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RSS2012年 36卷 第4期
2012, 36(4): 433-437.
doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.001
[摘要]
[PDF 1168KB]
摘要:
为了研究声光调Q YAG脉冲激光在线修整青铜结合剂金刚石砂轮,采用数值仿真和试验相结合的方法,在考虑金刚石石墨化过程的基础上,通过有限元数值模拟的方法建立了3维单脉冲激光烧蚀金刚石磨粒的数学模型和传热模型,研究了脉冲激光参量(离焦量、脉宽和激光功率)对金刚石磨粒去除厚度的影响规律,为激光修整参量选择提供了指导。结果表明,激光功率、脉宽和离焦量是影响脉冲激光金刚石磨粒去除厚度的最直接的因素,金刚石磨粒去除厚度随着激光功率的增加而变大;随着脉宽的增加而减少;随着离焦量的增加而减少。借助CCD和激光三角位移测量仪对砂轮表面跳动进行在线监测、采用闭环控制系统控制Q开关,实现了砂轮的在线修整,获得了良好的地形地貌,降低了砂轮圆跳动度误差,达到良好的修整效果。
为了研究声光调Q YAG脉冲激光在线修整青铜结合剂金刚石砂轮,采用数值仿真和试验相结合的方法,在考虑金刚石石墨化过程的基础上,通过有限元数值模拟的方法建立了3维单脉冲激光烧蚀金刚石磨粒的数学模型和传热模型,研究了脉冲激光参量(离焦量、脉宽和激光功率)对金刚石磨粒去除厚度的影响规律,为激光修整参量选择提供了指导。结果表明,激光功率、脉宽和离焦量是影响脉冲激光金刚石磨粒去除厚度的最直接的因素,金刚石磨粒去除厚度随着激光功率的增加而变大;随着脉宽的增加而减少;随着离焦量的增加而减少。借助CCD和激光三角位移测量仪对砂轮表面跳动进行在线监测、采用闭环控制系统控制Q开关,实现了砂轮的在线修整,获得了良好的地形地貌,降低了砂轮圆跳动度误差,达到良好的修整效果。
2012, 36(4): 441-444.
doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.003
摘要:
为了研究不同反应方式的原位合成或直接添加所引入的碳化物增强相对碳化物强化铁基复合涂层耐磨性能的影响,采用CO2激光器在T10钢表面激光合金化制备TiC/Fe基复合涂层,对涂层的组织结构、显微硬度和耐磨性能进行了检测和分析。结果表明,合金化层组织致密无缺陷,由γ-CrFe7C0.5相+亚微米MC相(M=Ti,Cr,W)组成,其中奥氏体在磨损过程中由于加工硬化转变成马氏体;直接添加增强相的磨损失重是原位合成反应生成增强相的2倍～3倍;Ti+C化合反应生成的碳化物含量高于TiO2+C还原反应,耐磨性能更优异。该实验结果对制备TiC强化Fe基复合涂层时陶瓷相的最佳引入方式,有一定的指导借鉴作用。
为了研究不同反应方式的原位合成或直接添加所引入的碳化物增强相对碳化物强化铁基复合涂层耐磨性能的影响,采用CO2激光器在T10钢表面激光合金化制备TiC/Fe基复合涂层,对涂层的组织结构、显微硬度和耐磨性能进行了检测和分析。结果表明,合金化层组织致密无缺陷,由γ-CrFe7C0.5相+亚微米MC相(M=Ti,Cr,W)组成,其中奥氏体在磨损过程中由于加工硬化转变成马氏体;直接添加增强相的磨损失重是原位合成反应生成增强相的2倍～3倍;Ti+C化合反应生成的碳化物含量高于TiO2+C还原反应,耐磨性能更优异。该实验结果对制备TiC强化Fe基复合涂层时陶瓷相的最佳引入方式,有一定的指导借鉴作用。
2012, 36(4): 453-458.
doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.006
摘要:
为了研究5052铝合金激光焊接工艺,采用脉冲激光和连续激光分别对1.5mm厚的5052铝合金板进行了焊接,并对工艺参量进行了优化。通过对两种不同类型激光焊接试样的焊缝形貌的对比、微观组织的分析、抗拉强度和显微硬度测试,可知脉冲激光焊接对焊接接头气孔的控制更为理想,使得脉冲激光焊接所获得的焊接质量更加优异,与连续激光焊接相比,其接头的抗拉强度增加了10%。结果表明,脉冲激光焊接和连续激光焊接均可以使焊接试样得到较为理想的焊缝形貌和较高的抗拉强度。
为了研究5052铝合金激光焊接工艺,采用脉冲激光和连续激光分别对1.5mm厚的5052铝合金板进行了焊接,并对工艺参量进行了优化。通过对两种不同类型激光焊接试样的焊缝形貌的对比、微观组织的分析、抗拉强度和显微硬度测试,可知脉冲激光焊接对焊接接头气孔的控制更为理想,使得脉冲激光焊接所获得的焊接质量更加优异,与连续激光焊接相比,其接头的抗拉强度增加了10%。结果表明,脉冲激光焊接和连续激光焊接均可以使焊接试样得到较为理想的焊缝形貌和较高的抗拉强度。
2012, 36(4): 459-462.
doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.007
摘要:
为了实现叶绿素含量的无损检测研究,采用激光后向散射图像技术来测量小麦叶片光学特性参量的方法,进行了理论分析和实验验证。利用670nm和970nm的半导体激光器和视频成像系统获得了小麦叶片的激光后向散射图像,通过漫反射理论分析了叶片组织表面的漫射光分布和在这两个波长下绿叶、黄叶、干叶的激光后向散射图像的变化特征,取得了其光学特性参量数据(约化散射系数和吸收系数),并与叶片的叶绿素相对含量值建立对应的函数关系。结果表明,小麦叶片的光学特性参量与叶绿素相对含量值呈现线性相关,其中利用约化散射系数建立的叶绿素相对含量值预测模型中,预测集样本的相关系数为0.9095,预测均方根误差为5.9;利用吸收系数建立的叶绿素相对含量值预测模型中,预测集样本的相关系数为0.8366,预测均方根误差为7.5,说明激光后向散射图像技术测定植物叶绿素含量是可行的。这一结果对激光散射图像实现农作物长势诊断是有帮助的。
为了实现叶绿素含量的无损检测研究,采用激光后向散射图像技术来测量小麦叶片光学特性参量的方法,进行了理论分析和实验验证。利用670nm和970nm的半导体激光器和视频成像系统获得了小麦叶片的激光后向散射图像,通过漫反射理论分析了叶片组织表面的漫射光分布和在这两个波长下绿叶、黄叶、干叶的激光后向散射图像的变化特征,取得了其光学特性参量数据(约化散射系数和吸收系数),并与叶片的叶绿素相对含量值建立对应的函数关系。结果表明,小麦叶片的光学特性参量与叶绿素相对含量值呈现线性相关,其中利用约化散射系数建立的叶绿素相对含量值预测模型中,预测集样本的相关系数为0.9095,预测均方根误差为5.9;利用吸收系数建立的叶绿素相对含量值预测模型中,预测集样本的相关系数为0.8366,预测均方根误差为7.5,说明激光后向散射图像技术测定植物叶绿素含量是可行的。这一结果对激光散射图像实现农作物长势诊断是有帮助的。
2012, 36(4): 467-470.
doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.009
摘要:
为了使平面阵列激光微造型方法应用于工程技术领域,基于"单脉冲同点间隔多次"激光微造型新工艺,对平面阵列的加工方法进行了深入的分析研究,给出一种全新的扫描策略,对已有的加工方案进行了路径优化。由于采用该扫描策略进行"单脉冲同点间隔多次"激光微造型时,要求激光头对每行加工初始点进行精确定位,基于此,对工作台的定位问题进行了分析研究,给出了工作台精确定位流程图,并对该扫描策略的编程实现过程进行了分析研究,给出了路径优化后平面阵列加工过程流程图。结果表明,该扫描策略满足既定的"单脉冲同点间隔多次"激光微造型新工艺的加工要求,且能获得较好的微观形貌和表面质量。
为了使平面阵列激光微造型方法应用于工程技术领域,基于"单脉冲同点间隔多次"激光微造型新工艺,对平面阵列的加工方法进行了深入的分析研究,给出一种全新的扫描策略,对已有的加工方案进行了路径优化。由于采用该扫描策略进行"单脉冲同点间隔多次"激光微造型时,要求激光头对每行加工初始点进行精确定位,基于此,对工作台的定位问题进行了分析研究,给出了工作台精确定位流程图,并对该扫描策略的编程实现过程进行了分析研究,给出了路径优化后平面阵列加工过程流程图。结果表明,该扫描策略满足既定的"单脉冲同点间隔多次"激光微造型新工艺的加工要求,且能获得较好的微观形貌和表面质量。
2012, 36(4): 490-492.
doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.013
摘要:
为了研究沙漠、草地等具有连续分布特点的自然地物对星载激光测高仪回波特性的影响,以菲涅耳衍射理论为基础,建立连续地面物理模型,采用网格划分的方法,对地面平均高度以及地面高度均方差对回波形状、功率和脉冲宽度等特性的影响进行了数值模拟研究。结果表明,若地面高度均方差一定,地面平均高度的变化不会引起脉冲回波信号的变化,而地面高度均方差的变化会直接导致回波信号的变化。
为了研究沙漠、草地等具有连续分布特点的自然地物对星载激光测高仪回波特性的影响,以菲涅耳衍射理论为基础,建立连续地面物理模型,采用网格划分的方法,对地面平均高度以及地面高度均方差对回波形状、功率和脉冲宽度等特性的影响进行了数值模拟研究。结果表明,若地面高度均方差一定,地面平均高度的变化不会引起脉冲回波信号的变化,而地面高度均方差的变化会直接导致回波信号的变化。
2012, 36(4): 493-496.
doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.014
摘要:
为了分析复散射对气泡尾流衰减测量的影响,采用小角度辐射传输方程,引入了表征复散射效应强弱的校正因子,通过数值求解分析了典型的尾流气泡尺度分布和数密度条件下复散射校正因子与接收视场角、光学厚度、光束大小和接收截面大小等参量之间的关系。结果表明,接收视场角在前向小角度范围内的变化对复散射校正因子的影响很大,而视场角较大时对复散射校正因子的影响基本相同;光学厚度的变化对复散射校正因子的影响显著,且在光学厚度小于1时,影响更明显;接收截面大小的变化在光学厚度小于1时对复散射校正因子的影响很小,但在光学厚度较大时,对复散射校正因子的影响比较明显;光束大小的变化对复散射因子的影响相对较小,且在光束束腰较大时对复散射因子的影响基本不变。该研究为尾流光束衰减测量条件的选择和优化提供了理论依据。
为了分析复散射对气泡尾流衰减测量的影响,采用小角度辐射传输方程,引入了表征复散射效应强弱的校正因子,通过数值求解分析了典型的尾流气泡尺度分布和数密度条件下复散射校正因子与接收视场角、光学厚度、光束大小和接收截面大小等参量之间的关系。结果表明,接收视场角在前向小角度范围内的变化对复散射校正因子的影响很大,而视场角较大时对复散射校正因子的影响基本相同;光学厚度的变化对复散射校正因子的影响显著,且在光学厚度小于1时,影响更明显;接收截面大小的变化在光学厚度小于1时对复散射校正因子的影响很小,但在光学厚度较大时,对复散射校正因子的影响比较明显;光束大小的变化对复散射因子的影响相对较小,且在光束束腰较大时对复散射因子的影响基本不变。该研究为尾流光束衰减测量条件的选择和优化提供了理论依据。
2012, 36(4): 497-500.
doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.015
摘要:
为了研究保护气体对铝合金CO2激光-熔化极惰性气体保护电弧复合焊的焊缝成形和熔深等的影响,采用不同流量的He和Ar混合保护气体在5052铝合金板上进行激光-熔化极电弧复合焊工艺试验的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了焊缝成形、熔深、焊接电压等数据。结果表明,复合焊时采用单He气会造成熔化极惰性气体保护焊的电弧电压增大,电弧稳定性变差,从而影响铝合金CO2激光-熔化极惰性气体保护焊复合焊的熔深,少量的Ar气加入有利于改善焊缝表面质量和稳定电弧,提高焊缝熔深的效果,当V(Ar):V(He)=5:25时,熔深最大,但He气中加入大量的Ar气会降低焊缝熔深,甚至抑制激光深熔焊接;当采用纯Ar气作为保护气体时,虽然焊缝成形美观,但焊缝熔深很小。这一结果对铝合金CO2激光-熔化极惰性气体保护电弧复合焊焊缝成形质量分析具有较好的理论和工艺指导意义。
为了研究保护气体对铝合金CO2激光-熔化极惰性气体保护电弧复合焊的焊缝成形和熔深等的影响,采用不同流量的He和Ar混合保护气体在5052铝合金板上进行激光-熔化极电弧复合焊工艺试验的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了焊缝成形、熔深、焊接电压等数据。结果表明,复合焊时采用单He气会造成熔化极惰性气体保护焊的电弧电压增大,电弧稳定性变差,从而影响铝合金CO2激光-熔化极惰性气体保护焊复合焊的熔深,少量的Ar气加入有利于改善焊缝表面质量和稳定电弧,提高焊缝熔深的效果,当V(Ar):V(He)=5:25时,熔深最大,但He气中加入大量的Ar气会降低焊缝熔深,甚至抑制激光深熔焊接;当采用纯Ar气作为保护气体时,虽然焊缝成形美观,但焊缝熔深很小。这一结果对铝合金CO2激光-熔化极惰性气体保护电弧复合焊焊缝成形质量分析具有较好的理论和工艺指导意义。
2012, 36(4): 512-515.
doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.019
摘要:
为了获得大功率CO2激光功率分布的解析表达式,采用热敏纸测量大功率CO2激光器在不同功率和高度时的激光功率分布,用MATLAB软件对实验光斑进行图像处理,建立了数学模型模拟激光功率分布,并与采集光斑进行了比较。通过激光热处理实验及温度场计算验证激光功率分布模型,取得的实验结果和理论计算相符合。结果表明,采用热敏纸测量大功率CO2激光功率分布的方法是可行的。得到的功率分布的解析表达式可作为理论计算的条件,具有一定意义。
为了获得大功率CO2激光功率分布的解析表达式,采用热敏纸测量大功率CO2激光器在不同功率和高度时的激光功率分布,用MATLAB软件对实验光斑进行图像处理,建立了数学模型模拟激光功率分布,并与采集光斑进行了比较。通过激光热处理实验及温度场计算验证激光功率分布模型,取得的实验结果和理论计算相符合。结果表明,采用热敏纸测量大功率CO2激光功率分布的方法是可行的。得到的功率分布的解析表达式可作为理论计算的条件,具有一定意义。
2012, 36(4): 527-531.
doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.023
摘要:
为了揭示激光淬火预处理基体提高镀铬身管寿命的机理,采用多裂纹拉伸技术分别对激光淬火处理和激光未处理基体上的镀铬层界面剪切强度进行了测量,发现激光淬火基体可以提高镀铬层界面剪切强度77.7%,并从基体与铬层的界面材料结构和力学两个方面进行了分析。结果表明,激光预处理的界面是连续过渡的,而原始基体的界面存在一个过渡;激光淬火基体表面残余压应力的存在提高了铬层的断裂应力;基体表面硬度的提高减小了最大裂纹间距。
为了揭示激光淬火预处理基体提高镀铬身管寿命的机理,采用多裂纹拉伸技术分别对激光淬火处理和激光未处理基体上的镀铬层界面剪切强度进行了测量,发现激光淬火基体可以提高镀铬层界面剪切强度77.7%,并从基体与铬层的界面材料结构和力学两个方面进行了分析。结果表明,激光预处理的界面是连续过渡的,而原始基体的界面存在一个过渡;激光淬火基体表面残余压应力的存在提高了铬层的断裂应力;基体表面硬度的提高减小了最大裂纹间距。
2012, 36(4): 532-535.
doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.025
摘要:
为了研究相干度为零阶贝塞耳函数的部分相干平顶光束的光谱特性,采用广义惠更斯-菲涅耳公式推导了J0相关部分相干平顶光束通过湍流大气的光谱分布表达式,分析了大气折射率结构常数、平顶阶数、光源的中心频率、相干性参量以及谱宽对谱移的影响。结果表明,光源的中心频率、光谱宽度、空间相干参量、湍流强度对轴上谱移量影响较大;另外,随着湍流的增强,光谱位移量减小;在自由空间中,平顶光束的阶数越高,对谱移的影响就越大,但在湍流大气中阶数对谱移几乎没有影响。
为了研究相干度为零阶贝塞耳函数的部分相干平顶光束的光谱特性,采用广义惠更斯-菲涅耳公式推导了J0相关部分相干平顶光束通过湍流大气的光谱分布表达式,分析了大气折射率结构常数、平顶阶数、光源的中心频率、相干性参量以及谱宽对谱移的影响。结果表明,光源的中心频率、光谱宽度、空间相干参量、湍流强度对轴上谱移量影响较大;另外,随着湍流的增强,光谱位移量减小;在自由空间中,平顶光束的阶数越高,对谱移的影响就越大,但在湍流大气中阶数对谱移几乎没有影响。
2012, 36(4): 548-552.
doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.029
摘要:
为了实现对材料内部较深层缺陷的大小和深度的检测,采用弹性理论分析并结合离面位移数字散斑干涉实验的方法,分析了含内部缺陷试件的离面位移分布,并给出了理论解。同时用数字散斑干涉和数值仿真得出试件的离面位移,将3种方法得到的离面位移及其1阶导数的分布做了对比,由对比结果可知,理论、实验及仿真得到的结果非常吻合,并对误差做了分析。从实验得到离面位移的1阶导数可获得缺陷的大小,结合理论计算出缺陷的深度,二者的误差都在允许范围之内。结果表明,利用离面位移数字散斑干涉系统测量材料内部较深层缺陷具有很高的准确性。
为了实现对材料内部较深层缺陷的大小和深度的检测,采用弹性理论分析并结合离面位移数字散斑干涉实验的方法,分析了含内部缺陷试件的离面位移分布,并给出了理论解。同时用数字散斑干涉和数值仿真得出试件的离面位移,将3种方法得到的离面位移及其1阶导数的分布做了对比,由对比结果可知,理论、实验及仿真得到的结果非常吻合,并对误差做了分析。从实验得到离面位移的1阶导数可获得缺陷的大小,结合理论计算出缺陷的深度,二者的误差都在允许范围之内。结果表明,利用离面位移数字散斑干涉系统测量材料内部较深层缺陷具有很高的准确性。
2012, 36(4): 553-556.
doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.030
摘要:
为了提取出地面建筑物的特征点与特征线,采用平面拟合算法提取特征点的方法,对算法进行了理论分析和实验验证,得到了建筑物的特征点与特征线,并构建出该建筑物的边界线框图。结果表明,利用地面3维激光扫描技术,扫描得到建筑物的点云数据,并对点云数据进行处理,最终能够提取出建筑物的边界线。这对数字城市建设具有重大的意义。
为了提取出地面建筑物的特征点与特征线,采用平面拟合算法提取特征点的方法,对算法进行了理论分析和实验验证,得到了建筑物的特征点与特征线,并构建出该建筑物的边界线框图。结果表明,利用地面3维激光扫描技术,扫描得到建筑物的点云数据,并对点云数据进行处理,最终能够提取出建筑物的边界线。这对数字城市建设具有重大的意义。
2012, 36(4): 438-440.
doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.002
摘要:
为了实现高性能的光开关器件,提出了在马赫-曾德尔干涉仪的一端连上光纤布喇格光栅构成单通道光开关器件的方法,并针对该器件进行了理论模拟研究和实验验证,得出了该器件在波长1550nm处的光开关输出谱。结果表明,该器件具有结构简单、易于实现和性能良好等优点。
为了实现高性能的光开关器件,提出了在马赫-曾德尔干涉仪的一端连上光纤布喇格光栅构成单通道光开关器件的方法,并针对该器件进行了理论模拟研究和实验验证,得出了该器件在波长1550nm处的光开关输出谱。结果表明,该器件具有结构简单、易于实现和性能良好等优点。
2012, 36(4): 544-547.
doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.028
摘要:
为了消除掺铒光纤放大器的放大自发辐射噪声对分布式光纤温度传感器测温精度的影响,采用精确的修正公式进行温度解调是一种有效手段。通过分析掺铒光纤放大器的放大自发辐射噪声对系统产生的影响,并将计算的中间结果代入理论公式获得了修正后的温度解调公式。实验中分别采用理论公式和修正公式对温度进行分布式测量并获得了实验数据。结果表明,修正后的温度解调公式有效补偿了掺铒光纤放大器噪声引起的误差,并显著提高了系统的信噪比和测温精度;修正公式可将系统的整体测温精度提高到1℃～2℃;此外,实验中观察到多模光纤中喇曼背向自发散射同样会出现放大现象,这与单模光纤中的情形类似,且放大喇曼自发散射依然具有理想的温度效应。
为了消除掺铒光纤放大器的放大自发辐射噪声对分布式光纤温度传感器测温精度的影响,采用精确的修正公式进行温度解调是一种有效手段。通过分析掺铒光纤放大器的放大自发辐射噪声对系统产生的影响,并将计算的中间结果代入理论公式获得了修正后的温度解调公式。实验中分别采用理论公式和修正公式对温度进行分布式测量并获得了实验数据。结果表明,修正后的温度解调公式有效补偿了掺铒光纤放大器噪声引起的误差,并显著提高了系统的信噪比和测温精度;修正公式可将系统的整体测温精度提高到1℃～2℃;此外,实验中观察到多模光纤中喇曼背向自发散射同样会出现放大现象,这与单模光纤中的情形类似,且放大喇曼自发散射依然具有理想的温度效应。
2012, 36(4): 445-449.
doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.004
摘要:
为了得到o偏振光对光折变屏蔽光伏空间孤子影响的结果,基于单光子光折变效应理论模型,建立了有分压电阻和o偏振均匀背景光辐照的光伏光折变晶体中的屏蔽光伏空间孤子理论。结果表明,当外加电场和光伏场的取值使晶体中形成暗孤子时,仅改变o背景光与孤子光的有效glass系数之比即可在晶体中获得明孤子;孤子的强度半峰全宽随o背景光强度与暗辐射强度比值的增大而增大,随o背景光与孤子光电离截面的比值的增大而增大。这从理论上为实现光折变晶体中暗孤子到明孤子的转换提供了一种全新的思路。
为了得到o偏振光对光折变屏蔽光伏空间孤子影响的结果,基于单光子光折变效应理论模型,建立了有分压电阻和o偏振均匀背景光辐照的光伏光折变晶体中的屏蔽光伏空间孤子理论。结果表明,当外加电场和光伏场的取值使晶体中形成暗孤子时,仅改变o背景光与孤子光的有效glass系数之比即可在晶体中获得明孤子;孤子的强度半峰全宽随o背景光强度与暗辐射强度比值的增大而增大,随o背景光与孤子光电离截面的比值的增大而增大。这从理论上为实现光折变晶体中暗孤子到明孤子的转换提供了一种全新的思路。
2012, 36(4): 463-466.
doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.008
摘要:
为了研发一种应用于CO2探测激光雷达的全光纤宽带可调谐高功率光源,以CO2的超精确吸收谱为基础,结合外腔可调谐激光器和L波段光纤放大器,进行了理论分析和实验验证,取得了针对1572nm附近吸收峰的连续调谐窄线宽光源的数据,并通过铒镱双包层光纤放大器将输出光功率提升到瓦级以上。结果表明,光源输出功率大于10dBm,边模抑制比大于50dB,线宽500kHz左右,1572nm放大器最大增益可达25.13dB,输出光功率达到1W以上。该光源具有体积小、低功耗和低成本的优势,对实现更大范围的空间CO2浓度探测分析有一定的帮助。
为了研发一种应用于CO2探测激光雷达的全光纤宽带可调谐高功率光源,以CO2的超精确吸收谱为基础,结合外腔可调谐激光器和L波段光纤放大器,进行了理论分析和实验验证,取得了针对1572nm附近吸收峰的连续调谐窄线宽光源的数据,并通过铒镱双包层光纤放大器将输出光功率提升到瓦级以上。结果表明,光源输出功率大于10dBm,边模抑制比大于50dB,线宽500kHz左右,1572nm放大器最大增益可达25.13dB,输出光功率达到1W以上。该光源具有体积小、低功耗和低成本的优势,对实现更大范围的空间CO2浓度探测分析有一定的帮助。
2012, 36(4): 516-519.
doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.020
摘要:
为了分析目前国际上现有的两类高次谐波极紫外单阿秒脉冲产生技术——振幅选通技术和偏振选通技术在驱动脉冲场载波-包络相位设置方面的差异,基于这两类单脉冲产生技术基本原理并借助于高次谐波产生3步理论分析模型,半定量分析了这两类技术的驱动光场载波-包络相位依赖性及其差异。结果表明,两者的最佳驱动脉冲场载波-包络相位设置分别为0与0.5π,出现此差异的根本原因是高次谐波现象对驱动光场偏振度的高度依赖性。此分析结果对更短脉宽极紫外阿秒脉冲光源的产生和相关应用具有重要的参考价值。
为了分析目前国际上现有的两类高次谐波极紫外单阿秒脉冲产生技术——振幅选通技术和偏振选通技术在驱动脉冲场载波-包络相位设置方面的差异,基于这两类单脉冲产生技术基本原理并借助于高次谐波产生3步理论分析模型,半定量分析了这两类技术的驱动光场载波-包络相位依赖性及其差异。结果表明,两者的最佳驱动脉冲场载波-包络相位设置分别为0与0.5π,出现此差异的根本原因是高次谐波现象对驱动光场偏振度的高度依赖性。此分析结果对更短脉宽极紫外阿秒脉冲光源的产生和相关应用具有重要的参考价值。
2012, 36(4): 557-561.
doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.031
摘要:
为了探究色散管理孤子系统抗微小扰动的能力,从色散管理孤子的调制不稳定性出发,利用孤子传输满足的非线性薛定谔方程,采用线性稳定性分析和数值模拟,得到色散管理系统中调制不稳定性的增益谱;得出色散管理孤子各阶调制不稳定性的增益曲线,并分析了基阶调制不稳定性起主导作用的条件,讨论了色散图中路径平均色散值。结果表明,色散深度对基阶调制不稳定性增益谱有影响,在平均色散为负值的情况下,平均色散值βav(βav0)越大,色散波动幅度越小,基阶调制不稳定性的增益越小,更有利于抑制调制不稳定性增益;但将平均色散值降至更小时,调制不稳定性增益谱不再连续。
为了探究色散管理孤子系统抗微小扰动的能力,从色散管理孤子的调制不稳定性出发,利用孤子传输满足的非线性薛定谔方程,采用线性稳定性分析和数值模拟,得到色散管理系统中调制不稳定性的增益谱;得出色散管理孤子各阶调制不稳定性的增益曲线,并分析了基阶调制不稳定性起主导作用的条件,讨论了色散图中路径平均色散值。结果表明,色散深度对基阶调制不稳定性增益谱有影响,在平均色散为负值的情况下,平均色散值βav(βav0)越大,色散波动幅度越小,基阶调制不稳定性的增益越小,更有利于抑制调制不稳定性增益;但将平均色散值降至更小时,调制不稳定性增益谱不再连续。
2012, 36(4): 568-571.
doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.034
摘要:
为了获得束型、光强分布、光斑大小等满足激光应用需要的光束,根据由基尔霍夫衍射公式导出的高斯光束微圆孔衍射变换的计算式,探讨了高斯光束微圆孔菲涅耳衍射变换的束型转变及其影响因素,并利用MATLAB软件进行了计算模拟。结果表明,这种方法的可靠性和可行性有利于把激光束应用于激光工程、微光学和微光机电系统。
为了获得束型、光强分布、光斑大小等满足激光应用需要的光束,根据由基尔霍夫衍射公式导出的高斯光束微圆孔衍射变换的计算式,探讨了高斯光束微圆孔菲涅耳衍射变换的束型转变及其影响因素,并利用MATLAB软件进行了计算模拟。结果表明,这种方法的可靠性和可行性有利于把激光束应用于激光工程、微光学和微光机电系统。
2012, 36(4): 572-576.
doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.035
摘要:
为了研究Compton散射对未磁化等离子体调制不稳定性的影响,采用多光子非线性Compton散射模型,对Compton散射下的未磁化等离子体调制不稳定性进行了理论分析和实验验证,取得了散射对调制不稳定性的时间增长率、非线性色散和控制影响的重要数据,提出了将入射光和Compton散射光作为形成调制不稳定性的新机制。结果表明,Compton散射使未磁化等离子体的自调制不稳定性的最大时间增长率和激光自聚焦较散射前减小,等离子体截面附近处调制不稳定性的时间增长率较散射前增大。
为了研究Compton散射对未磁化等离子体调制不稳定性的影响,采用多光子非线性Compton散射模型,对Compton散射下的未磁化等离子体调制不稳定性进行了理论分析和实验验证,取得了散射对调制不稳定性的时间增长率、非线性色散和控制影响的重要数据,提出了将入射光和Compton散射光作为形成调制不稳定性的新机制。结果表明,Compton散射使未磁化等离子体的自调制不稳定性的最大时间增长率和激光自聚焦较散射前减小,等离子体截面附近处调制不稳定性的时间增长率较散射前增大。
2012, 36(4): 450-452.
doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.005
摘要:
硅基光电集成技术是当代高速信息化的重要发展方向之一。为了研究制备在硅衬底上的新型发光材料,突破Nd:YAG固体激光工作物质主要是晶体、透明陶瓷等固体形态的限制,采用电子束蒸发沉积工艺,在硅(100)衬底上制备了Nd:YAG薄膜,并对Nd:YAG薄膜的表面形貌、晶体结构、光学特性进行了测试。X射线和扫描电子显微镜测试结果显示,Nd:YAG薄膜经1100℃真空高温退火处理1h后有效结晶,采用钛蓝宝石激光器输出808nm激光激发,液氮冷却的InGaAs阵列探测器室温下得到Nd:YAG薄膜的1064nm主荧光峰的荧光光谱。结果表明,采用电子束蒸发沉积和后续高温退火工艺可以在硅衬底上制备Nd:YAG晶体薄膜。
硅基光电集成技术是当代高速信息化的重要发展方向之一。为了研究制备在硅衬底上的新型发光材料,突破Nd:YAG固体激光工作物质主要是晶体、透明陶瓷等固体形态的限制,采用电子束蒸发沉积工艺,在硅(100)衬底上制备了Nd:YAG薄膜,并对Nd:YAG薄膜的表面形貌、晶体结构、光学特性进行了测试。X射线和扫描电子显微镜测试结果显示,Nd:YAG薄膜经1100℃真空高温退火处理1h后有效结晶,采用钛蓝宝石激光器输出808nm激光激发,液氮冷却的InGaAs阵列探测器室温下得到Nd:YAG薄膜的1064nm主荧光峰的荧光光谱。结果表明,采用电子束蒸发沉积和后续高温退火工艺可以在硅衬底上制备Nd:YAG晶体薄膜。
2012, 36(4): 471-474.
doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.010
摘要:
为了获得更精确的光栅衍射效率,采用严格耦合波理论建立体布喇格光栅衍射机理模型,分析了运用严格耦合波理论实现体光栅的衍射效率计算,并利用正交Legendre多项式展开法求解耦合波方程,取得了体布喇格光栅衍射效率稳定的数值解,得到的仿真结果符合理论计算。结果表明,相对于矩阵法,该算法具有更好的收敛速率,且比Ko-gelnik耦合波理论解法更精确。
为了获得更精确的光栅衍射效率,采用严格耦合波理论建立体布喇格光栅衍射机理模型,分析了运用严格耦合波理论实现体光栅的衍射效率计算,并利用正交Legendre多项式展开法求解耦合波方程,取得了体布喇格光栅衍射效率稳定的数值解,得到的仿真结果符合理论计算。结果表明,相对于矩阵法,该算法具有更好的收敛速率,且比Ko-gelnik耦合波理论解法更精确。
2012, 36(4): 480-484.
doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.011
摘要:
为了得到平坦色散高非线性的光子晶体光纤,设计了一种用于新颖的八边形三包层光子晶体光纤结构,采用多极法研究了空气孔直径、孔间距对色散和非线性的影响。结果表明,色散值和非线性系数随着内层空气孔直径d1的增大整体逐渐减小;随着第3圈空气孔直径d3的逐渐增大,色散值逐渐增大,但非线性基本保持不变;第2圈及外圈空气孔直径的变化对色散及非线性的影响较小。通过合理调节结构参量,在1.46μm～1.73μm近270nm波段内,色散绝对值在0.5ps/(km·nm)范围内波动;在1.5μm～1.65μm近150nm范围内的非线性系数值介于42.5W-1·km-1～50W-1·km-1。这一结果对设计特定功能的光子晶体光纤提供了理论参考。
为了得到平坦色散高非线性的光子晶体光纤,设计了一种用于新颖的八边形三包层光子晶体光纤结构,采用多极法研究了空气孔直径、孔间距对色散和非线性的影响。结果表明,色散值和非线性系数随着内层空气孔直径d1的增大整体逐渐减小;随着第3圈空气孔直径d3的逐渐增大,色散值逐渐增大,但非线性基本保持不变;第2圈及外圈空气孔直径的变化对色散及非线性的影响较小。通过合理调节结构参量,在1.46μm～1.73μm近270nm波段内,色散绝对值在0.5ps/(km·nm)范围内波动;在1.5μm～1.65μm近150nm范围内的非线性系数值介于42.5W-1·km-1～50W-1·km-1。这一结果对设计特定功能的光子晶体光纤提供了理论参考。
2012, 36(4): 501-503.
doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.016
摘要:
为了研究氧化锌纳米棒的生长机理,先用脉冲激光沉积方法在玻璃衬底上制备一层氧化锌薄膜作为种子层,然后用水热法在种子层上生长氧化锌纳米棒,研究了不同反应时间对其结构、形貌及发光特性的影响。利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜测定样品的结构和形貌,用自组建的光致发光系统对样品的光致发光光谱进行了测量。结果表明,氧化锌纳米棒沿c轴高度取向并呈六角纤锌矿结构;随着生长时间的增加,氧化锌纳米棒结晶质量明显改善,纳米棒均匀、致密性和取向性均提高,样品的缺陷发光增强而激子发光减弱。
为了研究氧化锌纳米棒的生长机理,先用脉冲激光沉积方法在玻璃衬底上制备一层氧化锌薄膜作为种子层,然后用水热法在种子层上生长氧化锌纳米棒,研究了不同反应时间对其结构、形貌及发光特性的影响。利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜测定样品的结构和形貌,用自组建的光致发光系统对样品的光致发光光谱进行了测量。结果表明,氧化锌纳米棒沿c轴高度取向并呈六角纤锌矿结构;随着生长时间的增加,氧化锌纳米棒结晶质量明显改善,纳米棒均匀、致密性和取向性均提高,样品的缺陷发光增强而激子发光减弱。
2012, 36(4): 508-511.
doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.018
摘要:
为了研究2维正方晶格光子晶体的完全带隙特性,采用平面波展开方法模拟了两种结构2维光子晶体,在固定光子晶体周期常数a的前提下,研究了2维正方晶格光子晶体的完全禁带随柱半径和折射率的变化规律。结果表明,以空气为背景的锗介质柱组成的光子晶体,随着半径的增大,完全带隙宽度先增大后减小最后消失,填充比为38.3%时,同时增大介质柱的介电常数,在介质柱折射率为4.2处,完全带隙最大,带宽是0.02754(ωa/(2πc));以锗为背景的空气柱组成的光子晶体,光子禁带对应的无量纲频率随半径的增大而增大,填充比为48.3%时,同时增大背景介质的介电常数,出现多个完全带隙,在背景折射率为6.2处,完全禁带最大,带宽为0.02922(ωa/(2πc))。光子晶体带隙的频谱响应也表明了完全带隙的范围。这为大带隙2维正方晶格光子晶体的设计和制备提供了依据。
为了研究2维正方晶格光子晶体的完全带隙特性,采用平面波展开方法模拟了两种结构2维光子晶体,在固定光子晶体周期常数a的前提下,研究了2维正方晶格光子晶体的完全禁带随柱半径和折射率的变化规律。结果表明,以空气为背景的锗介质柱组成的光子晶体,随着半径的增大,完全带隙宽度先增大后减小最后消失,填充比为38.3%时,同时增大介质柱的介电常数,在介质柱折射率为4.2处,完全带隙最大,带宽是0.02754(ωa/(2πc));以锗为背景的空气柱组成的光子晶体,光子禁带对应的无量纲频率随半径的增大而增大,填充比为48.3%时,同时增大背景介质的介电常数,出现多个完全带隙,在背景折射率为6.2处,完全禁带最大,带宽为0.02922(ωa/(2πc))。光子晶体带隙的频谱响应也表明了完全带隙的范围。这为大带隙2维正方晶格光子晶体的设计和制备提供了依据。
2012, 36(4): 540-543.
doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.027
摘要:
为了分析高斯光束经衍射光栅后的衍射特性,采用标量衍射理论推导出单色高斯光束的夫琅禾费衍射公式,在此基础上采用高斯光束耦合理论研究了复色高斯光束在衍射光栅的分光作用下的滤波特性,并与平行平面光束通过衍射光栅的分光特性进行了比较。结果表明,单色高斯光束在能量分布上与因子T相关,并且复色光束的滤波带宽会收窄。这为设计和优化高性能光滤波器提供了理论参考。
为了分析高斯光束经衍射光栅后的衍射特性,采用标量衍射理论推导出单色高斯光束的夫琅禾费衍射公式,在此基础上采用高斯光束耦合理论研究了复色高斯光束在衍射光栅的分光作用下的滤波特性,并与平行平面光束通过衍射光栅的分光特性进行了比较。结果表明,单色高斯光束在能量分布上与因子T相关,并且复色光束的滤波带宽会收窄。这为设计和优化高性能光滤波器提供了理论参考。
2012, 36(4): 565-567.
doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.033
摘要:
为了提高菱体型消色差延迟器件的消色差精度,当光以两个波长设计点入射时,根据光的折射定律,并采用全内反射角θ和折射角r之和为固定值的方法,进行了双波长设计的理论分析。由于延迟误差为正负偏差,整个光谱区域内在两个波长设计点延迟量为90°,同时设计时对两个波长设计点的选择进行了优化,使λ/4相位延迟器的消色差精度大大提高。用LaK2玻璃对λ/4相位延迟器在360nm～1160nm的光谱区域内进行设计,取得了最大延迟误差小于0.02°的数据。结果表明,与其它两种设计方法相比,该方法不仅设计理论简化,而且具有更高的消色差精度。这一结果对设计高精度消色差延迟器是有帮助的。
为了提高菱体型消色差延迟器件的消色差精度,当光以两个波长设计点入射时,根据光的折射定律,并采用全内反射角θ和折射角r之和为固定值的方法,进行了双波长设计的理论分析。由于延迟误差为正负偏差,整个光谱区域内在两个波长设计点延迟量为90°,同时设计时对两个波长设计点的选择进行了优化,使λ/4相位延迟器的消色差精度大大提高。用LaK2玻璃对λ/4相位延迟器在360nm～1160nm的光谱区域内进行设计,取得了最大延迟误差小于0.02°的数据。结果表明,与其它两种设计方法相比,该方法不仅设计理论简化,而且具有更高的消色差精度。这一结果对设计高精度消色差延迟器是有帮助的。
2012, 36(4): 485-489.
doi: 10.3969/j.issn.1001-806.2012.04.012
摘要:
激光在大气中长距离传输时,即使湍流很弱也会产生强湍流效应。在强湍流效应中,一个重要的问题就是光波的相位不再是连续的,相位不连续性问题会引起现有的自适应光学校正能力的降低。介绍了相位不连续点产生的机理和基本性质,阐述了激光大气传输相位不连续性问题近年来的研究进展,为激光大气传输及自适应光学校正技术研究工作的更好开展提供了参考。
激光在大气中长距离传输时,即使湍流很弱也会产生强湍流效应。在强湍流效应中,一个重要的问题就是光波的相位不再是连续的,相位不连续性问题会引起现有的自适应光学校正能力的降低。介绍了相位不连续点产生的机理和基本性质,阐述了激光大气传输相位不连续性问题近年来的研究进展,为激光大气传输及自适应光学校正技术研究工作的更好开展提供了参考。
2012, 36(4): 531-531.
摘要:
流体直接冷却薄片型固体激光介质是美国通用原子公司"液体激光器"方案的核心思想,是固体激光实现十万瓦级高功率输出的有效途径。固液表面损耗、液体流场影响以及腔体附加损耗等,是此类激光器所面临的新问题。2012年5月中旬,清华大学的流体直接冷却固体激光器进行了首次整机实验,实现了激光输出。
流体直接冷却薄片型固体激光介质是美国通用原子公司"液体激光器"方案的核心思想,是固体激光实现十万瓦级高功率输出的有效途径。固液表面损耗、液体流场影响以及腔体附加损耗等,是此类激光器所面临的新问题。2012年5月中旬,清华大学的流体直接冷却固体激光器进行了首次整机实验,实现了激光输出。
