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RSS2007年 31卷 第4期
2007, 31(4): 337-340.
[摘要]
[PDF 199KB]
摘要:
为了拓宽常规色散位移光纤(DSF)型双抽运光纤参变放大器(FOPA)的放大带宽,提出了用DSF和单模光纤(SMF)级联来构造周期色散补偿双抽运FOPA的思想。利用SMF正的二阶色散以减小DSF负的四阶色散引起的相位失配,从而达到有效拓宽FOPA放大带宽的目的。结合四波混频耦合方程对该双抽运FOPA进行仿真研究,得到拓宽为69nm的放大带宽的结果。结果表明,光纤长度一定时,采用给出的最佳补偿光纤长度进行色散补偿,可有效减小因DSF四阶色散引起的相位偏移,进而拓宽放大带宽;分多段级联进行色散补偿时,可进一步拓展放大带宽。
为了拓宽常规色散位移光纤(DSF)型双抽运光纤参变放大器(FOPA)的放大带宽,提出了用DSF和单模光纤(SMF)级联来构造周期色散补偿双抽运FOPA的思想。利用SMF正的二阶色散以减小DSF负的四阶色散引起的相位失配,从而达到有效拓宽FOPA放大带宽的目的。结合四波混频耦合方程对该双抽运FOPA进行仿真研究,得到拓宽为69nm的放大带宽的结果。结果表明,光纤长度一定时,采用给出的最佳补偿光纤长度进行色散补偿,可有效减小因DSF四阶色散引起的相位偏移,进而拓宽放大带宽;分多段级联进行色散补偿时,可进一步拓展放大带宽。
2007, 31(4): 354-357.
摘要:
为了改善数字全息重构像质量以达到可实际利用的目的,首先采用以马赫-曾德尔干涉仪为基础的三维物体全息实验光路,运用单次曝光的方法,记录了真实三维物体的数字全息图。由于对该全息图直接计算得到的重构像,受零级衍射光斑和散斑噪声的影响较大,使得重构像质量难以令人满意。为此采用了一套独特的多重滤波数字图像处理方法,即综合运用小波分析与收缩加权平均滤波对实验获得的数字全息图及其数字重构像进行滤波处理,成功地消除了数字重构像中的零级衍射光斑、减小了散斑噪声的影响,得到逼真的三维物体重构像。实验结果表明,该方法简便、实用,可显著提高三维物体重构像的质量。由于采用单次曝光,无需记录多幅图像,此方法便于在实时图像分析处理等领域中应用。
为了改善数字全息重构像质量以达到可实际利用的目的,首先采用以马赫-曾德尔干涉仪为基础的三维物体全息实验光路,运用单次曝光的方法,记录了真实三维物体的数字全息图。由于对该全息图直接计算得到的重构像,受零级衍射光斑和散斑噪声的影响较大,使得重构像质量难以令人满意。为此采用了一套独特的多重滤波数字图像处理方法,即综合运用小波分析与收缩加权平均滤波对实验获得的数字全息图及其数字重构像进行滤波处理,成功地消除了数字重构像中的零级衍射光斑、减小了散斑噪声的影响,得到逼真的三维物体重构像。实验结果表明,该方法简便、实用,可显著提高三维物体重构像的质量。由于采用单次曝光,无需记录多幅图像,此方法便于在实时图像分析处理等领域中应用。
2007, 31(4): 416-418.
摘要:
针对星间光通信系统的要求,采用一种新型的半导体激光耦合方案,用前后正交的非球面柱面透镜准直半导体激光束,再经渐变折射率(graduated refractive index,GR IN)自聚焦透镜聚焦,把光束耦合入单模光纤。就此耦合单元,对耦合效率随半导体激光器的位置偏离及角度偏移进行了研究,在光纤尾纤处测得了输出功率随驱动电流的变化关系,单模运行的半导体激光二极管经耦合后的出纤功率可以达到80mW。结果表明,耦合效率随位置偏离及角度偏移的变化灵敏度都不高,这可以满足星间光通信的要求。
针对星间光通信系统的要求,采用一种新型的半导体激光耦合方案,用前后正交的非球面柱面透镜准直半导体激光束,再经渐变折射率(graduated refractive index,GR IN)自聚焦透镜聚焦,把光束耦合入单模光纤。就此耦合单元,对耦合效率随半导体激光器的位置偏离及角度偏移进行了研究,在光纤尾纤处测得了输出功率随驱动电流的变化关系,单模运行的半导体激光二极管经耦合后的出纤功率可以达到80mW。结果表明,耦合效率随位置偏离及角度偏移的变化灵敏度都不高,这可以满足星间光通信的要求。
2007, 31(4): 341-343.
摘要:
为了提高1.5μm波段激光器的频率稳定性,利用乙炔分子饱和吸收稳频,设计了一种稳频的光纤光栅外腔半导体激光器。其通过步进电机对光纤光栅进行拉伸调节波长,实现了激光频率调谐。结果表明,所研制的激光器拥有较高的频率稳定度。
为了提高1.5μm波段激光器的频率稳定性,利用乙炔分子饱和吸收稳频,设计了一种稳频的光纤光栅外腔半导体激光器。其通过步进电机对光纤光栅进行拉伸调节波长,实现了激光频率调谐。结果表明,所研制的激光器拥有较高的频率稳定度。
2007, 31(4): 344-347.
摘要:
为了研究氧碘化学激光器喷流流场流动情况,采用数值方法求解二维可压缩非定常Navier-Stokes方程及组分连续方程,空间离散格式为AUSM+up格式,用四步龙格-库塔方法作显式时间推进,湍流粘性系数使用k-ε两方程湍流模型进行求解。假设混合气体为热力学完全而热值非完全气体,化学反应模型采用有限速率反应模型。使用一种松弛迭代的方法来处理化学源项的刚性问题。计算了一个标准算例,结果与美国GASP程序计算结果符合良好。对氧碘化学激光器流场进行了二维数值模拟,研究了该激光器中激发态氧初始产额、水蒸气含量以及不同喷管数目对增益分布的影响。结果表明,除水和增加激发态氧初始产额都可使小信号平均增益增大,采用两个碘喷管比采用一个碘喷管能够获得更大的小信号平均增益。
为了研究氧碘化学激光器喷流流场流动情况,采用数值方法求解二维可压缩非定常Navier-Stokes方程及组分连续方程,空间离散格式为AUSM+up格式,用四步龙格-库塔方法作显式时间推进,湍流粘性系数使用k-ε两方程湍流模型进行求解。假设混合气体为热力学完全而热值非完全气体,化学反应模型采用有限速率反应模型。使用一种松弛迭代的方法来处理化学源项的刚性问题。计算了一个标准算例,结果与美国GASP程序计算结果符合良好。对氧碘化学激光器流场进行了二维数值模拟,研究了该激光器中激发态氧初始产额、水蒸气含量以及不同喷管数目对增益分布的影响。结果表明,除水和增加激发态氧初始产额都可使小信号平均增益增大,采用两个碘喷管比采用一个碘喷管能够获得更大的小信号平均增益。
2007, 31(4): 351-353.
摘要:
为了研究非线性光学晶体KBe2BO3F2的光参变特性,根据晶体的色散方程和动量、能量守恒定律,采用计算机数值模拟的方法,得出了KBe2BO3F2晶体在Ⅰ类和Ⅱ类相位匹配下的角度调谐范围,并与另一种优良的非线性晶体CsL iB6O10进行了比较,从而得出KBe2BO3F2晶体比CsLiB6O10晶体可获得更短的紫外波长输出和更宽的连续调谐输出的结果。理论计算结果表明,当抽运光为213nm时,对于Ⅰ类相位匹配条件,可以获得最短波长220nm的紫外光输出。
为了研究非线性光学晶体KBe2BO3F2的光参变特性,根据晶体的色散方程和动量、能量守恒定律,采用计算机数值模拟的方法,得出了KBe2BO3F2晶体在Ⅰ类和Ⅱ类相位匹配下的角度调谐范围,并与另一种优良的非线性晶体CsL iB6O10进行了比较,从而得出KBe2BO3F2晶体比CsLiB6O10晶体可获得更短的紫外波长输出和更宽的连续调谐输出的结果。理论计算结果表明,当抽运光为213nm时,对于Ⅰ类相位匹配条件,可以获得最短波长220nm的紫外光输出。
2007, 31(4): 364-366,377.
摘要:
为了探讨不同入纤功率下高阶色散对交叉相位调制不稳定性增益谱的影响,从光纤中包含高阶色散的耦合非线性薛定谔方程出发,采用线性稳定性分析法,分二阶、四阶色散系数同号、异号和二阶色散系数为0等几种情形,计算了双光束的交叉相位调制不稳定性增益谱随入纤光功率的变化规律,并对各种谱特性的产生机制作了分析。结果表明,当二阶、四阶色散系数同号时,随着入纤功率的增大,增益谱由开始的两个分离谱区逐渐变宽并合成1个谱区;当二阶、四阶色散系数异号和二阶色散系数为0时,增益谱只有靠近零点的第1谱区,且谱宽和谱峰随着入纤功率的增大而增大。此研究对高重复率的超短光脉冲串的产生有一定的理论指导意义。
为了探讨不同入纤功率下高阶色散对交叉相位调制不稳定性增益谱的影响,从光纤中包含高阶色散的耦合非线性薛定谔方程出发,采用线性稳定性分析法,分二阶、四阶色散系数同号、异号和二阶色散系数为0等几种情形,计算了双光束的交叉相位调制不稳定性增益谱随入纤光功率的变化规律,并对各种谱特性的产生机制作了分析。结果表明,当二阶、四阶色散系数同号时,随着入纤功率的增大,增益谱由开始的两个分离谱区逐渐变宽并合成1个谱区;当二阶、四阶色散系数异号和二阶色散系数为0时,增益谱只有靠近零点的第1谱区,且谱宽和谱峰随着入纤功率的增大而增大。此研究对高重复率的超短光脉冲串的产生有一定的理论指导意义。
2007, 31(4): 374-377.
摘要:
为了研究Nd:YAG激光器1.444μm激光的脉冲输出,依据速率方程理论,建立了1.444μm Nd:YAG脉冲激光器的理论模型,分析了Nd:YAG晶体中其它受激发射截面较高的谱线不产生激光振荡的条件,并在脉冲抽运情况下模拟了1.444μm和1.064μm双波长激光输出。模拟结果表明,1.064μm激光一定范围内的微弱振荡对1.444μm激光输出没有显著影响。建立一维数值模型计算了放大自发辐射(ASE)对激光输出的影响,在晶体表面反射率为0的理想状况下,ASE对激光输出的影响小于2%,可以忽略。
为了研究Nd:YAG激光器1.444μm激光的脉冲输出,依据速率方程理论,建立了1.444μm Nd:YAG脉冲激光器的理论模型,分析了Nd:YAG晶体中其它受激发射截面较高的谱线不产生激光振荡的条件,并在脉冲抽运情况下模拟了1.444μm和1.064μm双波长激光输出。模拟结果表明,1.064μm激光一定范围内的微弱振荡对1.444μm激光输出没有显著影响。建立一维数值模型计算了放大自发辐射(ASE)对激光输出的影响,在晶体表面反射率为0的理想状况下,ASE对激光输出的影响小于2%,可以忽略。
2007, 31(4): 431-434.
摘要:
为了研究掺杂浓度、包层尺寸对双包层Er3+/Yb3+共掺光纤激光器的影响,根据双包层Er3+/Yb3+共掺光纤激光器产生激光的机理,基于速率方程,采用改变Er3+,Yb3+掺杂浓度、内包层尺寸等光纤参数的方法,得到了双包层Er3+/Yb3+共掺光纤激光器随光纤参数变化的特征结果。结果表明,在Er3+掺杂浓度不变的情况下,增大Yb3+的掺杂浓度,可有效地提高激光器的输出功率;在Yb3+掺杂浓度保持不变的情况下,增大Er3+掺杂浓度,也可提高激光器的输出功率,但提高的幅度不明显;减小内包层尺寸,激光器的最佳光纤长度随之减小。
为了研究掺杂浓度、包层尺寸对双包层Er3+/Yb3+共掺光纤激光器的影响,根据双包层Er3+/Yb3+共掺光纤激光器产生激光的机理,基于速率方程,采用改变Er3+,Yb3+掺杂浓度、内包层尺寸等光纤参数的方法,得到了双包层Er3+/Yb3+共掺光纤激光器随光纤参数变化的特征结果。结果表明,在Er3+掺杂浓度不变的情况下,增大Yb3+的掺杂浓度,可有效地提高激光器的输出功率;在Yb3+掺杂浓度保持不变的情况下,增大Er3+掺杂浓度,也可提高激光器的输出功率,但提高的幅度不明显;减小内包层尺寸,激光器的最佳光纤长度随之减小。
2007, 31(4): 435-437.
摘要:
为了开展大能量脉冲碘原子激光技术研究,采用氙灯抽运方法研制了一台电光激励光解碘激光器系统,并进行了相关的实验研究,获得了近700mJ的单脉冲激光能量。介绍了该激光器的原理和技术路线,对实验结果进行了比较分析。实验结果表明,这类激光器具有结构简单、输出能量高等特点,适用于工业加工、诊断技术等领域的应用。
为了开展大能量脉冲碘原子激光技术研究,采用氙灯抽运方法研制了一台电光激励光解碘激光器系统,并进行了相关的实验研究,获得了近700mJ的单脉冲激光能量。介绍了该激光器的原理和技术路线,对实验结果进行了比较分析。实验结果表明,这类激光器具有结构简单、输出能量高等特点,适用于工业加工、诊断技术等领域的应用。
2007, 31(4): 348-350.
摘要:
基于光通信技术发展对光放大器材料的带宽要求,研究了掺铒铋磷酸盐玻璃的结构、熔制性能,以及其光谱性能,并且用Judd-Ofelt理论进行了光谱计算分析。得到了一种以铋磷酸盐为基质的光放大器玻璃材料,其折射率为1.778,荧光半峰全宽为54nm,发射截面为0.61×10-20cm2,其荧光寿命达到了8ms。结果表明,铒镱共掺铋磷酸盐玻璃是一种良好的宽带放大器材料。
基于光通信技术发展对光放大器材料的带宽要求,研究了掺铒铋磷酸盐玻璃的结构、熔制性能,以及其光谱性能,并且用Judd-Ofelt理论进行了光谱计算分析。得到了一种以铋磷酸盐为基质的光放大器玻璃材料,其折射率为1.778,荧光半峰全宽为54nm,发射截面为0.61×10-20cm2,其荧光寿命达到了8ms。结果表明,铒镱共掺铋磷酸盐玻璃是一种良好的宽带放大器材料。
2007, 31(4): 358-359,363.
摘要:
为了研究单轴晶体最大双折射率在某一波长下随温度的变化情况,根据偏振光干涉的理论分析,推导出了单轴晶体最大双折射率随温度变化的解析式。在此基础上,设计、建立了一套双光路对比测试实验系统。利用该实验系统对石英晶体样品进行测试,获得了其实验数据变化曲线,并总结出了在测试波长下,石英晶体最大双折射率随温度变化的数学式。结果表明,单轴晶体在某一波长下的最大双折射率基本上与温度成线性关系;实验过程中,只要精确调整仪器,并注意控制好实验所需温度,其测量结果是可靠的。
为了研究单轴晶体最大双折射率在某一波长下随温度的变化情况,根据偏振光干涉的理论分析,推导出了单轴晶体最大双折射率随温度变化的解析式。在此基础上,设计、建立了一套双光路对比测试实验系统。利用该实验系统对石英晶体样品进行测试,获得了其实验数据变化曲线,并总结出了在测试波长下,石英晶体最大双折射率随温度变化的数学式。结果表明,单轴晶体在某一波长下的最大双折射率基本上与温度成线性关系;实验过程中,只要精确调整仪器,并注意控制好实验所需温度,其测量结果是可靠的。
2007, 31(4): 370-373.
摘要:
为了能合成较大分子量的氟化聚酰亚胺光波导材料,采用了几种不同制备工艺,找到了较好的合成大分子量氟化聚酰亚胺的工艺,利用智能傅里叶红外光谱仪测量了合成的氟化聚酰亚胺的红外光谱,证实了材料的结构。为了证实氟化聚酰亚胺可以作为优越的光波导材料,对材料做了热重分析和差示扫描量热测试,材料在530℃左右才会分解,说明材料具有良好的热稳定性。同时利用薄膜测试仪测试分析了材料折射率与含氟量以及折射率和温度之间的关系。结果表明,折射率与含氟量、温度都呈线性关系。
为了能合成较大分子量的氟化聚酰亚胺光波导材料,采用了几种不同制备工艺,找到了较好的合成大分子量氟化聚酰亚胺的工艺,利用智能傅里叶红外光谱仪测量了合成的氟化聚酰亚胺的红外光谱,证实了材料的结构。为了证实氟化聚酰亚胺可以作为优越的光波导材料,对材料做了热重分析和差示扫描量热测试,材料在530℃左右才会分解,说明材料具有良好的热稳定性。同时利用薄膜测试仪测试分析了材料折射率与含氟量以及折射率和温度之间的关系。结果表明,折射率与含氟量、温度都呈线性关系。
2007, 31(4): 391-393.
摘要:
为了获得椭圆率角不变、椭圆方位角可连续变化和椭圆率角可连续变化、椭圆方位角不变的椭圆偏振光,采用矩阵光学方法对按一定方位角摆放的λ/4波片和λ/2波片,在线偏振光通过后的偏振态变化,进行了理论分析和实验验证,取得了可靠的数据。结果表明,理论分析是正确的,这一结果对光路调整和偏振态的转换是有帮助的。
为了获得椭圆率角不变、椭圆方位角可连续变化和椭圆率角可连续变化、椭圆方位角不变的椭圆偏振光,采用矩阵光学方法对按一定方位角摆放的λ/4波片和λ/2波片,在线偏振光通过后的偏振态变化,进行了理论分析和实验验证,取得了可靠的数据。结果表明,理论分析是正确的,这一结果对光路调整和偏振态的转换是有帮助的。
2007, 31(4): 406-407,448.
摘要:
为了研究带宽可调型光学滤波器,采用对手性液晶膜施加电压的方法,对手性液晶布喇格反射带宽随外加电场的变化规律进行了分析和测量。实验结果表明,在外加电场到达一定的阈值后,液晶分子要旋转一定的角度;在外加电场和液晶盒边界条件的共同限制下,手性液晶的螺距在螺旋轴方向上形成了梯度变化,造成了手型液晶布喇格反射带宽的加宽,且反射带宽随外加电压的增加而增加,以此可制成带宽可调型光学滤光片。
为了研究带宽可调型光学滤波器,采用对手性液晶膜施加电压的方法,对手性液晶布喇格反射带宽随外加电场的变化规律进行了分析和测量。实验结果表明,在外加电场到达一定的阈值后,液晶分子要旋转一定的角度;在外加电场和液晶盒边界条件的共同限制下,手性液晶的螺距在螺旋轴方向上形成了梯度变化,造成了手型液晶布喇格反射带宽的加宽,且反射带宽随外加电压的增加而增加,以此可制成带宽可调型光学滤光片。
2007, 31(4): 412-415.
摘要:
为了解决光学膜厚监控系统中经锁相放大输出的监控信号精度较低、极值点附近变化不灵敏等问题,采用卡尔曼滤波(KF)对光学膜厚监控信号进行处理,建立了针对非线性光学监控系统的扩展KF模型,模型输出包括监控信号和导数信号。仿真分析首先利用TFCalc软件生成4层增透膜理想监控曲线,加入高斯噪声后,信噪比为15dB,通过卡尔曼滤波处理后监控信号信噪比改善达16dB且实时动态跟踪特性良好,延时小于1s;利用平均值滤波处理KF输出导数信号,提前预判读获取导数过零点对应膜厚。同时通过对比TFCalc理想监控曲线极值点坐标和预判导数信号过零点坐标,得到理论膜厚误差小于4nm。此项研究提高了膜厚检测的准确性。
为了解决光学膜厚监控系统中经锁相放大输出的监控信号精度较低、极值点附近变化不灵敏等问题,采用卡尔曼滤波(KF)对光学膜厚监控信号进行处理,建立了针对非线性光学监控系统的扩展KF模型,模型输出包括监控信号和导数信号。仿真分析首先利用TFCalc软件生成4层增透膜理想监控曲线,加入高斯噪声后,信噪比为15dB,通过卡尔曼滤波处理后监控信号信噪比改善达16dB且实时动态跟踪特性良好,延时小于1s;利用平均值滤波处理KF输出导数信号,提前预判读获取导数过零点对应膜厚。同时通过对比TFCalc理想监控曲线极值点坐标和预判导数信号过零点坐标,得到理论膜厚误差小于4nm。此项研究提高了膜厚检测的准确性。
2007, 31(4): 442-444.
摘要:
为了研究脊槽波导主模截止特性,采用亥姆霍兹方程的有限差分格式,计算在窄边与宽边比为0.45、槽的高度与窄边比为0.4的条件下,脊槽波导中脊和槽的几何尺寸在中间位置连续变化时的归一化截止波长。并且计算了当脊宽为0、脊槽间距为窄边长度加槽高度,即脊槽波导的脊消失,成为单槽波导的归一化截止波长。并将计算结果与单槽波导和单脊波导的进行对比。结果表明,脊槽波导的截止特性较单脊波导和单槽波导更加良好。
为了研究脊槽波导主模截止特性,采用亥姆霍兹方程的有限差分格式,计算在窄边与宽边比为0.45、槽的高度与窄边比为0.4的条件下,脊槽波导中脊和槽的几何尺寸在中间位置连续变化时的归一化截止波长。并且计算了当脊宽为0、脊槽间距为窄边长度加槽高度,即脊槽波导的脊消失,成为单槽波导的归一化截止波长。并将计算结果与单槽波导和单脊波导的进行对比。结果表明,脊槽波导的截止特性较单脊波导和单槽波导更加良好。
2007, 31(4): 360-363.
摘要:
为了测量颗粒物的质量浓度,基于米散射理论,在偏振入射光条件下,通过数值计算研究了球形颗粒的散射光通量与粒径之间的关系,得到了利用光学粒子计数器测量颗粒物质量浓度的计算公式。该公式重点考虑了粒子数目和大小对质量浓度的影响。实验结果表明,在0.001mg/m3~2mg/m3的质量浓度范围内,该公式的计算值与实验测量值具有显著的相关性,相关系数为0.9953。
为了测量颗粒物的质量浓度,基于米散射理论,在偏振入射光条件下,通过数值计算研究了球形颗粒的散射光通量与粒径之间的关系,得到了利用光学粒子计数器测量颗粒物质量浓度的计算公式。该公式重点考虑了粒子数目和大小对质量浓度的影响。实验结果表明,在0.001mg/m3~2mg/m3的质量浓度范围内,该公式的计算值与实验测量值具有显著的相关性,相关系数为0.9953。
2007, 31(4): 367-369.
摘要:
为了研究钨极惰性气体保护焊(TIG)快速制造中金属结构成形的效果及工件变形情况,获取金属结构高度及其变化范围,通过对激光视觉传感所得到的图像进行分析,采用激光视觉检测的方法,制作了一种激光视觉检测系统。经与实验获得的实际金属结构高度数据对比,得到金属结构高度检测的误差在单道焊缝的自然成形的高度误差范围内的结果。结果表明,该方法可以比较有效地获得金属结构高度及母材工件变形情况。
为了研究钨极惰性气体保护焊(TIG)快速制造中金属结构成形的效果及工件变形情况,获取金属结构高度及其变化范围,通过对激光视觉传感所得到的图像进行分析,采用激光视觉检测的方法,制作了一种激光视觉检测系统。经与实验获得的实际金属结构高度数据对比,得到金属结构高度检测的误差在单道焊缝的自然成形的高度误差范围内的结果。结果表明,该方法可以比较有效地获得金属结构高度及母材工件变形情况。
2007, 31(4): 378-380,383.
摘要:
为了对块状和点式两种典型结构的传感头的灵敏度进行比较,采用矩阵光学的方法,对影响传感头灵敏度的诸因素如线性双折射、加工角差、正交反射间垂直小段的椭偏等进行了分析,推导了块状传感头中垂直小段的椭偏单独作用时对灵敏度影响的解析式,并对各因素同时作用时的灵敏度校正因子进行了定量仿真分析。结果表明,影响灵敏度最关键的因素是材料的线性双折射。单位长度内的线性双折射增加时,点式传感头灵敏度变化不大;且当其超过一定值时,点式具有比块状更高的灵敏度。
为了对块状和点式两种典型结构的传感头的灵敏度进行比较,采用矩阵光学的方法,对影响传感头灵敏度的诸因素如线性双折射、加工角差、正交反射间垂直小段的椭偏等进行了分析,推导了块状传感头中垂直小段的椭偏单独作用时对灵敏度影响的解析式,并对各因素同时作用时的灵敏度校正因子进行了定量仿真分析。结果表明,影响灵敏度最关键的因素是材料的线性双折射。单位长度内的线性双折射增加时,点式传感头灵敏度变化不大;且当其超过一定值时,点式具有比块状更高的灵敏度。
2007, 31(4): 381-383.
摘要:
为了测量激光辐照薄膜的起始时间,采用了一种简洁易行的测量方法,利用波长1.06μm和1.315μm连续激光以及1.06μm单脉冲激光辐照典型薄膜光学元件,通过探测器接收激光脉冲信号和薄膜表面的激光反射信号,薄膜表面反射信号在激光辐照过程中的某个时刻发生突变,发生突变的时间对应着薄膜发生损伤的时间。得到1.06μm连续激光强度为7133W/cm2时,反射信号在0.8 s发生突变,强度为11776W/cm2时,反射信号在0.4 s发生变化;1.06μm单脉冲激光能量为48.725mJ,97.45m J,194.9m J时,薄膜损伤时间为3.63ns,2.727ns和1.09ns;1.315μm连续激光强度为2743W/cm2时,反射光信号在辐照时间t=3.44 s发生突变;强度为4128W/cm2时,薄膜表面反射光信号在辐照时间t=1.44s发生突变。结果表明,通过测量薄膜表面反射信号的突变来确定薄膜损伤的起始时间,对于薄膜抗激光加固,以及提高光电系统的抗激光能力有着重要的意义。
为了测量激光辐照薄膜的起始时间,采用了一种简洁易行的测量方法,利用波长1.06μm和1.315μm连续激光以及1.06μm单脉冲激光辐照典型薄膜光学元件,通过探测器接收激光脉冲信号和薄膜表面的激光反射信号,薄膜表面反射信号在激光辐照过程中的某个时刻发生突变,发生突变的时间对应着薄膜发生损伤的时间。得到1.06μm连续激光强度为7133W/cm2时,反射信号在0.8 s发生突变,强度为11776W/cm2时,反射信号在0.4 s发生变化;1.06μm单脉冲激光能量为48.725mJ,97.45m J,194.9m J时,薄膜损伤时间为3.63ns,2.727ns和1.09ns;1.315μm连续激光强度为2743W/cm2时,反射光信号在辐照时间t=3.44 s发生突变;强度为4128W/cm2时,薄膜表面反射光信号在辐照时间t=1.44s发生突变。结果表明,通过测量薄膜表面反射信号的突变来确定薄膜损伤的起始时间,对于薄膜抗激光加固,以及提高光电系统的抗激光能力有着重要的意义。
2007, 31(4): 384-386,390.
摘要:
为了既可以高精度测量有突变的物体又能达到实时的目的,采用软件VC++生成双频光栅的方法,用LCD投影机直接投射到物体表面,只需采集一幅图像经过傅里叶变换便可得到相位差,还原出物体形貌。实验结果表明,该方法简单方便、精度高,可以达到实时的要求,对基于双频光栅的傅里叶变换轮廓术的发展有很大的推动作用。
为了既可以高精度测量有突变的物体又能达到实时的目的,采用软件VC++生成双频光栅的方法,用LCD投影机直接投射到物体表面,只需采集一幅图像经过傅里叶变换便可得到相位差,还原出物体形貌。实验结果表明,该方法简单方便、精度高,可以达到实时的要求,对基于双频光栅的傅里叶变换轮廓术的发展有很大的推动作用。
2007, 31(4): 387-390.
摘要:
为了达到快速、精确标刻的目的,提出了一种应用于生产线上运动工件的激光实时飞动标刻系统。该系统采用了数字信号处理和复杂可编程逻辑器件的动态跟踪技术的方法,解决了流水生产线上诸如标刻图形变形、错位、失真等激光加工问题,降低了由静止标刻加工给加工者所带来的劳动强度。以自行开发的激光标刻软件为应用实例,对同一图案在参数设定相同的情况下进行加工。结果表明,该系统能提高激光加工的生产效率,标刻速度达到2000byte/s;所标刻图案线条清晰,轮廓分明,达到了静止标刻的效果。
为了达到快速、精确标刻的目的,提出了一种应用于生产线上运动工件的激光实时飞动标刻系统。该系统采用了数字信号处理和复杂可编程逻辑器件的动态跟踪技术的方法,解决了流水生产线上诸如标刻图形变形、错位、失真等激光加工问题,降低了由静止标刻加工给加工者所带来的劳动强度。以自行开发的激光标刻软件为应用实例,对同一图案在参数设定相同的情况下进行加工。结果表明,该系统能提高激光加工的生产效率,标刻速度达到2000byte/s;所标刻图案线条清晰,轮廓分明,达到了静止标刻的效果。
2007, 31(4): 394-396,430.
摘要:
为了降低成形过程的热应力,根据有限元方法中的“单元生死”技术,利用APDL语言编程实现了对多道多层激光金属沉积成形过程三维温度场的数值模拟,再现了成形过程中温度场的动态变化,得到了成形过程中模型温度场及温度梯度的分布规律。结果表明,试样同一纵断面上各节点虽然被激活的时间不一样,但它们具有相似的温度变化规律;试样内的温度梯度主要沿z轴方向分布,基板内的温度梯度主要沿平行基板方向分布,具有明显的分层现象,熔池区的温度梯度非常大。在相同的工艺参数下,实际成形试样的扫描电镜照片与模拟结果吻合很好。
为了降低成形过程的热应力,根据有限元方法中的“单元生死”技术,利用APDL语言编程实现了对多道多层激光金属沉积成形过程三维温度场的数值模拟,再现了成形过程中温度场的动态变化,得到了成形过程中模型温度场及温度梯度的分布规律。结果表明,试样同一纵断面上各节点虽然被激活的时间不一样,但它们具有相似的温度变化规律;试样内的温度梯度主要沿z轴方向分布,基板内的温度梯度主要沿平行基板方向分布,具有明显的分层现象,熔池区的温度梯度非常大。在相同的工艺参数下,实际成形试样的扫描电镜照片与模拟结果吻合很好。
2007, 31(4): 397-399,444.
摘要:
为了研究激光切割过程光信号与切割质量的关系,搭建了以切割前沿光辐射作为检测参量的实时检测系统,对切割前沿光辐射的时、频域信号进行了试验研究,得到了不同参数下光信号的变化规律。时域分析表明,无缺陷式样对应的标准方差较低;与无缺陷切割相比,过烧缺陷对应的光信号具有较低的强度和较高的标准方差;挂渣缺陷具有较高的强度和标准方差。频域分析表明,低速切割,光信号主频与切缝表面波纹频率一致;高速无缺陷切割无明显主频;挂渣缺陷具有明显的低频波动。结果表明,燃烧循环理论不仅是切割面波纹形成的主要因素,也是光信号主频产生的主要原因。
为了研究激光切割过程光信号与切割质量的关系,搭建了以切割前沿光辐射作为检测参量的实时检测系统,对切割前沿光辐射的时、频域信号进行了试验研究,得到了不同参数下光信号的变化规律。时域分析表明,无缺陷式样对应的标准方差较低;与无缺陷切割相比,过烧缺陷对应的光信号具有较低的强度和较高的标准方差;挂渣缺陷具有较高的强度和标准方差。频域分析表明,低速切割,光信号主频与切缝表面波纹频率一致;高速无缺陷切割无明显主频;挂渣缺陷具有明显的低频波动。结果表明,燃烧循环理论不仅是切割面波纹形成的主要因素,也是光信号主频产生的主要原因。
2007, 31(4): 400-402,411.
摘要:
为了研究高功率固体激光器光束指向的漂移情况,根据原型装置打靶误差预算中各部分的权重,分析了主放光路输出光束允许的角度漂移误差,即主放输出光束的角漂不超过10.6μrad。实验中选取了其中的一束,主放远场测量系统在37min内共采集到了144发次的远场图像,在MATLAB编程中使用阈值法和重心法处理每帧远场图像,将光束的漂移量在x和y方向上分解,利用均方根的概率统计方法,计算得到了主放输出光束的角度漂移误差,x方向为3.47μrad,y方向为4.09μrad。实验结果表明,主放光路的稳定性达到了设计指标,能够满足打靶要求。
为了研究高功率固体激光器光束指向的漂移情况,根据原型装置打靶误差预算中各部分的权重,分析了主放光路输出光束允许的角度漂移误差,即主放输出光束的角漂不超过10.6μrad。实验中选取了其中的一束,主放远场测量系统在37min内共采集到了144发次的远场图像,在MATLAB编程中使用阈值法和重心法处理每帧远场图像,将光束的漂移量在x和y方向上分解,利用均方根的概率统计方法,计算得到了主放输出光束的角度漂移误差,x方向为3.47μrad,y方向为4.09μrad。实验结果表明,主放光路的稳定性达到了设计指标,能够满足打靶要求。
2007, 31(4): 403-405,441.
摘要:
为了了解激光加工各参数对激光自由成型制造实体金属零件成型精度的影响,采用了正交设计的实验安排。采用速度前瞻型的CNC连续插补模式,解决了薄壁金属样件制造中截面轮廓路径上激光线能量过大的问题,制造了成型良好的激光自由成型金属样件。结果表明,扫描速度和激光功率是影响成型精度的两个主要因素,前者的影响更显著。
为了了解激光加工各参数对激光自由成型制造实体金属零件成型精度的影响,采用了正交设计的实验安排。采用速度前瞻型的CNC连续插补模式,解决了薄壁金属样件制造中截面轮廓路径上激光线能量过大的问题,制造了成型良好的激光自由成型金属样件。结果表明,扫描速度和激光功率是影响成型精度的两个主要因素,前者的影响更显著。
2007, 31(4): 408-411.
摘要:
为了提高脉冲激光雷达的测距精度,研究了光束在空域为高斯光束、时域为钟型脉冲的激光雷达在恒电压幅度鉴别模式下,回波信号幅度变化和宽度变化对测距精度的影响。证明在一定范围内,由回波幅度变化所造成的测距误差与由回波脉宽变化引起的测距误差,随鉴别电平的取值不同,呈现出相反的变化趋势,即最佳信号门限比的存在,并导出了相应的计算公式。通过改变接收信号强度,对不同信噪比、不同信号门限比条件下大量测距实验结果进行了分析,验证了最佳信号门限比的存在。在一定的实验条件下,最佳信号门限比的取值在1.8附近,实验结果与理论计算吻合良好。这一研究结果为不同应用条件下,激光雷达鉴别电平的合理选取提供了依据。
为了提高脉冲激光雷达的测距精度,研究了光束在空域为高斯光束、时域为钟型脉冲的激光雷达在恒电压幅度鉴别模式下,回波信号幅度变化和宽度变化对测距精度的影响。证明在一定范围内,由回波幅度变化所造成的测距误差与由回波脉宽变化引起的测距误差,随鉴别电平的取值不同,呈现出相反的变化趋势,即最佳信号门限比的存在,并导出了相应的计算公式。通过改变接收信号强度,对不同信噪比、不同信号门限比条件下大量测距实验结果进行了分析,验证了最佳信号门限比的存在。在一定的实验条件下,最佳信号门限比的取值在1.8附近,实验结果与理论计算吻合良好。这一研究结果为不同应用条件下,激光雷达鉴别电平的合理选取提供了依据。
2007, 31(4): 419-422.
摘要:
为了研究激光深熔焊气孔的产生规律及抑制气孔的措施,采用脉冲CO2激光焊接的方法,得到了未焊透时焊缝气孔率和脉冲参数的关系。结果表明,在脉冲频率低于50Hz时,焊缝气孔随着脉冲频率的增加显著减少,当频率在50Hz~200Hz范围时,可以稳定地抑制焊缝气孔的产生。适当提高占空比有利于减少气孔数量。
为了研究激光深熔焊气孔的产生规律及抑制气孔的措施,采用脉冲CO2激光焊接的方法,得到了未焊透时焊缝气孔率和脉冲参数的关系。结果表明,在脉冲频率低于50Hz时,焊缝气孔随着脉冲频率的增加显著减少,当频率在50Hz~200Hz范围时,可以稳定地抑制焊缝气孔的产生。适当提高占空比有利于减少气孔数量。
2007, 31(4): 423-426.
摘要:
为了研究激光半主动制导中1.06μm和10.6μm两种红外激光的能量分布和其它参数,提出了一种通过摄取灰度图像进行测量的新方法。讨论了激光对靶面温度分布的影响、摄像机对回波信号的接收特性,并建立了测量过程中光-电-图像信号转换的数学模型。针对某型10.6μm激光指示器,依据模型对输出进行了仿真,得到了仿真灰度分布与真实灰度分布相似程度较好、其二维相关系数为0.88995的结果。结果表明,模型是正确的,可以采用此方法对这两种激光进行测试。
为了研究激光半主动制导中1.06μm和10.6μm两种红外激光的能量分布和其它参数,提出了一种通过摄取灰度图像进行测量的新方法。讨论了激光对靶面温度分布的影响、摄像机对回波信号的接收特性,并建立了测量过程中光-电-图像信号转换的数学模型。针对某型10.6μm激光指示器,依据模型对输出进行了仿真,得到了仿真灰度分布与真实灰度分布相似程度较好、其二维相关系数为0.88995的结果。结果表明,模型是正确的,可以采用此方法对这两种激光进行测试。
2007, 31(4): 427-430.
摘要:
为了了解CO2激光对玻璃加热的效果,研究石英玻璃在TEM00和TEM11两种模式激光作用下的差别。采用数值计算的方法,得到了石英玻璃在TEM00和TEM11两种模式激光作用下的温度和应力分布。结果表明,对石英玻璃预热时TEM11优于TEM00。
为了了解CO2激光对玻璃加热的效果,研究石英玻璃在TEM00和TEM11两种模式激光作用下的差别。采用数值计算的方法,得到了石英玻璃在TEM00和TEM11两种模式激光作用下的温度和应力分布。结果表明,对石英玻璃预热时TEM11优于TEM00。
2007, 31(4): 438-441.
摘要:
为了阐明腔长变化对测量的影响,在考虑入射光源光谱线宽的情况下,采用腔衰荡法和多光束干涉等有关理论,就两种极限情况下腔长变化对连续波腔衰荡法测量的影响进行了分析和数值模拟,并据此讨论了一般情况下腔长变化给测量带来的影响。分析表明,腔长变化主要使衰荡腔谐振频率变得不稳定,从而使得衰荡腔出射光功率及其衰荡特征发生变化,进而给测量带来严重误差,这将为分析该技术测量误差来源以及提高其测量精度提供理论指导。
为了阐明腔长变化对测量的影响,在考虑入射光源光谱线宽的情况下,采用腔衰荡法和多光束干涉等有关理论,就两种极限情况下腔长变化对连续波腔衰荡法测量的影响进行了分析和数值模拟,并据此讨论了一般情况下腔长变化给测量带来的影响。分析表明,腔长变化主要使衰荡腔谐振频率变得不稳定,从而使得衰荡腔出射光功率及其衰荡特征发生变化,进而给测量带来严重误差,这将为分析该技术测量误差来源以及提高其测量精度提供理论指导。
2007, 31(4): 445-448.
摘要:
为了研究热电致冷器模块对半导体激光器温度控制系统稳定性的影响,采用模拟比例-积分-微分(PID)网络作为系统的控制器,通过对PID控制网络的调整,优化了热电致冷模块的响应,并根据调整后的PID控制网络及各组成部分的特性建立系统的数学模型,分析了系统对单位阶跃输入的稳态误差和稳定性。经仿真比较,结果表明,优化后的系统具有很好的瞬态特性和稳定性。
为了研究热电致冷器模块对半导体激光器温度控制系统稳定性的影响,采用模拟比例-积分-微分(PID)网络作为系统的控制器,通过对PID控制网络的调整,优化了热电致冷模块的响应,并根据调整后的PID控制网络及各组成部分的特性建立系统的数学模型,分析了系统对单位阶跃输入的稳态误差和稳定性。经仿真比较,结果表明,优化后的系统具有很好的瞬态特性和稳定性。
