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RSS2011年 35卷 第6期
2011, 35(6): 721-724.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.001
[摘要]
[PDF 730KB]
摘要:
为了选择合适的激光设备及参量,以便提高激光修整砂轮效率和精度,采用300W氙灯抽运YAG普通脉冲激光器、80W声光调Q YAG脉冲激光器对青铜金刚石砂轮进行了单脉冲和连续脉冲烧蚀试验,借助于显微镜分析了激光作用后砂轮表面的微观形貌,并通过理论推导,得出一组公式,在考虑砂轮修整精度和效率的前提下,有效地缩小激光器及参量的选择范围,有助于针对不同的砂轮选择更为合适的激光参量进行更有效的修整。结果表明,声光调Q YAG脉冲激光器比氙灯抽运普通YAG脉冲激光器单脉冲能量小、脉冲频率高、脉宽窄、峰值功率高,更适合用于砂轮的高精度、高效率修整。
为了选择合适的激光设备及参量,以便提高激光修整砂轮效率和精度,采用300W氙灯抽运YAG普通脉冲激光器、80W声光调Q YAG脉冲激光器对青铜金刚石砂轮进行了单脉冲和连续脉冲烧蚀试验,借助于显微镜分析了激光作用后砂轮表面的微观形貌,并通过理论推导,得出一组公式,在考虑砂轮修整精度和效率的前提下,有效地缩小激光器及参量的选择范围,有助于针对不同的砂轮选择更为合适的激光参量进行更有效的修整。结果表明,声光调Q YAG脉冲激光器比氙灯抽运普通YAG脉冲激光器单脉冲能量小、脉冲频率高、脉宽窄、峰值功率高,更适合用于砂轮的高精度、高效率修整。
2011, 35(6): 734-737,755.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.003
摘要:
为了解决硬质材料的3维深雕问题,在充分分析3维图像空间遮挡关系的基础上,提出一种用激光在实体材料上雕刻真正3维图形的新算法。首先利用盒子算法,使3维空间图像对应一个空间大盒子,再利用平行于z轴的射线射切三角片,得到一种3维模型文件格式(STL)完备的包络点,同时,把点归一化到空间小盒子,并置位对应的被遮挡的小盒子列,从而得到STL实体雕刻数据。该算法已经应用于激光3维雕刻系统,处理一个面片数目为130000片量级的STL3维文件,尺寸268mm422mm253mm,算法仅耗时2s～5s。结果表明,该算法实用高效。
为了解决硬质材料的3维深雕问题,在充分分析3维图像空间遮挡关系的基础上,提出一种用激光在实体材料上雕刻真正3维图形的新算法。首先利用盒子算法,使3维空间图像对应一个空间大盒子,再利用平行于z轴的射线射切三角片,得到一种3维模型文件格式(STL)完备的包络点,同时,把点归一化到空间小盒子,并置位对应的被遮挡的小盒子列,从而得到STL实体雕刻数据。该算法已经应用于激光3维雕刻系统,处理一个面片数目为130000片量级的STL3维文件,尺寸268mm422mm253mm,算法仅耗时2s～5s。结果表明,该算法实用高效。
2011, 35(6): 742-744,769.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.005
摘要:
为了能够快速检测牛奶质量问题,采用3维荧光光谱和多峰拟合成分的方法,对纯牛奶的3维荧光光谱的特征及其主要成分进行了分析研究。结果表明,激发光谱在250nm～310nm范围,最佳激发波长在290nm附近;发射光谱主要在285nm～500nm,具有较强的荧光,荧光峰在330nm附近。液态纯牛奶的荧光光谱主要由5个谱峰（Ⅰ～Ⅴ）组成,其中峰Ⅰ是乳糖影响下部分蛋白质的荧光、峰Ⅱ为脂肪和VE共同产生的、峰Ⅲ为蛋白质直接所为、峰Ⅳ是其它成分影响下的蛋白质的荧光、峰V是VA,VB1和VB6等微量元素共同产生的。研究结果可为液态纯牛奶的荧光光谱检测技术研究提供实验和理论依据。
为了能够快速检测牛奶质量问题,采用3维荧光光谱和多峰拟合成分的方法,对纯牛奶的3维荧光光谱的特征及其主要成分进行了分析研究。结果表明,激发光谱在250nm～310nm范围,最佳激发波长在290nm附近;发射光谱主要在285nm～500nm,具有较强的荧光,荧光峰在330nm附近。液态纯牛奶的荧光光谱主要由5个谱峰（Ⅰ～Ⅴ）组成,其中峰Ⅰ是乳糖影响下部分蛋白质的荧光、峰Ⅱ为脂肪和VE共同产生的、峰Ⅲ为蛋白质直接所为、峰Ⅳ是其它成分影响下的蛋白质的荧光、峰V是VA,VB1和VB6等微量元素共同产生的。研究结果可为液态纯牛奶的荧光光谱检测技术研究提供实验和理论依据。
2011, 35(6): 752-755.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.008
摘要:
为了揭示激光淬火基体对电镀铬层表面形貌的影响,采用激光离散淬火基体的方法对镀铬层表面形貌进行了研究。铬层表面形成了与离散基体对应的、密实球状组织条带和疏散球状组织条带离散相间的周期性形貌;密实球状组织条带对应着原始基体区,而疏散球状组织条带则对应着激光淬火区。借助于高分辨率扫描电镜,利用化学腐蚀基体和粒子束刻蚀法分别对铬层界面和厚度方向组织形貌的进行了实验分析。结果表明,铬层表面形成了与其对应的周期性形貌,其机理是铬层界面周期形貌和铬层不同的生长方式,将激光离散基体特征传递给了铬层表面。
为了揭示激光淬火基体对电镀铬层表面形貌的影响,采用激光离散淬火基体的方法对镀铬层表面形貌进行了研究。铬层表面形成了与离散基体对应的、密实球状组织条带和疏散球状组织条带离散相间的周期性形貌;密实球状组织条带对应着原始基体区,而疏散球状组织条带则对应着激光淬火区。借助于高分辨率扫描电镜,利用化学腐蚀基体和粒子束刻蚀法分别对铬层界面和厚度方向组织形貌的进行了实验分析。结果表明,铬层表面形成了与其对应的周期性形貌,其机理是铬层界面周期形貌和铬层不同的生长方式,将激光离散基体特征传递给了铬层表面。
2011, 35(6): 770-772,794.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.012
摘要:
为了实现激光模拟训练系统的弹道模拟,以双光楔光束偏转性质为基础,研究了通过控制双光楔的旋转角度来控制激光光轴的偏转,并根据光折射理论计算推导了双光楔角度控制方程。结果表明,模拟训练系统激光光束指向精度高于1mrad,能够满足实际需要。该系统可用于坦克等直瞄重武器的实兵对抗训练。
为了实现激光模拟训练系统的弹道模拟,以双光楔光束偏转性质为基础,研究了通过控制双光楔的旋转角度来控制激光光轴的偏转,并根据光折射理论计算推导了双光楔角度控制方程。结果表明,模拟训练系统激光光束指向精度高于1mrad,能够满足实际需要。该系统可用于坦克等直瞄重武器的实兵对抗训练。
2011, 35(6): 784-786,836.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.017
摘要:
为了对漫反射材料小尺寸平面的平整度进行检测,提出采用载频条纹相位分析的方法。该方法采用激光作为照明光源,通过相干获得周期为100m的条纹,使用傅里叶变换条纹相位分析提取待测表面的调制相位并可以转换为表面高度分布,从而能够实现对材料表面平整度的评价。结果表明,系统高度分辨力为10m;考虑到噪声的影响,实际分辨力可以达到20m。所给出的实际实验结果显示该方法是可行的。
为了对漫反射材料小尺寸平面的平整度进行检测,提出采用载频条纹相位分析的方法。该方法采用激光作为照明光源,通过相干获得周期为100m的条纹,使用傅里叶变换条纹相位分析提取待测表面的调制相位并可以转换为表面高度分布,从而能够实现对材料表面平整度的评价。结果表明,系统高度分辨力为10m;考虑到噪声的影响,实际分辨力可以达到20m。所给出的实际实验结果显示该方法是可行的。
2011, 35(6): 792-794.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.019
摘要:
为了确保激光测距机的测距性能,基于光电耦合法对激光测距机的测距性能进行了检测,设计出了一种新型的激光测距机性能检测设备。该设备具有发射和接收装置位置可以任意调节和互换、调整瞄准方便、检测结果数字化显示等优点。结果表明,该设备可以对不同型号激光测距机的性能进行快速检测,提高了激光测距机的检测效率和测试精度。
为了确保激光测距机的测距性能,基于光电耦合法对激光测距机的测距性能进行了检测,设计出了一种新型的激光测距机性能检测设备。该设备具有发射和接收装置位置可以任意调节和互换、调整瞄准方便、检测结果数字化显示等优点。结果表明,该设备可以对不同型号激光测距机的性能进行快速检测,提高了激光测距机的检测效率和测试精度。
2011, 35(6): 800-803.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.021
摘要:
为了研究缓冲气压对激光等离子体参量的影响,利用CO2,激光烧蚀A1靶产生等离子体,缓冲气压变化范围为10-4Pa～2103Pa,激光脉冲能量为180mJ/脉冲,在局域热平衡和光学薄等离子体假设下,采用发射光谱法计算了等离子体的电子温度和电子密度,并研究了缓冲气压对这些参量的影响。结果表明,等离子体的电子温度和电子密度分别在1.05eV～2.47eV与1.951016cm-3～10.5 1016cm-3范围内,Al等离子体的电子温度随气压的增大而减少;低缓冲气压时,电子密度随气压增大而减小,当气压达到600Pa时,激光脉冲会击穿空气形成等离子体,电子密度又开始上升,当气压超过3000Pa时,空气等离子体会屏蔽激光脉冲能量,使到达靶面的激光能量急剧下降,Al原子的特征谱线也随之减弱而几乎消失。这一结果对理解缓冲气压对激光与物质相互作用过程的影响是有帮助的。
为了研究缓冲气压对激光等离子体参量的影响,利用CO2,激光烧蚀A1靶产生等离子体,缓冲气压变化范围为10-4Pa～2103Pa,激光脉冲能量为180mJ/脉冲,在局域热平衡和光学薄等离子体假设下,采用发射光谱法计算了等离子体的电子温度和电子密度,并研究了缓冲气压对这些参量的影响。结果表明,等离子体的电子温度和电子密度分别在1.05eV～2.47eV与1.951016cm-3～10.5 1016cm-3范围内,Al等离子体的电子温度随气压的增大而减少;低缓冲气压时,电子密度随气压增大而减小,当气压达到600Pa时,激光脉冲会击穿空气形成等离子体,电子密度又开始上升,当气压超过3000Pa时,空气等离子体会屏蔽激光脉冲能量,使到达靶面的激光能量急剧下降,Al原子的特征谱线也随之减弱而几乎消失。这一结果对理解缓冲气压对激光与物质相互作用过程的影响是有帮助的。
2011, 35(6): 837-840,856.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.030
摘要:
为了研究云和降水的微物理特性,根据杨氏边界衍射理论,结合MATHEMATICA和MATLAB两种数学软件,采取理论推导和数值模拟的方法,针对球形和椭球形云雨滴建立了在夫琅和费近似条件下,光轴上的单色点光源照射情况以及单色平行光照射情况的边沿衍射场分布;对单色平行光照射下云雨滴的边沿衍射进行了数值摸拟;并针对边沿衍射在雨滴探测中会引起的问题进行了分析,提出了变动阈值解决办法。结果表明,孔径衍射图样是几何投影光波和边界衍射光波的叠加;边界衍射是粒子边沿的不均匀性散射的结果,同等条件下随粒子大小和形状的差异而不同。这对云雨粒子的探测具有指导意义。
为了研究云和降水的微物理特性,根据杨氏边界衍射理论,结合MATHEMATICA和MATLAB两种数学软件,采取理论推导和数值模拟的方法,针对球形和椭球形云雨滴建立了在夫琅和费近似条件下,光轴上的单色点光源照射情况以及单色平行光照射情况的边沿衍射场分布;对单色平行光照射下云雨滴的边沿衍射进行了数值摸拟;并针对边沿衍射在雨滴探测中会引起的问题进行了分析,提出了变动阈值解决办法。结果表明,孔径衍射图样是几何投影光波和边界衍射光波的叠加;边界衍射是粒子边沿的不均匀性散射的结果,同等条件下随粒子大小和形状的差异而不同。这对云雨粒子的探测具有指导意义。
2011, 35(6): 844-848.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.032
摘要:
为了防止输电线路激光除冰过程中激光损伤绝缘子等电力设备,采用有限元分析软件ANSYS对激光与普通瓷、氧化铝瓷、氧化锆瓷、堇青石瓷作用后的温度场和应力场进行了数值模拟,得到氧化铝瓷具有较好的抗热应力破坏性能,并进行了Nd:YAG激光照射绝缘子表面实验,得到绝缘子表面温度与照射时间和损伤类型的关系。结果表明,激光功率密度和照射时间是影响绝缘子破坏的重要因素,瓷绝缘子表面损伤包括热损伤和热应力破坏,破坏类型与表面温度相关。提出了瞄准、控制、激光除冰与其它除冰方式相结合等保护措施。这一结果对输电线路激光除冰工程应用中保障电力设施的安全是有帮助的。
为了防止输电线路激光除冰过程中激光损伤绝缘子等电力设备,采用有限元分析软件ANSYS对激光与普通瓷、氧化铝瓷、氧化锆瓷、堇青石瓷作用后的温度场和应力场进行了数值模拟,得到氧化铝瓷具有较好的抗热应力破坏性能,并进行了Nd:YAG激光照射绝缘子表面实验,得到绝缘子表面温度与照射时间和损伤类型的关系。结果表明,激光功率密度和照射时间是影响绝缘子破坏的重要因素,瓷绝缘子表面损伤包括热损伤和热应力破坏,破坏类型与表面温度相关。提出了瞄准、控制、激光除冰与其它除冰方式相结合等保护措施。这一结果对输电线路激光除冰工程应用中保障电力设施的安全是有帮助的。
2011, 35(6): 849-853.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.033
摘要:
为了研究复宗量拉盖尔-高斯光束在湍流大气中通过圆形光阑的传输特性,采用拓展的惠更斯-菲涅耳原理进行了理论推导和数值计算,得到了光强表达式和相应的计算图像。结果表明,光束在湍流大气中受到光阑限制传输时,当截断参量61,光束能够长距离传输且与源场时的光束横截面光强分布大致类似,仍为空心光束,但中心处光强的归一化值大于0;当截断参量1时,小孔的衍射效应不明显,与无小孔限制时非常类似,光束横截面光强分布变为高斯形状;大气湍流强度越小,越容易保持源场时的光束横截面光强分布;不同阶数光束在湍流大气中的传输特性也做了相应研究。该结果对于从事激光传输与自由空间光通讯是有帮助的。
为了研究复宗量拉盖尔-高斯光束在湍流大气中通过圆形光阑的传输特性,采用拓展的惠更斯-菲涅耳原理进行了理论推导和数值计算,得到了光强表达式和相应的计算图像。结果表明,光束在湍流大气中受到光阑限制传输时,当截断参量61,光束能够长距离传输且与源场时的光束横截面光强分布大致类似,仍为空心光束,但中心处光强的归一化值大于0;当截断参量1时,小孔的衍射效应不明显,与无小孔限制时非常类似,光束横截面光强分布变为高斯形状;大气湍流强度越小,越容易保持源场时的光束横截面光强分布;不同阶数光束在湍流大气中的传输特性也做了相应研究。该结果对于从事激光传输与自由空间光通讯是有帮助的。
2011, 35(6): 857-860,864.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.03
摘要:
为了解决发光二极管(LED)应用于照明时光照不均匀的问题,运用非成像光学和几何光学的基本原理,推导了反射式LED二次光学系统的设计步骤,设计了LED二次光学系统,并对其光照均匀性进行了仿真。针对仿真显示的问题对设计步骤进行了改进,利用改进后的方法重新设计了二次光学系统,并利用光学设计软件对设计的光学系统进行了仿真。结果表明,这种二次光学系统能够达到均匀照明的效果。
为了解决发光二极管(LED)应用于照明时光照不均匀的问题,运用非成像光学和几何光学的基本原理,推导了反射式LED二次光学系统的设计步骤,设计了LED二次光学系统,并对其光照均匀性进行了仿真。针对仿真显示的问题对设计步骤进行了改进,利用改进后的方法重新设计了二次光学系统,并利用光学设计软件对设计的光学系统进行了仿真。结果表明,这种二次光学系统能够达到均匀照明的效果。
2011, 35(6): 725-733.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.002
摘要:
综述了目前获得高功率激光输出的板条、薄片激光器以及运行于热容模式固体激光器抽运耦合方式的进展,分析了这几种固体激光器的抽运耦合技术路径,比较了各类抽运耦合方式在克服热效应方面的优缺点,展望了固体激光器抽运耦合技术的发展趋势。
综述了目前获得高功率激光输出的板条、薄片激光器以及运行于热容模式固体激光器抽运耦合方式的进展,分析了这几种固体激光器的抽运耦合技术路径,比较了各类抽运耦合方式在克服热效应方面的优缺点,展望了固体激光器抽运耦合技术的发展趋势。
2011, 35(6): 765-769.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.011
摘要:
光热折变玻璃在紫外波段具有较好的光敏特性,并且在近红外和可见光波段具有很高的透射率,用它制作的体布喇格光栅能够承受高能激光辐照,因而特别适合应用于高功率激光技术中。综述了基于体布喇格光栅的光纤激光谱组束技术最新研究进展;阐述了体布喇格光栅的基本理论,分别介绍了基于单体光栅、级联体光栅和3维层叠复合体光栅的谱组束、共腔谱组束以及昆合组束5种组束方案的组束原理和研究进展,最后对各组束方案中存在的问题进行了讨论。
光热折变玻璃在紫外波段具有较好的光敏特性,并且在近红外和可见光波段具有很高的透射率,用它制作的体布喇格光栅能够承受高能激光辐照,因而特别适合应用于高功率激光技术中。综述了基于体布喇格光栅的光纤激光谱组束技术最新研究进展;阐述了体布喇格光栅的基本理论,分别介绍了基于单体光栅、级联体光栅和3维层叠复合体光栅的谱组束、共腔谱组束以及昆合组束5种组束方案的组束原理和研究进展,最后对各组束方案中存在的问题进行了讨论。
2011, 35(6): 795-799.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.020
摘要:
为了加快发展我国机载测风雷达技术,对机载激光多普勒测风雷达的研究及应用情况进行了介绍,对机载激光多普勒测风雷达的基本工作原理、系统组成、应用方式及领域等进行了分析,并对光纤激光器在机载雷达系统中的应用进行了预测。结果表明,采用全光纤相干结构的机载测风雷达具有测量精度高、结果稳定可靠、响应速度快、系统结构紧凑、环境适应能力强、适合多种工作平台等特点,可广泛应用于各型大型飞机提供下视高度详尽的大气风场气象参量,以保障空投空掷作业的准确性与安全性;另外还可以为飞机飞行提供前方航道大气湍流及横切风的预测,保障飞行安全等。
为了加快发展我国机载测风雷达技术,对机载激光多普勒测风雷达的研究及应用情况进行了介绍,对机载激光多普勒测风雷达的基本工作原理、系统组成、应用方式及领域等进行了分析,并对光纤激光器在机载雷达系统中的应用进行了预测。结果表明,采用全光纤相干结构的机载测风雷达具有测量精度高、结果稳定可靠、响应速度快、系统结构紧凑、环境适应能力强、适合多种工作平台等特点,可广泛应用于各型大型飞机提供下视高度详尽的大气风场气象参量,以保障空投空掷作业的准确性与安全性;另外还可以为飞机飞行提供前方航道大气湍流及横切风的预测,保障飞行安全等。
2011, 35(6): 738-741,791.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.004
摘要:
为了有效改善大气激光正交频分复用通信系统接收端的符号检测性能,采用现有的混合粒子滤波算法对大气激光正交频分复用时变信道进行半盲估计,并进行了理论分析与实验验证。与传统的基于导频的时变信道估计方法相比,该方法可有效改善接收端的符号检测性能,并通过MATLAB仿真结果验证了该方法的有效性。结果表明,在相同的信噪比下.所用方法可平均减小接收端系统的误比特率接近一个数量级。
为了有效改善大气激光正交频分复用通信系统接收端的符号检测性能,采用现有的混合粒子滤波算法对大气激光正交频分复用时变信道进行半盲估计,并进行了理论分析与实验验证。与传统的基于导频的时变信道估计方法相比,该方法可有效改善接收端的符号检测性能,并通过MATLAB仿真结果验证了该方法的有效性。结果表明,在相同的信噪比下.所用方法可平均减小接收端系统的误比特率接近一个数量级。
2011, 35(6): 804-807.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.022
摘要:
为了实时获取化学战剂、大气污染物等待测物的光谱信息,设计了一种基于现场可编程门阵列实现单边干涉图光谱复原的高速数据处理系统。该系统采用将去直流、切趾,快速傅里叶变换、相位校正等光谱复原处理集成在一块现场可编程门阵列芯片内实现的方法,具有集成度高、速度快、成本低等优点。在ISE10.1开发平台上设计了数据处理系统硬件电路,通过WQF-520型傅里叶变换红外光谱仪采集干涉数据传给现场可编程门阵列进行处理,实验结果与MATLAB仿真结果比较,相对误差在1.2%以内。结果表明,该系统可正确复原光谱,适用于时间调制和空间调制的干涉式光谱仪系统。
为了实时获取化学战剂、大气污染物等待测物的光谱信息,设计了一种基于现场可编程门阵列实现单边干涉图光谱复原的高速数据处理系统。该系统采用将去直流、切趾,快速傅里叶变换、相位校正等光谱复原处理集成在一块现场可编程门阵列芯片内实现的方法,具有集成度高、速度快、成本低等优点。在ISE10.1开发平台上设计了数据处理系统硬件电路,通过WQF-520型傅里叶变换红外光谱仪采集干涉数据传给现场可编程门阵列进行处理,实验结果与MATLAB仿真结果比较,相对误差在1.2%以内。结果表明,该系统可正确复原光谱,适用于时间调制和空间调制的干涉式光谱仪系统。
2011, 35(6): 828-832.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.028
摘要:
为了分析紫外光非视距通信组网链路性能,采用单次散射大气信道传输模型,对紫外光非视距通信的全向发送全向接收和定向发送全向接收两类工作模式进行了理论分析,并在链状和网格状的拓扑结构下分别进行了计算机仿真实验,对比分析了两类工作模式下网络的吞吐量、时延、抖动率、丢包率等性能。结果表明,在紫外无线光Mesh网络的通信中,采用定向发送全向接收的接入方式能够使网络性能更优。
为了分析紫外光非视距通信组网链路性能,采用单次散射大气信道传输模型,对紫外光非视距通信的全向发送全向接收和定向发送全向接收两类工作模式进行了理论分析,并在链状和网格状的拓扑结构下分别进行了计算机仿真实验,对比分析了两类工作模式下网络的吞吐量、时延、抖动率、丢包率等性能。结果表明,在紫外无线光Mesh网络的通信中,采用定向发送全向接收的接入方式能够使网络性能更优。
2011, 35(6): 841-843,848.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.031
摘要:
为了解决数字全息实时再现和CCD采集的问题,在现有的条件下,采用组件对象模型技术,将VB与MATLAB结合开发出相关软件,有效地解决了数字全息实时再现的难题,并通过多次实验,证实了该软件具有较高的可靠性和应用性。结果表明,该软件的设计完成将对数字全息工作提供帮助。
为了解决数字全息实时再现和CCD采集的问题,在现有的条件下,采用组件对象模型技术,将VB与MATLAB结合开发出相关软件,有效地解决了数字全息实时再现的难题,并通过多次实验,证实了该软件具有较高的可靠性和应用性。结果表明,该软件的设计完成将对数字全息工作提供帮助。
2011, 35(6): 745-747,751.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.006
摘要:
为了研究角锥棱镜阵列谐振腔的输出特性,利用角锥棱镜阵列作为后腔镜,与平面镜构成角锥棱镜阵列谐振腔,模拟计算了角锥棱镜阵列谐振腔输出模式的近场及远场分布,理论分析了谐振腔的相干输出,实验获得了采用该腔型的钕玻璃激光器的输出模式的近场及远场分布。结果表明,模拟计算与实验得到的模式分布相吻合,近场光斑外形为六边形,与角锥棱镜阵列形状相似;远场聚焦光斑中心为一强峰,周围分布着多圈强度小得多的次峰,各圈的脉冲峰数量及分布同角锥棱镜阵列中对应圈的角锥棱镜的数量及分布一致。理论与实验证实了利用角锥棱镜阵列谐振腔实现激光器相干输出的可行性。
为了研究角锥棱镜阵列谐振腔的输出特性,利用角锥棱镜阵列作为后腔镜,与平面镜构成角锥棱镜阵列谐振腔,模拟计算了角锥棱镜阵列谐振腔输出模式的近场及远场分布,理论分析了谐振腔的相干输出,实验获得了采用该腔型的钕玻璃激光器的输出模式的近场及远场分布。结果表明,模拟计算与实验得到的模式分布相吻合,近场光斑外形为六边形,与角锥棱镜阵列形状相似;远场聚焦光斑中心为一强峰,周围分布着多圈强度小得多的次峰,各圈的脉冲峰数量及分布同角锥棱镜阵列中对应圈的角锥棱镜的数量及分布一致。理论与实验证实了利用角锥棱镜阵列谐振腔实现激光器相干输出的可行性。
2011, 35(6): 761-764.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.010
摘要:
为了分析CTH:YAG激光器在受激跃迁时的温度特性,从速率方程中腔内光子数密度出发,考虑CTH:YAG的准三能级特性以及Tm-Ho准热平衡体系的影响,定义了相对振荡效能参量。采用数值模拟的方法,分析了相对振荡效能的温度特性,得到了其温度变化曲线。结果表明,CTH:YAG的相对振荡效能是温度的非线性减函数,且存在截止温度使腔内振荡无法产生;截止温度与Tm-Ho准热平衡体系的储能成正比,相对振荡效能也随Tm-Ho准热平衡体系的储能的增大而增大。这一结果为CTH:YAG激光器受激跃迁的温度特性提供了理论依据,对改善其工作特性和优化输出结果具有指导性意义。
为了分析CTH:YAG激光器在受激跃迁时的温度特性,从速率方程中腔内光子数密度出发,考虑CTH:YAG的准三能级特性以及Tm-Ho准热平衡体系的影响,定义了相对振荡效能参量。采用数值模拟的方法,分析了相对振荡效能的温度特性,得到了其温度变化曲线。结果表明,CTH:YAG的相对振荡效能是温度的非线性减函数,且存在截止温度使腔内振荡无法产生;截止温度与Tm-Ho准热平衡体系的储能成正比,相对振荡效能也随Tm-Ho准热平衡体系的储能的增大而增大。这一结果为CTH:YAG激光器受激跃迁的温度特性提供了理论依据,对改善其工作特性和优化输出结果具有指导性意义。
2011, 35(6): 778-780,853.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.015
摘要:
为了合理地设计出宽带分布式光纤喇曼放大器系统,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对前向抽运方式的喇曼耦合方程进行数值仿真,获得了合适的抽运源波长,从而实现了分布式喇曼光纤放大器的带宽为80nm(1530nm～1610nm)。在抽运功率均匀分配的情况下,对80个信道的信号进行分布式放大,分析了不同信号、抽运功率沿光纤的分布,以及输出端不同信道信号功率、增益分布特性。为了改善信号、增益平坦度,通过调整抽运功率获得了较好的增益平坦,信号经50km的G652单模光纤传输后,平均增益约为10dB,增益平坦度为1dB。该结果对于分布式宽带光纤喇曼放大器的研制有着重要的指导作用。
为了合理地设计出宽带分布式光纤喇曼放大器系统,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对前向抽运方式的喇曼耦合方程进行数值仿真,获得了合适的抽运源波长,从而实现了分布式喇曼光纤放大器的带宽为80nm(1530nm～1610nm)。在抽运功率均匀分配的情况下,对80个信道的信号进行分布式放大,分析了不同信号、抽运功率沿光纤的分布,以及输出端不同信道信号功率、增益分布特性。为了改善信号、增益平坦度,通过调整抽运功率获得了较好的增益平坦,信号经50km的G652单模光纤传输后,平均增益约为10dB,增益平坦度为1dB。该结果对于分布式宽带光纤喇曼放大器的研制有着重要的指导作用。
2011, 35(6): 787-791.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.018
摘要:
为了研究矩形晶体Nd:GGG受到具有高斯分布激光双侧错位抽运时,激光晶体内部温度场和热形变分布情况,采用以各向异性半解析热分析为基础的方法进行了研究。当用输出功率分别都为300W从Nd:GGG晶体两侧面错位中心抽运时,高斯半径为9.00mm,最高温度出现在前抽运面,晶体内最大温度为309.73℃;分析了激光晶体工作的特点,建立了符合激光晶体的热模型,得出了矩形Nd:GGG激光晶体温度场和热形变场通解表达式。结果表明,当侧面错位抽运长方体Nd:GGG晶体10s时,最大热形变量为28.97m,最大光程差为13.02m;停止抽运200s时,晶体最高温升下降到1.01%。该研究结果为LD双侧抽运热容激光器的优化设计提供了理论依据。
为了研究矩形晶体Nd:GGG受到具有高斯分布激光双侧错位抽运时,激光晶体内部温度场和热形变分布情况,采用以各向异性半解析热分析为基础的方法进行了研究。当用输出功率分别都为300W从Nd:GGG晶体两侧面错位中心抽运时,高斯半径为9.00mm,最高温度出现在前抽运面,晶体内最大温度为309.73℃;分析了激光晶体工作的特点,建立了符合激光晶体的热模型,得出了矩形Nd:GGG激光晶体温度场和热形变场通解表达式。结果表明,当侧面错位抽运长方体Nd:GGG晶体10s时,最大热形变量为28.97m,最大光程差为13.02m;停止抽运200s时,晶体最高温升下降到1.01%。该研究结果为LD双侧抽运热容激光器的优化设计提供了理论依据。
2011, 35(6): 813-816.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.024
摘要:
为了得到稳态条件下1维宽光束在有偏压双光子中心对称光折变晶体中的调制不稳定性的结果,通过空间电荷场的局域性处理和数值模拟的方法,获得了1维调制不稳定性的增长率。结果表明,在入射光束强度一定的情况下,调制不稳定性增长率最大值随外加电场以及空间频率域的增加而增大;在外加电场给定时,调制不稳定性增长率的最大值随入射光强的增大先达到一峰值后又减小。宽光束的调制不稳定性取决于外加电场及入射光束强度与暗辐射的比值。
为了得到稳态条件下1维宽光束在有偏压双光子中心对称光折变晶体中的调制不稳定性的结果,通过空间电荷场的局域性处理和数值模拟的方法,获得了1维调制不稳定性的增长率。结果表明,在入射光束强度一定的情况下,调制不稳定性增长率最大值随外加电场以及空间频率域的增加而增大;在外加电场给定时,调制不稳定性增长率的最大值随入射光强的增大先达到一峰值后又减小。宽光束的调制不稳定性取决于外加电场及入射光束强度与暗辐射的比值。
2011, 35(6): 824-827.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.027
摘要:
为了将透镜导管应用于激光二极管阵列耦合系统,利用镜像法得到了耦合效率与透镜导管参量之间的关系,即透镜导管长度、曲率半径、输出面边长和快轴发散角均影响透镜导管耦合效率;分析了不同尺寸的半导体激光器面阵耦合到不同尺寸的激光棒中的耦合效率。结果表明,半导体激光器阵列及激光棒的尺寸对耦合效率有一定影响。所得结论为透镜导管的设计提供了一定的理论指导。
为了将透镜导管应用于激光二极管阵列耦合系统,利用镜像法得到了耦合效率与透镜导管参量之间的关系,即透镜导管长度、曲率半径、输出面边长和快轴发散角均影响透镜导管耦合效率;分析了不同尺寸的半导体激光器面阵耦合到不同尺寸的激光棒中的耦合效率。结果表明,半导体激光器阵列及激光棒的尺寸对耦合效率有一定影响。所得结论为透镜导管的设计提供了一定的理论指导。
2011, 35(6): 854-856.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.034
摘要:
为了研究在激光驱动的尾场中被加速正电子的动能,采用数值模拟方法,得到了非对称sine脉冲、flat-top脉冲和Gaussian脉冲驱动的尾场中被加速的正电子的能量。结果表明,非对称sine脉冲驱动尾场中正电子得到的能量比flat-top脉冲和Gaussian脉冲驱动尾场中得到的能量高一些。
为了研究在激光驱动的尾场中被加速正电子的动能,采用数值模拟方法,得到了非对称sine脉冲、flat-top脉冲和Gaussian脉冲驱动的尾场中被加速的正电子的能量。结果表明,非对称sine脉冲驱动尾场中正电子得到的能量比flat-top脉冲和Gaussian脉冲驱动尾场中得到的能量高一些。
2011, 35(6): 861-864.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.036
摘要:
为了研究平顶高斯光束通过扩束系统的传输特性,从柯林斯衍射积分公式出发,推导出场强分布的解析式。以伽利略式和开普勒式这两种常见的扩束系统为例,对平顶高斯光束扩束后在接收面的光强分布进行数值计算及分析。结果表明,平顶高斯光束通过同等倍数但不同形式的扩束系统的传输特性不同,且对于不同焦距的扩束系统,其传输特性也有比较明显的差别;平顶高斯光束通过开普勒式扩束系统,不仅在成像面距离获得平顶光束,还可在一定轴向范围之内保持平顶分布,并且轴向范围和所选扩束系统的放大倍数有关,随着放大倍数的增大,轴向范围也增大。
为了研究平顶高斯光束通过扩束系统的传输特性,从柯林斯衍射积分公式出发,推导出场强分布的解析式。以伽利略式和开普勒式这两种常见的扩束系统为例,对平顶高斯光束扩束后在接收面的光强分布进行数值计算及分析。结果表明,平顶高斯光束通过同等倍数但不同形式的扩束系统的传输特性不同,且对于不同焦距的扩束系统,其传输特性也有比较明显的差别;平顶高斯光束通过开普勒式扩束系统,不仅在成像面距离获得平顶光束,还可在一定轴向范围之内保持平顶分布,并且轴向范围和所选扩束系统的放大倍数有关,随着放大倍数的增大,轴向范围也增大。
2011, 35(6): 748-751.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.007
摘要:
表面模与纤芯基模耦合是使双空芯光子晶体光纤产生无耦合点的根本原因。为进一步探究双空芯光子晶体光纤中表面模的产生及控制机理,采用平面波展开和全矢量有限元法,分析了纤芯周围石英环相对厚度和纤芯的截切半径对表面模和无耦合点的影响。结果表明,纤芯截切半径固定时,随着石英环相对厚度的增大,无耦合点向长波长方向移动;石英环相对厚度固定为1时,纤芯最佳截切半径为0.9～1.0,可以较好地抑制表面模。这为新型双空芯光子晶体光纤的结构设计和现实应用提供了理论依据。
表面模与纤芯基模耦合是使双空芯光子晶体光纤产生无耦合点的根本原因。为进一步探究双空芯光子晶体光纤中表面模的产生及控制机理,采用平面波展开和全矢量有限元法,分析了纤芯周围石英环相对厚度和纤芯的截切半径对表面模和无耦合点的影响。结果表明,纤芯截切半径固定时,随着石英环相对厚度的增大,无耦合点向长波长方向移动;石英环相对厚度固定为1时,纤芯最佳截切半径为0.9～1.0,可以较好地抑制表面模。这为新型双空芯光子晶体光纤的结构设计和现实应用提供了理论依据。
2011, 35(6): 773-774,832.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.013
摘要:
为了研究入射角度对含钴阳极氧化铝膜近红外偏振光谱特性的影响,采用阳极氧化的方法制备了阳极氧化铝膜,向其孔中镀入了钴,然后利用UV-3101PC型分光光度计对其进行了透射光谱测试,并在入射角分别为30和45时测试了其偏振光谱。结果表明,这种含钴阳极氧化铝膜在近红外波段具有良好的透射率和消光比,且消光比随着入射角的增大而显著提高。
为了研究入射角度对含钴阳极氧化铝膜近红外偏振光谱特性的影响,采用阳极氧化的方法制备了阳极氧化铝膜,向其孔中镀入了钴,然后利用UV-3101PC型分光光度计对其进行了透射光谱测试,并在入射角分别为30和45时测试了其偏振光谱。结果表明,这种含钴阳极氧化铝膜在近红外波段具有良好的透射率和消光比,且消光比随着入射角的增大而显著提高。
2011, 35(6): 775-777.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.014
摘要:
为了分析Glan-Thompson棱镜两部分光轴不平行对棱镜性能的影响,利用冰洲石晶体的双折射特性,得到了两类晶体光轴不平行时Glan-Thompson棱镜出射光束偏离角、消光比和透射比的理论计算公式。结果表明,晶体光轴的不平行不会对棱镜的消光比造成影响;而晶体光轴的横向不平行会对出射光束透射比产生一定影响;晶体光轴的纵向不平行会对出射光束的偏离角产生影响。对于高精度的Glan-Thompson棱镜,由晶体光轴产生的对棱镜透射比和出射光束偏离角的影响是必须要避免的。
为了分析Glan-Thompson棱镜两部分光轴不平行对棱镜性能的影响,利用冰洲石晶体的双折射特性,得到了两类晶体光轴不平行时Glan-Thompson棱镜出射光束偏离角、消光比和透射比的理论计算公式。结果表明,晶体光轴的不平行不会对棱镜的消光比造成影响;而晶体光轴的横向不平行会对出射光束透射比产生一定影响;晶体光轴的纵向不平行会对出射光束的偏离角产生影响。对于高精度的Glan-Thompson棱镜,由晶体光轴产生的对棱镜透射比和出射光束偏离角的影响是必须要避免的。
2011, 35(6): 781-783,799.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.016
摘要:
为了研究生长氧压对ZnO薄膜的结构和光学性质的影响,采用脉冲激光沉积技术,在P-Si〈11〉衬底上制备了不同生长氧压下的掺铜ZnO薄膜。利用X射线衍射仪对样品的结构进行了分析,并用荧光分光光度计对样品的光致发光谱进行了测量。结果表明,所有样品均在2=34.3附近出现ZnO(002)衍射峰,没有发现Cu的衍射峰,在衬底温度为400℃、生长氧压为0.2Pa的条件下,样品有较好的c轴择优取向;室温下测得样品的光致发光谱中均观察到460nm(2.71eV)左右的蓝光发光带,该发光带来源于薄膜中的锌空位和锌填隙缺陷,属于深能级发射机制,并且随着氧压的升高,其发光强度增强。
为了研究生长氧压对ZnO薄膜的结构和光学性质的影响,采用脉冲激光沉积技术,在P-Si〈11〉衬底上制备了不同生长氧压下的掺铜ZnO薄膜。利用X射线衍射仪对样品的结构进行了分析,并用荧光分光光度计对样品的光致发光谱进行了测量。结果表明,所有样品均在2=34.3附近出现ZnO(002)衍射峰,没有发现Cu的衍射峰,在衬底温度为400℃、生长氧压为0.2Pa的条件下,样品有较好的c轴择优取向;室温下测得样品的光致发光谱中均观察到460nm(2.71eV)左右的蓝光发光带,该发光带来源于薄膜中的锌空位和锌填隙缺陷,属于深能级发射机制,并且随着氧压的升高,其发光强度增强。
2011, 35(6): 817-819.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.025
摘要:
为了研究光子带隙光纤中纤芯环掺杂浓度的百分比对光纤传输特性的影响,利用全矢量有限元法在纤芯环掺杂浓度的百分比为1%～5%的条件下对7孔光子带隙光纤纤芯环掺杂和19孔光子带隙光纤纤芯环掺杂两种结构进行了仿真,比较了两种结构的纤芯模能量分布曲线,并且给出了19孔光子带隙光纤在不同的纤芯环掺杂浓度的百分比下,光纤带宽、色散、有效模面积和有效折射率的分布曲线图。结果表明,19孔光子带隙光纤比7孔光子带隙光纤具有更强的限光能力,且纤芯环掺杂浓度的百分比对光子带隙光纤的传输性能有显著的影响。
为了研究光子带隙光纤中纤芯环掺杂浓度的百分比对光纤传输特性的影响,利用全矢量有限元法在纤芯环掺杂浓度的百分比为1%～5%的条件下对7孔光子带隙光纤纤芯环掺杂和19孔光子带隙光纤纤芯环掺杂两种结构进行了仿真,比较了两种结构的纤芯模能量分布曲线,并且给出了19孔光子带隙光纤在不同的纤芯环掺杂浓度的百分比下,光纤带宽、色散、有效模面积和有效折射率的分布曲线图。结果表明,19孔光子带隙光纤比7孔光子带隙光纤具有更强的限光能力,且纤芯环掺杂浓度的百分比对光子带隙光纤的传输性能有显著的影响。
2011, 35(6): 820-823,827.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.026
摘要:
为了研究微光机电系统的元器件微角反射器的制作理论和过程,采用自组装方法设计制作角反射器,通过光刻和选择性蚀刻确定角反射器图案,当把牺牲层腐蚀掉后,由晶格失配双层结构形成的铰链在应力驱动下带动镜面发生旋转并最终达到平衡位置,从而完成自组装制作过程。采用适于求解弹性应力几何非线性问题的有限元方法进行了计算分析,并仿真得到不同角度的微反射镜和微立方箱。通过分别调整镜面和铰链尺寸、应变双层厚度和上盖层厚度,仿真分析了镜面的线度、角度和平整度对旋转角度的影响。结果表明,自组装方法是制作微光机电系统中3维微/纳米元器件的一种非常有效的方法,具有很好的发展前景。
为了研究微光机电系统的元器件微角反射器的制作理论和过程,采用自组装方法设计制作角反射器,通过光刻和选择性蚀刻确定角反射器图案,当把牺牲层腐蚀掉后,由晶格失配双层结构形成的铰链在应力驱动下带动镜面发生旋转并最终达到平衡位置,从而完成自组装制作过程。采用适于求解弹性应力几何非线性问题的有限元方法进行了计算分析,并仿真得到不同角度的微反射镜和微立方箱。通过分别调整镜面和铰链尺寸、应变双层厚度和上盖层厚度,仿真分析了镜面的线度、角度和平整度对旋转角度的影响。结果表明,自组装方法是制作微光机电系统中3维微/纳米元器件的一种非常有效的方法,具有很好的发展前景。
2011, 35(6): 833-836.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.029
摘要:
为了了解Wollaston棱镜用于发散光束时对出射o光束、e光束发散角的影响,利用折射定律对发散光束两边缘光线通过Wollaston棱镜后的o光、e光分束角进行了推导,采用控制变量法分析了发散光束经过Wollaston棱镜后出射的o光束和e光束的变化,得出了Wollaston棱镜对出射o光束、e光束发散角的影响。结果表明,相对入射光束的发散角,Wollaston棱镜对o光束有减小发散角的作用,对e光束有增大发散角的作用;对于一定结构角的棱镜,当入射光的波长变大时,o光束发散角增大,而e光束发散角减小;对于确定的单色发散光束,当结构角增大时,o光束发散角减小,而e光束发散角增大;无论是入射光的波长还是棱镜结构角的变化,对出射o光束、e光束发散角的影响都是有限的。由此可见,在要求不是太高的应用中,可以忽略Wollaston棱镜对出射o光束、e光束发散角的影响。
为了了解Wollaston棱镜用于发散光束时对出射o光束、e光束发散角的影响,利用折射定律对发散光束两边缘光线通过Wollaston棱镜后的o光、e光分束角进行了推导,采用控制变量法分析了发散光束经过Wollaston棱镜后出射的o光束和e光束的变化,得出了Wollaston棱镜对出射o光束、e光束发散角的影响。结果表明,相对入射光束的发散角,Wollaston棱镜对o光束有减小发散角的作用,对e光束有增大发散角的作用;对于一定结构角的棱镜,当入射光的波长变大时,o光束发散角增大,而e光束发散角减小;对于确定的单色发散光束,当结构角增大时,o光束发散角减小,而e光束发散角增大;无论是入射光的波长还是棱镜结构角的变化,对出射o光束、e光束发散角的影响都是有限的。由此可见,在要求不是太高的应用中,可以忽略Wollaston棱镜对出射o光束、e光束发散角的影响。
2011, 35(6): 756-760.
摘要:
中红外全固态光学参量振荡器，由于宽的调谐范围、低阈值、高效率、高重复率及小型化的优点，在光电对抗、激光雷达、激光测距、光谱测量以及在环境监测等领域都有广泛的应用前景。全固态中红外激光器一直是激光技术研究的热点。本文重点介绍了基于双折射相位匹配晶体（如KTA、KTP）和准相位匹配晶体（如PPKTP、PPKTA、PPLN）的中红外内腔单谐振（ISRO）光学参量振荡器的一些最新的研究进展，并对其发展趋势进行了展望。
中红外全固态光学参量振荡器，由于宽的调谐范围、低阈值、高效率、高重复率及小型化的优点，在光电对抗、激光雷达、激光测距、光谱测量以及在环境监测等领域都有广泛的应用前景。全固态中红外激光器一直是激光技术研究的热点。本文重点介绍了基于双折射相位匹配晶体（如KTA、KTP）和准相位匹配晶体（如PPKTP、PPKTA、PPLN）的中红外内腔单谐振（ISRO）光学参量振荡器的一些最新的研究进展，并对其发展趋势进行了展望。
2011, 35(6): 808-812,816.
doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.06.023
摘要:
海洋探测布里渊雷达结合了布里渊散射、激光雷达和遥感技术,是一种新颖的频率探测激光雷达,可以抵御幅度噪声,具有相当高的信噪比,抗干扰性强、测量精度高。分析了布里渊散射雷达系统的关键技术,概要地介绍了国内外布里渊雷达关键技术的发展状况,并讨论了布里渊雷达技术在海洋探测领域的实用化进程及应用前景。
海洋探测布里渊雷达结合了布里渊散射、激光雷达和遥感技术,是一种新颖的频率探测激光雷达,可以抵御幅度噪声,具有相当高的信噪比,抗干扰性强、测量精度高。分析了布里渊散射雷达系统的关键技术,概要地介绍了国内外布里渊雷达关键技术的发展状况,并讨论了布里渊雷达技术在海洋探测领域的实用化进程及应用前景。
