网站地图
微信公众平台
Email alert
RSS2012年 36卷 第3期
显示方式:
2012, 36(3): 293-297.
[摘要]
[PDF 402KB]
摘要:
激光切割半导体晶圆具有切槽窄、非接触式加工和加工速度快等特点,但仍然存在材料重凝、热影响区较大和易产生裂纹等问题。为了解决这些问题,分析了问题的成因,并分别从激光器、光学系统和加工介质3个方面详细介绍了一些新型半导体晶圆激光切割技术,阐述其基本原理,分析其优缺点及主要应用和研究领域,为进一步研究和工业化应用提供了技术参考。
激光切割半导体晶圆具有切槽窄、非接触式加工和加工速度快等特点,但仍然存在材料重凝、热影响区较大和易产生裂纹等问题。为了解决这些问题,分析了问题的成因,并分别从激光器、光学系统和加工介质3个方面详细介绍了一些新型半导体晶圆激光切割技术,阐述其基本原理,分析其优缺点及主要应用和研究领域,为进一步研究和工业化应用提供了技术参考。
2012, 36(3): 298-300.
摘要:
为了满足微成形技术产业化的需求,讨论了一种新的微成形方法—激光驱动飞片加载基体/金属薄膜层裂微成形技术,结合激光辐照效应及波的反射规律阐述了层裂微成形原理;优化了基体/金属薄膜层裂工艺,并且根据能量守恒原理,估算了层裂片的应变率和激光诱导冲击波的峰值压力。结果表明,随着脉冲能量的逐渐增大,工件层裂现象不断明显,直到金属薄膜上最后出现与模板微结构相同的特征结构,但基体始终保持完好,未出现裂纹或变形。通过激光驱动飞片加载基体/金属薄膜实现层裂微成形是可行的。
为了满足微成形技术产业化的需求,讨论了一种新的微成形方法—激光驱动飞片加载基体/金属薄膜层裂微成形技术,结合激光辐照效应及波的反射规律阐述了层裂微成形原理;优化了基体/金属薄膜层裂工艺,并且根据能量守恒原理,估算了层裂片的应变率和激光诱导冲击波的峰值压力。结果表明,随着脉冲能量的逐渐增大,工件层裂现象不断明显,直到金属薄膜上最后出现与模板微结构相同的特征结构,但基体始终保持完好,未出现裂纹或变形。通过激光驱动飞片加载基体/金属薄膜实现层裂微成形是可行的。
2012, 36(3): 301-306,311.
摘要:
为了探讨应用选区激光熔化快速成型技术直接制造个性化金属舌侧托槽的可行性,采用3维激光扫描仪采集与重建牙颌模型数据,并以该数字模型为基础,应用3维软件进行了个性化舌侧托槽的CAD设计,再通过自主研发的选区激光熔化快速成型机直接制造出个性化金属舌侧托槽,并对托槽的直接成型质量进行了理论分析和实验验证。结果表明,3维激光扫描仪获得的牙颌模型数据可以满足个性化舌侧托槽设计要求;应用选区激光熔化技术能够制造出与实际牙颌模型相一致的个性化舌侧托槽,取得了个性化前牙槽沟宽度为0.471mm±0.009mm数据,前牙槽沟宽度CAD设计值为0.460mm,两者间没有统计学上的差异(p0.05)。这一结果对选区激光熔化技术直接制造个性化金属舌侧托槽的实际应用是有帮助的。
为了探讨应用选区激光熔化快速成型技术直接制造个性化金属舌侧托槽的可行性,采用3维激光扫描仪采集与重建牙颌模型数据,并以该数字模型为基础,应用3维软件进行了个性化舌侧托槽的CAD设计,再通过自主研发的选区激光熔化快速成型机直接制造出个性化金属舌侧托槽,并对托槽的直接成型质量进行了理论分析和实验验证。结果表明,3维激光扫描仪获得的牙颌模型数据可以满足个性化舌侧托槽设计要求;应用选区激光熔化技术能够制造出与实际牙颌模型相一致的个性化舌侧托槽,取得了个性化前牙槽沟宽度为0.471mm±0.009mm数据,前牙槽沟宽度CAD设计值为0.460mm,两者间没有统计学上的差异(p0.05)。这一结果对选区激光熔化技术直接制造个性化金属舌侧托槽的实际应用是有帮助的。
2012, 36(3): 318-321,325.
摘要:
为了压缩905nm的半导体激光,以用于远程测距,采用几何光路原理,设计了由两个相互垂直的椭圆柱面透镜组成的准直系统,并在ZEMAX软件的非序列模式下实现仿真。半导体激光器快慢轴的初始发散角为30°和15°,经过柱面透镜后,半导体激光器两个方向的发散角都大大压缩;经准直后,激光束的快慢轴发散角分别为4.4mrad和3.6mrad,基本满足了远程测距的要求。结果表明,椭圆面柱透镜对半导体激光有很好的准直作用。
为了压缩905nm的半导体激光,以用于远程测距,采用几何光路原理,设计了由两个相互垂直的椭圆柱面透镜组成的准直系统,并在ZEMAX软件的非序列模式下实现仿真。半导体激光器快慢轴的初始发散角为30°和15°,经过柱面透镜后,半导体激光器两个方向的发散角都大大压缩;经准直后,激光束的快慢轴发散角分别为4.4mrad和3.6mrad,基本满足了远程测距的要求。结果表明,椭圆面柱透镜对半导体激光有很好的准直作用。
2012, 36(3): 342-345.
摘要:
为了研究高次谐波极紫外阿秒脉冲产生过程中的谐波相位匹配问题,基于光场电离高次谐波产生过程3步分析模型得出了高次谐波产生过程的理论描述解析式,并以此分析了阿秒脉冲产生过程中的高次谐波本征原子相位。由研究可知,除最高阶谐波外,对同一阶高次谐波产生有贡献的电子均有两类—长轨迹电子和短轨迹电子,各高次谐波长轨迹电子产生的谐波谱相之间几乎不存在线性关系,而短轨迹电子产生的高次谐波谱相之间则存在着良好的线性关系。结果表明,抑制各谐波长轨迹电子有助于产生更小脉宽阿秒脉冲。此结果对极紫外阿秒脉冲产生实验中的高次谐波相位匹配有重要的参考价值。
为了研究高次谐波极紫外阿秒脉冲产生过程中的谐波相位匹配问题,基于光场电离高次谐波产生过程3步分析模型得出了高次谐波产生过程的理论描述解析式,并以此分析了阿秒脉冲产生过程中的高次谐波本征原子相位。由研究可知,除最高阶谐波外,对同一阶高次谐波产生有贡献的电子均有两类—长轨迹电子和短轨迹电子,各高次谐波长轨迹电子产生的谐波谱相之间几乎不存在线性关系,而短轨迹电子产生的高次谐波谱相之间则存在着良好的线性关系。结果表明,抑制各谐波长轨迹电子有助于产生更小脉宽阿秒脉冲。此结果对极紫外阿秒脉冲产生实验中的高次谐波相位匹配有重要的参考价值。
2012, 36(3): 346-348.
摘要:
为了分析跟瞄误差对星地光通信链路的影响,采用LabVIEW对接收光信号进行了采集,通过理论分析和实验验证,取得了不同动态误差补偿下接收光终端的信号时域特征。结果表明,出射功率为23dBm、跟瞄误差为10μrad情况下,通信系统可以稳定工作;当跟瞄误差为80μrad或伺服系统出现震荡时,通信系统性能急剧下降。
为了分析跟瞄误差对星地光通信链路的影响,采用LabVIEW对接收光信号进行了采集,通过理论分析和实验验证,取得了不同动态误差补偿下接收光终端的信号时域特征。结果表明,出射功率为23dBm、跟瞄误差为10μrad情况下,通信系统可以稳定工作;当跟瞄误差为80μrad或伺服系统出现震荡时,通信系统性能急剧下降。
2012, 36(3): 349-352,356.
摘要:
为了研究激光冲击金属材料后,光斑中心区域材料力学性能异化现象,采用钕玻璃脉冲激光器产生的高能脉冲激光冲击强化型Fe-Ni恒弹合金(Ni42CrTiAl)材料。冲击后采用X射线应力仪对恒弹合金试样冲击区域表面进行了X射线衍射分析,测试了冲击区域残余应力分布情况。结果表明,在试样冲击区域产生了很高的残余压应力,且在光斑中心区域,残余应力值要略小于中心周围区域,出现了力学性能反弹现象。采用有限元模拟软件对冲击试验进行有限元模拟,进一步研究冲击诱导的残余应力分布情况;得到冲击区域有很高的残余压应力分布,且光斑中心区域的残余应力值小于其周围区域,模拟结果与测量结果一致。从冲击波运动、反射与逆向作用角度,探索了冲击区域中心出现的材料力学性能反弹现象的形成机理。这一结果对优化激光冲击强化过程和激光参量的选择是有帮助的。
为了研究激光冲击金属材料后,光斑中心区域材料力学性能异化现象,采用钕玻璃脉冲激光器产生的高能脉冲激光冲击强化型Fe-Ni恒弹合金(Ni42CrTiAl)材料。冲击后采用X射线应力仪对恒弹合金试样冲击区域表面进行了X射线衍射分析,测试了冲击区域残余应力分布情况。结果表明,在试样冲击区域产生了很高的残余压应力,且在光斑中心区域,残余应力值要略小于中心周围区域,出现了力学性能反弹现象。采用有限元模拟软件对冲击试验进行有限元模拟,进一步研究冲击诱导的残余应力分布情况;得到冲击区域有很高的残余压应力分布,且光斑中心区域的残余应力值小于其周围区域,模拟结果与测量结果一致。从冲击波运动、反射与逆向作用角度,探索了冲击区域中心出现的材料力学性能反弹现象的形成机理。这一结果对优化激光冲击强化过程和激光参量的选择是有帮助的。
2012, 36(3): 353-356.
摘要:
应用图像处理技术进行野外火车钢轨测量实验时,不可避免遇到外界强太阳光的干扰问题。为了能有效消除太阳光的干扰作用,采用了激光锁定成像的方法,通过外接控制电路触发激光器并让电荷耦合器件同步采集图像,运用激光锁定成像原理,获得高质量的钢轨轮廓曲线。通过大量实验验证,激光锁定成像的应用使得钢轨磨耗输出的结果更稳定,而且能够适应较大范围内变化的外界环境光干扰。结果表明,激光锁定成像能保证测量系统的稳定性,从根本上消除测量过程中出现的各种随机误差。
应用图像处理技术进行野外火车钢轨测量实验时,不可避免遇到外界强太阳光的干扰问题。为了能有效消除太阳光的干扰作用,采用了激光锁定成像的方法,通过外接控制电路触发激光器并让电荷耦合器件同步采集图像,运用激光锁定成像原理,获得高质量的钢轨轮廓曲线。通过大量实验验证,激光锁定成像的应用使得钢轨磨耗输出的结果更稳定,而且能够适应较大范围内变化的外界环境光干扰。结果表明,激光锁定成像能保证测量系统的稳定性,从根本上消除测量过程中出现的各种随机误差。
2012, 36(3): 357-360,378.
摘要:
在基于可调谐二极管激光吸收光谱技术的痕量气体检测中,波长直接调制时剩余振幅调制也会伴随发生,并对检测信号的线型和系统噪声产生严重影响。为了探讨剩余振幅调制对波长调制光谱二次谐波信号线型的影响,采用同时考虑振幅调制和波长调制两种影响因素的计算方法,理论分析出二次谐波信号的计算公式,与仅考虑波长调制的信号计算方式进行同条件线型计算比对,取得了二次谐波信号基线和正负峰值随剩余振幅调制的变化数据。结果表明,剩余振幅调制的大小对检测信号的线型和信号基线有直接影响,采用这种方法计算得出的二次谐波信号线型更贴近实际检测。
在基于可调谐二极管激光吸收光谱技术的痕量气体检测中,波长直接调制时剩余振幅调制也会伴随发生,并对检测信号的线型和系统噪声产生严重影响。为了探讨剩余振幅调制对波长调制光谱二次谐波信号线型的影响,采用同时考虑振幅调制和波长调制两种影响因素的计算方法,理论分析出二次谐波信号的计算公式,与仅考虑波长调制的信号计算方式进行同条件线型计算比对,取得了二次谐波信号基线和正负峰值随剩余振幅调制的变化数据。结果表明,剩余振幅调制的大小对检测信号的线型和信号基线有直接影响,采用这种方法计算得出的二次谐波信号线型更贴近实际检测。
2012, 36(3): 382-385.
摘要:
针孔是相移点衍射干涉仪中的关键元件。为了探究针孔的尺寸、制造针孔的材料以及材料的厚度对衍射波面质量的影响,确定点衍射干涉仪的测量精度,采用时域有限差分法分析获得了近场数据,并利用瑞利-索末菲矢量衍射理论将近场数据外推得到远场数据,通过远场处理数据分别对TM和TE偏振光入射针孔时,针孔的大小、材料以及材料厚度对衍射波波面质量的影响进行了理论分析和仿真模拟,得到了相应变化曲线图。结果表明,若要获得理想的球面波,材料厚度不能低于300nm,适当的孔径尺寸可以降低衍射波面误差;当孔径为300nm左右时,波面的均方根误差可达到λ/1000(λ=632.8nm)。这一结果对相移点衍射干涉仪的设计和应用是有帮助的。
针孔是相移点衍射干涉仪中的关键元件。为了探究针孔的尺寸、制造针孔的材料以及材料的厚度对衍射波面质量的影响,确定点衍射干涉仪的测量精度,采用时域有限差分法分析获得了近场数据,并利用瑞利-索末菲矢量衍射理论将近场数据外推得到远场数据,通过远场处理数据分别对TM和TE偏振光入射针孔时,针孔的大小、材料以及材料厚度对衍射波波面质量的影响进行了理论分析和仿真模拟,得到了相应变化曲线图。结果表明,若要获得理想的球面波,材料厚度不能低于300nm,适当的孔径尺寸可以降低衍射波面误差;当孔径为300nm左右时,波面的均方根误差可达到λ/1000(λ=632.8nm)。这一结果对相移点衍射干涉仪的设计和应用是有帮助的。
2012, 36(3): 386-389.
摘要:
为了获得稳定的激光光束,需要对其随机漂移进行校正。以光束传递系统中快速反射镜校正脉冲激光器自身指向漂移的过程为例,采用一种基于移动平均值校正原理的算法,对加载地面抖动前后的校正效果进行了仿真模拟。仿真结果显示,该算法可以使指向漂移经过长距离传输后引入的位置偏移显著降低;校正后的移动平均值相对于校正前的有较大降幅,最优处约降至原来的n-1/2(n为一个窗口内的脉冲数);校正后的移动标准偏差值也明显下降。结果表明,该算法的关键在于提出合适的补偿量,具有实用性,可以实现对激光光束指向漂移的闭环实时校正。
为了获得稳定的激光光束,需要对其随机漂移进行校正。以光束传递系统中快速反射镜校正脉冲激光器自身指向漂移的过程为例,采用一种基于移动平均值校正原理的算法,对加载地面抖动前后的校正效果进行了仿真模拟。仿真结果显示,该算法可以使指向漂移经过长距离传输后引入的位置偏移显著降低;校正后的移动平均值相对于校正前的有较大降幅,最优处约降至原来的n-1/2(n为一个窗口内的脉冲数);校正后的移动标准偏差值也明显下降。结果表明,该算法的关键在于提出合适的补偿量,具有实用性,可以实现对激光光束指向漂移的闭环实时校正。
2012, 36(3): 390-393,397.
摘要:
在基于波长调制光谱技术的大气痕量气体检测下限计算方法的研究中,全面准确地描述吸收信号及噪声的大小极为重要。为了探讨半导体二极管激光器在进行波长直接调制时伴随产生的残余振幅调制噪声对检测下限的影响,在理论推导中采用了一种同时考虑波长和振幅调制的二次谐波信号分析及提取方法,以二次谐波信号峰谷差值作为系统的检测信号,对可调谐二极管激光器吸收光谱检测系统的信噪比和检测下限进行了理论分析,取得了洛伦兹吸收线型条件下残余振幅调制噪声对系统信噪比和检测下限的影响的精确计算数据。结果表明,在吸收线的线宽较大的检测条件下,残余振幅调制噪声是影响检测下限的重要因素。
在基于波长调制光谱技术的大气痕量气体检测下限计算方法的研究中,全面准确地描述吸收信号及噪声的大小极为重要。为了探讨半导体二极管激光器在进行波长直接调制时伴随产生的残余振幅调制噪声对检测下限的影响,在理论推导中采用了一种同时考虑波长和振幅调制的二次谐波信号分析及提取方法,以二次谐波信号峰谷差值作为系统的检测信号,对可调谐二极管激光器吸收光谱检测系统的信噪比和检测下限进行了理论分析,取得了洛伦兹吸收线型条件下残余振幅调制噪声对系统信噪比和检测下限的影响的精确计算数据。结果表明,在吸收线的线宽较大的检测条件下,残余振幅调制噪声是影响检测下限的重要因素。
2012, 36(3): 394-397.
摘要:
为了研究大气气溶胶对激光斜程传输的散射特性,建立了基于米氏散射理论的1.064μm激光大气斜程散射模型。利用MATLAB软件对模型进行仿真计算,分析了斜程散射光辐射参量的分布特性。并结合地面探测分析了探测器的方位及探测方向对散射光辐射照度的影响。结果表明,该模型为机载激光指示器系统的战术训练、地面激光探测提供了可靠的理论依据。
为了研究大气气溶胶对激光斜程传输的散射特性,建立了基于米氏散射理论的1.064μm激光大气斜程散射模型。利用MATLAB软件对模型进行仿真计算,分析了斜程散射光辐射参量的分布特性。并结合地面探测分析了探测器的方位及探测方向对散射光辐射照度的影响。结果表明,该模型为机载激光指示器系统的战术训练、地面激光探测提供了可靠的理论依据。
2012, 36(3): 307-311.
摘要:
为了解决平台法直方图增强算法中出现的“斑块”问题,提出了基于统计与累积空间复用和无损压缩统计的方法。经理论分析和实验验证,新算法对内存的需求比经典直方图均衡降低85%以上,且时间复杂度与经典直方图均衡算法相比属于同一量级。结果表明,此优化方法将平台法直方图均衡所需的处理空间进行了大幅度压缩,解决了红外实时成像系统中因处理芯片运行内存不足而导致算法难以实现的问题,较好地达到了实际应用要求。
为了解决平台法直方图增强算法中出现的“斑块”问题,提出了基于统计与累积空间复用和无损压缩统计的方法。经理论分析和实验验证,新算法对内存的需求比经典直方图均衡降低85%以上,且时间复杂度与经典直方图均衡算法相比属于同一量级。结果表明,此优化方法将平台法直方图均衡所需的处理空间进行了大幅度压缩,解决了红外实时成像系统中因处理芯片运行内存不足而导致算法难以实现的问题,较好地达到了实际应用要求。
2012, 36(3): 326-329.
摘要:
为了应对脉冲激光引信回波信号弱、脉宽窄的特性,获得目标尽量多的不失真信息,对光电探测器的特性和放大电路的带宽进行了分析,设计了一套实用的光电转换系统,包括PIN探测电路、前置放大电路和主放大电路。经过TINA和MULTISIM软件模拟仿真和实验验证,设计的光电转换系统的带宽为61.089MHz,增益为72.14dB。结果表明,该系统对于脉宽为十几纳秒的回波脉冲信号进行了很好的低噪声、不失真放大,满足了设计要求,回波信号经光电转换系统后输出的信号与应用需要相匹配,为激光引信的后续信号处理提供了稳定可靠的信号。
为了应对脉冲激光引信回波信号弱、脉宽窄的特性,获得目标尽量多的不失真信息,对光电探测器的特性和放大电路的带宽进行了分析,设计了一套实用的光电转换系统,包括PIN探测电路、前置放大电路和主放大电路。经过TINA和MULTISIM软件模拟仿真和实验验证,设计的光电转换系统的带宽为61.089MHz,增益为72.14dB。结果表明,该系统对于脉宽为十几纳秒的回波脉冲信号进行了很好的低噪声、不失真放大,满足了设计要求,回波信号经光电转换系统后输出的信号与应用需要相匹配,为激光引信的后续信号处理提供了稳定可靠的信号。
2012, 36(3): 338-341.
摘要:
为了研究半导体激光器与单模光纤在采用球透镜耦合方式的封装过程中不同耦合参量对耦合效率的影响,建立了半导体激光器与单模光纤通过球透镜耦合的光传输模型。基于ABCD矩阵和高斯光束与单模光纤耦合理论,计算了半导体激光器与单模光纤的球透镜耦合效率,以光功率下降0.5dB为评判标准,给出了在透镜半径为0.5mm时的各参量容忍度。采用蒙特卡洛分析方法,结合耦合效率计算模型,模拟仿真了各参量满足正态分布时的耦合效率分布状况。结果表明,能达到的最大耦合效率为0.616,最大概率耦合效率为0.585,参量区间缩小一半对耦合效率的提升较明显,但进一步缩小参量区间对耦合效率的提升不明显。此研究方法对激光器件封装过程中的对准单元精度选取与耦合效率预估具有指导意义。
为了研究半导体激光器与单模光纤在采用球透镜耦合方式的封装过程中不同耦合参量对耦合效率的影响,建立了半导体激光器与单模光纤通过球透镜耦合的光传输模型。基于ABCD矩阵和高斯光束与单模光纤耦合理论,计算了半导体激光器与单模光纤的球透镜耦合效率,以光功率下降0.5dB为评判标准,给出了在透镜半径为0.5mm时的各参量容忍度。采用蒙特卡洛分析方法,结合耦合效率计算模型,模拟仿真了各参量满足正态分布时的耦合效率分布状况。结果表明,能达到的最大耦合效率为0.616,最大概率耦合效率为0.585,参量区间缩小一半对耦合效率的提升较明显,但进一步缩小参量区间对耦合效率的提升不明显。此研究方法对激光器件封装过程中的对准单元精度选取与耦合效率预估具有指导意义。
2012, 36(3): 368-371.
摘要:
为了研究含缺陷层为增益介质的三元1维光子晶体的光学特性,采用光学传输矩阵的方法进行了理论分析。结果表明,增益缺陷层厚度及光学常数的变化对于红外区的禁带结构影响不大,增益介质层主要对中心波长为1.8μm所处的透射带带边波长的放大效应特别明显。还研究了增益介质缺陷层的厚度、光学常数的变化对于红外区透射带边(2.1869μm)波长的光放大效应;当增益介质厚度为0.0101μm,n=5.03+0.124i时,可以获得在波长2.1869μm处透射系数为428的光放大。在红外区,光放大波长随着中心波长的变化而变化,但该波长都是在中心波长所处透射带的带边处。该结果可为以光子晶体作为激光增益介质的研究提供理论指导。
为了研究含缺陷层为增益介质的三元1维光子晶体的光学特性,采用光学传输矩阵的方法进行了理论分析。结果表明,增益缺陷层厚度及光学常数的变化对于红外区的禁带结构影响不大,增益介质层主要对中心波长为1.8μm所处的透射带带边波长的放大效应特别明显。还研究了增益介质缺陷层的厚度、光学常数的变化对于红外区透射带边(2.1869μm)波长的光放大效应;当增益介质厚度为0.0101μm,n=5.03+0.124i时,可以获得在波长2.1869μm处透射系数为428的光放大。在红外区,光放大波长随着中心波长的变化而变化,但该波长都是在中心波长所处透射带的带边处。该结果可为以光子晶体作为激光增益介质的研究提供理论指导。
2012, 36(3): 408-412.
摘要:
为了提高波分复用光网络的可靠性,常采用分段共享通路保护算法,该方法通常要求保护通路要均匀分段并且应满足共享风险链路组约束,网络业务的阻塞率也就比较高,因此提出了用优先共享通路保护算法来降低业务阻塞率。通过计算机仿真进行了理论分析和实验验证,取得了两种保护算法下的业务阻塞率和资源预留比的数据。结果表明,优先共享保护通路算法能够有效地融合分段共享通路保护算法的优点,同时在业务的阻塞率和资源预留比方面优于分段共享保护通路算法。
为了提高波分复用光网络的可靠性,常采用分段共享通路保护算法,该方法通常要求保护通路要均匀分段并且应满足共享风险链路组约束,网络业务的阻塞率也就比较高,因此提出了用优先共享通路保护算法来降低业务阻塞率。通过计算机仿真进行了理论分析和实验验证,取得了两种保护算法下的业务阻塞率和资源预留比的数据。结果表明,优先共享保护通路算法能够有效地融合分段共享通路保护算法的优点,同时在业务的阻塞率和资源预留比方面优于分段共享保护通路算法。
2012, 36(3): 416-420.
摘要:
为了解决传统双目视觉标定方法构建3维图像的缺点,采用自标定双目视觉算法建立了双目视觉系统,确定了空间对象点;通过自标定数学模型构造矩阵,对两相邻图像的本质矩阵求解;并用立体空间方程的投影矩阵得到4个线性方程,用外极线约束法得图像点的世界坐标值。结果表明,物体空间轮廓清晰,避免重影,不再具有双重轮廓,3维表面比较逼真,具有较强的立体感。
为了解决传统双目视觉标定方法构建3维图像的缺点,采用自标定双目视觉算法建立了双目视觉系统,确定了空间对象点;通过自标定数学模型构造矩阵,对两相邻图像的本质矩阵求解;并用立体空间方程的投影矩阵得到4个线性方程,用外极线约束法得图像点的世界坐标值。结果表明,物体空间轮廓清晰,避免重影,不再具有双重轮廓,3维表面比较逼真,具有较强的立体感。
2012, 36(3): 424-427.
摘要:
为了在以发光二极管作为光源的数字全息中降低系统相移误差,引入消色差相移的方法。对所提的方法进行了理论分析和实验验证。研究了发光二极管的光谱分布,并计算了在其光谱范围内使用压电陶瓷微位移器引入的相移误差,分析了基于旋转半波片的消色差相移装置的原理,计算出半波片位于不同方位角时两干涉光束间的相位差,由计算结果可知,此相位差独立于波长,即可以实现消色差相移。最后采用普通商用发光二极管作为光源,分别使用不同的相移方式进行了相移数字全息实验。结果表明,采用消色差相移装置的数字全息重建结果质量较采用压电陶瓷相移器的重建结果质量有明显提升。这一结果对于提升部分相干光数字全息的重建质量是有帮助的。
为了在以发光二极管作为光源的数字全息中降低系统相移误差,引入消色差相移的方法。对所提的方法进行了理论分析和实验验证。研究了发光二极管的光谱分布,并计算了在其光谱范围内使用压电陶瓷微位移器引入的相移误差,分析了基于旋转半波片的消色差相移装置的原理,计算出半波片位于不同方位角时两干涉光束间的相位差,由计算结果可知,此相位差独立于波长,即可以实现消色差相移。最后采用普通商用发光二极管作为光源,分别使用不同的相移方式进行了相移数字全息实验。结果表明,采用消色差相移装置的数字全息重建结果质量较采用压电陶瓷相移器的重建结果质量有明显提升。这一结果对于提升部分相干光数字全息的重建质量是有帮助的。
2012, 36(3): 312-314,329.
摘要:
为了解决渐变折射率反射膜表面电场不为0,容易造成表面损伤的问题,提出了反射相移补偿方法,即不引入另外界面,在渐变折射率反射膜表面增加一层适当厚度的均匀膜,来降低渐变折射率反射膜的表面电场。结果表明,该方法确实降低了渐变折射率反射膜的表面电场;缺点是导致了渐变折射率反射膜中心波长的略微漂移,但该漂移相比于反射带宽而言可以忽略。该研究对制备高损伤阈值的渐变折射率反射膜具有参考价值。
为了解决渐变折射率反射膜表面电场不为0,容易造成表面损伤的问题,提出了反射相移补偿方法,即不引入另外界面,在渐变折射率反射膜表面增加一层适当厚度的均匀膜,来降低渐变折射率反射膜的表面电场。结果表明,该方法确实降低了渐变折射率反射膜的表面电场;缺点是导致了渐变折射率反射膜中心波长的略微漂移,但该漂移相比于反射带宽而言可以忽略。该研究对制备高损伤阈值的渐变折射率反射膜具有参考价值。
2012, 36(3): 322-325.
摘要:
为了制备纳米硅薄膜,采用脉冲激光沉积系统,保持靶材和衬底间距不变,在不同激光能量条件下,得到一系列纳米Si薄膜。利用喇曼散射光谱和X射线衍射谱对晶粒尺寸进行了计算和分析,取得了几组数据。结果表明,改变脉冲激光能量时,纳米Si晶粒平均尺寸均随能量的增强先增大后减小;在单脉冲能量为300mJ时制备的纳米Si晶粒平均尺寸最大,为8.58nm。这一结果对纳米硅薄膜制备的研究有积极意义。
为了制备纳米硅薄膜,采用脉冲激光沉积系统,保持靶材和衬底间距不变,在不同激光能量条件下,得到一系列纳米Si薄膜。利用喇曼散射光谱和X射线衍射谱对晶粒尺寸进行了计算和分析,取得了几组数据。结果表明,改变脉冲激光能量时,纳米Si晶粒平均尺寸均随能量的增强先增大后减小;在单脉冲能量为300mJ时制备的纳米Si晶粒平均尺寸最大,为8.58nm。这一结果对纳米硅薄膜制备的研究有积极意义。
2012, 36(3): 361-363.
摘要:
在圆锥轧辊轧制带钢时,为了增强轧辊与带钢之间的摩擦力,采用对轧辊表面进行激光毛化的方法,对圆锥轧辊的激光毛化加工过程进行了分析研究,给出加工系统的硬件组成,介绍了加工系统的控制原理。由于在圆锥轧辊表面进行激光毛化属于变径加工,为了保证每个加工圆周处毛化点之间的点距不变,推导出每个加工圆周处圆周直径、总脉冲个数和分频系数等的计算公式,同时给出相应算法,解决了每个加工圆周处最后1个毛化点与第1个毛化点之间间距总是大于点距的问题。结果表明,在圆锥轧辊表面进行激光毛化,不仅增强了轧辊与带钢之间的摩擦力,同时还延长了轧辊的使用寿命。
在圆锥轧辊轧制带钢时,为了增强轧辊与带钢之间的摩擦力,采用对轧辊表面进行激光毛化的方法,对圆锥轧辊的激光毛化加工过程进行了分析研究,给出加工系统的硬件组成,介绍了加工系统的控制原理。由于在圆锥轧辊表面进行激光毛化属于变径加工,为了保证每个加工圆周处毛化点之间的点距不变,推导出每个加工圆周处圆周直径、总脉冲个数和分频系数等的计算公式,同时给出相应算法,解决了每个加工圆周处最后1个毛化点与第1个毛化点之间间距总是大于点距的问题。结果表明,在圆锥轧辊表面进行激光毛化,不仅增强了轧辊与带钢之间的摩擦力,同时还延长了轧辊的使用寿命。
2012, 36(3): 364-367.
摘要:
为了研究模具材料半导体激光表面强韧化工艺,采用半导体激光表面淬火工艺,进行了7CrSiMnMoV,Cr12MoV,CrMo铸铁等典型模具材料半导体激光淬火的工艺研究,得到了不同模具材料优化的激光工艺参量。结果表明,激光表面淬火后的硬度满足模具材料的使用要求。这一结果为激光模具表面强韧化处理提供了可靠的保障。
为了研究模具材料半导体激光表面强韧化工艺,采用半导体激光表面淬火工艺,进行了7CrSiMnMoV,Cr12MoV,CrMo铸铁等典型模具材料半导体激光淬火的工艺研究,得到了不同模具材料优化的激光工艺参量。结果表明,激光表面淬火后的硬度满足模具材料的使用要求。这一结果为激光模具表面强韧化处理提供了可靠的保障。
2012, 36(3): 405-407,412.
摘要:
为了利用波动光学的衍射理论分析处理球差,采用先计算像点的光强分布再进一步分析处理球差的方法,对球差进行了理论分析和模拟。从基于点源圆孔衍射的成像原理出发,经过适当推导得到高斯像面上仅有球差像点的光强分布的解析计算式,分析探讨了高斯像面上球差的衍射机理及其计算与校正。结果表明,这种方法能够更为精细地分析处理球差,有助于在光学设计中对球差进行像差平衡与校正、光学加工中对球差的检测与修正以及数码成像时对球差做电子校正等,有利于促进激光技术和微光学以及微光机电系统的发展。
为了利用波动光学的衍射理论分析处理球差,采用先计算像点的光强分布再进一步分析处理球差的方法,对球差进行了理论分析和模拟。从基于点源圆孔衍射的成像原理出发,经过适当推导得到高斯像面上仅有球差像点的光强分布的解析计算式,分析探讨了高斯像面上球差的衍射机理及其计算与校正。结果表明,这种方法能够更为精细地分析处理球差,有助于在光学设计中对球差进行像差平衡与校正、光学加工中对球差的检测与修正以及数码成像时对球差做电子校正等,有利于促进激光技术和微光学以及微光机电系统的发展。
2012, 36(3): 315-317,432.
摘要:
变像管扫描相机在超快物理过程的研究中具有广泛的应用。扫描速度及其非线性作为相机的主要技术指标之一,其准确度对实验结果有着重要影响。为了准确获取数据,确保实验结果的可靠性,采用皮秒光脉冲源、标准具及精密延时器,对高速变象管相机扫描速度和扫描速度非线性进行了实验标定,取得了较好的扫描速度非线性实验数据。结果表明,标定的变像管扫描相机最大扫描速度非线性为±3.52%;标定结果最大相对误差为±1.4%。这一结果对有效提高实验数据处理和物理分析的可靠性是有很大帮助的。
变像管扫描相机在超快物理过程的研究中具有广泛的应用。扫描速度及其非线性作为相机的主要技术指标之一,其准确度对实验结果有着重要影响。为了准确获取数据,确保实验结果的可靠性,采用皮秒光脉冲源、标准具及精密延时器,对高速变象管相机扫描速度和扫描速度非线性进行了实验标定,取得了较好的扫描速度非线性实验数据。结果表明,标定的变像管扫描相机最大扫描速度非线性为±3.52%;标定结果最大相对误差为±1.4%。这一结果对有效提高实验数据处理和物理分析的可靠性是有很大帮助的。
2012, 36(3): 330-333,345.
摘要:
为了更深入地探讨C60衍生物的非线性光学性质,用5-(2-硫甲基-4-甲基)-嘧啶基-戊二炔-1-醇山梨酸酯与富勒烯C60进行加成反应,获得了一种新型的山梨酸酯类C60衍生物,用MALDI-TOF-MS,IR,UV-vis,1H NMR,DEPT和13CNMR进行了结构表征。利用Q倍频ns/ps Nd:YAG激光脉冲以及z扫描技术和光限辐实验研究了该化合物的非线性折射和光限辐特性,并获得了3阶非线性光学系数和非线性吸收系数。结果表明,C60衍生物有很强的非线性吸收和非线性折射,并具有较低的光限幅箝位值,是一种非常有前途的非线性光学材料。
为了更深入地探讨C60衍生物的非线性光学性质,用5-(2-硫甲基-4-甲基)-嘧啶基-戊二炔-1-醇山梨酸酯与富勒烯C60进行加成反应,获得了一种新型的山梨酸酯类C60衍生物,用MALDI-TOF-MS,IR,UV-vis,1H NMR,DEPT和13CNMR进行了结构表征。利用Q倍频ns/ps Nd:YAG激光脉冲以及z扫描技术和光限辐实验研究了该化合物的非线性折射和光限辐特性,并获得了3阶非线性光学系数和非线性吸收系数。结果表明,C60衍生物有很强的非线性吸收和非线性折射,并具有较低的光限幅箝位值,是一种非常有前途的非线性光学材料。
2012, 36(3): 334-337,389.
摘要:
为了克服光在弱湍流大气条件传输时,光强闪烁造成的突发错误,在已知信道衰落信息(CSI)和未知信道衰落信息(NCSI)条件下,研究了基于低密度奇偶校验(LDPC)码和二进制脉冲位置调制(BPPM)的无线光通信系统性能,论述了BPPM光通信信道对称性的特点,并与基于LDPC码和OOK调制的光通信系统性能进行了比较。结果表明,在NCSI和CSI情况下,基于LDPC码和BPPM的光通信系统相对于基于LDPC码和OOK调制的系统均有更优异的差错性能;在NCSI情况下,基于LDPC码和BPPM的光通信系统的性能相对于CSI情况下的系统性能损失并不大;且采用LDPC码BPPM相对于LDPC码OOK调制的光通信系统,随着湍流强度的增大系统性能损失较小。因此,基于LDPC码和BP-PM的光通信系统在不需要信道衰落信息估计的情况下,能获得较大的编码增益,便于工程实现,在无线光通信中将有一定的应用前景。
为了克服光在弱湍流大气条件传输时,光强闪烁造成的突发错误,在已知信道衰落信息(CSI)和未知信道衰落信息(NCSI)条件下,研究了基于低密度奇偶校验(LDPC)码和二进制脉冲位置调制(BPPM)的无线光通信系统性能,论述了BPPM光通信信道对称性的特点,并与基于LDPC码和OOK调制的光通信系统性能进行了比较。结果表明,在NCSI和CSI情况下,基于LDPC码和BPPM的光通信系统相对于基于LDPC码和OOK调制的系统均有更优异的差错性能;在NCSI情况下,基于LDPC码和BPPM的光通信系统的性能相对于CSI情况下的系统性能损失并不大;且采用LDPC码BPPM相对于LDPC码OOK调制的光通信系统,随着湍流强度的增大系统性能损失较小。因此,基于LDPC码和BP-PM的光通信系统在不需要信道衰落信息估计的情况下,能获得较大的编码增益,便于工程实现,在无线光通信中将有一定的应用前景。
2012, 36(3): 379-381.
摘要:
为了研究激光直写技术在制备薄膜铂电阻中的应用,采用激光直写制备了薄膜厚度为2m的铂电阻。探讨了激光直写技术制备薄膜铂电阻的原理,以条形铂电阻为例,研究了激光参量对铂电阻形状的影响,在最优的激光脉冲频率18kHz、激光扫描速率100mm/s的参量下,制备了实际电阻约为0.37的条形薄膜铂电阻,最后检验了薄膜铂电阻的电阻值。结果表明,铂电阻的宽度分别随激光脉冲频率和激光扫描速率的增大而增大;制备的电阻边缘整齐,表面平整,电阻实际值与理论值只有0.8%的相对误差,吻合很好。
为了研究激光直写技术在制备薄膜铂电阻中的应用,采用激光直写制备了薄膜厚度为2m的铂电阻。探讨了激光直写技术制备薄膜铂电阻的原理,以条形铂电阻为例,研究了激光参量对铂电阻形状的影响,在最优的激光脉冲频率18kHz、激光扫描速率100mm/s的参量下,制备了实际电阻约为0.37的条形薄膜铂电阻,最后检验了薄膜铂电阻的电阻值。结果表明,铂电阻的宽度分别随激光脉冲频率和激光扫描速率的增大而增大;制备的电阻边缘整齐,表面平整,电阻实际值与理论值只有0.8%的相对误差,吻合很好。
2012, 36(3): 398-401.
摘要:
为了研究52Cr原子以外其它同位素对铬原子束横向位置分布的影响,采用蒙特卡罗方法对3孔预准直狭缝条件下的1维激光冷却进行了理论分析。由分析可知,在区分52Cr原子和其它同位素条件下,原子束横向位置分布的基底会有所增加,每一部分原子束的特征值也有明显的变化,中心部分原子束中心最大值有9.5%的降低,半峰全宽有2.9%的增加;两侧每一部分原子束的中心最大值有25%的增加,半峰全宽略有增宽。结果表明,其它同位素的区分与否对中心部分原子束的中心最大值和半峰全宽影响很小。
为了研究52Cr原子以外其它同位素对铬原子束横向位置分布的影响,采用蒙特卡罗方法对3孔预准直狭缝条件下的1维激光冷却进行了理论分析。由分析可知,在区分52Cr原子和其它同位素条件下,原子束横向位置分布的基底会有所增加,每一部分原子束的特征值也有明显的变化,中心部分原子束中心最大值有9.5%的降低,半峰全宽有2.9%的增加;两侧每一部分原子束的中心最大值有25%的增加,半峰全宽略有增宽。结果表明,其它同位素的区分与否对中心部分原子束的中心最大值和半峰全宽影响很小。
2012, 36(3): 428-432.
摘要:
为了提高板条介质内抽运分布的均匀性,基于LD双端抽运Nd:YAG陶瓷板条放大器设计方案,理论分析了端面抽运条件下,单一浓度掺杂和梯度浓度掺杂板条介质吸收的抽运功率密度分布情况。通过分析可知,对于单一浓度掺杂板条,会产生抽运效率与抽运吸收功率均匀性之间的相互制约问题,而采用梯度浓度掺杂板条介质,在较高的抽收效率情况下,抽运吸收功率分布更加均匀。结果表明,采用梯度浓度掺杂结构可以提高板条介质内抽运分布的均匀性。
为了提高板条介质内抽运分布的均匀性,基于LD双端抽运Nd:YAG陶瓷板条放大器设计方案,理论分析了端面抽运条件下,单一浓度掺杂和梯度浓度掺杂板条介质吸收的抽运功率密度分布情况。通过分析可知,对于单一浓度掺杂板条,会产生抽运效率与抽运吸收功率均匀性之间的相互制约问题,而采用梯度浓度掺杂板条介质,在较高的抽收效率情况下,抽运吸收功率分布更加均匀。结果表明,采用梯度浓度掺杂结构可以提高板条介质内抽运分布的均匀性。
2012, 36(3): 413-415.
摘要:
为了改善菱体型延迟器件的消色差性能,扩大材料的选择显得非常必要。根据光在介质表面全反射时发生相变这一原理,分析了菱体型消色差延迟器件,得出折射率设计点n与对应的结构角θ两者关系的规律,随着折射率设计点n的增大,虽然dn/dλ增大,但是dδ/dn却迅速减小,因此高折射率的材料可能有更好的消色差性能。结果表明,低折射率的材料熔石英相位延迟在350nm～1240nm的光谱区域内的最大延迟误差小于1.32°,而高折射率的材料LaK2玻璃相位延迟在此区域内的最大延迟误差却小于0.95°。高折射率的材料比低折射率的材料有更好的消色差性能。
为了改善菱体型延迟器件的消色差性能,扩大材料的选择显得非常必要。根据光在介质表面全反射时发生相变这一原理,分析了菱体型消色差延迟器件,得出折射率设计点n与对应的结构角θ两者关系的规律,随着折射率设计点n的增大,虽然dn/dλ增大,但是dδ/dn却迅速减小,因此高折射率的材料可能有更好的消色差性能。结果表明,低折射率的材料熔石英相位延迟在350nm～1240nm的光谱区域内的最大延迟误差小于1.32°,而高折射率的材料LaK2玻璃相位延迟在此区域内的最大延迟误差却小于0.95°。高折射率的材料比低折射率的材料有更好的消色差性能。
2012, 36(3): 421-423,427.
摘要:
为了满足紫外告警系统在军事方面的应用,采用二元衍射元件和非球面元件,设计了一种日盲紫外告警的光学系统,其工作波长范围为240nm～280nm,视场角为40°,采用“负-正“型式的反摄远镜头结构,仅由5块透镜构成,此镜头结构简单、体积较小、能量集中度高。结果表明,此设计方案能很好地解决紫外镜头轴外像差校正的问题,使点列图能量集中,小于紫外CCD的像素,满足紫外告警设计要求。
为了满足紫外告警系统在军事方面的应用,采用二元衍射元件和非球面元件,设计了一种日盲紫外告警的光学系统,其工作波长范围为240nm～280nm,视场角为40°,采用“负-正“型式的反摄远镜头结构,仅由5块透镜构成,此镜头结构简单、体积较小、能量集中度高。结果表明,此设计方案能很好地解决紫外镜头轴外像差校正的问题,使点列图能量集中,小于紫外CCD的像素,满足紫外告警设计要求。
