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RSS2019年 43卷 第3期
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[摘要]
[PDF 276KB]
2019, 43(3): 291-294.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.001
[HTML全文]
摘要:
为了研制光参量振荡器的单频制抽运源，采用偏压反馈的扫描-触发谐振探测技术，设计了种子注入的脉冲重复频率为500Hz的单端抽运键合Nd：YAG的电光调Q单频脉冲激光器，建立了单纵模振荡并进行了理论分析。结果表明，在抽运能量为36.8mJ时，输出单脉冲能量为8.4mJ，光光建模效率为23%，脉冲宽度为6.8ns，光束质量因子M2≈1.3，脉冲峰值功率为1.2MW；利用F-P标准具获得输出激光的干涉图样，经过1h观察，该激光器输出单纵模概率为100%。这一结果对于抽运光参量振荡器的研制是有帮助的。
为了研制光参量振荡器的单频制抽运源，采用偏压反馈的扫描-触发谐振探测技术，设计了种子注入的脉冲重复频率为500Hz的单端抽运键合Nd：YAG的电光调Q单频脉冲激光器，建立了单纵模振荡并进行了理论分析。结果表明，在抽运能量为36.8mJ时，输出单脉冲能量为8.4mJ，光光建模效率为23%，脉冲宽度为6.8ns，光束质量因子M2≈1.3，脉冲峰值功率为1.2MW；利用F-P标准具获得输出激光的干涉图样，经过1h观察，该激光器输出单纵模概率为100%。这一结果对于抽运光参量振荡器的研制是有帮助的。
2019, 43(3): 314-317.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.005
摘要:
为了获得固体激光器的高功率、高光束质量和高效率，采用理论分析的方法，建立了板条激光介质温度分布和冷却速率等热物理参量的模型，并以灯抽运钕玻璃板条固体激光器为例，进行了数值计算。结果表明，2维模型可以更精确地说明板条固体激光器的温度分布和冷却速率等热物理特征。该研究对高功率板条激光介质的设计具有一定的指导意义。
为了获得固体激光器的高功率、高光束质量和高效率，采用理论分析的方法，建立了板条激光介质温度分布和冷却速率等热物理参量的模型，并以灯抽运钕玻璃板条固体激光器为例，进行了数值计算。结果表明，2维模型可以更精确地说明板条固体激光器的温度分布和冷却速率等热物理特征。该研究对高功率板条激光介质的设计具有一定的指导意义。
2019, 43(3): 374-379.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.016
摘要:
熔融石英基片受高能激光辐照后，受热产生的热形变会恶化系统出射的光束质量。为了研究光束质量的恶化情况，采用COMSOL有限元分析软件，建立了在连续高能激光辐照下熔融石英基片热形变分析模型，并针对基片在不同的夹持方式下的热形变进行了比较分析，得到了基片受热后的温度分布和形变分布情况，并利用VirtualLab软件定量分析了熔融石英基片热形变对光束质量的影响。结果表明，采用四周固定的方式，热形变量是最小的；基片的热形变会对光束质量造成影响，激光辐照时间越长，热形变量越大，对光束质量影响越大；当基片被激光辐照20s后，采用夹板固定的基片最大形变量达到415.90nm，光束质量因子Mx2由1.0036恶化至1.4571；采用四周固定的基片最大形变量达到98.38nm，光束质量因子Mx2由1.0036恶化至1.0064。这一结果对后续激光合束系统搭建以及光束质量优化有重要的指导意义。
熔融石英基片受高能激光辐照后，受热产生的热形变会恶化系统出射的光束质量。为了研究光束质量的恶化情况，采用COMSOL有限元分析软件，建立了在连续高能激光辐照下熔融石英基片热形变分析模型，并针对基片在不同的夹持方式下的热形变进行了比较分析，得到了基片受热后的温度分布和形变分布情况，并利用VirtualLab软件定量分析了熔融石英基片热形变对光束质量的影响。结果表明，采用四周固定的方式，热形变量是最小的；基片的热形变会对光束质量造成影响，激光辐照时间越长，热形变量越大，对光束质量影响越大；当基片被激光辐照20s后，采用夹板固定的基片最大形变量达到415.90nm，光束质量因子Mx2由1.0036恶化至1.4571；采用四周固定的基片最大形变量达到98.38nm，光束质量因子Mx2由1.0036恶化至1.0064。这一结果对后续激光合束系统搭建以及光束质量优化有重要的指导意义。
2019, 43(3): 406-410.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.022
摘要:
为了了解带宽对厄米-高斯光束的聚焦特性和焦移的影响，采用衍射积分推导了TEM11模和TEM22模厄米-高斯光束通过受光阑限制色散透镜的传输公式，并利用数值计算对聚焦光强分布进行了研究，分析了带宽对两种模式焦移的影响。结果表明，TEM11模和TEM22模厄米-高斯光束的焦移量都会随带宽增大而增大，但两者的大小依赖相对带宽；当相对带宽小于0.25时，TEM22模焦移量大于TEM11模焦移量，然而相对带宽大于0.25时，后者会稍大于前者；带宽变化使TEM22模轴上光强主极大和次极大发生消长，从而引起轴上光强极大位置发生跃变。该研究结果对宽带厄米-高斯光束的应用具有一定的参考价值。
为了了解带宽对厄米-高斯光束的聚焦特性和焦移的影响，采用衍射积分推导了TEM11模和TEM22模厄米-高斯光束通过受光阑限制色散透镜的传输公式，并利用数值计算对聚焦光强分布进行了研究，分析了带宽对两种模式焦移的影响。结果表明，TEM11模和TEM22模厄米-高斯光束的焦移量都会随带宽增大而增大，但两者的大小依赖相对带宽；当相对带宽小于0.25时，TEM22模焦移量大于TEM11模焦移量，然而相对带宽大于0.25时，后者会稍大于前者；带宽变化使TEM22模轴上光强主极大和次极大发生消长，从而引起轴上光强极大位置发生跃变。该研究结果对宽带厄米-高斯光束的应用具有一定的参考价值。
2019, 43(3): 421-426.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.025
摘要:
为了研究合束效率与二向色镜的反射性质之间的关系，通过建立多层膜系粗糙表面反射模型，采用模拟仿真的方法对用于光谱合束的大陡度二向色镜反射率曲线进行了计算分析，结合光纤激光器光谱曲线得到了合束效率的仿真结果。对不同角度二向色镜表面面形与反射率、合束效率的关系进行了分析，对二向色镜合束系统的稳定性进行了模拟讨论，并对二向色镜的部分参量提出了要求。结果表明，使用小角度二向色镜可以获得10kW以上的输出功率，合束效率达97%。这一结果对二向色镜参量的提高是有帮助的。
为了研究合束效率与二向色镜的反射性质之间的关系，通过建立多层膜系粗糙表面反射模型，采用模拟仿真的方法对用于光谱合束的大陡度二向色镜反射率曲线进行了计算分析，结合光纤激光器光谱曲线得到了合束效率的仿真结果。对不同角度二向色镜表面面形与反射率、合束效率的关系进行了分析，对二向色镜合束系统的稳定性进行了模拟讨论，并对二向色镜的部分参量提出了要求。结果表明，使用小角度二向色镜可以获得10kW以上的输出功率，合束效率达97%。这一结果对二向色镜参量的提高是有帮助的。
2019, 43(3): 432-436.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.027
摘要:
为了研究无衍射光波在特异材质内的传输特性，实现更优良的光波通信，将传统右手材料和双负折射率材料相结合，提出了一种轴向阶跃变化周期圆形介质结构。基于广义惠更斯-菲涅耳光学积分公式，结合光学传输矩阵，分析了艾里光束在这种传输媒质中出射表面光强分布特性和侧面传输光强分布图；分析了负折射率参量对这类光波演变的影响及其补偿机理；分析了实现输出光波完美还原时，负折射率大小同介质单元长度的定量关系。结果表明，当介质孔径逐渐减小时，有限艾里光束衍射效应越来越严重，并且出射光强外形轮廓逐渐从艾里光束过渡到高斯光束；当双负折射率材料的折射率nl的绝对值大于右手材料的折射率nr时，出射表面实现光波完美还原的双负折射率材料单元层越长，反之则越短。该研究对分析周期或准周期轴向阶跃变化的圆形平板介质光波通信是有帮助的。
为了研究无衍射光波在特异材质内的传输特性，实现更优良的光波通信，将传统右手材料和双负折射率材料相结合，提出了一种轴向阶跃变化周期圆形介质结构。基于广义惠更斯-菲涅耳光学积分公式，结合光学传输矩阵，分析了艾里光束在这种传输媒质中出射表面光强分布特性和侧面传输光强分布图；分析了负折射率参量对这类光波演变的影响及其补偿机理；分析了实现输出光波完美还原时，负折射率大小同介质单元长度的定量关系。结果表明，当介质孔径逐渐减小时，有限艾里光束衍射效应越来越严重，并且出射光强外形轮廓逐渐从艾里光束过渡到高斯光束；当双负折射率材料的折射率nl的绝对值大于右手材料的折射率nr时，出射表面实现光波完美还原的双负折射率材料单元层越长，反之则越短。该研究对分析周期或准周期轴向阶跃变化的圆形平板介质光波通信是有帮助的。
2019, 43(3): 295-300.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.002
摘要:
为了提高304不锈钢表面抛光质量，采用激光化学复合抛光的方法分别在纯净水和抛光液中对304不锈钢进行抛光实验研究，并对1064nm激光的加工功率和扫描次数对加工区域表面形貌和表面质量的影响进行了分析。气泡对抛光液在不锈钢表面形成的钝化膜产生破坏作用，造成抛光效果不均匀，表面粗糙度增大。结果表明，在抛光液中的激光抛光在抑制表面氧化发黑的同时，能够显著改善表面形貌，表面粗糙度由0.845μm下降到0.181μm；激光化学复合抛光304不锈钢表面质量与抛光功率和扫描次数有密切关系；当抛光功率过高或者扫描次数过大时，304不锈钢表面会产生大量气泡。采用激光化学复合抛光，可以提高不锈钢抛光质量、减少环境污染，该方法具有极大的应用前景。
为了提高304不锈钢表面抛光质量，采用激光化学复合抛光的方法分别在纯净水和抛光液中对304不锈钢进行抛光实验研究，并对1064nm激光的加工功率和扫描次数对加工区域表面形貌和表面质量的影响进行了分析。气泡对抛光液在不锈钢表面形成的钝化膜产生破坏作用，造成抛光效果不均匀，表面粗糙度增大。结果表明，在抛光液中的激光抛光在抑制表面氧化发黑的同时，能够显著改善表面形貌，表面粗糙度由0.845μm下降到0.181μm；激光化学复合抛光304不锈钢表面质量与抛光功率和扫描次数有密切关系；当抛光功率过高或者扫描次数过大时，304不锈钢表面会产生大量气泡。采用激光化学复合抛光，可以提高不锈钢抛光质量、减少环境污染，该方法具有极大的应用前景。
2019, 43(3): 301-306.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.003
摘要:
为了解决传统铝合金焊接接头气孔数量多、晶粒粗大及力学性能差的问题，以5083-O铝合金为研究对象，进行了超声振动辅助激光-电弧复合焊接试验。研究了超声振动对铝合金焊缝气孔数量、微观组织及抗拉强度的影响，并探讨了超声波在焊接熔池中对气孔排出和组织细化的作用机理。结果表明，超声辅助焊接的焊缝气孔数量显著降低，主要归功于超声空化效应降低了铝合金熔体中的氢浓度，并促进气泡的快速逸出；超声波的空化效应和声流效应改变了熔体的压力、温度以及流动状态，使熔池的结晶条件发生改变，从而通过提高形核率和破碎枝晶细化了焊缝晶粒组织；施加超声振动后的焊缝平均拉伸强度由242.9MPa提高到270MPa，且断裂位置发生在热影响区，主要是因为焊缝区气孔减少和组织细化。此研究对深入理解铝合金焊接过程中缺陷形成机理及提高接头强度是有帮助的。
为了解决传统铝合金焊接接头气孔数量多、晶粒粗大及力学性能差的问题，以5083-O铝合金为研究对象，进行了超声振动辅助激光-电弧复合焊接试验。研究了超声振动对铝合金焊缝气孔数量、微观组织及抗拉强度的影响，并探讨了超声波在焊接熔池中对气孔排出和组织细化的作用机理。结果表明，超声辅助焊接的焊缝气孔数量显著降低，主要归功于超声空化效应降低了铝合金熔体中的氢浓度，并促进气泡的快速逸出；超声波的空化效应和声流效应改变了熔体的压力、温度以及流动状态，使熔池的结晶条件发生改变，从而通过提高形核率和破碎枝晶细化了焊缝晶粒组织；施加超声振动后的焊缝平均拉伸强度由242.9MPa提高到270MPa，且断裂位置发生在热影响区，主要是因为焊缝区气孔减少和组织细化。此研究对深入理解铝合金焊接过程中缺陷形成机理及提高接头强度是有帮助的。
2019, 43(3): 307-313.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.004
摘要:
异种相容聚合物因温度属性差异导致焊接效果不佳，为提高其激光透射焊接强度，采用了在激光透射焊接时辅助使用红外加热灯加热具有较高熔融温度的上层材料而改善焊接强度的新方法。从光学属性、温度属性、相容性和上层材料吸热测试4个方面对可焊性进行了理论和实验分析；采用响应面法进行工艺参量优化，取得了最佳工艺参量组合；使用3维显微镜研究了焊件断面形貌及失效形式，并分析了焊缝处气泡对焊接性能的影响。结果表明，使用红外加热灯辅助焊接的最大剪切力能达到激光直接透射焊接时的1.5倍左右。红外加热灯的辅助加热作用是有效解决异种聚合物因温度属性差异大而导致焊接效果不理想问题的一种新途径。
异种相容聚合物因温度属性差异导致焊接效果不佳，为提高其激光透射焊接强度，采用了在激光透射焊接时辅助使用红外加热灯加热具有较高熔融温度的上层材料而改善焊接强度的新方法。从光学属性、温度属性、相容性和上层材料吸热测试4个方面对可焊性进行了理论和实验分析；采用响应面法进行工艺参量优化，取得了最佳工艺参量组合；使用3维显微镜研究了焊件断面形貌及失效形式，并分析了焊缝处气泡对焊接性能的影响。结果表明，使用红外加热灯辅助焊接的最大剪切力能达到激光直接透射焊接时的1.5倍左右。红外加热灯的辅助加热作用是有效解决异种聚合物因温度属性差异大而导致焊接效果不理想问题的一种新途径。
2019, 43(3): 335-340.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.009
摘要:
为了减小现有小型旋翼类无飞机飞行过程中卫星/惯性组合导航系统的制导误差，提高其导航系统定位精确度，提出2维位置敏感探测器激光制导与机载卫星/惯性组合导航系统结合的新型导航系统方案。该系统利用1064nm红外脉冲激光作为引导光源，采用中间飞行段卫星/惯性导航、末端飞行段激光照射制导结合的方式，进行了理论分析和对比实验验证。结果表明，在室外飞行环境和室内强、弱、正常光照飞行环境下，该系统始终保持较高的定位精度和结果一致性；相对比其它现有制导方式，该系统的探测频率始终保持5kHz、定位精度始终保持其圆形概率误差处于0.10m数量级，取得了较好的定位实验结果。该系统具有鲁棒性强、电路简单、探测灵活、高速精确的特征，对无人机末端制导具有重要意义。
为了减小现有小型旋翼类无飞机飞行过程中卫星/惯性组合导航系统的制导误差，提高其导航系统定位精确度，提出2维位置敏感探测器激光制导与机载卫星/惯性组合导航系统结合的新型导航系统方案。该系统利用1064nm红外脉冲激光作为引导光源，采用中间飞行段卫星/惯性导航、末端飞行段激光照射制导结合的方式，进行了理论分析和对比实验验证。结果表明，在室外飞行环境和室内强、弱、正常光照飞行环境下，该系统始终保持较高的定位精度和结果一致性；相对比其它现有制导方式，该系统的探测频率始终保持5kHz、定位精度始终保持其圆形概率误差处于0.10m数量级，取得了较好的定位实验结果。该系统具有鲁棒性强、电路简单、探测灵活、高速精确的特征，对无人机末端制导具有重要意义。
2019, 43(3): 341-346.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.010
摘要:
为了进行高压输电线路安全检测分析，基于机载激光雷达（LiDAR）电力走廊数据，提出了一种基于密度的空间聚类方法（DBSCAN）的电力线激光点云单条分割提取算法。通过该方法可以实现输电走廊中单条电力线的快速分割提取。首先对电力线点云在x-O-y平面上投影，对投影后的激光点采用最小二乘法进行直线拟合；其次通过计算输电走廊长度，采用经验参量进行电力线点云分段；再次对分段点云在投影平面内进行DBSCAN聚类；最后将分段聚类结果类别归一化，得到单条电力线激光点云数据。结果表明，采用该方法能够在只需经验参量分段宽度的情况下，快速准确地对电力线激光点云进行分割提取，并根据分割结果进行电力线与电力走廊地物距离计算，判断危险点类型及距离。所提出的方法具有较高的提取与测量精度，能够有效地应用于电力线安全检测分析。
为了进行高压输电线路安全检测分析，基于机载激光雷达（LiDAR）电力走廊数据，提出了一种基于密度的空间聚类方法（DBSCAN）的电力线激光点云单条分割提取算法。通过该方法可以实现输电走廊中单条电力线的快速分割提取。首先对电力线点云在x-O-y平面上投影，对投影后的激光点采用最小二乘法进行直线拟合；其次通过计算输电走廊长度，采用经验参量进行电力线点云分段；再次对分段点云在投影平面内进行DBSCAN聚类；最后将分段聚类结果类别归一化，得到单条电力线激光点云数据。结果表明，采用该方法能够在只需经验参量分段宽度的情况下，快速准确地对电力线激光点云进行分割提取，并根据分割结果进行电力线与电力走廊地物距离计算，判断危险点类型及距离。所提出的方法具有较高的提取与测量精度，能够有效地应用于电力线安全检测分析。
2019, 43(3): 353-358.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.012
摘要:
为了初步探究淮南地区大气SO2及NO2的不同时空分布特征，采用自研的差分吸收激光雷达系统测得某地（淮南地区）部分月份大气SO2及NO2气体浓度分布廓线，并选取其中典型实例从气体水平浓度日变化、垂直浓度变化以及水平浓度月变化3个方面分析了SO2及NO2分布特点。结果表明，同一天夜晚时刻，SO2及NO2气体浓度大于下午时刻的气体浓度；SO2及NO2气体垂直浓度随高度增加呈递减趋势；SO2及NO2气体水平浓度月变化变现为冬季月份气体浓度最大，夏季月份气体浓度最小，春、秋季月份次之。SO2及NO2浓度变化特征是人群活动和气象条件变化共同作用的结果。
为了初步探究淮南地区大气SO2及NO2的不同时空分布特征，采用自研的差分吸收激光雷达系统测得某地（淮南地区）部分月份大气SO2及NO2气体浓度分布廓线，并选取其中典型实例从气体水平浓度日变化、垂直浓度变化以及水平浓度月变化3个方面分析了SO2及NO2分布特点。结果表明，同一天夜晚时刻，SO2及NO2气体浓度大于下午时刻的气体浓度；SO2及NO2气体垂直浓度随高度增加呈递减趋势；SO2及NO2气体水平浓度月变化变现为冬季月份气体浓度最大，夏季月份气体浓度最小，春、秋季月份次之。SO2及NO2浓度变化特征是人群活动和气象条件变化共同作用的结果。
2019, 43(3): 359-362.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.013
摘要:
在传统的喇曼光谱检测过程中，喇曼光谱的有效信号有时会被荧光背景淹没，难以识别。为了准确、有效地分离差分信号和基线偏差，将差分喇曼技术和误差反向传播神经网络算法相结合，提出了差分喇曼解调和去噪算法，并进行了理论和实验验证。对市售的百草枯、补肾丸、机油以及海洛因等荧光较强的物质进行了检测分析。结果表明，可以得到有效的物质喇曼特征谱图。很好地解决了目前行业应用中检测的难题。
在传统的喇曼光谱检测过程中，喇曼光谱的有效信号有时会被荧光背景淹没，难以识别。为了准确、有效地分离差分信号和基线偏差，将差分喇曼技术和误差反向传播神经网络算法相结合，提出了差分喇曼解调和去噪算法，并进行了理论和实验验证。对市售的百草枯、补肾丸、机油以及海洛因等荧光较强的物质进行了检测分析。结果表明，可以得到有效的物质喇曼特征谱图。很好地解决了目前行业应用中检测的难题。
2019, 43(3): 363-368.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.014
摘要:
为了建立醇类汽油定性定量分析判别的通用模型，采用WQF-510A傅里叶变换红外光谱仪与OPUS光谱采集软件获得甲醇汽油、乙醇汽油的中红外光谱。利用主成分（PC）分析和偏最小二乘（PLS）判别法对醇类汽油样品进行定性判别；通过无信息变量消除进行波段筛选，并基于无信息变量消除-偏最小二乘（UVE-PLS）和无信息变量消除-最小二乘支持向量机（UVE-LSSVM）两种方法分别建立醇类汽油的通用模型后用数据进行评价检验。结果表明，利用PC和DPLS对醇类汽油样品定性判别准确率达到100%；基于UVE-LSSVM方法建立的通用模型效果最好，决定系数和预测集均方根误差分别为0.945和2.187。该研究表明醇类汽油定性定量分析判别通用模型是可行的，该模型可以作为醇类汽油醇含量检测的技术参考和理论依据。
为了建立醇类汽油定性定量分析判别的通用模型，采用WQF-510A傅里叶变换红外光谱仪与OPUS光谱采集软件获得甲醇汽油、乙醇汽油的中红外光谱。利用主成分（PC）分析和偏最小二乘（PLS）判别法对醇类汽油样品进行定性判别；通过无信息变量消除进行波段筛选，并基于无信息变量消除-偏最小二乘（UVE-PLS）和无信息变量消除-最小二乘支持向量机（UVE-LSSVM）两种方法分别建立醇类汽油的通用模型后用数据进行评价检验。结果表明，利用PC和DPLS对醇类汽油样品定性判别准确率达到100%；基于UVE-LSSVM方法建立的通用模型效果最好，决定系数和预测集均方根误差分别为0.945和2.187。该研究表明醇类汽油定性定量分析判别通用模型是可行的，该模型可以作为醇类汽油醇含量检测的技术参考和理论依据。
2019, 43(3): 369-373.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.015
摘要:
为了提升激光可控断裂法切割玻璃的质量，研究了6.45μm激光照射浮法玻璃后材料的温度变化。利用激光输出的连续功率计算了6.45μm激光照射玻璃后的温度分布，并通过实验验证了该模型的正确性；模拟对比了相同激光参量下6.45μm激光和10.6μm激光加热玻璃后的温度场，通过实验获得了光滑、无表面裂纹的切割样品。结果表明，6.45μm激光产生的表面温度低于10.6μm激光；6.45μm激光可以利用热裂法获得高质量切割端面。该研究对中红外激光玻璃切割的模型建立和方案优化具有一定的帮助。
为了提升激光可控断裂法切割玻璃的质量，研究了6.45μm激光照射浮法玻璃后材料的温度变化。利用激光输出的连续功率计算了6.45μm激光照射玻璃后的温度分布，并通过实验验证了该模型的正确性；模拟对比了相同激光参量下6.45μm激光和10.6μm激光加热玻璃后的温度场，通过实验获得了光滑、无表面裂纹的切割样品。结果表明，6.45μm激光产生的表面温度低于10.6μm激光；6.45μm激光可以利用热裂法获得高质量切割端面。该研究对中红外激光玻璃切割的模型建立和方案优化具有一定的帮助。
2019, 43(3): 380-386.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.017
摘要:
为了研究离焦量对激光填丝焊熔滴过渡及相关特征的影响，获得稳定过渡模式，借助高速摄像系统观察了不同离焦量下的熔滴过渡行为，并将其分为液桥过渡、混合过渡和滴状过渡3种类型进行了分析。结果表明，离焦量为-1mm和+3mm时的液桥过渡模式可以保证焊接过程的稳定性，获得的焊缝质量良好，焊缝截面无气孔等缺陷；而离焦量为+5mm时的过渡模式为滴状过渡，此时焊接稳定性最差，焊接过程中匙孔会完全闭合，焊缝表面成形不规则，焊缝截面底部出现大的气孔。该研究结果对实际生产有指导作用。
为了研究离焦量对激光填丝焊熔滴过渡及相关特征的影响，获得稳定过渡模式，借助高速摄像系统观察了不同离焦量下的熔滴过渡行为，并将其分为液桥过渡、混合过渡和滴状过渡3种类型进行了分析。结果表明，离焦量为-1mm和+3mm时的液桥过渡模式可以保证焊接过程的稳定性，获得的焊缝质量良好，焊缝截面无气孔等缺陷；而离焦量为+5mm时的过渡模式为滴状过渡，此时焊接稳定性最差，焊接过程中匙孔会完全闭合，焊缝表面成形不规则，焊缝截面底部出现大的气孔。该研究结果对实际生产有指导作用。
2019, 43(3): 387-391.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.018
摘要:
为了快速准确测量共振光声池的谐振频率，采用基于共振声谱的光声池谐振频率测量法，搭建了光声光谱检测系统和共振声谱检测系统。对影响测量准确性的因素进行了实验分析。在不同气体体积分数的情况下，分别采用共振声谱法和光声信号强度标定法测量光声池的谐振频率。结果表明，共振声谱法测量的光声池共振频率与声信号激励电压、声源传播距离及角度无关；在5种不同体积分数的乙炔气体条件下，所测得的光声池谐振频率与通过光声信号强度法的结果最大偏差为1.1Hz，可认为两种方法测量结果具有一致性。该方法简单快速、可靠和准确，可用于确定光声池谐振频率。
为了快速准确测量共振光声池的谐振频率，采用基于共振声谱的光声池谐振频率测量法，搭建了光声光谱检测系统和共振声谱检测系统。对影响测量准确性的因素进行了实验分析。在不同气体体积分数的情况下，分别采用共振声谱法和光声信号强度标定法测量光声池的谐振频率。结果表明，共振声谱法测量的光声池共振频率与声信号激励电压、声源传播距离及角度无关；在5种不同体积分数的乙炔气体条件下，所测得的光声池谐振频率与通过光声信号强度法的结果最大偏差为1.1Hz，可认为两种方法测量结果具有一致性。该方法简单快速、可靠和准确，可用于确定光声池谐振频率。
2019, 43(3): 392-396.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.019
摘要:
为了减少激光熔覆技术中因温度梯度大而产生的熔覆层裂纹，在激光熔覆过程中采用预热基体的方法来减小温度梯度。采用ANSYS软件建立45#钢基材上激光熔覆镍基金属粉末的多道搭接温度场有限元模型，通过热电偶测温验证模型的可靠性，利用建立的有限元模型分析熔覆层在熔覆过程中熔覆层边缘的温度梯度变化规律以及基材预热温度对熔覆层温度梯度的影响。结果表明，最大温度梯度位于熔覆层与基体结合界面的边缘，使得此处成为金属熔池凝固的极端条件，导致此处极易产生裂纹；在基材预热为200℃时，可以显著降低熔覆层凝固过程中的温度梯度，温度梯度的降低越明显，越能有效地抑制裂纹产生。通过模拟与实验的结合为实际激光熔覆制造提供了切实可行的参考依据。
为了减少激光熔覆技术中因温度梯度大而产生的熔覆层裂纹，在激光熔覆过程中采用预热基体的方法来减小温度梯度。采用ANSYS软件建立45#钢基材上激光熔覆镍基金属粉末的多道搭接温度场有限元模型，通过热电偶测温验证模型的可靠性，利用建立的有限元模型分析熔覆层在熔覆过程中熔覆层边缘的温度梯度变化规律以及基材预热温度对熔覆层温度梯度的影响。结果表明，最大温度梯度位于熔覆层与基体结合界面的边缘，使得此处成为金属熔池凝固的极端条件，导致此处极易产生裂纹；在基材预热为200℃时，可以显著降低熔覆层凝固过程中的温度梯度，温度梯度的降低越明显，越能有效地抑制裂纹产生。通过模拟与实验的结合为实际激光熔覆制造提供了切实可行的参考依据。
2019, 43(3): 397-400.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.020
摘要:
为了研究纯钛薄板激光对焊接头性能，采用光纤激光器及其配备的机器人组成的焊接系统对其进行了焊接试验，通过测试接头拉伸性能、扩孔率及杯突值，综合评价离焦量对接头性能的影响，并揭示了接头显微组织构成。结果表明，接头拉伸及成形性能均低于母材，离焦量对拉伸性能无直接影响，在一定范围内，接头成形性能随离焦量升高呈现上升趋势，当离焦量为+20mm时，接头拉伸性能及成形性能最佳；焊缝区显微组织为粗大α晶粒+锯齿状α晶粒+少量针状α晶粒，针状α晶粒的存在有利于提高接头的成形性能，热影响区显微组织构成为不规则的粗大α晶粒+锯齿状α晶粒，热影响区晶粒尺寸低于焊缝区晶粒尺寸。该研究对纯钛激光焊接具有一定的理论指导意义。
为了研究纯钛薄板激光对焊接头性能，采用光纤激光器及其配备的机器人组成的焊接系统对其进行了焊接试验，通过测试接头拉伸性能、扩孔率及杯突值，综合评价离焦量对接头性能的影响，并揭示了接头显微组织构成。结果表明，接头拉伸及成形性能均低于母材，离焦量对拉伸性能无直接影响，在一定范围内，接头成形性能随离焦量升高呈现上升趋势，当离焦量为+20mm时，接头拉伸性能及成形性能最佳；焊缝区显微组织为粗大α晶粒+锯齿状α晶粒+少量针状α晶粒，针状α晶粒的存在有利于提高接头的成形性能，热影响区显微组织构成为不规则的粗大α晶粒+锯齿状α晶粒，热影响区晶粒尺寸低于焊缝区晶粒尺寸。该研究对纯钛激光焊接具有一定的理论指导意义。
2019, 43(3): 411-416.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.023
摘要:
增材制造（3-D打印）作为一种近净成形技术，为钛合金薄壁件高质量毛坯制造提供了新途径，但在薄壁件成形过程中产生的变形与残余应力会影响试件的成形质量与后续加工。为了解决这一问题，采用激光选区熔化成形TC4钛合金薄壁件，研究了激光功率、扫描速率、薄壁厚度和扫描路径方向对试件变形与残余应力的影响，测量了试件不同深度的表面残余应力。结果表明，变形主要在薄壁件顶层两侧，最大残余应力主要分布在试件底层与薄壁件中间；当激光功率为180W、扫描速率为1200mm/s时，试件变形最小；当壁厚为0.6mm、扫描路径方向45°时，试件残余应力最小；薄壁件的未处理表面残余应力大于内层表面残余应力。该研究为钛合金薄壁高质量毛坯制造提供了技术帮助。
增材制造（3-D打印）作为一种近净成形技术，为钛合金薄壁件高质量毛坯制造提供了新途径，但在薄壁件成形过程中产生的变形与残余应力会影响试件的成形质量与后续加工。为了解决这一问题，采用激光选区熔化成形TC4钛合金薄壁件，研究了激光功率、扫描速率、薄壁厚度和扫描路径方向对试件变形与残余应力的影响，测量了试件不同深度的表面残余应力。结果表明，变形主要在薄壁件顶层两侧，最大残余应力主要分布在试件底层与薄壁件中间；当激光功率为180W、扫描速率为1200mm/s时，试件变形最小；当壁厚为0.6mm、扫描路径方向45°时，试件残余应力最小；薄壁件的未处理表面残余应力大于内层表面残余应力。该研究为钛合金薄壁高质量毛坯制造提供了技术帮助。
2019, 43(3): 427-431.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.026
摘要:
为了对比分析TiO2-AgNPs薄膜与银胶纳米颗粒溶液两种表面增强喇曼光谱散射（SERS）基底对中药溶液样品的SERS增强效果，选取中药附子溶液作为实验样品，分别采用两种SERS基底通过喇曼散射实验取得其表面增量喇曼光谱，并进行了解析对比。结果表明，TiO2-AgNPs薄膜与银胶纳米颗粒溶液两种SERS基底都对中药附子溶液的喇曼散射光谱起到了明显的增强作用；TiO2-AgNPs薄膜的增强效果相对于银胶纳米颗粒溶液更为敏感，如在喇曼位移1398cm-1的相对峰强比，TiO2-AgNPs薄膜基底为27.85%，银胶纳米颗粒溶液基底为11.97%，但其具有易氧化、可用时间短、制备难度大、可重复性不高等缺点，因此更适于样品成分的精确鉴定，银胶纳米颗粒溶液具有制备更简单、使用时间长、稳定性和重复性好等优点，适于大量样品成分确定对比的检测；两种基底对中药溶液样品的SERS增强各有优势。此结果对国内外利用SERS技术分析中药有效成分的基底选择有一定参考作用。
为了对比分析TiO2-AgNPs薄膜与银胶纳米颗粒溶液两种表面增强喇曼光谱散射（SERS）基底对中药溶液样品的SERS增强效果，选取中药附子溶液作为实验样品，分别采用两种SERS基底通过喇曼散射实验取得其表面增量喇曼光谱，并进行了解析对比。结果表明，TiO2-AgNPs薄膜与银胶纳米颗粒溶液两种SERS基底都对中药附子溶液的喇曼散射光谱起到了明显的增强作用；TiO2-AgNPs薄膜的增强效果相对于银胶纳米颗粒溶液更为敏感，如在喇曼位移1398cm-1的相对峰强比，TiO2-AgNPs薄膜基底为27.85%，银胶纳米颗粒溶液基底为11.97%，但其具有易氧化、可用时间短、制备难度大、可重复性不高等缺点，因此更适于样品成分的精确鉴定，银胶纳米颗粒溶液具有制备更简单、使用时间长、稳定性和重复性好等优点，适于大量样品成分确定对比的检测；两种基底对中药溶液样品的SERS增强各有优势。此结果对国内外利用SERS技术分析中药有效成分的基底选择有一定参考作用。
2019, 43(3): 318-323.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.006
摘要:
为了提高激光扫描数据的后处理速度和显示效率，采用了并行化阈值分割构建八叉树结构、对海量点云进行分块处理的方法。基于高差的数据抽稀方法，逐层精简八叉树叶节点中的数据，保存在八叉树外存结构中，构建点云多分辨率细节层次模型。采用视点变化与分页数据库结合的内外存调度策略，对一组电力巡线直升机获取的激光扫描点云数据进行实验验证。结果表明，该方法在八叉树构建速度和海量点云数据显示效率上的优越性，可以很好地满足电力巡线的时效性需求。
为了提高激光扫描数据的后处理速度和显示效率，采用了并行化阈值分割构建八叉树结构、对海量点云进行分块处理的方法。基于高差的数据抽稀方法，逐层精简八叉树叶节点中的数据，保存在八叉树外存结构中，构建点云多分辨率细节层次模型。采用视点变化与分页数据库结合的内外存调度策略，对一组电力巡线直升机获取的激光扫描点云数据进行实验验证。结果表明，该方法在八叉树构建速度和海量点云数据显示效率上的优越性，可以很好地满足电力巡线的时效性需求。
2019, 43(3): 324-328.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.007
摘要:
为了验证用于测量物体表面形貌的双圈同轴型光纤传感器的数学模型的可行性、优化新结构光纤传感器中的参量以提高光纤传感器线性测量范围和灵敏度，采用了不影响调制特性曲线前坡数据的镜子纸作为反射面进行试验验证，并对新结构的光纤传感器进行了理论分析和数学建模，然后采用粒子群算法对新结构中的倾斜角度进行了优化。结果表明，以镜子纸为反射面所得的试验曲线与仿真调制特性曲线吻合，证明了用于测量物体表面形貌的双圈同轴型光纤传感器的数学模型的可行性；经粒子群算法优化后的倾斜角度为2.33°，此时前坡线性测量区间和灵敏度分别是倾斜角为零时的1.14倍和1.89倍。新结构的双圈同轴型光纤传感器展现出了良好的测量性能和应用前景。
为了验证用于测量物体表面形貌的双圈同轴型光纤传感器的数学模型的可行性、优化新结构光纤传感器中的参量以提高光纤传感器线性测量范围和灵敏度，采用了不影响调制特性曲线前坡数据的镜子纸作为反射面进行试验验证，并对新结构的光纤传感器进行了理论分析和数学建模，然后采用粒子群算法对新结构中的倾斜角度进行了优化。结果表明，以镜子纸为反射面所得的试验曲线与仿真调制特性曲线吻合，证明了用于测量物体表面形貌的双圈同轴型光纤传感器的数学模型的可行性；经粒子群算法优化后的倾斜角度为2.33°，此时前坡线性测量区间和灵敏度分别是倾斜角为零时的1.14倍和1.89倍。新结构的双圈同轴型光纤传感器展现出了良好的测量性能和应用前景。
2019, 43(3): 329-334.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.008
摘要:
为了提高自由空间光/射频（FSO/RF）混合通信链路的性能，采用混合低密度奇偶校验（LDPC）编码与副载波相移键控/正交振幅调制（PSK/QAM）联合调制的方法，对不同传输比例下混合系统的误比特率性能进行了仿真分析，取得了不同信道条件下单链路和混合链路传输方案的误比特率数据。结果表明，在弱中强湍流条件下采用副载波二进制相移键控（BPSK）调制，相比开关键控（OOK）调制可获得大约4.4dB~5.2dB的增益。采用软切换的混合LDPC编码与副载波BPSK/16QAM调制方案，依据链路状态调整比例为1：1和3：1时，不同湍流强度下可获得大约0.3dB~7.4dB的性能增益。这一研究结果对于提高FSO/RF混合通信系统的全天候高效可靠传输性能具有重要的参考价值。
为了提高自由空间光/射频（FSO/RF）混合通信链路的性能，采用混合低密度奇偶校验（LDPC）编码与副载波相移键控/正交振幅调制（PSK/QAM）联合调制的方法，对不同传输比例下混合系统的误比特率性能进行了仿真分析，取得了不同信道条件下单链路和混合链路传输方案的误比特率数据。结果表明，在弱中强湍流条件下采用副载波二进制相移键控（BPSK）调制，相比开关键控（OOK）调制可获得大约4.4dB~5.2dB的增益。采用软切换的混合LDPC编码与副载波BPSK/16QAM调制方案，依据链路状态调整比例为1：1和3：1时，不同湍流强度下可获得大约0.3dB~7.4dB的性能增益。这一研究结果对于提高FSO/RF混合通信系统的全天候高效可靠传输性能具有重要的参考价值。
2019, 43(3): 347-352.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.011
摘要:
为了实现一种360°相移新型微波光子移相器，通过使用一个相位调制器、延迟线和光学滤波器来控制载波和边带的相位，最终控制射频信号的相位。相位调制器只需控制一个电压来调节移相角度，减少了使用复杂双平行马赫-曾德尔调制器所导致的漂移带来的影响，具有结构简单、成本较低等优点。结果表明，仿真验证的微波光子移相器可以在0GHz~40GHz频率范围内实现从0°~360°的全相移范围，并且在同一输出相位情况下，频率在0GHz~40GHz范围内，功率基本保持不变。此研究对微波光子移相器技术有一定参考意义。
为了实现一种360°相移新型微波光子移相器，通过使用一个相位调制器、延迟线和光学滤波器来控制载波和边带的相位，最终控制射频信号的相位。相位调制器只需控制一个电压来调节移相角度，减少了使用复杂双平行马赫-曾德尔调制器所导致的漂移带来的影响，具有结构简单、成本较低等优点。结果表明，仿真验证的微波光子移相器可以在0GHz~40GHz频率范围内实现从0°~360°的全相移范围，并且在同一输出相位情况下，频率在0GHz~40GHz范围内，功率基本保持不变。此研究对微波光子移相器技术有一定参考意义。
2019, 43(3): 401-405.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.021
摘要:
为了更好地对微波信号进行频率测量，采用了一种基于相位调制和强度调制相结合的瞬时测频方法。一束连续波光源通过耦合器被分成两路，未知微波信号分别同时经过相位调制器和强度调制器从而对载波进行调制，之后进入两段长距离的单模光纤中。在光纤中由于色散引起的微波功率损耗的特点，可以获得单调变化的频率-幅度的映射关系，继而通过光电探测的微波信号输出功率比得到幅度比较函数；另外还分析与实现了测频范围与测频精确度的优化。结果表明，该方案结构简易，能够快速精准地测量出未知信号的频率，测量范围可以达到0.5GHz~53GHz，测量误差小于±200MHz。该方法可以有效地测量微波信号频率，可靠性强，适用范围广。
为了更好地对微波信号进行频率测量，采用了一种基于相位调制和强度调制相结合的瞬时测频方法。一束连续波光源通过耦合器被分成两路，未知微波信号分别同时经过相位调制器和强度调制器从而对载波进行调制，之后进入两段长距离的单模光纤中。在光纤中由于色散引起的微波功率损耗的特点，可以获得单调变化的频率-幅度的映射关系，继而通过光电探测的微波信号输出功率比得到幅度比较函数；另外还分析与实现了测频范围与测频精确度的优化。结果表明，该方案结构简易，能够快速精准地测量出未知信号的频率，测量范围可以达到0.5GHz~53GHz，测量误差小于±200MHz。该方法可以有效地测量微波信号频率，可靠性强，适用范围广。
2019, 43(3): 417-420.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.03.024
摘要:
为了分析和研究激光聚焦位置对金纳米颗粒光致超声信号的影响，采用超声探测器探测超声的同时，利用CCD观测溶液状态。结果表明，当激光脉冲聚焦在比色皿中间时，产生的光声信号为悬浮在溶液中的金纳米颗粒在激光作用下的超声信号；当激光聚焦在比色皿内壁和溶液交界面时，金纳米颗粒光声信号持续时间增加并且变得杂乱，此时，如果超声信号出现周期性振荡，金纳米颗粒溶液从激光聚焦点开始，沿激光方向发生高速流动。此研究对开辟新的微流控研究领域有一定参考意义。
为了分析和研究激光聚焦位置对金纳米颗粒光致超声信号的影响，采用超声探测器探测超声的同时，利用CCD观测溶液状态。结果表明，当激光脉冲聚焦在比色皿中间时，产生的光声信号为悬浮在溶液中的金纳米颗粒在激光作用下的超声信号；当激光聚焦在比色皿内壁和溶液交界面时，金纳米颗粒光声信号持续时间增加并且变得杂乱，此时，如果超声信号出现周期性振荡，金纳米颗粒溶液从激光聚焦点开始，沿激光方向发生高速流动。此研究对开辟新的微流控研究领域有一定参考意义。
