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RSS2015年 39卷 第2期
2015, 39(2): 145-151.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.001
[摘要]
[PDF 1301KB]
摘要:
光内送粉喷头是一种新型的激光熔覆同轴送粉喷头,具有空心光束、单根粉束指向性好、无干涉、光粉气一体同轴等优势。为了分析喷头倾斜角度和外层准直气流速对粉束汇聚特性的影响,采用FLUENT软件进行模拟计算,对喷头在空间变姿态作业过程中单喷嘴出口粉束的汇聚特性进行了理论分析和实验验证。结果表明,喷嘴出口粉末质量浓度分布沿x方向服从高斯分布,对称轴上沿-y方向质量浓度先基本保持恒定,后逐渐下降为0kg/m3;随喷头倾斜角度的增大,粉末汇聚长度h不断减小,h变化范围为11mm~17mm,偏移量Δx大致呈增大趋势,Δx变化范围为0.0mm~0.4mm;随外层准直气速度增加,汇聚长度h呈轻微上升趋势,h上升幅度为1mm~2mm,而偏移量Δx在不同倾斜角度范围内呈现出不同变化趋势,Δx变化幅度为0.05mm~0.15mm;实验数据与模拟结果变化趋势基本吻合。所建模型和模拟结果对于选择和优化实验工艺参量具有参考价值。
光内送粉喷头是一种新型的激光熔覆同轴送粉喷头,具有空心光束、单根粉束指向性好、无干涉、光粉气一体同轴等优势。为了分析喷头倾斜角度和外层准直气流速对粉束汇聚特性的影响,采用FLUENT软件进行模拟计算,对喷头在空间变姿态作业过程中单喷嘴出口粉束的汇聚特性进行了理论分析和实验验证。结果表明,喷嘴出口粉末质量浓度分布沿x方向服从高斯分布,对称轴上沿-y方向质量浓度先基本保持恒定,后逐渐下降为0kg/m3;随喷头倾斜角度的增大,粉末汇聚长度h不断减小,h变化范围为11mm~17mm,偏移量Δx大致呈增大趋势,Δx变化范围为0.0mm~0.4mm;随外层准直气速度增加,汇聚长度h呈轻微上升趋势,h上升幅度为1mm~2mm,而偏移量Δx在不同倾斜角度范围内呈现出不同变化趋势,Δx变化幅度为0.05mm~0.15mm;实验数据与模拟结果变化趋势基本吻合。所建模型和模拟结果对于选择和优化实验工艺参量具有参考价值。
2015, 39(2): 157-165.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.003
摘要:
为了实现激光超声技术对表面缺陷的定量检测,采用有限方法模拟了激光激发的表面波与表面开口矩形缺陷作用的复杂过程,比较了近场和远场两种不同激发方式下相同接收点的位移信号,发现远场激发下各种模式转换波和反射表面波能充分分离,有利于分析表面波与缺陷作用的复杂过程。在远场激发方式下分别探讨了表面波与缺陷前沿和后沿的作用过程,提取缺陷产生的散射回波特征,并用惠更斯原理分析其产生原因。最后研究了缺陷深度和宽度变化对散射回波特征的影响。结果表明,散射回波特征点到达时间差与缺陷深度和宽度有线性关系。该研究为反问题估算缺陷尺寸提供了理论依据。
为了实现激光超声技术对表面缺陷的定量检测,采用有限方法模拟了激光激发的表面波与表面开口矩形缺陷作用的复杂过程,比较了近场和远场两种不同激发方式下相同接收点的位移信号,发现远场激发下各种模式转换波和反射表面波能充分分离,有利于分析表面波与缺陷作用的复杂过程。在远场激发方式下分别探讨了表面波与缺陷前沿和后沿的作用过程,提取缺陷产生的散射回波特征,并用惠更斯原理分析其产生原因。最后研究了缺陷深度和宽度变化对散射回波特征的影响。结果表明,散射回波特征点到达时间差与缺陷深度和宽度有线性关系。该研究为反问题估算缺陷尺寸提供了理论依据。
2015, 39(2): 166-169.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.004
摘要:
为了提高大功率半导体激光器驱动系统输出的稳定性和可调性、改善输出光束的质量、延长使用寿命,利用差动放大电路原理,采用开路时间常数法对驱动电路的静态工作点和频响特性进行了理论分析和实验验证。结果表明,驱动电路在保证电流输出无过冲的前提下,可以实现峰值电流0A~60A、脉宽可调范围20μs至连续、重复频率500Hz~10kHz、最大功率130W的连续可调电流输出。该设计较传统方法提高了输出稳定性,拓宽了大功率电流输出时的脉宽和重频可调性,具有更优异的性能。
为了提高大功率半导体激光器驱动系统输出的稳定性和可调性、改善输出光束的质量、延长使用寿命,利用差动放大电路原理,采用开路时间常数法对驱动电路的静态工作点和频响特性进行了理论分析和实验验证。结果表明,驱动电路在保证电流输出无过冲的前提下,可以实现峰值电流0A~60A、脉宽可调范围20μs至连续、重复频率500Hz~10kHz、最大功率130W的连续可调电流输出。该设计较传统方法提高了输出稳定性,拓宽了大功率电流输出时的脉宽和重频可调性,具有更优异的性能。
2015, 39(2): 170-175.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.005
摘要:
为了准确模拟焊接过程中小孔的瞬态形成过程,采用水平集法追踪小孔气/液界面,运用混合理论处理固/液相变,建立了气、液、固三相耦合模型。该模型综合考虑了表面张力、浮力、反冲压力、固/液间摩擦力、潜热、对流以及辐射等影响因素,数值计算得到小孔演变的动态过程和孔内外金属蒸汽行为。模拟发现,小孔形貌瞬态变化,前后壁凹凸变形,逐渐趋于稳定,孔径约为1mm;金属蒸汽与小孔相互影响,最大蒸汽速率为5.3m/s。采用改进的"三明治"方法进行激光焊接实验验证,实验结果与模拟结果相吻合。结果表明,水平集法追踪小孔自由界面在激光深熔焊模拟中具有良好的适用性。这为小孔的研究提供了理论依据。
为了准确模拟焊接过程中小孔的瞬态形成过程,采用水平集法追踪小孔气/液界面,运用混合理论处理固/液相变,建立了气、液、固三相耦合模型。该模型综合考虑了表面张力、浮力、反冲压力、固/液间摩擦力、潜热、对流以及辐射等影响因素,数值计算得到小孔演变的动态过程和孔内外金属蒸汽行为。模拟发现,小孔形貌瞬态变化,前后壁凹凸变形,逐渐趋于稳定,孔径约为1mm;金属蒸汽与小孔相互影响,最大蒸汽速率为5.3m/s。采用改进的"三明治"方法进行激光焊接实验验证,实验结果与模拟结果相吻合。结果表明,水平集法追踪小孔自由界面在激光深熔焊模拟中具有良好的适用性。这为小孔的研究提供了理论依据。
2015, 39(2): 185-189.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.008
摘要:
为了研究太赫兹无损检测技术对复合材料与金属板黏合面粘接质量的检测能力,在隔热板上制造了不同特征的人工缺陷,并使用德国SynViewScan 300连续太赫兹波成像系统对样件进行了检测。结果表明,太赫兹波能够穿透复合材料,并获得复合材料与金属板的黏合面处的2维太赫兹图像,从图像中能够清晰地分辨出不同特征的缺陷。该研究结果为检测复合材料黏合质量及脱黏状况提供了有效的办法。
为了研究太赫兹无损检测技术对复合材料与金属板黏合面粘接质量的检测能力,在隔热板上制造了不同特征的人工缺陷,并使用德国SynViewScan 300连续太赫兹波成像系统对样件进行了检测。结果表明,太赫兹波能够穿透复合材料,并获得复合材料与金属板的黏合面处的2维太赫兹图像,从图像中能够清晰地分辨出不同特征的缺陷。该研究结果为检测复合材料黏合质量及脱黏状况提供了有效的办法。
2015, 39(2): 194-197.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.010
摘要:
为了提高碳酸钙晶体转子的转动频率,采用了激光微束驱动单轴双折射晶体使其产生旋转的方法,并改进了光致旋转的实验系统。对给定实验参量下的碳酸钙晶体转子的转动频率与其厚度和激光有效功率的变化关系进行了理论分析,通过实验测得了不同厚度碳酸钙晶体转子的转动频率值,并对影响转子转动频率的主要因素进行了详细讨论。结果表明,碳酸钙晶体转子的转动频率与其厚度呈现余弦变化关系,当入射有效激光功率为10mW时,测得其最大转动频率值为8.9Hz,实验结果与理论模拟基本吻合。该结论为微观范围内生物活细胞的颗粒分类、微纳机械转子的性能研究等提供了技术保障。
为了提高碳酸钙晶体转子的转动频率,采用了激光微束驱动单轴双折射晶体使其产生旋转的方法,并改进了光致旋转的实验系统。对给定实验参量下的碳酸钙晶体转子的转动频率与其厚度和激光有效功率的变化关系进行了理论分析,通过实验测得了不同厚度碳酸钙晶体转子的转动频率值,并对影响转子转动频率的主要因素进行了详细讨论。结果表明,碳酸钙晶体转子的转动频率与其厚度呈现余弦变化关系,当入射有效激光功率为10mW时,测得其最大转动频率值为8.9Hz,实验结果与理论模拟基本吻合。该结论为微观范围内生物活细胞的颗粒分类、微纳机械转子的性能研究等提供了技术保障。
2015, 39(2): 202-205.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.012
摘要:
为了改善激光打标系统中图像解算的拐点检测率,提高激光标刻质量,采用一种基于斜率差的拐点检测算法,进行了理论分析和实验验证。该算法计算出图像数据中相邻两点间偏移坐标的斜率,并以此相邻坐标点连线斜率之差作为判决条件检测提取拐点。结果表明,新算法较传统算法而言,在拐点检测更为准确的同时,具有较小的运算复杂度;应用该算法能够修正传统打标系统中存在的拐点工艺问题,使图像拐点在提取过程中能够更节省存储空间,减少了运算量。
为了改善激光打标系统中图像解算的拐点检测率,提高激光标刻质量,采用一种基于斜率差的拐点检测算法,进行了理论分析和实验验证。该算法计算出图像数据中相邻两点间偏移坐标的斜率,并以此相邻坐标点连线斜率之差作为判决条件检测提取拐点。结果表明,新算法较传统算法而言,在拐点检测更为准确的同时,具有较小的运算复杂度;应用该算法能够修正传统打标系统中存在的拐点工艺问题,使图像拐点在提取过程中能够更节省存储空间,减少了运算量。
2015, 39(2): 206-208.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.013
摘要:
为了减小在数控加工系统中工件位姿无法精确定位引起的加工误差,采用通过实时检测工件上2个点分别在实际工件坐标系下偏离理想坐标系的坐标来实现机械手自动校正的方法,阐述了工件坐标校正的数学模型、算法和算法程序设计的实现。结果表明,通过6组模拟数据得到位移误差不足0.01mm,角度误差不足0.02°,验证了该方法的正确性。
为了减小在数控加工系统中工件位姿无法精确定位引起的加工误差,采用通过实时检测工件上2个点分别在实际工件坐标系下偏离理想坐标系的坐标来实现机械手自动校正的方法,阐述了工件坐标校正的数学模型、算法和算法程序设计的实现。结果表明,通过6组模拟数据得到位移误差不足0.01mm,角度误差不足0.02°,验证了该方法的正确性。
2015, 39(2): 209-214.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.014
摘要:
为了揭示焊接参量对焊接质量的影响机理,优化焊接工艺参量,利用超景深显微镜和拉伸试验机对不同功率、焊接速率和材料厚度参量下的焊接强度进行了观察和测试。采用ABAQUS建立3维轴对称物理模型,对焊接过程中的温度分布进行了有限元模拟,并通过正交试验获得了各参量对焊接质量的影响规律。结果表明,激光功率是影响焊接强度的首要因素,其次是焊接速率,材料厚度影响最小;焊接过程中焊接温度越高,焊缝的宽度越大,可能导致熔池材料分解,焊缝中的气泡增多,影响焊接强度。
为了揭示焊接参量对焊接质量的影响机理,优化焊接工艺参量,利用超景深显微镜和拉伸试验机对不同功率、焊接速率和材料厚度参量下的焊接强度进行了观察和测试。采用ABAQUS建立3维轴对称物理模型,对焊接过程中的温度分布进行了有限元模拟,并通过正交试验获得了各参量对焊接质量的影响规律。结果表明,激光功率是影响焊接强度的首要因素,其次是焊接速率,材料厚度影响最小;焊接过程中焊接温度越高,焊缝的宽度越大,可能导致熔池材料分解,焊缝中的气泡增多,影响焊接强度。
2015, 39(2): 228-232.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.018
摘要:
为了解决冷轧硅钢生产线上现有的圆盘剪切边技术存在的微裂纹、应力、毛刺和边浪等问题,采用光纤激光器进行了高速切割工艺研究,并进行了理论分析与实验验证,得到了激光高速切割速率和质量数据。结果表明,激光功率为3000W时,可以得到高达400m/min的切割速率;高速切割过程中,由于小孔现象的存在以及切割前沿变得平坦,随着切割速率增加,切割速率增长幅度因子由1降为0.3,同时毛刺高度由5μm急剧增加至22μm,切割质量下降;采用光-气非同心切割方法进行切割,可以提高高速切割的切割质量,毛刺高度小于15μm。该研究对为激光高速切割技术提供理论支撑与技术指导是有帮助的。
为了解决冷轧硅钢生产线上现有的圆盘剪切边技术存在的微裂纹、应力、毛刺和边浪等问题,采用光纤激光器进行了高速切割工艺研究,并进行了理论分析与实验验证,得到了激光高速切割速率和质量数据。结果表明,激光功率为3000W时,可以得到高达400m/min的切割速率;高速切割过程中,由于小孔现象的存在以及切割前沿变得平坦,随着切割速率增加,切割速率增长幅度因子由1降为0.3,同时毛刺高度由5μm急剧增加至22μm,切割质量下降;采用光-气非同心切割方法进行切割,可以提高高速切割的切割质量,毛刺高度小于15μm。该研究对为激光高速切割技术提供理论支撑与技术指导是有帮助的。
2015, 39(2): 233-236.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.019
摘要:
为了使主振荡功率放大结构的ArF准分子激光器实现双腔同步放电,采用同步逻辑快速响应双腔放电时序,根据同步控制逻辑自动对双腔延时进行精密调节,使用四位二进制计数器实现粗调搜索,快速缩小双腔延时差,而使用通用数字可编程延时芯片来实现小精度延时调节。结果表明,双腔放电同步调节之后,放电时差稳定在23ns左右,同步抖动小于±3ns,满足4kHz高重复频率下主振荡功率放大结构准分子激光器同步控制的要求。
为了使主振荡功率放大结构的ArF准分子激光器实现双腔同步放电,采用同步逻辑快速响应双腔放电时序,根据同步控制逻辑自动对双腔延时进行精密调节,使用四位二进制计数器实现粗调搜索,快速缩小双腔延时差,而使用通用数字可编程延时芯片来实现小精度延时调节。结果表明,双腔放电同步调节之后,放电时差稳定在23ns左右,同步抖动小于±3ns,满足4kHz高重复频率下主振荡功率放大结构准分子激光器同步控制的要求。
2015, 39(2): 237-241.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.020
摘要:
为了实现高功率、高光束质量的激光输出,采用脉冲激光同步延时控制技术,将多束脉冲激光按时序合成一束脉冲激光,可用于产生大功率激光源。利用所设计的激光脉冲同步延时控制器,控制各个激光脉冲的时序,使按时序输出的多路激光脉冲依次通过光束合成装置,在空间合成为一束。在实验中将3束脉冲激光束合成,合成效率达到95.8%。结果表明,合束后的脉冲激光功率基本等于各束光相加的总和,同时保持了较好的光束质量。
为了实现高功率、高光束质量的激光输出,采用脉冲激光同步延时控制技术,将多束脉冲激光按时序合成一束脉冲激光,可用于产生大功率激光源。利用所设计的激光脉冲同步延时控制器,控制各个激光脉冲的时序,使按时序输出的多路激光脉冲依次通过光束合成装置,在空间合成为一束。在实验中将3束脉冲激光束合成,合成效率达到95.8%。结果表明,合束后的脉冲激光功率基本等于各束光相加的总和,同时保持了较好的光束质量。
2015, 39(2): 242-246.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.021
摘要:
为了满足刑侦过程中紫外光学系统远距离搜索、近距离拍照的需求,采用二元衍射元件和非球面元件,设计了一种日盲紫外机械补偿变焦光学系统,其中焦距为40mm~80mm,F数为4,工作波段为0.24μm~ 0.28μm。选用S8844-0909型2.54cm紫外CCD,像元尺寸为24μm×24μm,对应视场角为6°~12°。系统由7块透镜组成,结构简单、体积小巧。结果表明,在整个变焦范围内,后截距10mm处,截止空间频率21cycles/mm时,各视场的光学调制传递函数均在0.7以上,接近衍射受限曲线,畸变小于5%,像质优良,像面稳定。该设计能满足光学系统的总体设计要求。
为了满足刑侦过程中紫外光学系统远距离搜索、近距离拍照的需求,采用二元衍射元件和非球面元件,设计了一种日盲紫外机械补偿变焦光学系统,其中焦距为40mm~80mm,F数为4,工作波段为0.24μm~ 0.28μm。选用S8844-0909型2.54cm紫外CCD,像元尺寸为24μm×24μm,对应视场角为6°~12°。系统由7块透镜组成,结构简单、体积小巧。结果表明,在整个变焦范围内,后截距10mm处,截止空间频率21cycles/mm时,各视场的光学调制传递函数均在0.7以上,接近衍射受限曲线,畸变小于5%,像质优良,像面稳定。该设计能满足光学系统的总体设计要求。
2015, 39(2): 274-279.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.027
摘要:
为了提高不锈钢桨叶的表面耐磨蚀性能,采用激光合金化技术在1Cr18Ni9Ti不锈钢表面制备了Mn-Al2O3和Mn-Al2O3-NiWC合金化层,原位获得均由枝晶、共晶和未熔氧化铝颗粒组成的高锰钢基复合耐磨蚀涂层,并通过正交试验研究了两种合金化层的显微组织和耐磨蚀性能。结果表明,所有的正交参量下激光合金化Mn-Al2O3均可提高不锈钢的耐磨性,但耐蚀性有的提高,有的降低;参量因素对合金化层耐磨性的影响顺序为Al2O3添加量、扫描速率、激光功率,对耐蚀性的影响次序则恰恰相反;Al2O3添加量决定了Mn-Al2O3复合涂层中硬质相的含量,从而决定了涂层硬度和耐磨性;两种合金化层表面均发生晶界腐蚀、晶粒内和晶界处的点蚀,其耐蚀性与其多种组织、物相及各自的化学成分和耐蚀性及组织均匀性相关。
为了提高不锈钢桨叶的表面耐磨蚀性能,采用激光合金化技术在1Cr18Ni9Ti不锈钢表面制备了Mn-Al2O3和Mn-Al2O3-NiWC合金化层,原位获得均由枝晶、共晶和未熔氧化铝颗粒组成的高锰钢基复合耐磨蚀涂层,并通过正交试验研究了两种合金化层的显微组织和耐磨蚀性能。结果表明,所有的正交参量下激光合金化Mn-Al2O3均可提高不锈钢的耐磨性,但耐蚀性有的提高,有的降低;参量因素对合金化层耐磨性的影响顺序为Al2O3添加量、扫描速率、激光功率,对耐蚀性的影响次序则恰恰相反;Al2O3添加量决定了Mn-Al2O3复合涂层中硬质相的含量,从而决定了涂层硬度和耐磨性;两种合金化层表面均发生晶界腐蚀、晶粒内和晶界处的点蚀,其耐蚀性与其多种组织、物相及各自的化学成分和耐蚀性及组织均匀性相关。
2015, 39(2): 280-283.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.028
摘要:
为了研究硫氰酸铵溶液的喇曼光谱特征,采用Hartree-Fock方法在6-31G(d)基组水平上对硫氰酸根离子的几何结构进行了优化,并在此基础上计算了该离子的喇曼光谱,实验中测量了不同浓度的硫氰酸铵溶液的喇曼光谱,发现SCN-的浓度和对应的喇曼峰强度间存在线性关系。结果表明,SCN-的喇曼振动基频实验值(752cm-1)与理论值(740cm-1)的绝对偏差和相对误差都较小,而另一喇曼特征区域则出现不同程度的包络。该研究结果将有助于工业上硫氰酸铵溶液含量的测试。
为了研究硫氰酸铵溶液的喇曼光谱特征,采用Hartree-Fock方法在6-31G(d)基组水平上对硫氰酸根离子的几何结构进行了优化,并在此基础上计算了该离子的喇曼光谱,实验中测量了不同浓度的硫氰酸铵溶液的喇曼光谱,发现SCN-的浓度和对应的喇曼峰强度间存在线性关系。结果表明,SCN-的喇曼振动基频实验值(752cm-1)与理论值(740cm-1)的绝对偏差和相对误差都较小,而另一喇曼特征区域则出现不同程度的包络。该研究结果将有助于工业上硫氰酸铵溶液含量的测试。
2015, 39(2): 284-288.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.029
摘要:
为了对冷却羊肉表面细菌总数进行无损检测,采用不同波段范围高光谱成像系统结合多种建模方法建立预测模型,进行理论分析和实验验证。分别在400nm~110nm和900nm~1700nm波长范围内获取冷却羊肉样本的高光谱图像信息,结合偏最小二乘和人工神经网络(反向人工神经网络和径向基人工神经网络)建立预测模型。结果表明,神经网络建模效果优于偏最小二乘;其中,径向基人工神经网络模型在400nm~1100nm和900nm~1700nm波长范围内相关系数分别为0.9872和0.9988,均方根误差分别为0.8210和0.2507,预测效果最好;而900nm~1700nm波长范围为最佳建模波长。这一结果说明利用高光谱图像技术对冷却羊肉表面细菌总数进行快速无损检测是可行的。
为了对冷却羊肉表面细菌总数进行无损检测,采用不同波段范围高光谱成像系统结合多种建模方法建立预测模型,进行理论分析和实验验证。分别在400nm~110nm和900nm~1700nm波长范围内获取冷却羊肉样本的高光谱图像信息,结合偏最小二乘和人工神经网络(反向人工神经网络和径向基人工神经网络)建立预测模型。结果表明,神经网络建模效果优于偏最小二乘;其中,径向基人工神经网络模型在400nm~1100nm和900nm~1700nm波长范围内相关系数分别为0.9872和0.9988,均方根误差分别为0.8210和0.2507,预测效果最好;而900nm~1700nm波长范围为最佳建模波长。这一结果说明利用高光谱图像技术对冷却羊肉表面细菌总数进行快速无损检测是可行的。
2015, 39(2): 152-156.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.002
摘要:
为了实现实时数字全息显微观测,采用数字全息并行算法达到实时再现要求。首先根据设计的数字全息显微镜光路结构,充分利用图像传感器空间带宽积,通过实时记录方案采集全息图、物光强及参考光强以消除0级;然后通过设计的并行再现软件,将采集到的图像均匀分割为4个区域,交由4个进程分别同时计算,每个进程实现对应区域的全息图再现后,将每个再现结果再均分成4个区域,并将对应区域重新组合成4组数据交由4个进程分别同时进行叠加,计算相位及强度;最后将4个进程计算得到的相位、强度重新拼接成完整的再现强度及相位图。结果表明,系统的数据采集和图像再现速度达到了18frame/s。该设计系统实现了实时全息显微观测。
为了实现实时数字全息显微观测,采用数字全息并行算法达到实时再现要求。首先根据设计的数字全息显微镜光路结构,充分利用图像传感器空间带宽积,通过实时记录方案采集全息图、物光强及参考光强以消除0级;然后通过设计的并行再现软件,将采集到的图像均匀分割为4个区域,交由4个进程分别同时计算,每个进程实现对应区域的全息图再现后,将每个再现结果再均分成4个区域,并将对应区域重新组合成4组数据交由4个进程分别同时进行叠加,计算相位及强度;最后将4个进程计算得到的相位、强度重新拼接成完整的再现强度及相位图。结果表明,系统的数据采集和图像再现速度达到了18frame/s。该设计系统实现了实时全息显微观测。
2015, 39(2): 176-181.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.006
摘要:
为了研究彩色数字全息检测应用中波面重建方法对重建场质量与计算速度的影响,及不同波长记录的重建场的准确融合,采用理论分析及实验验证的方法,给出了不同色光物光重建场准确重叠的方法及彩色数字全息波面实时再现的详细过程,并分析比较了几种波面重建算法的特点及计算速率。结果表明,使用球面波为重建光的可变放大率波面重建算法能适应各种大小的物体,且可获得较高分辨率的像,并占用较少的计算时间,能较好适用于彩色数字全息检测应用。
为了研究彩色数字全息检测应用中波面重建方法对重建场质量与计算速度的影响,及不同波长记录的重建场的准确融合,采用理论分析及实验验证的方法,给出了不同色光物光重建场准确重叠的方法及彩色数字全息波面实时再现的详细过程,并分析比较了几种波面重建算法的特点及计算速率。结果表明,使用球面波为重建光的可变放大率波面重建算法能适应各种大小的物体,且可获得较高分辨率的像,并占用较少的计算时间,能较好适用于彩色数字全息检测应用。
2015, 39(2): 182-184.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.007
摘要:
长距离高速微弱光电探测技术在激光通信中应用广泛。为了在未被噪声湮没的环境中检测出所需的微弱信号,采用平衡探测技术对单管探测和平衡探测进行对比,并且对具体的平衡探测器电路进行了理论分析和仿真,得出了在一致性系数较大(k>0.6)时平衡探测器的信噪比优于单管探测的结论。从理论上分析了单管和双管探测的最小可探测光功率。结果表明,把平衡探测技术用于高速微弱光信号探测具有很大的优越性。
长距离高速微弱光电探测技术在激光通信中应用广泛。为了在未被噪声湮没的环境中检测出所需的微弱信号,采用平衡探测技术对单管探测和平衡探测进行对比,并且对具体的平衡探测器电路进行了理论分析和仿真,得出了在一致性系数较大(k>0.6)时平衡探测器的信噪比优于单管探测的结论。从理论上分析了单管和双管探测的最小可探测光功率。结果表明,把平衡探测技术用于高速微弱光信号探测具有很大的优越性。
2015, 39(2): 220-223.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.016
摘要:
为了更准确地研究温度对光纤Lyot型消偏器消偏性能的影响,根据参考文献中光纤消偏器的结构参量,使用保偏光纤熔接机等制作完成了光纤Lyot消偏器,在全温条件(-40℃~80℃)下,其偏振度P≤0.5%;同时搭建了恒温和变温条件下消偏器输出偏振度测试系统,并分析了偏振度改变产生的原因。结果表明,温度恒定在不同值时(-40℃和80℃),消偏器的输出偏振度基本保持不变;当温度按一定梯度升高或者降低时,消偏器的输出偏振度会随之改变。这对于光纤传感应用的研究具有一定的参考价值。
为了更准确地研究温度对光纤Lyot型消偏器消偏性能的影响,根据参考文献中光纤消偏器的结构参量,使用保偏光纤熔接机等制作完成了光纤Lyot消偏器,在全温条件(-40℃~80℃)下,其偏振度P≤0.5%;同时搭建了恒温和变温条件下消偏器输出偏振度测试系统,并分析了偏振度改变产生的原因。结果表明,温度恒定在不同值时(-40℃和80℃),消偏器的输出偏振度基本保持不变;当温度按一定梯度升高或者降低时,消偏器的输出偏振度会随之改变。这对于光纤传感应用的研究具有一定的参考价值。
2015, 39(2): 224-227.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.017
摘要:
为了在光纤通信网络中控制光的传播速度以实现全光路由及全光缓存,构建了耦合模传输模型,采用含时推移变量的传输矩阵方法,数值研究了光强控制下非线性布喇格光纤光栅(NLBG)的慢光特性。结果表明,NLBG禁带位置具有强烈的光强依赖性,入射光强的变化能够有效改变光的传输群速度,对于输出脉冲未展宽的情况,普遍可以得到100ps以上的输出脉冲时延,且当入射光强一定时,NLBG的长度变化对光的传播群速度也有显著的影响。
为了在光纤通信网络中控制光的传播速度以实现全光路由及全光缓存,构建了耦合模传输模型,采用含时推移变量的传输矩阵方法,数值研究了光强控制下非线性布喇格光纤光栅(NLBG)的慢光特性。结果表明,NLBG禁带位置具有强烈的光强依赖性,入射光强的变化能够有效改变光的传输群速度,对于输出脉冲未展宽的情况,普遍可以得到100ps以上的输出脉冲时延,且当入射光强一定时,NLBG的长度变化对光的传播群速度也有显著的影响。
2015, 39(2): 247-251.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.022
摘要:
为了实现红外视频降质图像高质量复原,采用一种基于改进脊波变换的图像复原算法来进行处理。该算法首先对降质图像进行改进脊波变换,然后提出一种具有加权改进自适应伪中值滤波算法对脊波系数进行处理,最后针对滤波后图像中时常出现的"环绕"现象,引入自适应Wiener滤波算法来抑制。进行了理论分析和实验验证,取得了相关模拟降质图像、真实降质图像以及峰值信噪比的测试数据。结果表明,该算法性能优于伪中值滤波以及两类脊波变换去噪算法。这对于实现红外视频降质图像复原研究是有帮助的。
为了实现红外视频降质图像高质量复原,采用一种基于改进脊波变换的图像复原算法来进行处理。该算法首先对降质图像进行改进脊波变换,然后提出一种具有加权改进自适应伪中值滤波算法对脊波系数进行处理,最后针对滤波后图像中时常出现的"环绕"现象,引入自适应Wiener滤波算法来抑制。进行了理论分析和实验验证,取得了相关模拟降质图像、真实降质图像以及峰值信噪比的测试数据。结果表明,该算法性能优于伪中值滤波以及两类脊波变换去噪算法。这对于实现红外视频降质图像复原研究是有帮助的。
2015, 39(2): 266-269.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.025
摘要:
为了提高数字全息重构的精度,采用希尔伯特变换的方法对数字全息位相重构进行了理论分析和实验验证。首先利用傅里叶变换滤除全息图中的0级项,然后运用希尔伯特变换对已经滤除0级项的全息图实现90°相移,并构造出解析信号,从而可以求出物体的包裹位相,最后利用最小二乘法进行位相解包裹得到物体的真实位相;并将希尔伯特变换法与常规傅里叶变换法重构的实验结果进行了对比和分析,获得了标准偏差的对比数据。结果表明,该方法比常规傅里叶变换法重构精度要高。这一结果对提高位相重构的精度是有帮助的。
为了提高数字全息重构的精度,采用希尔伯特变换的方法对数字全息位相重构进行了理论分析和实验验证。首先利用傅里叶变换滤除全息图中的0级项,然后运用希尔伯特变换对已经滤除0级项的全息图实现90°相移,并构造出解析信号,从而可以求出物体的包裹位相,最后利用最小二乘法进行位相解包裹得到物体的真实位相;并将希尔伯特变换法与常规傅里叶变换法重构的实验结果进行了对比和分析,获得了标准偏差的对比数据。结果表明,该方法比常规傅里叶变换法重构精度要高。这一结果对提高位相重构的精度是有帮助的。
2015, 39(2): 270-273.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.026
摘要:
为了减小噪声环境对量子隐形传态的影响,针对去相环境噪声,提出了一种基于免退纠缠态和量子错误避免代码技术的量子隐形传态抗噪方案。在该方案中,将免退纠缠态的四量子比特作为量子纠缠信道,被传输的量子信息编码到两个量子比特。结果表明,整个隐形传输过程不会受到去相环境噪声的影响,并且具有100%成功几率。该研究对量子通讯的发展是有帮助的。
为了减小噪声环境对量子隐形传态的影响,针对去相环境噪声,提出了一种基于免退纠缠态和量子错误避免代码技术的量子隐形传态抗噪方案。在该方案中,将免退纠缠态的四量子比特作为量子纠缠信道,被传输的量子信息编码到两个量子比特。结果表明,整个隐形传输过程不会受到去相环境噪声的影响,并且具有100%成功几率。该研究对量子通讯的发展是有帮助的。
2015, 39(2): 190-193.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.009
摘要:
为了获得结构简单、无需外加低温和强磁场的太赫兹隔离器,采用3维时域有限差分法对1种硅基光子晶体异质结结构的太赫兹隔离器进行了理论优化分析。该隔离器结构简单,可常温工作,并且无需外加磁场。结果表明,其隔离特性与两种光子晶体的孔径有关,在孔径比例合适(在0.52THz的最优化孔径比R1/R2=0.49)的情况下可以实现25dB的最大隔离度。
为了获得结构简单、无需外加低温和强磁场的太赫兹隔离器,采用3维时域有限差分法对1种硅基光子晶体异质结结构的太赫兹隔离器进行了理论优化分析。该隔离器结构简单,可常温工作,并且无需外加磁场。结果表明,其隔离特性与两种光子晶体的孔径有关,在孔径比例合适(在0.52THz的最优化孔径比R1/R2=0.49)的情况下可以实现25dB的最大隔离度。
2015, 39(2): 215-219.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.015
摘要:
为了研究沉积基片对激光驻波场的影响,基于半经典理论,采用4阶龙格-库塔算法对直边衍射效应影响下铬原子的3维运动轨迹和3维沉积条纹结构进行了仿真。研究了激光束腰中心到反射镜的距离、高斯激光束腰半径对最终沉积过程的影响。结果表明,通过适当地调节实验参量,可以改变激光驻波场受到衍射效应的程度;当反射镜位于激光束腰截面处、高斯激光束腰半径为62.5μm时,纳米沉积条纹的质量最理想。这将为原子光刻实验提供有益的理论依据和数据信息。
为了研究沉积基片对激光驻波场的影响,基于半经典理论,采用4阶龙格-库塔算法对直边衍射效应影响下铬原子的3维运动轨迹和3维沉积条纹结构进行了仿真。研究了激光束腰中心到反射镜的距离、高斯激光束腰半径对最终沉积过程的影响。结果表明,通过适当地调节实验参量,可以改变激光驻波场受到衍射效应的程度;当反射镜位于激光束腰截面处、高斯激光束腰半径为62.5μm时,纳米沉积条纹的质量最理想。这将为原子光刻实验提供有益的理论依据和数据信息。
2015, 39(2): 252-258.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.023
摘要:
结构光测量技术具有无接触、测量速度快、测量精度较高且成本较低等优点而被广泛应用到各个领域。结构光测量系统的精度取决于系统标定精度。综述了结构光测量系统的现有标定方法,即基于矩阵变换的摄影测量法、基于几何关系的三角测量法和多项式拟合法。摄影测量法可以进一步分为伪相机法、逆向相机法和光平面法。从误差扩散、对投影仪标定的依赖性、精密辅助标定装置、操作复杂度等方面对上述标定方法进行了对比。指出标定方法的研究趋势是从实验室方法向现场标定技术的转变,要求标定装置简单、标定过程便捷、标定时间快速且精度高。
结构光测量技术具有无接触、测量速度快、测量精度较高且成本较低等优点而被广泛应用到各个领域。结构光测量系统的精度取决于系统标定精度。综述了结构光测量系统的现有标定方法,即基于矩阵变换的摄影测量法、基于几何关系的三角测量法和多项式拟合法。摄影测量法可以进一步分为伪相机法、逆向相机法和光平面法。从误差扩散、对投影仪标定的依赖性、精密辅助标定装置、操作复杂度等方面对上述标定方法进行了对比。指出标定方法的研究趋势是从实验室方法向现场标定技术的转变,要求标定装置简单、标定过程便捷、标定时间快速且精度高。
2015, 39(2): 259-265.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.02.024
摘要:
激光-电弧复合焊接技术充分集成了激光焊接和电弧焊接两种工艺的优点,是一种新型优质的焊接技术,具有良好的工业应用前景。介绍了激光-电弧复合焊接的特点和激光与电弧的相互作用机制;总结了常见激光-电弧复合焊接技术的研究进展;最后对激光-电弧复合焊接技术在汽车车身制造中的应用情况进行了概述。
激光-电弧复合焊接技术充分集成了激光焊接和电弧焊接两种工艺的优点,是一种新型优质的焊接技术,具有良好的工业应用前景。介绍了激光-电弧复合焊接的特点和激光与电弧的相互作用机制;总结了常见激光-电弧复合焊接技术的研究进展;最后对激光-电弧复合焊接技术在汽车车身制造中的应用情况进行了概述。
