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RSS2013年 37卷 第6期
2013, 37(6): 705-711.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.001
[摘要]
[PDF 2216KB]
摘要:
为了寻求超硬磨料砂轮的修锐新方法,采用脉冲光纤激光径向辐照,对青铜结合剂金刚石砂轮进行了修锐试验研究。理论分析了脉冲激光修锐青铜结合剂金刚石砂轮的基本原理;借助超景深3维显微系统和粗糙度测试仪,获得了脉冲光纤激光烧蚀青铜结合剂轮烧蚀凹坑的表面形貌和深度,总结了激光平均功率、脉冲重复频率和离焦量等参量对烧蚀效果的影响规律;根据试验结果选择最佳工艺参量(Pm= 20W, f=70kHz,Δ=0.0mm),开展了激光修锐青铜结合剂金刚石砂轮的试验,并采用超景深3维显微系统对修锐后的砂轮表面形貌进行观测。结果表明,在合理工艺参量下,脉冲光纤激光径向辐照修锐青铜结合剂金刚石砂轮,可获得良好的修锐效果。
为了寻求超硬磨料砂轮的修锐新方法,采用脉冲光纤激光径向辐照,对青铜结合剂金刚石砂轮进行了修锐试验研究。理论分析了脉冲激光修锐青铜结合剂金刚石砂轮的基本原理;借助超景深3维显微系统和粗糙度测试仪,获得了脉冲光纤激光烧蚀青铜结合剂轮烧蚀凹坑的表面形貌和深度,总结了激光平均功率、脉冲重复频率和离焦量等参量对烧蚀效果的影响规律;根据试验结果选择最佳工艺参量(Pm= 20W, f=70kHz,Δ=0.0mm),开展了激光修锐青铜结合剂金刚石砂轮的试验,并采用超景深3维显微系统对修锐后的砂轮表面形貌进行观测。结果表明,在合理工艺参量下,脉冲光纤激光径向辐照修锐青铜结合剂金刚石砂轮,可获得良好的修锐效果。
2013, 37(6): 712-717.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.002
摘要:
在铝合金激光搭接焊中,镁元素烧损将大大降低焊缝的抗拉强度。为了消除铝合金激光搭接焊中镁元素的烧损对焊接接头的负面影响,采用在铝合金激光焊接接头中填加镁粉的方法,研究焊接速率对镁元素烧损的影响。实验中,测量了焊缝中镁元素在垂直和水平方向的分布,并对焊接接头抗拉强度进行了测试;分析了焊接接头中镁含量和抗拉强度之间的关系,比较了填镁量不同时各焊接接头的抗拉强度。结果表明,镁元素的烧损极大地影响了焊缝的抗拉强度,在激光焊接中填镁能有效地提高焊缝的抗拉强度;相比没填镁,填镁的焊接接头抗拉强度最大改善可以达到36.06%;当焊缝中镁元素的质量分数大约是0.026时,抗拉强度强度达到最大值。这为改善铝合金激光焊接接头强度提供了新的理论依据和方法。
在铝合金激光搭接焊中,镁元素烧损将大大降低焊缝的抗拉强度。为了消除铝合金激光搭接焊中镁元素的烧损对焊接接头的负面影响,采用在铝合金激光焊接接头中填加镁粉的方法,研究焊接速率对镁元素烧损的影响。实验中,测量了焊缝中镁元素在垂直和水平方向的分布,并对焊接接头抗拉强度进行了测试;分析了焊接接头中镁含量和抗拉强度之间的关系,比较了填镁量不同时各焊接接头的抗拉强度。结果表明,镁元素的烧损极大地影响了焊缝的抗拉强度,在激光焊接中填镁能有效地提高焊缝的抗拉强度;相比没填镁,填镁的焊接接头抗拉强度最大改善可以达到36.06%;当焊缝中镁元素的质量分数大约是0.026时,抗拉强度强度达到最大值。这为改善铝合金激光焊接接头强度提供了新的理论依据和方法。
2013, 37(6): 718-722.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.003
摘要:
为了研究并分析纳秒脉冲激光去除金属表面漆膜的机理,采用1064nm的纳秒激光对涂有漆膜的铝板样品进行了单脉冲辐照实验。依据热传导理论分别模拟出作用过程中漆膜以及铝板表层的温度分布,计算出漆膜与铝板界面处由于铝板基底热膨胀而产生的分离力,并分析了等离子体冲击波对去除漆膜的影响。结果表明,纳秒激光去除漆膜时力的作用为主导,其中热膨胀产生的分离力为漆膜的去除提供必要条件,漆膜对激光等离子体的约束最终导致其自身断裂和剥落。采用热力学理论对纳秒激光去除金属表面漆膜机理进行分析是可行的。
为了研究并分析纳秒脉冲激光去除金属表面漆膜的机理,采用1064nm的纳秒激光对涂有漆膜的铝板样品进行了单脉冲辐照实验。依据热传导理论分别模拟出作用过程中漆膜以及铝板表层的温度分布,计算出漆膜与铝板界面处由于铝板基底热膨胀而产生的分离力,并分析了等离子体冲击波对去除漆膜的影响。结果表明,纳秒激光去除漆膜时力的作用为主导,其中热膨胀产生的分离力为漆膜的去除提供必要条件,漆膜对激光等离子体的约束最终导致其自身断裂和剥落。采用热力学理论对纳秒激光去除金属表面漆膜机理进行分析是可行的。
2013, 37(6): 728-730.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.005
摘要:
为了帮助铅球运动员快速提高成绩,设计了一种新的铅球运动参量测试系统。该系统由一组基于菲涅耳透镜的激光平行光幕和光敏二极管阵列组成,采用现场可编程门阵列进行信号处理。该方法可以方便地测试铅球的出手角度和速度,并将测试结果直观地显示在液晶显示屏上。结果表明,该系统设计新颖、结构简单、成本低廉,可作为运动员日常训练之用,具有广泛的应用前景。
为了帮助铅球运动员快速提高成绩,设计了一种新的铅球运动参量测试系统。该系统由一组基于菲涅耳透镜的激光平行光幕和光敏二极管阵列组成,采用现场可编程门阵列进行信号处理。该方法可以方便地测试铅球的出手角度和速度,并将测试结果直观地显示在液晶显示屏上。结果表明,该系统设计新颖、结构简单、成本低廉,可作为运动员日常训练之用,具有广泛的应用前景。
2013, 37(6): 756-759.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.011
摘要:
为了研究距离选通水下成像系统在采用等步长搜索策略进行目标搜索过程中增强型电荷耦合器件(ICCD)接收水体后向散射光能量的变化规律,建立了ICCD接收水体后向散射光能量计算模型,推导了单次成像时ICCD接收水体后向散射光能量的计算公式,对选通成像系统在搜索目标过程中,ICCD接收到水体后向散射光能量的变化规律进行了仿真计算和实验验证,利用ICCD显示图像的平均灰度和ICCD接收到水体后向散射光能量的对应关系,实验中得到了水体后向散射光能量变化规律的数据。结果表明,ICCD接收到的水体后向散射光能量随着距离增大近似呈指数下降。
为了研究距离选通水下成像系统在采用等步长搜索策略进行目标搜索过程中增强型电荷耦合器件(ICCD)接收水体后向散射光能量的变化规律,建立了ICCD接收水体后向散射光能量计算模型,推导了单次成像时ICCD接收水体后向散射光能量的计算公式,对选通成像系统在搜索目标过程中,ICCD接收到水体后向散射光能量的变化规律进行了仿真计算和实验验证,利用ICCD显示图像的平均灰度和ICCD接收到水体后向散射光能量的对应关系,实验中得到了水体后向散射光能量变化规律的数据。结果表明,ICCD接收到的水体后向散射光能量随着距离增大近似呈指数下降。
2013, 37(6): 760-765.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.012
摘要:
为了更好地理解高分子材料与金属材料的激光微焊接机理,利用软件ANSYS建立高斯热源模型,对生物高分子材料聚对苯二甲酸乙二酯(PET)与医用金属材料纯钛的激光微焊接温度场进行了动态模拟;利用红外热像仪测定焊接过程瞬态最高温度变化,用超景深数字显微镜测量实际焊接中焊缝宽度,其测量结果与仿真结果基本吻合;最后对温度场仿真结果进行了分析。结果表明,移动热源前方的等温线分布密集且温度梯度大,后方的等温线稀疏且温度梯度小;在垂直于焊缝中心不同位置的节点都存在着快速升温及相对缓慢的降温过程,同时,节点越靠近焊缝中心,温度变化越剧烈,所能达到的最高温度就越大。该结果证明了所建立的移动高斯面热源模型在激光微焊接PET/Ti温度场模拟中的适用性。
为了更好地理解高分子材料与金属材料的激光微焊接机理,利用软件ANSYS建立高斯热源模型,对生物高分子材料聚对苯二甲酸乙二酯(PET)与医用金属材料纯钛的激光微焊接温度场进行了动态模拟;利用红外热像仪测定焊接过程瞬态最高温度变化,用超景深数字显微镜测量实际焊接中焊缝宽度,其测量结果与仿真结果基本吻合;最后对温度场仿真结果进行了分析。结果表明,移动热源前方的等温线分布密集且温度梯度大,后方的等温线稀疏且温度梯度小;在垂直于焊缝中心不同位置的节点都存在着快速升温及相对缓慢的降温过程,同时,节点越靠近焊缝中心,温度变化越剧烈,所能达到的最高温度就越大。该结果证明了所建立的移动高斯面热源模型在激光微焊接PET/Ti温度场模拟中的适用性。
2013, 37(6): 769-772.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.014
摘要:
眼睛位置的快速准确定位是利用机器视觉方法对驾驶员的状态进行监测以及预警的前提。为了检测出眼睛的位置,采用一种基于红外差分和灰度积分投影的方法进行了驾驶员眼睛的定位。首先利用瞳孔在近轴和远轴红外光分别照射下的不同状态,采集到瞳孔亮暗程度不同的两幅图像,然后将采集到的奇偶帧图像进行差分等相关形态学处理,获得了只包含瞳孔的二值化图像,最后分别对左右眼进行垂直和水平投影,获得左右眼的精确横竖坐标。对该方法进行了理论分析和实验验证,取得了很好的效果。结果表明,该方法具有较高的准确率和实时性。这一结果对下一步驾驶员的疲劳检测是有很大帮助的。
眼睛位置的快速准确定位是利用机器视觉方法对驾驶员的状态进行监测以及预警的前提。为了检测出眼睛的位置,采用一种基于红外差分和灰度积分投影的方法进行了驾驶员眼睛的定位。首先利用瞳孔在近轴和远轴红外光分别照射下的不同状态,采集到瞳孔亮暗程度不同的两幅图像,然后将采集到的奇偶帧图像进行差分等相关形态学处理,获得了只包含瞳孔的二值化图像,最后分别对左右眼进行垂直和水平投影,获得左右眼的精确横竖坐标。对该方法进行了理论分析和实验验证,取得了很好的效果。结果表明,该方法具有较高的准确率和实时性。这一结果对下一步驾驶员的疲劳检测是有很大帮助的。
2013, 37(6): 777-780.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.016
摘要:
为了实现对任意波长激光的自动检测与防护,根据光敏三极管、电磁继电器以及液晶电光效应实验原理,设计了一套激光自动检测和防护装置,并进行了理论分析和实验验证。光敏三极管在受到激光辐射时形成光电流,通过放大电路和电磁继电开关输出5V电压,并使其在较短时间内激活液晶电压开关,使液晶屏在受到激光照射时,对激光基本不透明;而当激光脉冲照射结束时又回到透明状态。结果表明,这种激光防护眼镜的设计方案,可在常态时允许普通和不太强的自然光透过,而在激光照射时阻挡激光透过。
为了实现对任意波长激光的自动检测与防护,根据光敏三极管、电磁继电器以及液晶电光效应实验原理,设计了一套激光自动检测和防护装置,并进行了理论分析和实验验证。光敏三极管在受到激光辐射时形成光电流,通过放大电路和电磁继电开关输出5V电压,并使其在较短时间内激活液晶电压开关,使液晶屏在受到激光照射时,对激光基本不透明;而当激光脉冲照射结束时又回到透明状态。结果表明,这种激光防护眼镜的设计方案,可在常态时允许普通和不太强的自然光透过,而在激光照射时阻挡激光透过。
2013, 37(6): 781-785.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.017
摘要:
为了研究304不锈钢光纤激光-MIG(metal inert-gas welding)复合焊接性能,采用正离焦的方法进行了大量的焊接实验。分析了送丝速率、弧长、激光功率、光丝距离、焊接方向和不同对接接头等参量对焊接成形的影响。结果表明,在焊丝的干伸长度为15mm、光丝距离为2mm、采用前送丝时,通过适当调节送丝速率、弧长可以实现较好的焊接效果;小直径焊丝有利于形成较小熔宽和余高的焊缝,而通过加入引弧板可以解决初始位置焊缝成形较差的问题。因此,采用合适的激光-MIG复合焊接工艺可以实现304不锈钢较好的焊接效果。
为了研究304不锈钢光纤激光-MIG(metal inert-gas welding)复合焊接性能,采用正离焦的方法进行了大量的焊接实验。分析了送丝速率、弧长、激光功率、光丝距离、焊接方向和不同对接接头等参量对焊接成形的影响。结果表明,在焊丝的干伸长度为15mm、光丝距离为2mm、采用前送丝时,通过适当调节送丝速率、弧长可以实现较好的焊接效果;小直径焊丝有利于形成较小熔宽和余高的焊缝,而通过加入引弧板可以解决初始位置焊缝成形较差的问题。因此,采用合适的激光-MIG复合焊接工艺可以实现304不锈钢较好的焊接效果。
2013, 37(6): 803-807.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.022
摘要:
为了解决高重复率下准分子激光电源磁脉冲压缩开关的磁芯复位问题,以理论分析为指导,结合磁开关工作特性,设计了一种磁芯精确复位电路,该电路可快速精确复位饱和后的磁开关。将此复位系统应用于准分子激光器脉冲电源测试其性能,复位电流在磁开关饱和后200μs内平息振荡。结果表明,这一磁芯复位系统可满足4kHz重复率下脉冲电源的复位要求。此研究对今后高重复率准分子激光电源的设计是有帮助的。
为了解决高重复率下准分子激光电源磁脉冲压缩开关的磁芯复位问题,以理论分析为指导,结合磁开关工作特性,设计了一种磁芯精确复位电路,该电路可快速精确复位饱和后的磁开关。将此复位系统应用于准分子激光器脉冲电源测试其性能,复位电流在磁开关饱和后200μs内平息振荡。结果表明,这一磁芯复位系统可满足4kHz重复率下脉冲电源的复位要求。此研究对今后高重复率准分子激光电源的设计是有帮助的。
2013, 37(6): 808-811.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.023
摘要:
为了在石墨富集的方式下测量并分析水中Cr元素的激光诱导击穿光谱特性,利用Nd:YAG脉冲激光器作为激发光源,以高分辨率、宽光谱段的中阶梯光栅光谱仪和增强型电荷耦合器件为光信号分离和探测器件,以Cr元素的425.435nm谱线作为分析线,研究了水中Cr元素的时间衰减特性。结果表明,最佳延时时间为1100ns,最佳门宽为1800ns,通过对具有不同Cr元素含量的样品的测量,给出了Cr元素的定标曲线,并最终计算取得Cr元素的检出限为0.520mg/L。这一结果为激光诱导击穿光谱应用于水中Cr元素的快速检测提供了数据参考。
为了在石墨富集的方式下测量并分析水中Cr元素的激光诱导击穿光谱特性,利用Nd:YAG脉冲激光器作为激发光源,以高分辨率、宽光谱段的中阶梯光栅光谱仪和增强型电荷耦合器件为光信号分离和探测器件,以Cr元素的425.435nm谱线作为分析线,研究了水中Cr元素的时间衰减特性。结果表明,最佳延时时间为1100ns,最佳门宽为1800ns,通过对具有不同Cr元素含量的样品的测量,给出了Cr元素的定标曲线,并最终计算取得Cr元素的检出限为0.520mg/L。这一结果为激光诱导击穿光谱应用于水中Cr元素的快速检测提供了数据参考。
2013, 37(6): 816-819.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.025
摘要:
为了了解激光波长对炸药起爆感度影响,降低炸药激光起爆能量,通过炸药光谱、分解机理和量子化学计算,分析了常用PETN,RDX,HMX和HNS炸药的化学弱键和激光敏感波长。结果表明,PETN,RDX,HMX和HNS中最弱化学键均是硝基键—NO2,其对应的共振耦合作用激光波长均在6300nm左右;引起4种炸药电子跃迁激发的激光波长在190nm~250nm之间。在这些特征波长激光作用下,能够降低炸药的起爆能量。
为了了解激光波长对炸药起爆感度影响,降低炸药激光起爆能量,通过炸药光谱、分解机理和量子化学计算,分析了常用PETN,RDX,HMX和HNS炸药的化学弱键和激光敏感波长。结果表明,PETN,RDX,HMX和HNS中最弱化学键均是硝基键—NO2,其对应的共振耦合作用激光波长均在6300nm左右;引起4种炸药电子跃迁激发的激光波长在190nm~250nm之间。在这些特征波长激光作用下,能够降低炸药的起爆能量。
2013, 37(6): 820-824.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.026
摘要:
微挤压模约束下的激光冲击微体积成形技术是利用激光诱导的冲击波使局部金属在凹模约束下产生体积变形的一种成形新技术。为了分析不同板厚(0.12mm,0.15mm,0.17mm和0.22mm)的3003铝合金在不同凹模孔径(0.4mm,0.7mm,0.9mm和1.1mm)约束下的成形深度,采用建立有限元模型进行数值分析的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了不同板厚和不同孔径成形下成形深度的数据。结果表明,成形深度随板厚的增大而增大趋势逐渐减小;对于同一厚度,板料成形深度随孔径的增大呈非线性增大趋势;对于同一点冲击,冲击次数对板料的成形深度影响很大。数值分析结果与实验吻合度较好,这一结果对微体积成形质量控制是有帮助的。
微挤压模约束下的激光冲击微体积成形技术是利用激光诱导的冲击波使局部金属在凹模约束下产生体积变形的一种成形新技术。为了分析不同板厚(0.12mm,0.15mm,0.17mm和0.22mm)的3003铝合金在不同凹模孔径(0.4mm,0.7mm,0.9mm和1.1mm)约束下的成形深度,采用建立有限元模型进行数值分析的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了不同板厚和不同孔径成形下成形深度的数据。结果表明,成形深度随板厚的增大而增大趋势逐渐减小;对于同一厚度,板料成形深度随孔径的增大呈非线性增大趋势;对于同一点冲击,冲击次数对板料的成形深度影响很大。数值分析结果与实验吻合度较好,这一结果对微体积成形质量控制是有帮助的。
2013, 37(6): 825-828.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.027
摘要:
为了研究镁/铝异种金属激光焊接焊缝气孔的形成原因,对1.8mm厚AZ91镁合金和1.2mm厚6016铝合金板材进行了激光搭接焊试验。利用场发射扫描电镜及自带能谱仪,对镁/铝异种金属焊缝中存在气孔缺陷的平均区域、内部不同区域、周围区域以及母材的微观形貌与元素的分布情况进行了研究。结果表明,元素蒸发烧损、残留母材表面的氧化膜以及母材中存在的原始微气孔是镁/铝异种金属激光焊气孔产生的主要原因;采用添加材料激光焊接技术抑制元素蒸发烧损,焊前清除镁板和铝板上下表面的氧化膜,消除镁合金板材原始氢微气孔,是防止镁/铝异种金属激光焊气孔缺陷产生的重要措施。该研究对获得低气孔率镁/铝焊接接头及提高焊接质量是有帮助的。
为了研究镁/铝异种金属激光焊接焊缝气孔的形成原因,对1.8mm厚AZ91镁合金和1.2mm厚6016铝合金板材进行了激光搭接焊试验。利用场发射扫描电镜及自带能谱仪,对镁/铝异种金属焊缝中存在气孔缺陷的平均区域、内部不同区域、周围区域以及母材的微观形貌与元素的分布情况进行了研究。结果表明,元素蒸发烧损、残留母材表面的氧化膜以及母材中存在的原始微气孔是镁/铝异种金属激光焊气孔产生的主要原因;采用添加材料激光焊接技术抑制元素蒸发烧损,焊前清除镁板和铝板上下表面的氧化膜,消除镁合金板材原始氢微气孔,是防止镁/铝异种金属激光焊气孔缺陷产生的重要措施。该研究对获得低气孔率镁/铝焊接接头及提高焊接质量是有帮助的。
2013, 37(6): 723-727.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.004
摘要:
为了降低对随机相位板的精度要求,提出在光学扫描全息系统中采用二值化相位光瞳对多层3维物体进行全息成像的方法,进行了相关的理论分析和数值模拟。结果表明,与采用连续随机相位光瞳函数的情况类似,采用二值化相位光瞳也能在图像重构时有效地消除模糊的离焦层图像;同时,重构图像的质量与采用的二值随机相位光瞳的随机度有关,当随机度不太低时,可得到质量能接受的重构图像。这一结果对于降低实验条件的要求是有帮助的。
为了降低对随机相位板的精度要求,提出在光学扫描全息系统中采用二值化相位光瞳对多层3维物体进行全息成像的方法,进行了相关的理论分析和数值模拟。结果表明,与采用连续随机相位光瞳函数的情况类似,采用二值化相位光瞳也能在图像重构时有效地消除模糊的离焦层图像;同时,重构图像的质量与采用的二值随机相位光瞳的随机度有关,当随机度不太低时,可得到质量能接受的重构图像。这一结果对于降低实验条件的要求是有帮助的。
2013, 37(6): 731-735.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.006
摘要:
光互连技术因诸多特性优于电互连而成为片上多核互连最具前景的解决方案。为了提高片上光互连网络架构的性能,采取光器件模块搭建的方法,提出了一种基于微环的新型4×4光路由开关,仅用7个微环构建的拓扑结构便实现了4个双向端口的非阻塞交换,降低了功耗和面积;波导交叉的数量减少到6个,优化了插入损耗。结果表明,该结构相对于经典结构光器件的功耗节省了约8%,光互连层的插入损耗降低了约7%。
光互连技术因诸多特性优于电互连而成为片上多核互连最具前景的解决方案。为了提高片上光互连网络架构的性能,采取光器件模块搭建的方法,提出了一种基于微环的新型4×4光路由开关,仅用7个微环构建的拓扑结构便实现了4个双向端口的非阻塞交换,降低了功耗和面积;波导交叉的数量减少到6个,优化了插入损耗。结果表明,该结构相对于经典结构光器件的功耗节省了约8%,光互连层的插入损耗降低了约7%。
2013, 37(6): 736-741.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.007
摘要:
为了解决动态面形测量中隔行扫描CCD相机记录动态物体表面变形条纹图像存在缺陷的问题,提出了傅里叶变换去隔行算法,即把隔行扫描CCD获取动态物体的错位模糊帧图像分成两个单场图像,分别对每一单场图像进行傅里叶变换去隔行处理,再利用条纹分析法重建对应时刻的3维面形。理论分析得出单场傅里叶变换去隔行图像与对应的准确满帧图像相同的结论。结果表明,该方法可以很好地恢复条纹和重建物体,且简单实用,可用于基于空间相位检测、相位测量轮廓术、傅里叶变换轮廓术等条纹分析方法的动态物体3维测量中。
为了解决动态面形测量中隔行扫描CCD相机记录动态物体表面变形条纹图像存在缺陷的问题,提出了傅里叶变换去隔行算法,即把隔行扫描CCD获取动态物体的错位模糊帧图像分成两个单场图像,分别对每一单场图像进行傅里叶变换去隔行处理,再利用条纹分析法重建对应时刻的3维面形。理论分析得出单场傅里叶变换去隔行图像与对应的准确满帧图像相同的结论。结果表明,该方法可以很好地恢复条纹和重建物体,且简单实用,可用于基于空间相位检测、相位测量轮廓术、傅里叶变换轮廓术等条纹分析方法的动态物体3维测量中。
2013, 37(6): 773-776.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.015
摘要:
马赫-曾德尔电光调制器的偏置点控制是光载射频传输链路中一项十分关键的技术。为了分析马赫-曾德尔电光调制器偏置点抖动控制对射频信号的影响,用贝塞尔级数展开再进行频谱分析的方法对系统输出信号成分进行了理论分析,设计了马赫-曾德尔调制器任意点控制系统并进行了实验验证。用MATLAB进行仿真后可知,在输入射频功率为18dBm时,抖动信号幅度需小于45mV,2次射频信号对抖动信号引起的频率分量抑制比才能大于20dB;而在输入射频功率为10dBm时,这个幅度要小于19mV。改变抖动信号幅度进行实验,得到2次射频信号对抖动信号引起的频率分量抑制比与仿真结果误差始终保持在3dB~3.2dB左右。结果表明,马赫-曾德尔电光调制器工作在线性偏置点时,抖动信号引起的频率分量是可以忽略的;但将调制器偏置控制在最低偏置点时,对射频信号的影响不可忽略。
马赫-曾德尔电光调制器的偏置点控制是光载射频传输链路中一项十分关键的技术。为了分析马赫-曾德尔电光调制器偏置点抖动控制对射频信号的影响,用贝塞尔级数展开再进行频谱分析的方法对系统输出信号成分进行了理论分析,设计了马赫-曾德尔调制器任意点控制系统并进行了实验验证。用MATLAB进行仿真后可知,在输入射频功率为18dBm时,抖动信号幅度需小于45mV,2次射频信号对抖动信号引起的频率分量抑制比才能大于20dB;而在输入射频功率为10dBm时,这个幅度要小于19mV。改变抖动信号幅度进行实验,得到2次射频信号对抖动信号引起的频率分量抑制比与仿真结果误差始终保持在3dB~3.2dB左右。结果表明,马赫-曾德尔电光调制器工作在线性偏置点时,抖动信号引起的频率分量是可以忽略的;但将调制器偏置控制在最低偏置点时,对射频信号的影响不可忽略。
2013, 37(6): 786-790.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.018
摘要:
为了解决传统频域去噪法在光信号处理中单分辨率的局限性,提出了具有多分辨性的小波去噪法,并通过对比验证其有效性。由于小波去噪实现对硬件的要求较高,采用现场可编程门阵列做硬件平台来实现基于分布式算法的小波运算,将复杂的乘法运算转化为简单的并行查表累加过程,提高了运算效率,完成了小波算法的硬件移植。最后设计了基于现场可编程门阵列的采集系统,并在其上进行了小波去噪的硬件验证。结果表明,小波去噪算法在现场可编程门阵列平台上得到了很好的实现,且去噪效果良好。
为了解决传统频域去噪法在光信号处理中单分辨率的局限性,提出了具有多分辨性的小波去噪法,并通过对比验证其有效性。由于小波去噪实现对硬件的要求较高,采用现场可编程门阵列做硬件平台来实现基于分布式算法的小波运算,将复杂的乘法运算转化为简单的并行查表累加过程,提高了运算效率,完成了小波算法的硬件移植。最后设计了基于现场可编程门阵列的采集系统,并在其上进行了小波去噪的硬件验证。结果表明,小波去噪算法在现场可编程门阵列平台上得到了很好的实现,且去噪效果良好。
2013, 37(6): 795-798.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.020
摘要:
为了消除不良扰动对全光纤干涉系统的影响,提出了一种抵抗时变扰动的新方法。采用两路具有恒定相位差的干涉信号,经过简单的信号调理和数学运算,消除单路信号中有用信号与噪声的比值容易受到光路偏置相位角和调制相位差大小影响的问题,同时改善了信号质量。结果表明,该系统能有效消除扰动噪声,对耦合器的分光比无严格要求,更具实用性。
为了消除不良扰动对全光纤干涉系统的影响,提出了一种抵抗时变扰动的新方法。采用两路具有恒定相位差的干涉信号,经过简单的信号调理和数学运算,消除单路信号中有用信号与噪声的比值容易受到光路偏置相位角和调制相位差大小影响的问题,同时改善了信号质量。结果表明,该系统能有效消除扰动噪声,对耦合器的分光比无严格要求,更具实用性。
2013, 37(6): 833-837.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.029
摘要:
为了提高无线光通信系统的性能,将低密度奇偶校验码作为信道编码,在已知信道状态信息的条件下,对低密度奇偶校验码(LDPC)+二进制脉冲位置调制(BPPM)系统与LDPC+开关键控(OOK)系统分别在加性高斯白噪声(AWGN)、弱湍流、中等湍流和强湍流信道中的性能进行了比较;仿真了OOK和BPPM在各个强度湍流信道下的编码增益;并对LDPC结合不同进制数的脉冲位置调制(PPM)进行了分析。结果表明,LDPC+BPPM的性能优于LDPC+OOK,且随着湍流强度的增大,前者的优势则更加明显;OOK和BPPM在AWGN、弱湍流和中等湍流信道中,编码增益都随着湍流强度的增大而增大,不同的是,OOK在中等湍流中比强湍流中的大,而BPPM则在中等湍流中的比强湍流中的小;LDPC+PPM时,从4PPM到256PPM,PPM的进制数每翻1倍,系统都有约1dB的损失。因此,在湍流信道条件下,LDPC+PPM具有较大的编码增益,且实现的复杂度较低,在无线光通信中将有一定的应用前景。
为了提高无线光通信系统的性能,将低密度奇偶校验码作为信道编码,在已知信道状态信息的条件下,对低密度奇偶校验码(LDPC)+二进制脉冲位置调制(BPPM)系统与LDPC+开关键控(OOK)系统分别在加性高斯白噪声(AWGN)、弱湍流、中等湍流和强湍流信道中的性能进行了比较;仿真了OOK和BPPM在各个强度湍流信道下的编码增益;并对LDPC结合不同进制数的脉冲位置调制(PPM)进行了分析。结果表明,LDPC+BPPM的性能优于LDPC+OOK,且随着湍流强度的增大,前者的优势则更加明显;OOK和BPPM在AWGN、弱湍流和中等湍流信道中,编码增益都随着湍流强度的增大而增大,不同的是,OOK在中等湍流中比强湍流中的大,而BPPM则在中等湍流中的比强湍流中的小;LDPC+PPM时,从4PPM到256PPM,PPM的进制数每翻1倍,系统都有约1dB的损失。因此,在湍流信道条件下,LDPC+PPM具有较大的编码增益,且实现的复杂度较低,在无线光通信中将有一定的应用前景。
2013, 37(6): 843-848.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.031
摘要:
基于投影栅的3维面形测量中,包裹相位的提取过程中不可避免地会引入载频分量。为了准确地还原受物体3维形貌所调制的真实相位,必须要消除载频相位,采用剪切原理消除投影栅中的载频,首先通过对光场作剪切转化为相位梯度分布的新光场,再联合最小二乘解包裹算法进行相位展开,并与现有的方法进行了对比。结果表明,该方法能够有效地消除载频,减小重建误差,且其算法简单,可使重构相位值更接近待测的真实相位值。该方法在投影栅去载频的研究中是可行和有效的。
基于投影栅的3维面形测量中,包裹相位的提取过程中不可避免地会引入载频分量。为了准确地还原受物体3维形貌所调制的真实相位,必须要消除载频相位,采用剪切原理消除投影栅中的载频,首先通过对光场作剪切转化为相位梯度分布的新光场,再联合最小二乘解包裹算法进行相位展开,并与现有的方法进行了对比。结果表明,该方法能够有效地消除载频,减小重建误差,且其算法简单,可使重构相位值更接近待测的真实相位值。该方法在投影栅去载频的研究中是可行和有效的。
2013, 37(6): 742-746.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.008
摘要:
为了分析材料色散对缺陷模的影响,对色散材料采用洛伦兹振子模型,利用传输矩阵法计算了含缺陷1维光子晶体的透射谱,分析了各层的色散对该结构1维光子晶体缺陷模的影响。结果表明,无论是高、低折射率介质还是缺陷层的色散都可以引起缺陷模的频移或分裂;缺陷模的频移方向与考虑色散后光学厚度的变化有关,如果光学厚度增大,则发生红移,反之则发生蓝移;低折射率介质的色散使缺陷模频移的效果最显著。这一结果对光子晶体的设计和研究有一定的参考价值。
为了分析材料色散对缺陷模的影响,对色散材料采用洛伦兹振子模型,利用传输矩阵法计算了含缺陷1维光子晶体的透射谱,分析了各层的色散对该结构1维光子晶体缺陷模的影响。结果表明,无论是高、低折射率介质还是缺陷层的色散都可以引起缺陷模的频移或分裂;缺陷模的频移方向与考虑色散后光学厚度的变化有关,如果光学厚度增大,则发生红移,反之则发生蓝移;低折射率介质的色散使缺陷模频移的效果最显著。这一结果对光子晶体的设计和研究有一定的参考价值。
2013, 37(6): 747-751.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.009
摘要:
为了制作大面积拼接光栅,对全息光栅拼接误差进行了分析。利用参考光栅与光场光栅形成的莫尔条纹来控制拼接光栅位置和误差,确定了参考光栅莫尔条纹间距、倾斜度及相位与拼接光栅位置之间的关系。研究了参考光栅面和拼接光栅基片不平行时莫尔条纹与拼接光栅条纹的相位一致性,计算了光程差漂移对拼接光栅相位对准误差的影响,分析了工作平台移动对光栅拼接误差的影响。得出光栅拼接总误差为0.15λ,该误差接近光栅拼接精度要求,通过实验验证了全息光栅拼接误差分析的正确性。结果表明,利用参考光栅进行全息光栅拼接是可行的。全息拼接光栅的误差分析为制作米量级高精度拼接光栅提供了理论支持。
为了制作大面积拼接光栅,对全息光栅拼接误差进行了分析。利用参考光栅与光场光栅形成的莫尔条纹来控制拼接光栅位置和误差,确定了参考光栅莫尔条纹间距、倾斜度及相位与拼接光栅位置之间的关系。研究了参考光栅面和拼接光栅基片不平行时莫尔条纹与拼接光栅条纹的相位一致性,计算了光程差漂移对拼接光栅相位对准误差的影响,分析了工作平台移动对光栅拼接误差的影响。得出光栅拼接总误差为0.15λ,该误差接近光栅拼接精度要求,通过实验验证了全息光栅拼接误差分析的正确性。结果表明,利用参考光栅进行全息光栅拼接是可行的。全息拼接光栅的误差分析为制作米量级高精度拼接光栅提供了理论支持。
2013, 37(6): 752-755.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.010
摘要:
为了研究冰洲石晶体在紫外波段的偏光吸收特性,制作了长、宽不相等的测试样品。利用双光路分光光度计,在测试与参考光路同时加入偏振方向相互平行的起偏棱镜,分别测量同一晶体不同长度的偏振透射光谱。通过消除光在晶体表面反射损失的影响,得到两只测试样品在紫外波段对o光、e光的吸收系数。在紫外波段同一冰洲石晶体中e光吸收系数小于o光,且波长越短差别越大;不同冰洲石晶体个体在紫外波段的吸收系数存在较大差异。结果表明,先对冰洲石晶体进行紫外偏振光谱测试,选出吸收系数小的晶体,是制作高性能紫外偏光棱镜的关键。
为了研究冰洲石晶体在紫外波段的偏光吸收特性,制作了长、宽不相等的测试样品。利用双光路分光光度计,在测试与参考光路同时加入偏振方向相互平行的起偏棱镜,分别测量同一晶体不同长度的偏振透射光谱。通过消除光在晶体表面反射损失的影响,得到两只测试样品在紫外波段对o光、e光的吸收系数。在紫外波段同一冰洲石晶体中e光吸收系数小于o光,且波长越短差别越大;不同冰洲石晶体个体在紫外波段的吸收系数存在较大差异。结果表明,先对冰洲石晶体进行紫外偏振光谱测试,选出吸收系数小的晶体,是制作高性能紫外偏光棱镜的关键。
2013, 37(6): 766-768.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.013
摘要:
最大测程作为评估测距性能的综合性指标,成为影响武器系统作战效能的重要因素。为了研制满足作战效能的远程激光测距系统的高光束质量窄脉冲宽度种子源,采用将传统高重频电光调Q 磷酸钛氧铷晶体应用于低重频调Q的方法,实现了重复频率25Hz、脉冲宽度1.8ns、单脉冲能量1.5mJ的输出,光束质量M2<1.3。结果表明,该研究为远程激光测距系统所需窄脉冲宽度1ns~3ns、大脉冲能量200mJ、高光束质量的1064nm无水冷全固态激光源提供了合格的种子源。这一结果对高光束质量窄脉冲宽度的激光器的设计是有帮助的。
最大测程作为评估测距性能的综合性指标,成为影响武器系统作战效能的重要因素。为了研制满足作战效能的远程激光测距系统的高光束质量窄脉冲宽度种子源,采用将传统高重频电光调Q 磷酸钛氧铷晶体应用于低重频调Q的方法,实现了重复频率25Hz、脉冲宽度1.8ns、单脉冲能量1.5mJ的输出,光束质量M2<1.3。结果表明,该研究为远程激光测距系统所需窄脉冲宽度1ns~3ns、大脉冲能量200mJ、高光束质量的1064nm无水冷全固态激光源提供了合格的种子源。这一结果对高光束质量窄脉冲宽度的激光器的设计是有帮助的。
2013, 37(6): 812-815.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.024
摘要:
为了有效地进行原子态的量子隐形传输,提出了一个使用纠缠腔场的原子量子比特态的量子隐形传输新方案,利用位于高品质光腔中的三能级原子与腔场进行大失谐的相互作用来实现,并讨论了光腔的耗散对量子隐形传输的影响。结果表明,该方案不需要辅助原子就能将一个原子态直接传输到另一个原子上,并且在不考虑光腔损耗的情况下传输效率达到100%;对于小的衰减,对任意态的传输,其保真度都接近1.0。该研究对量子通讯的发展是有帮助的。
为了有效地进行原子态的量子隐形传输,提出了一个使用纠缠腔场的原子量子比特态的量子隐形传输新方案,利用位于高品质光腔中的三能级原子与腔场进行大失谐的相互作用来实现,并讨论了光腔的耗散对量子隐形传输的影响。结果表明,该方案不需要辅助原子就能将一个原子态直接传输到另一个原子上,并且在不考虑光腔损耗的情况下传输效率达到100%;对于小的衰减,对任意态的传输,其保真度都接近1.0。该研究对量子通讯的发展是有帮助的。
2013, 37(6): 829-832.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.028
摘要:
为了研究横向分布为平顶高斯模式的宽带激光通过硬边光阑系统的光强分布特性,采用衍射积分公式推导了平顶高斯模式宽带激光的每一频率分量在光阑系统中的传输公式,再通过傅里叶变换得到时间域的传输公式,详细分析了光阑和频带宽度对强度分布的影响。结果表明,近场光强在截断参量较大时,仍保持一定的平顶分布特性,但是随带宽的增加强度分布变窄;截断参量较小时强度呈高斯分布,并且带宽的变化对强度分布没有太大影响;然而在远场时截断参量较小情况下的光强分布也明显表现出随带宽增加而变窄的现象,但随着截断参量增大,这一变化趋势变缓。这些结果对平顶高斯模式宽带激光的应用具有重要参考价值。
为了研究横向分布为平顶高斯模式的宽带激光通过硬边光阑系统的光强分布特性,采用衍射积分公式推导了平顶高斯模式宽带激光的每一频率分量在光阑系统中的传输公式,再通过傅里叶变换得到时间域的传输公式,详细分析了光阑和频带宽度对强度分布的影响。结果表明,近场光强在截断参量较大时,仍保持一定的平顶分布特性,但是随带宽的增加强度分布变窄;截断参量较小时强度呈高斯分布,并且带宽的变化对强度分布没有太大影响;然而在远场时截断参量较小情况下的光强分布也明显表现出随带宽增加而变窄的现象,但随着截断参量增大,这一变化趋势变缓。这些结果对平顶高斯模式宽带激光的应用具有重要参考价值。
2013, 37(6): 838-842.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.030
摘要:
为了提高脉冲放大系统模型的光光转换效率,采用建模及仿真的方法研究了双程脉冲放大模型的输出特性,得到了得到双程脉冲放大系统输出功率与抽运功率的关系、输出单脉冲能量与脉冲的重复频率的关系,以及双程放大系统转换效率与重复频率的关系。结果表明,在重复频率为40kHz时,仿真得到该脉冲激光放大模型的光光转换效率达到了29.1%。该双程脉冲放大模型有效地提高了能量转换效率。
为了提高脉冲放大系统模型的光光转换效率,采用建模及仿真的方法研究了双程脉冲放大模型的输出特性,得到了得到双程脉冲放大系统输出功率与抽运功率的关系、输出单脉冲能量与脉冲的重复频率的关系,以及双程放大系统转换效率与重复频率的关系。结果表明,在重复频率为40kHz时,仿真得到该脉冲激光放大模型的光光转换效率达到了29.1%。该双程脉冲放大模型有效地提高了能量转换效率。
2013, 37(6): 799-802.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.06.021
摘要:
为了研究稳恒磁场对离体血红细胞的活性衰变产生的影响,采用非接触、无损伤的光镊技术进行了实验与分析。光镊中的高斯激光光束作用使红细胞发生形变,待细胞稳定后切断光路,得到形变血红细胞的相对形变量值,该量值大小与红细胞活性相关;对比了正常离体血液与静置于稳恒磁场中的红细胞活性衰变规律。结果表明,0.20T稳恒磁场可以提高红细胞的变形能力,增强红细胞的活性;同时加速了细胞体内能量的消耗,因离体环境没有能量的补充,能量的消耗加速了红细胞的衰老。这一结果为磁场对细胞的活性影响和动力学分析提供了一些参考。
为了研究稳恒磁场对离体血红细胞的活性衰变产生的影响,采用非接触、无损伤的光镊技术进行了实验与分析。光镊中的高斯激光光束作用使红细胞发生形变,待细胞稳定后切断光路,得到形变血红细胞的相对形变量值,该量值大小与红细胞活性相关;对比了正常离体血液与静置于稳恒磁场中的红细胞活性衰变规律。结果表明,0.20T稳恒磁场可以提高红细胞的变形能力,增强红细胞的活性;同时加速了细胞体内能量的消耗,因离体环境没有能量的补充,能量的消耗加速了红细胞的衰老。这一结果为磁场对细胞的活性影响和动力学分析提供了一些参考。
