的大面积清洗.
2008, 32(1): 71-74.
摘要:
为了研究目标光学系统在焦平面反射元件离焦情况下的"猫眼效应"反射特性,采用ZEMAX光学设计及分析软件对"猫眼"目标进行建模和仿真,得出了入射激光通过"猫眼"目标后的能量通过率、后向反射激光束的发散角、远场光斑及其能量分布情况等特性,以及正负离焦量对反射特性影响的区别,并且得出在离焦情况下能够产生"猫眼效应"后向反射光所必需的入射激光束的入射角范围.结果表明,离焦量对"猫眼效应"后向反射光特性有决定性的影响,尤其是对远场光强影响较为显著,这为激光主动探测体制的探测能力分析提供了可靠性依据.
为了研究目标光学系统在焦平面反射元件离焦情况下的"猫眼效应"反射特性,采用ZEMAX光学设计及分析软件对"猫眼"目标进行建模和仿真,得出了入射激光通过"猫眼"目标后的能量通过率、后向反射激光束的发散角、远场光斑及其能量分布情况等特性,以及正负离焦量对反射特性影响的区别,并且得出在离焦情况下能够产生"猫眼效应"后向反射光所必需的入射激光束的入射角范围.结果表明,离焦量对"猫眼效应"后向反射光特性有决定性的影响,尤其是对远场光强影响较为显著,这为激光主动探测体制的探测能力分析提供了可靠性依据.
2008, 32(1): 80-83,87.
摘要:
为了研究抽样对复合傅里叶变换轮廓术测量精度的影响,避免因抽样造成的频谱混叠,采用梳状函数对连续变形条纹进行抽样的方法,并结合卷积性质,在相位方向和其垂直方向上分别进行了讨论,从而得到了在实际测量中两个方向上抽样频率的选择依据.结果表明,在相位方向上,抽样频率应至少为基频的倍;在垂直方向上,抽样频率必须至少为两个载频中较大频率的3倍.计算机模拟和实验验证了理论分析的正确性.
为了研究抽样对复合傅里叶变换轮廓术测量精度的影响,避免因抽样造成的频谱混叠,采用梳状函数对连续变形条纹进行抽样的方法,并结合卷积性质,在相位方向和其垂直方向上分别进行了讨论,从而得到了在实际测量中两个方向上抽样频率的选择依据.结果表明,在相位方向上,抽样频率应至少为基频的倍;在垂直方向上,抽样频率必须至少为两个载频中较大频率的3倍.计算机模拟和实验验证了理论分析的正确性.
2008, 32(1): 88-91.
摘要:
为探讨采用飞秒激光直接刻写样品取代传统光刻掩膜版方式来实现微机电系统(MEMS)加工短流程工艺的可行性,采用中心波长为800nm、脉宽为50fs的激光对100硅片(薄膜为350nm～500nm厚的氮化硅)进行实验,分析了飞秒激光材料加工特性.分析和实验结果表明,飞秒激光比纳秒、皮秒激光更适用于短流程工艺.MEMS加工短流程工艺减少了加工流程,缩短了加工周期.通过对激光脉冲能量和平台移动速度的控制可实现精确微加工.
为探讨采用飞秒激光直接刻写样品取代传统光刻掩膜版方式来实现微机电系统(MEMS)加工短流程工艺的可行性,采用中心波长为800nm、脉宽为50fs的激光对100硅片(薄膜为350nm～500nm厚的氮化硅)进行实验,分析了飞秒激光材料加工特性.分析和实验结果表明,飞秒激光比纳秒、皮秒激光更适用于短流程工艺.MEMS加工短流程工艺减少了加工流程,缩短了加工周期.通过对激光脉冲能量和平台移动速度的控制可实现精确微加工.
2008, 32(1): 92-94.
摘要:
为了研究大气米散射激光雷达系统的光学结构参数对探测结果的影响,采用模拟计算方法得到各种参数条件下相对接收信号强度随距离的分布图,并对相应的校准与调试方法做出探讨.结果表明,为达到设计要求,100m处激光束的光斑须调整到不超过25mm;对1000m处的硬目标校准时,发射与接收轴间夹角误差为2.2μrad,此时激光束发散角包含于望远镜的接收视场范围内.
为了研究大气米散射激光雷达系统的光学结构参数对探测结果的影响,采用模拟计算方法得到各种参数条件下相对接收信号强度随距离的分布图,并对相应的校准与调试方法做出探讨.结果表明,为达到设计要求,100m处激光束的光斑须调整到不超过25mm;对1000m处的硬目标校准时,发射与接收轴间夹角误差为2.2μrad,此时激光束发散角包含于望远镜的接收视场范围内.
2008, 32(1): 95-97.
摘要:
为了研究激光半模冲击成形在工业领域的实际应用,利用钛合金薄板作为试样进行波形零件的冲击试验,冲击过程中发现试样局部区域产生了反向变形,尤其在薄板中心区域反向变形现象更为严重.板料的反向变形使板料不能与凹模密切贴合,严重影响了冲击成形的质量.通过分析发现,由于激光能量较高,使板料与凹模凹陷处接触时的残余速度过高,从而导致板料与凹模发生剧烈碰撞.当板料因碰撞产生的反向运动速度大于板料反向屈服的速度阈值时将会产生影响成形质量的反向变形.通过调整激光能量避免了反向变形的发生,得到了理想的波形零件.实验与分析的结果表明,在满足半模冲击成形塑性变形量的基础上,采用较低的激光能量,既可避免反向变形的产生,又可保证半模冲击成形的质量.
为了研究激光半模冲击成形在工业领域的实际应用,利用钛合金薄板作为试样进行波形零件的冲击试验,冲击过程中发现试样局部区域产生了反向变形,尤其在薄板中心区域反向变形现象更为严重.板料的反向变形使板料不能与凹模密切贴合,严重影响了冲击成形的质量.通过分析发现,由于激光能量较高,使板料与凹模凹陷处接触时的残余速度过高,从而导致板料与凹模发生剧烈碰撞.当板料因碰撞产生的反向运动速度大于板料反向屈服的速度阈值时将会产生影响成形质量的反向变形.通过调整激光能量避免了反向变形的发生,得到了理想的波形零件.实验与分析的结果表明,在满足半模冲击成形塑性变形量的基础上,采用较低的激光能量,既可避免反向变形的产生,又可保证半模冲击成形的质量.
2008, 32(1): 105-108.
摘要:
干涉条纹周期是干涉精密测量中的一个较为重要的参数.为了可以简单快速而不失准确性地测量条纹周期,采用了图像处理实现干涉条纹周期测量的较为简单实用的算法.通过MATLAB平台设计相应的图像数据处理软件,分析影响条纹周期测量精度的因素,给出处理过程对条纹倾斜度的要求,并应用于相板的位相的定量检测,获得了相板的位相大小.结果表明,测量相位精度达λ/20～λ/50或π/10～π/25.这一结果对位相物体的厚度和折射率的测量有很大的帮助.
干涉条纹周期是干涉精密测量中的一个较为重要的参数.为了可以简单快速而不失准确性地测量条纹周期,采用了图像处理实现干涉条纹周期测量的较为简单实用的算法.通过MATLAB平台设计相应的图像数据处理软件,分析影响条纹周期测量精度的因素,给出处理过程对条纹倾斜度的要求,并应用于相板的位相的定量检测,获得了相板的位相大小.结果表明,测量相位精度达λ/20～λ/50或π/10～π/25.这一结果对位相物体的厚度和折射率的测量有很大的帮助.
