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RSS2020年 44卷 第3期
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[摘要]
[PDF 264KB]
2020, 44(3): 271-277.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.03.001
[HTML全文]
摘要:
为了提高太赫兹图像的质量，克服边缘模糊的缺陷，采用有理分形插值和基于梯度变换的图像超分辨率重建算法相结合的方法对0.25THz，0.50THz和0.75THz图像进行超分辨率重建实验，并对实验结果进行了定量分析，利用基于空间信息熵的直方图匹配技术和双边滤波器对重建算法进行了优化，增强了该方法的适用性。结果表明，对经过插值的太赫兹图像采用基于梯度变换的超分辨率重建方法处理之后，0.25THz，0.50THz和0.75THz图像的边缘强度分别提高了169%，116%和104%，平均梯度分别提高了16%，28%和24%；同时，成像信号频率和强度也会对重建性能产生影响。该方法可以有效恢复太赫兹图像当中的细节信息，锐化图像边缘，提高图像质量且不会出现振铃现象，具有较好的实用价值。
为了提高太赫兹图像的质量，克服边缘模糊的缺陷，采用有理分形插值和基于梯度变换的图像超分辨率重建算法相结合的方法对0.25THz，0.50THz和0.75THz图像进行超分辨率重建实验，并对实验结果进行了定量分析，利用基于空间信息熵的直方图匹配技术和双边滤波器对重建算法进行了优化，增强了该方法的适用性。结果表明，对经过插值的太赫兹图像采用基于梯度变换的超分辨率重建方法处理之后，0.25THz，0.50THz和0.75THz图像的边缘强度分别提高了169%，116%和104%，平均梯度分别提高了16%，28%和24%；同时，成像信号频率和强度也会对重建性能产生影响。该方法可以有效恢复太赫兹图像当中的细节信息，锐化图像边缘，提高图像质量且不会出现振铃现象，具有较好的实用价值。
2020, 44(3): 358-363.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.03.016
摘要:
为了解决传统印刷电路板(PCB)中定位标识圆(Mark圆)的检测精度和准确率不高的问题，采用曲线拟合及优化拟合算法改善Mark圆检测方式并进行了理论分析，通过使用微软基础类库嵌入标准的机器视觉算法包HALCON的方法搭建检测平台并进行了实验验证。结果表明，该方法检测成功率可达97%，检测精度在0.3pixel以下，检测时间小于100ms，解决了传统PCB中Mark圆检测精度不高的问题，同时大量测试数据显示，在图像发生平移、旋转、缩放的环境下，仍能保证较好的检测效果。该研究对实际PCB生产检测具有一定借鉴意义。
为了解决传统印刷电路板(PCB)中定位标识圆(Mark圆)的检测精度和准确率不高的问题，采用曲线拟合及优化拟合算法改善Mark圆检测方式并进行了理论分析，通过使用微软基础类库嵌入标准的机器视觉算法包HALCON的方法搭建检测平台并进行了实验验证。结果表明，该方法检测成功率可达97%，检测精度在0.3pixel以下，检测时间小于100ms，解决了传统PCB中Mark圆检测精度不高的问题，同时大量测试数据显示，在图像发生平移、旋转、缩放的环境下，仍能保证较好的检测效果。该研究对实际PCB生产检测具有一定借鉴意义。
2020, 44(3): 364-370.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.03.017
摘要:
为了解决目前电力线悬挂点定位方法鲁棒性低、定位不精确的问题，采用基于激光点云的结合局部3维重建与迭代搜索的方法对电力线悬挂点定位进行了研究。首先，对电力线点云空间特征进行分析进而推导电力线空间约束条件，以此作为生长准则进行基于空间约束的区域生长，实现跨越多档的单根电力线分割; 然后，对杆塔点云聚类提取杆塔中心点，以杆塔中心点连线的角平分线为基准划定每档电力线的空间分割平面; 之后，对各分割平面附近电力线点云进行空间多项式局部3维重建; 最后，结合分割平面迭代搜索计算重建电力线的交点，实现电力线悬挂点空间位置定位。结果表明，对于3种电压等级线路点云及2种数据质量点云，电力线悬挂点定位平均偏差均在0.09m以内，最小偏差为0.03m。该方法鲁棒性高，可以精确地实现各电压等级及各质量点云数据中的电力线悬挂点定位，为后续基于悬挂点的电力线模拟工况安全分析提供了基础。
为了解决目前电力线悬挂点定位方法鲁棒性低、定位不精确的问题，采用基于激光点云的结合局部3维重建与迭代搜索的方法对电力线悬挂点定位进行了研究。首先，对电力线点云空间特征进行分析进而推导电力线空间约束条件，以此作为生长准则进行基于空间约束的区域生长，实现跨越多档的单根电力线分割; 然后，对杆塔点云聚类提取杆塔中心点，以杆塔中心点连线的角平分线为基准划定每档电力线的空间分割平面; 之后，对各分割平面附近电力线点云进行空间多项式局部3维重建; 最后，结合分割平面迭代搜索计算重建电力线的交点，实现电力线悬挂点空间位置定位。结果表明，对于3种电压等级线路点云及2种数据质量点云，电力线悬挂点定位平均偏差均在0.09m以内，最小偏差为0.03m。该方法鲁棒性高，可以精确地实现各电压等级及各质量点云数据中的电力线悬挂点定位，为后续基于悬挂点的电力线模拟工况安全分析提供了基础。
2020, 44(3): 371-376.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.03.018
摘要:
为了快速准确地测量半钢化玻璃的应力双折射大小，实时监测产品质量，结合半经典理论与三镜腔理论模型，研究了基于激光回馈效应的半钢化玻璃应力双折射自动测量技术。测量装置由精密光学元件及运动平台组合搭建，由偏振光低电平的占空比自动判断样品主应力方向，测量效率较高; 采用降低输入电压变化梯度的方法，将输出电压控制在较小的范围内波动，提高了压电陶瓷位移稳定性。结果表明，样品应力双折射的大小由调谐曲线上一个偏振跳变周期内偏振跳变点的位置决定，多次测量的最大偏差为6.1nm/cm，标准差低于2.0nm/cm。该技术具有测量周期短、精度高且重复性好等特点，适用于实际生产中。
为了快速准确地测量半钢化玻璃的应力双折射大小，实时监测产品质量，结合半经典理论与三镜腔理论模型，研究了基于激光回馈效应的半钢化玻璃应力双折射自动测量技术。测量装置由精密光学元件及运动平台组合搭建，由偏振光低电平的占空比自动判断样品主应力方向，测量效率较高; 采用降低输入电压变化梯度的方法，将输出电压控制在较小的范围内波动，提高了压电陶瓷位移稳定性。结果表明，样品应力双折射的大小由调谐曲线上一个偏振跳变周期内偏振跳变点的位置决定，多次测量的最大偏差为6.1nm/cm，标准差低于2.0nm/cm。该技术具有测量周期短、精度高且重复性好等特点，适用于实际生产中。
2020, 44(3): 377-381.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.03.019
摘要:
为了得到忠于人眼视觉特性的真彩色夜视图像，根据典型目标夜间光谱特性以及微光夜视系统的成像模型，基于最小欧氏距离原理，提出了一种三波段真彩色夜视光谱划分方法。设置了实验室场景和室外场景，对本文中提出的光谱划分方法与传统光谱划分方法进行了对比实验，并对得到的真彩色夜视图像细节(空间频率)做了分析。结果表明，相对于原始微光图像，空间频率分别提高了61.2%，52.0%;本文中的方法对于典型目标(绿色草木)具有更好的彩色还原效果; 基于最小欧氏距离的光谱划分方法可将夜间可见光分离为三波段，并可有效利用其光谱信息，得到对于典型目标的具有自然感彩色且较原始微光图像信息量更为丰富的真彩色夜视图像。
为了得到忠于人眼视觉特性的真彩色夜视图像，根据典型目标夜间光谱特性以及微光夜视系统的成像模型，基于最小欧氏距离原理，提出了一种三波段真彩色夜视光谱划分方法。设置了实验室场景和室外场景，对本文中提出的光谱划分方法与传统光谱划分方法进行了对比实验，并对得到的真彩色夜视图像细节(空间频率)做了分析。结果表明，相对于原始微光图像，空间频率分别提高了61.2%，52.0%;本文中的方法对于典型目标(绿色草木)具有更好的彩色还原效果; 基于最小欧氏距离的光谱划分方法可将夜间可见光分离为三波段，并可有效利用其光谱信息，得到对于典型目标的具有自然感彩色且较原始微光图像信息量更为丰富的真彩色夜视图像。
2020, 44(3): 388-392.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.03.021
摘要:
为了研究超高斯脉冲在具有不同陡峭程度的超高斯型色散渐减光纤中的传输特性，采用了非线性薛定谔方程和分步傅里叶变换的方法，数值模拟了超高斯脉冲在超高斯型色散渐减光纤中的演化规律。在反常色散区考虑色散和非线性效应的情况下，对超高斯脉冲的阐述特性进行了时域和频域上的理论分析与实验验证。结果表明，陡峭程度m=4时, 超高斯型色散渐减光纤的传输特性最好。此研究对超高斯型色散渐减光纤中脉冲的传输特性分析是有帮助的。
为了研究超高斯脉冲在具有不同陡峭程度的超高斯型色散渐减光纤中的传输特性，采用了非线性薛定谔方程和分步傅里叶变换的方法，数值模拟了超高斯脉冲在超高斯型色散渐减光纤中的演化规律。在反常色散区考虑色散和非线性效应的情况下，对超高斯脉冲的阐述特性进行了时域和频域上的理论分析与实验验证。结果表明，陡峭程度m=4时, 超高斯型色散渐减光纤的传输特性最好。此研究对超高斯型色散渐减光纤中脉冲的传输特性分析是有帮助的。
2020, 44(3): 278-282.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.03.002
摘要:
为了解决跨尺度微小型零件在精密装配中宏尺度与微特征的测量分辨问题，提出了一种基于正交双目视觉与倾角仪组合的空间位姿高精测量系统。该系统建立了成像单元、倾角仪辅助测量单元、零部件夹持单元之间的坐标转换关系，并结合倾角仪提供的角度信息，提出了针对微小型零件的空间位姿高精测量解析算法。同时，以光纤阵列及连接头为研究对象，搭建了两零件的空间位姿实时测量及自动化装配测试平台。结果表明，在3mm×2mm×2mm的空间范围内，组合测量系统测得的位置与姿态偏差分别小于(±2μm, ±2μm, ±3μm)和(±0.005°, ±0.004°, ±0.005°)。相对于传统的测量方法，该组合测量系统显著提高了微器件的测量精度，可进一步满足微小型零件的空间位姿精密测量及自动化装配需求。
为了解决跨尺度微小型零件在精密装配中宏尺度与微特征的测量分辨问题，提出了一种基于正交双目视觉与倾角仪组合的空间位姿高精测量系统。该系统建立了成像单元、倾角仪辅助测量单元、零部件夹持单元之间的坐标转换关系，并结合倾角仪提供的角度信息，提出了针对微小型零件的空间位姿高精测量解析算法。同时，以光纤阵列及连接头为研究对象，搭建了两零件的空间位姿实时测量及自动化装配测试平台。结果表明，在3mm×2mm×2mm的空间范围内，组合测量系统测得的位置与姿态偏差分别小于(±2μm, ±2μm, ±3μm)和(±0.005°, ±0.004°, ±0.005°)。相对于传统的测量方法，该组合测量系统显著提高了微器件的测量精度，可进一步满足微小型零件的空间位姿精密测量及自动化装配需求。
2020, 44(3): 299-303.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.03.005
摘要:
为了研究激光加工工艺参量对血管支架切缝形貌以及表面粗糙度的影响，采用不同参量对比分析试验法，开展了心血管支架316L材料光纤激光切割实验，分析了激光脉冲宽度、激光功率和切割速率等不同工艺参量对材料切缝形貌及粗糙度的影响，得出激光切割支架的最佳工艺参量组合。结果表明，不同区域切缝形貌和表面粗糙度存在差异性，其中支架切缝的汽化区厚度主要受脉冲宽度及激光功率影响，当脉冲宽度为35μs时，支架切缝汽化区厚度最大可达到120μm；支架切缝汽化区粗糙度随切割速率增加先减小后增大，当切割速率为6mm/s时，切缝表面粗糙度值最低为650nm。此研究结果为心血管支架光纤加工的研究及后续光整加工奠定了理论基础。
为了研究激光加工工艺参量对血管支架切缝形貌以及表面粗糙度的影响，采用不同参量对比分析试验法，开展了心血管支架316L材料光纤激光切割实验，分析了激光脉冲宽度、激光功率和切割速率等不同工艺参量对材料切缝形貌及粗糙度的影响，得出激光切割支架的最佳工艺参量组合。结果表明，不同区域切缝形貌和表面粗糙度存在差异性，其中支架切缝的汽化区厚度主要受脉冲宽度及激光功率影响，当脉冲宽度为35μs时，支架切缝汽化区厚度最大可达到120μm；支架切缝汽化区粗糙度随切割速率增加先减小后增大，当切割速率为6mm/s时，切缝表面粗糙度值最低为650nm。此研究结果为心血管支架光纤加工的研究及后续光整加工奠定了理论基础。
2020, 44(3): 304-309.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.03.006
摘要:
为了研究工艺参量对激光-MIG复合焊接的焊缝成形和组织特征及性能的影响，针对6mm的A7N01铝合金板，采用不同的激光功率、焊接速率和坡口形式，进行了激光-MIG复合焊接试验，观察焊缝成形及接头微观组织，并对其性能进行测试。采用Y型30°坡口，在激光功率3.0kW、焊接速率1.0m/min的参量下进行激光-MIG复合焊接时，焊缝表面成形良好，底部成形连续；接头平均抗拉强度为271MPa，达到母材的60%；焊缝中心硬度为85.4HV，达到母材的78%。结果表明，随着激光功率的提高，焊缝熔深呈线性增大；焊接速率越大、焊缝熔宽和熔深越小，余高略有增加；焊接接头对不同坡口形式的适应性良好；接头中热影响区晶粒粗化，硬度降低，熔合区晶粒为树枝晶，易产生工艺类氢气孔，焊缝中心晶粒为等轴晶。该研究有利于获得成形良好的A7N01铝合金激光-MIG复合焊接头。
为了研究工艺参量对激光-MIG复合焊接的焊缝成形和组织特征及性能的影响，针对6mm的A7N01铝合金板，采用不同的激光功率、焊接速率和坡口形式，进行了激光-MIG复合焊接试验，观察焊缝成形及接头微观组织，并对其性能进行测试。采用Y型30°坡口，在激光功率3.0kW、焊接速率1.0m/min的参量下进行激光-MIG复合焊接时，焊缝表面成形良好，底部成形连续；接头平均抗拉强度为271MPa，达到母材的60%；焊缝中心硬度为85.4HV，达到母材的78%。结果表明，随着激光功率的提高，焊缝熔深呈线性增大；焊接速率越大、焊缝熔宽和熔深越小，余高略有增加；焊接接头对不同坡口形式的适应性良好；接头中热影响区晶粒粗化，硬度降低，熔合区晶粒为树枝晶，易产生工艺类氢气孔，焊缝中心晶粒为等轴晶。该研究有利于获得成形良好的A7N01铝合金激光-MIG复合焊接头。
2020, 44(3): 310-314.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.03.007
摘要:
为了研究非均匀偏振光束在海洋湍流中的光强特性，采用广义的惠更斯-菲涅耳原理，得到非均匀偏振光束经过海洋湍流传输后的光强分布, 并对非均匀偏振光束在海水中传播的传输特性进行了研究。结果表明，非均匀偏振光束的参量n和K越大，其光强分布偏离高斯分布越明显，但随着传输距离的增大，海洋湍流对光束的影响也增大，光强分布又回到高斯分布；随着均方温度耗散率χT或温度与盐度波动的相对强度w的增大，或者单位质量液体中的湍流动能的耗散率ε的减小，非均匀偏振光束的光强分布就会更趋于高斯分布。该研究结果在海洋光通信以及成像方面存在潜在的应用价值。
为了研究非均匀偏振光束在海洋湍流中的光强特性，采用广义的惠更斯-菲涅耳原理，得到非均匀偏振光束经过海洋湍流传输后的光强分布, 并对非均匀偏振光束在海水中传播的传输特性进行了研究。结果表明，非均匀偏振光束的参量n和K越大，其光强分布偏离高斯分布越明显，但随着传输距离的增大，海洋湍流对光束的影响也增大，光强分布又回到高斯分布；随着均方温度耗散率χT或温度与盐度波动的相对强度w的增大，或者单位质量液体中的湍流动能的耗散率ε的减小，非均匀偏振光束的光强分布就会更趋于高斯分布。该研究结果在海洋光通信以及成像方面存在潜在的应用价值。
2020, 44(3): 315-320.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.03.008
摘要:
为了实现双折射光纤环镜(Bi-FLM)传感器的在线测量，采用推导得出的基于波长解调双折射光纤环镜应变传感器在线测量的理论表达式，选取典型通讯波长1550nm和1310nm附近的2组波长进行了计算，所得应变均与给定应变基本吻合。结果表明, 利用干涉光谱任意连续4个相邻的波谷波长及其双折射光纤初始长度、初始双折射率和初始双折射应变系数便可计算出双折射光纤受应变后的绝对长度，并以此计算所受应变唯一大小；根据干涉光谱任意4个相邻波谷波长相对位置蕴含着应变信息的特点，区分是干扰还是外界传感量导致干涉光谱变化，以此剔除外界干扰，提高了测量精度。该研究对Bi-FLM应变、振动等各类传感器实现计算机在线测量，提高测量精度具有指导意义。
为了实现双折射光纤环镜(Bi-FLM)传感器的在线测量，采用推导得出的基于波长解调双折射光纤环镜应变传感器在线测量的理论表达式，选取典型通讯波长1550nm和1310nm附近的2组波长进行了计算，所得应变均与给定应变基本吻合。结果表明, 利用干涉光谱任意连续4个相邻的波谷波长及其双折射光纤初始长度、初始双折射率和初始双折射应变系数便可计算出双折射光纤受应变后的绝对长度，并以此计算所受应变唯一大小；根据干涉光谱任意4个相邻波谷波长相对位置蕴含着应变信息的特点，区分是干扰还是外界传感量导致干涉光谱变化，以此剔除外界干扰，提高了测量精度。该研究对Bi-FLM应变、振动等各类传感器实现计算机在线测量，提高测量精度具有指导意义。
2020, 44(3): 321-325.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.03.009
摘要:
为了研究多层单道电弧增材表面3-D成形特征，采用激光视觉传感系统采集电弧增材制造表面条纹图像。提出基于边界约束条件的感兴趣区域(ROI)提取法对焊缝特征曲线进行定位，获取ROI的激光条纹像素坐标。进行了理论分析和实验验证，得到电弧增材表面的3-D离散点数据，采用Delaunay三角剖分对离散点拟合形成3-D实体表面。结果表明，锯齿靶标的线性标定方法，3-D重构精度在0.2mm以内; 基于边界约束条件的ROI提取方法能准确定位电弧增材上表面和侧表面的条纹特征曲线。这一结果对电弧增材表面的3-D成形检测是有帮助的。
为了研究多层单道电弧增材表面3-D成形特征，采用激光视觉传感系统采集电弧增材制造表面条纹图像。提出基于边界约束条件的感兴趣区域(ROI)提取法对焊缝特征曲线进行定位，获取ROI的激光条纹像素坐标。进行了理论分析和实验验证，得到电弧增材表面的3-D离散点数据，采用Delaunay三角剖分对离散点拟合形成3-D实体表面。结果表明，锯齿靶标的线性标定方法，3-D重构精度在0.2mm以内; 基于边界约束条件的ROI提取方法能准确定位电弧增材上表面和侧表面的条纹特征曲线。这一结果对电弧增材表面的3-D成形检测是有帮助的。
2020, 44(3): 326-332.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.03.010
摘要:
为了实现高强度铝-钢钎焊接头，以车用08Al钢和铝合金为试验对象，以填粉方式选用纯铝粉末作为钎料，进行了异种金属激光熔钎焊接试验研究。综合能量散射光谱能谱分析和X射线荧光衍射物相分析，接头界面处的金属间化合物主要有FeAl，Fe2Al5和Fe4Al13。研究了添加钎剂对接头整体成形及激光偏移量对接头形貌和力学性能的影响。结果表明，钎剂的添加改善了接头成形缺陷，提高了焊趾区的润湿性；当激光偏移量为0.8mm~1.6mm时，形成了有效的熔焊接头，且随着激光偏移量的增加，接头润湿角由35°增加到54°，反应层的金属间化合物厚度逐渐减小，抗拉性能呈先提高后降低的趋势；在激光偏移量为0.8mm时，接头润湿角为38°，反应层金属间化合物厚度8μm，平均机械抗力达到210N/mm，具有较高的工程应用价值；焊缝润湿角、连接宽度和反应层金属间化合物厚度共同决定了接头的机械抗力水平。该研究对于保证车身激光焊接质量提供了技术支持和重要的指导意义。
为了实现高强度铝-钢钎焊接头，以车用08Al钢和铝合金为试验对象，以填粉方式选用纯铝粉末作为钎料，进行了异种金属激光熔钎焊接试验研究。综合能量散射光谱能谱分析和X射线荧光衍射物相分析，接头界面处的金属间化合物主要有FeAl，Fe2Al5和Fe4Al13。研究了添加钎剂对接头整体成形及激光偏移量对接头形貌和力学性能的影响。结果表明，钎剂的添加改善了接头成形缺陷，提高了焊趾区的润湿性；当激光偏移量为0.8mm~1.6mm时，形成了有效的熔焊接头，且随着激光偏移量的增加，接头润湿角由35°增加到54°，反应层的金属间化合物厚度逐渐减小，抗拉性能呈先提高后降低的趋势；在激光偏移量为0.8mm时，接头润湿角为38°，反应层金属间化合物厚度8μm，平均机械抗力达到210N/mm，具有较高的工程应用价值；焊缝润湿角、连接宽度和反应层金属间化合物厚度共同决定了接头的机械抗力水平。该研究对于保证车身激光焊接质量提供了技术支持和重要的指导意义。
2020, 44(3): 333-337.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.03.011
摘要:
为了提高检验鉴定效率、降低检验鉴定成本，实现对案件现场车用保险杠碎片的快速无损检测，采用了基于红外指纹光谱结合牛顿插值多项式、光谱求导和判别分析的车用保险杠鉴别方法。采集并获取奥迪等6种品牌共计40个不同型号的车用保险杠样本的红外光谱，选择牛顿多项式插值、光谱求导等方法建立了判别模型。结果表明，基于指纹区波段建立的判别模型总体准确率(80.0%)高于全波段模型(77.5%)，指纹区光谱结合4次牛顿插值多项式处理后的判别准确率可到85%，经1阶导数处理后判别准确率可达100%，以判别函数DF1和DF2作为判别轴构建判别分类模型，6种品牌的样本均实现了100%的准确区分；红外指纹光谱结合4次牛顿插值多项式、1阶导数和判别分析可实现车用保险杠品牌快速、无损鉴别，且模型检测精度高。该方法具有普适性和一定的借鉴意义。
为了提高检验鉴定效率、降低检验鉴定成本，实现对案件现场车用保险杠碎片的快速无损检测，采用了基于红外指纹光谱结合牛顿插值多项式、光谱求导和判别分析的车用保险杠鉴别方法。采集并获取奥迪等6种品牌共计40个不同型号的车用保险杠样本的红外光谱，选择牛顿多项式插值、光谱求导等方法建立了判别模型。结果表明，基于指纹区波段建立的判别模型总体准确率(80.0%)高于全波段模型(77.5%)，指纹区光谱结合4次牛顿插值多项式处理后的判别准确率可到85%，经1阶导数处理后判别准确率可达100%，以判别函数DF1和DF2作为判别轴构建判别分类模型，6种品牌的样本均实现了100%的准确区分；红外指纹光谱结合4次牛顿插值多项式、1阶导数和判别分析可实现车用保险杠品牌快速、无损鉴别，且模型检测精度高。该方法具有普适性和一定的借鉴意义。
2020, 44(3): 353-357.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.03.015
摘要:
为了可以同时获取多谱段光谱信息，并且多测试数据同步处理，设计了一种基于现场可编程门阵列+数据信号处理器的同步采集与处理系统。采用非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)算法对包含目标信息的谱段采样进行了针对多谱段数据非均匀采样的理论分析和实验验证。针对632nm，880nm和980nm 3种不同激光波长同时实验测试，分别采用本系统与传统光谱分析算法进行了对比。结果表明，本系统在3个波长峰值位置上的信噪比分别是31.6dBm, 36.3dBm和32.5dBm，而传统光谱仪的信噪比仅为20.1dBm, 25.4dBm和23.7dBm，采用本系统硬件设计配合NUFFT算法可以有效增强多谱段光谱信息获取过程中的信噪比。本系统的处理速度更快，在多光谱快速处理方面具有一定的应用价值。
为了可以同时获取多谱段光谱信息，并且多测试数据同步处理，设计了一种基于现场可编程门阵列+数据信号处理器的同步采集与处理系统。采用非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)算法对包含目标信息的谱段采样进行了针对多谱段数据非均匀采样的理论分析和实验验证。针对632nm，880nm和980nm 3种不同激光波长同时实验测试，分别采用本系统与传统光谱分析算法进行了对比。结果表明，本系统在3个波长峰值位置上的信噪比分别是31.6dBm, 36.3dBm和32.5dBm，而传统光谱仪的信噪比仅为20.1dBm, 25.4dBm和23.7dBm，采用本系统硬件设计配合NUFFT算法可以有效增强多谱段光谱信息获取过程中的信噪比。本系统的处理速度更快，在多光谱快速处理方面具有一定的应用价值。
2020, 44(3): 283-287.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.03.003
摘要:
为了获得由单一谐波能量峰贡献产生的谐波平台区，采用负向啁啾场与紫外场组合调控谐波光谱的方法，进行了理论分析和数值模拟。结果表明，在负向啁啾场调控下，谐波截止能量可以达到选取的参考值，谐波平台区由单一谐波能量峰贡献产生; 适当引入一束紫外光源，在紫外共振电离的影响下，谐波平台区强度可以得到增强，并且达到参考值范围；选取平台区谐波进行叠加可以获得一个36as的超短脉冲。该研究提出了一种利用低强度组合激光场获得阿秒脉冲的新方案，对激光光源的发展有帮助。
为了获得由单一谐波能量峰贡献产生的谐波平台区，采用负向啁啾场与紫外场组合调控谐波光谱的方法，进行了理论分析和数值模拟。结果表明，在负向啁啾场调控下，谐波截止能量可以达到选取的参考值，谐波平台区由单一谐波能量峰贡献产生; 适当引入一束紫外光源，在紫外共振电离的影响下，谐波平台区强度可以得到增强，并且达到参考值范围；选取平台区谐波进行叠加可以获得一个36as的超短脉冲。该研究提出了一种利用低强度组合激光场获得阿秒脉冲的新方案，对激光光源的发展有帮助。
2020, 44(3): 288-298.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.03.014
摘要:
为了能够更深入地理解等腰三角形亚波长光栅，采用严格耦合波法对其进行了理论分析和研究，得到了等腰三角形亚波长光栅数值模拟结果。分析了光栅周期、光入射角对等腰三角形亚波长光栅特性的影响，并从内在磁场分布角度解释了等腰三角形亚波长光栅所表现出的高反射特性。结果表明，不同光栅厚度的等腰三角形亚波长光栅会表现出不同的特性，当光栅厚度在0.54μm~0.57μm之间，等腰三角形亚波长光栅具有宽反射的反射带宽，而当光栅厚度在0.58μm~0.66μm之间，又会表现出导模共振特性。该研究能够为将来制备高性能等腰三角形亚波长光栅提供理论指导。
为了能够更深入地理解等腰三角形亚波长光栅，采用严格耦合波法对其进行了理论分析和研究，得到了等腰三角形亚波长光栅数值模拟结果。分析了光栅周期、光入射角对等腰三角形亚波长光栅特性的影响，并从内在磁场分布角度解释了等腰三角形亚波长光栅所表现出的高反射特性。结果表明，不同光栅厚度的等腰三角形亚波长光栅会表现出不同的特性，当光栅厚度在0.54μm~0.57μm之间，等腰三角形亚波长光栅具有宽反射的反射带宽，而当光栅厚度在0.58μm~0.66μm之间，又会表现出导模共振特性。该研究能够为将来制备高性能等腰三角形亚波长光栅提供理论指导。
2020, 44(3): 338-342.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.03.012
摘要:
为了研究厄米-高斯波束在各向异性媒质中的散射特性，采用了将各向异性圆柱的散射场和内部场用圆柱矢量波函数展开，应用电磁场边界条件和投影法，提出了一种分析单轴各向异性圆柱对厄米-高斯波束散射特性研究的精确半解析方法; 获得了厄米-高斯波束通过单轴各向异性圆柱的内场以及近场的归一化强度分布图; 对两种不同的厄米高斯波束入射情形做出了分析和对比。结果表明，两种波束在通过圆柱后都有入射波和反射波叠加而成的驻波现象，而TEM10(x′)模式厄米-高斯波束入射后近场强度增强，且有明显的折射现象。该研究结果对厄米-高斯波束的应用具有一定的参考价值。
为了研究厄米-高斯波束在各向异性媒质中的散射特性，采用了将各向异性圆柱的散射场和内部场用圆柱矢量波函数展开，应用电磁场边界条件和投影法，提出了一种分析单轴各向异性圆柱对厄米-高斯波束散射特性研究的精确半解析方法; 获得了厄米-高斯波束通过单轴各向异性圆柱的内场以及近场的归一化强度分布图; 对两种不同的厄米高斯波束入射情形做出了分析和对比。结果表明，两种波束在通过圆柱后都有入射波和反射波叠加而成的驻波现象，而TEM10(x′)模式厄米-高斯波束入射后近场强度增强，且有明显的折射现象。该研究结果对厄米-高斯波束的应用具有一定的参考价值。
2020, 44(3): 343-348.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.03.013
摘要:
为了实现基于准分子激光光源的应用系统集成和激光的功能扩展，设计了一种新型的准分子激光器控制系统，PC端基于LabVIEW软件实现人机交互，激光端基于微控制单元(MCU)主控模块控制硬件电路及检测传感器信号等，LabVIEW与MCU采用光隔离的RS232通讯，通过虚拟仪器实现计算机对准分子激光器的实时监测和控制。结果表明，该系统结合PC端的良好人机交互以及MCU端高效稳定实时控制等特点，有效地实现了放电激励准分子激光器强电磁干扰下的整体控制系统的设计。该研究对基于准分子激光光源的应用系统的集成和功能扩展有参考意义。
为了实现基于准分子激光光源的应用系统集成和激光的功能扩展，设计了一种新型的准分子激光器控制系统，PC端基于LabVIEW软件实现人机交互，激光端基于微控制单元(MCU)主控模块控制硬件电路及检测传感器信号等，LabVIEW与MCU采用光隔离的RS232通讯，通过虚拟仪器实现计算机对准分子激光器的实时监测和控制。结果表明，该系统结合PC端的良好人机交互以及MCU端高效稳定实时控制等特点，有效地实现了放电激励准分子激光器强电磁干扰下的整体控制系统的设计。该研究对基于准分子激光光源的应用系统的集成和功能扩展有参考意义。
2020, 44(3): 382-392.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.03.020
摘要:
为了克服常规偏光干涉系统中核心器件萨瓦板(Savart)偏光镜制作工艺复杂、装调难度高的缺点，解决由于Savart偏光镜装调、加工误差造成的偏光干涉系统条纹混叠和调制度下降的问题，采用了一种基于单平行分束器(SPBS)的偏光干涉系统的方法，分析了系统的结构原理，采用矩阵传递函数推导了经偏光干涉系统出射光的琼斯矩阵及相干叠加强度，得出了和基于Savart偏光镜的干涉系统类似的干涉结果，分析了系统光程差与入射角及入射面的变化关系，并通过实验验证了理论分析的正确性。结果表明，由于SPBS结构简单，不需要多个单元组合，所以不存在装调误差，并且大幅度降低了加工误差。
为了克服常规偏光干涉系统中核心器件萨瓦板(Savart)偏光镜制作工艺复杂、装调难度高的缺点，解决由于Savart偏光镜装调、加工误差造成的偏光干涉系统条纹混叠和调制度下降的问题，采用了一种基于单平行分束器(SPBS)的偏光干涉系统的方法，分析了系统的结构原理，采用矩阵传递函数推导了经偏光干涉系统出射光的琼斯矩阵及相干叠加强度，得出了和基于Savart偏光镜的干涉系统类似的干涉结果，分析了系统光程差与入射角及入射面的变化关系，并通过实验验证了理论分析的正确性。结果表明，由于SPBS结构简单，不需要多个单元组合，所以不存在装调误差，并且大幅度降低了加工误差。
2020, 44(3): 288-298.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.03.004
摘要:
激光选区熔化技术(SLM)因其具备高复杂结构制造能力而在医疗器械制造上展现着独特的优势。近年来，SLM在医疗器械制造上日趋活跃，综述了基于激光选区熔化成形、应用于创伤外科医疗器械生产制造Ti-6Al-4V的研究现状。包括SLM成形Ti-6Al-4V的基础工艺、力学性能、细胞相容性三方面的研究进展，同时举例了一些基于SLM成形Ti-6Al-4V医疗器械的应用及案例。最后针对基于此技术制造医疗器械研究存在的问题进行了总结。尽管SLM成形Ti-6Al-4V在医疗领域发展相对缓慢，但现有的研究和潜力表明，随着基础制造研究的不断深入和临床不断的实践，创伤外科的精准治疗方案将无疑有望成为可能。
激光选区熔化技术(SLM)因其具备高复杂结构制造能力而在医疗器械制造上展现着独特的优势。近年来，SLM在医疗器械制造上日趋活跃，综述了基于激光选区熔化成形、应用于创伤外科医疗器械生产制造Ti-6Al-4V的研究现状。包括SLM成形Ti-6Al-4V的基础工艺、力学性能、细胞相容性三方面的研究进展，同时举例了一些基于SLM成形Ti-6Al-4V医疗器械的应用及案例。最后针对基于此技术制造医疗器械研究存在的问题进行了总结。尽管SLM成形Ti-6Al-4V在医疗领域发展相对缓慢，但现有的研究和潜力表明，随着基础制造研究的不断深入和临床不断的实践，创伤外科的精准治疗方案将无疑有望成为可能。
2020, 44(3): 393-398.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.03.022
摘要:
归纳了当前金属3-D打印技术的发展情况，指出了各类3-D打印技术优缺点，从发展历史、工作原理等方面讨论了典型3-D打印技术的技术特点; 在此基础上，对选区激光熔化技术的研究前景进行展望，即激光选区熔化技术作为金属3-D打印一个重要分支在各领域具有更广泛的应用; 提高材料性能、设备功能、结构设计及制造工艺的研发水平，可极大推动金属3-D打印技术的发展。随着金属打印技术的成熟，3-D打印的应用必将会覆盖更多金属制造产业，成为未来最重要、最具战略意义的制造技术。
归纳了当前金属3-D打印技术的发展情况，指出了各类3-D打印技术优缺点，从发展历史、工作原理等方面讨论了典型3-D打印技术的技术特点; 在此基础上，对选区激光熔化技术的研究前景进行展望，即激光选区熔化技术作为金属3-D打印一个重要分支在各领域具有更广泛的应用; 提高材料性能、设备功能、结构设计及制造工艺的研发水平，可极大推动金属3-D打印技术的发展。随着金属打印技术的成熟，3-D打印的应用必将会覆盖更多金属制造产业，成为未来最重要、最具战略意义的制造技术。
