CCD光电响应非线性特性对高功率激光光束质量评价的影响
摘要：对利用电荷耦合器件（CCD）测量高能激光系统近远场能量分布时,CCD光电响应非线性特性对光束质量评价的影响进行分析计算。提出了一种基于单缝衍射的CCD光电响应标定方法,完成对某CCD的标定工作。利用该标定结果分别对理论模拟及实际系统下的近远场能量分布进行灰度修复,考察灰度修复对近场填充因子（FF）及远场环围能量分布的影响。对实际光束的修复结果表明,经过灰度修复的近场填充因子会提高1%--2%,对远场评价基本无影响。MIM表面等离子激元布拉格纳米微腔
摘要：构建了一种金属-绝缘体-金属（MIM）表面等离子体布拉格波导结构,绝缘层为一维布拉格光栅结构。在布拉格光栅结构中引入缺陷,形成布拉格纳米微腔。这种纳米微腔结构可以将光子能量很好地局域在微腔中,且在金属与绝缘层界面上光子能量最强。分析了MIM波导的色散特性,获得了谐振波长为1550 nm时微腔的结构参数。同时利用时域有限差分（FDTD）方法讨论了绝缘层布拉格光栅周期数、绝缘层厚度、微腔长度对微腔品质因子Q和模式体积V的影响。通过合理的选择这些参数可以提高微腔性能,使其具有极小的模式体积V和高的Q/V值,可实现光子局域化。激光二极管抽运Nd∶YAG/Nd∶YVO_4共轴双晶体Cr∶YAG被动调Q激光器
摘要：报道了一种由激光二极管抽运的Nd∶YAG/Nd∶YVO4共轴双晶体的Cr∶YAG被动调Q激光器,利用这种方式相比于传统的Nd∶YAG/Cr∶YAG激光器提高了输出激光的偏振比,在非线性频率变换过程中得到了更高的转换效率,当抽运功率为10 W时获得了2.8 W的被动调Q 1064 nm激光输出,偏振比大于80∶1,激光重复频率为15 k Hz,脉冲宽度为7 ns,采用LBO作为非线性频率变换晶体,最终获得了223 m W的355 nm紫外激光输出。百瓦级全光纤线偏振激光振荡器
摘要：报道了一种全光纤结构的高消光比（PER）线偏振激光振荡器。该光纤激光振荡器的谐振腔由一段双包层掺镱保偏光纤和一对与增益光纤匹配的光栅组成。弯曲损耗使快轴方向上的偏振模和高阶模受到抑制,实现了消光比优于15 d B的线偏振激光输出。最高输出功率为93.2 W,中心波长为1080 nm,光谱半峰全宽（FWHM）约为1.2 nm。增加抽运功率有望进一步提升功率。飞秒激光参数对石英玻璃微孔加工的影响
摘要：微孔加工是微器件加工中的重要环节,飞秒激光的强烈非线性吸收和“冷加工”特性使其在玻璃微纳加工方面有独特的优势和应用前景。选用石英玻璃作为试验材料,研究飞秒激光参数对微孔深径比及形貌的影响。结果表明,飞秒激光脉冲能量、打孔速度对微孔深径比存在较大影响。随着激光能量和打孔速度的增加,微孔深径比均呈现减小趋势。通过选择适当参数,可以获得深径比大于25∶1且孔形较好、无明显裂纹的长直微孔。为了获得更好的聚焦效果,采用倍频晶体BBO获得了400 nm波长的飞秒激光。用相同聚焦透镜时400 nm飞秒激光加工的微孔比800 nm更小。此外,也对飞秒激光微孔加工中常见的缺陷进行了分析。X70钢管道全位置激光-MAG电弧复合根焊焊缝成形试验研究
摘要：针对X70钢管道全位置激光一熔化极活性气体保护（MAG）电弧复合根焊焊接过程中，管道焊接3-6点位焊缝背面易出现内凹，开展了管道全位置激光一MAG电弧复合根焊焊缝成形试验研究。试验结果表明，激光一电弧复合焊接能量输入、焊枪角度对焊缝背面内凹影响较大；焊缝背面内凹可能是由于熔池液态金属重力作用导致焊缝熔融金属下淌所致。通过变参数能量输入方法，从3点位到6点位逐渐降低激光一电弧复合焊接功率；并向上倾斜焊枪角度使激光和焊缝切线方向成80。时，可利用保护气吹力和电弧力“托住”熔池，有效抑制内凹缺陷，改善焊缝成形。此外，发现焊缝背面有无内凹对静载拉伸性能基本无影响，有内凹管道的抗拉强度可达到596MPa以上，但焊缝背面内凹大幅降低了管道疲劳性能。建筑用玻璃与钛合金TC4的激光封接工艺及性能研究
摘要：钛合金因具有强度高、质量轻、耐腐蚀性强等优良性能,其与玻璃的连接被广泛应用于新型建筑物屋顶、幕墙、窗户等。以建筑用玻璃和钛合金TC4为实验材料,利用300 W Nd：YAG毫秒级脉冲激光器采用透射焊接方式对两者进行连接。利用万能拉伸试验机测量焊接件拉断力,用扫描电子显微镜观察玻璃断口及焊缝截面形貌。研究了工艺参数（功率、脉宽、频率、离焦量）对焊缝成形、焊接件拉断力及玻璃断口形貌的影响,讨论了激光作用下玻璃与钛合金的连接机理。研究表明,毫秒级脉冲激光可实现玻璃与TC4的可靠封接,封接件拉断力最大可达140.76 N。界面处形成的玻璃钛合金镶嵌结构对两者的连接起主要作用,激光辐照区周边形成的粘附物对连接起辅助作用。激光焊接TRIP590钢焊缝微观结构及形成机理研究
摘要：通过扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射分析（EBSD）,研究了TRIP590钢激光焊接接头的界面微观结构和形成机理。SEM分析表明,焊接接头焊缝区组织为马氏体组织,热影响区组织主要是贝氏体和铁素体,离焊缝位置越近,马氏体量越多。EBSD分析表明,母材区的晶粒分布均匀,都是大角度晶界,没有明显的择优取向。热影响区晶粒大小不均,贝氏体有相同或相近的取向。焊缝区板条尺寸最为粗大,有明显的织构。残余奥氏体弥散分布在晶粒内部或晶界,焊缝和热影响区晶界取向差都是1°~5°之间的小角度晶界,大量的小角度晶界导致焊缝与热影响区的塑性要小于母材。激光修复GH4169高温合金的持久断裂机制研究
摘要：对GH4169合金锻件与激光成形修复（LFR）件进行显微组织观察和持久性能实验。结果表明：锻造GH4169合金组织为等轴晶,在晶界和晶内弥散析出颗粒状或短棒状δ相,可有效阻碍位错运动以及降低裂纹扩展速率;激光修复GH4169合金经直接双级时效处理（DA）后,与沉积态相比,组织特征变化不大,呈现为沿沉积方向外延生长的柱状枝晶,枝晶间仍然存在块状Laves相,Laves相作为一个脆性相,为裂纹的起源和扩展提供了有利的位置和通道。锻件试样经受高温持久载荷时的断裂机制表现为微孔聚集型断裂,其中δ相、碳化物（MC）是微孔形成的核心,并且断裂后留下了形状与尺寸各异的韧窝组织。激光修复试样经受高温持久载荷时断裂发生在修复区一侧,韧窝以枝晶间Laves相和MC为形核中心,因此留下了以枝晶间区域为韧窝中心和以枝晶干区域为撕裂棱的韧窝组织。皮秒激光-化学复合法制备高效减反射晶硅表面微结构研究
摘要：基于皮秒激光的“冷加工”特点,进行了用皮秒激光辐照结合快速化学腐蚀（Na OH溶液：质量分数为4%,不大于3 min,80℃水浴）调控工艺制备高效减反射晶硅表面微结构的研究,在400-1000 nm波长的宽光谱范围内,获得了微-纳双结构微孔阵列和圆顶锥形周期性阵列两种减反射表面,前者的平均反射率低于5%,后者的平均反射率低于10%。制备过程中工艺可控性强,无需掩膜和真空环境。研究了激光工艺参数和化学腐蚀参数的不同调控匹配在微结构单元形成中的作用机制,分析了所制备表面微结构的减反射机理,为太阳能电池和其他半导体器件中硅基减反射表面微结构的低成本激光可控制造提供了重要的指导。模拟皮肤组织中光传播的非结构化网格蒙特卡罗法
摘要：蒙特卡罗法（MC）广泛用于模拟光在皮肤组织中的传播。发展了基于四面体网格的蒙特卡罗（TMC）方法,提出了距离阈值的概念避免数值耗散导致的错误能量沉积。通过计算带有单根血管的两层皮肤模型比较了几何蒙特卡罗（GMC）、基于结构化网格的蒙特卡罗（VMC）和TMC。GMC通过数学定义组织界面,避免了离散,精度最高,但不适用于复杂的界面。VMC实施简单,但是对曲折表面的离散会导致显著的误差。TMC使用边界适应性较好的四面体单元在计算的精度和灵活性上找到了平衡。计算结果表明,TMC法对几何形状的空间适应性远强于VMC,在复杂界面区域的误差仅为VMC法的10%~25%,是一种理想的边界区域离散化的方法。一种基于惯性传感的自适应手术导航方法
摘要：针对介入式内窥手术中手术器械实时定位的需要,提出基于惯性导航的手术定位方法,该方法既能够有效避免传统光学定位（OPT）中视线遮挡引发的定位区域受限问题,又能够克服电磁定位（EMT）对磁场干扰过于敏感的问题。从姿态估计与位置定位两个方面分析了传感器干扰的影响,并改进了已有的抗干扰技术。实验结果表明,在磁干扰情况下,姿态估计的误差在3°以内,位置测量的误差在4 mm以内,均达到临床应用要求。脉宽可调钬激光诱导水下声波信号特性实验研究
摘要：800 mm芯径低氢氧根光纤传输自由运转钬激光脉冲爆炸式汽化光纤端面的水形成汽化泡,汽化泡闭合时会辐射振荡波信号。不同激光参数条件下汽化泡形貌和运动状态有差异,导致辐射振荡声波的个数、强度、谐振周期、声学频率等特性参数不同。为研究不同脉宽对声信号的影响,搭建了声信号测量系统,通过示波器分析计算振荡波声学信号特征参数。结果表明电源电压为1000 V、频率为5 Hz、电源脉宽为0.7--1.6 ms的条件下,随着脉宽增加,声压值整体上先升高但存在多个拐点,达到峰值1.01 MPa后呈现下降趋势,但第一个声学信号频率总体呈下降趋势且最大值为400 Hz。高能量、短脉宽的钬激光脉冲能诱导高强度、多个数、短周期、高频率的振荡波信号。平均波长和输出功率稳定性高的掺铒光子晶体光纤超荧光光源的实验研究
摘要：采用掺铒光子晶体光纤代替传统掺铒光纤来提高超荧光光纤光源输出的功率稳定性和平均波长稳定性。在-45℃--70℃的全温区范围内,对超荧光光纤光源的光纤长度和半导体激光器（LD）抽运功率进行优化,并提出了用插值法进行LD抽运功率的优化方法,在光纤长度优化的基础上,高效、精确地优化了抽运功率,改善了光源的平均波长稳定性。经过优化的光源,在-45℃~70℃的全温区范围内平均波长变化量为0.67×10-6/℃,输出功率稳定性为0.37%。放大自发辐射光噪声的加速老化研究
摘要：掺铒光纤放大自发辐射（ASE）光源广泛应用于光纤传感、通信、精密测量等领域。光噪声在长期连续工作时对后续检测或测量系统的精度和灵敏度影响很大,但至今少见报道。在此,利用加速老化系统对ASE光源的光路部分进行343 K加速老化实验,并在过程中原位监视了其光噪声的演化情况。根据阿伦尼斯模型,换算得到ASE光源在室温环境下连续工作期间,前3200 h内其光信号噪声下降了约0.0743μV2Hz-1,而后的44416 h中缓慢增加了0.0338μV2Hz-1。在老化前后,光噪声均为光功率的二次函数,通过拟合可得到,其二次项系数α（或称为光相对强度噪声系数）和一次项系数β（或称为光散粒噪声系数）。经过老化实验,两系数α和β都相应的增加,其中α增加了0.010μV2μW-2Hz-1,β增加了0.054μV2μW-1Hz-1。同时经过老化实验,ASE光源光谱发生形变且不可恢复。掺铋光纤的宽带光放大特性研究
摘要：基于自主研制的掺铋光纤,对其进行光谱特性的实验和理论研究。通过实验测得的吸收光谱发现了4个明显的吸收带,其中心分别是494、816、946、1410 nm。运用Giles模型对此光纤进行了放大特性的研究,分析了光纤长度、抽运功率和输入信号光功率等参数对信号的增益和噪声指数的影响。建立了稳态情况下三能级跃迁模型的速率方程和传输方程,并利用Runge-Kutta算法进行了数值研究。结果表明掺铋光纤在波长为830 nm、功率为200 m W的光波抽运时,1384~1480 nm波段的增益系数大于1.5 d B/m,噪声系数趋近5 d B。基于模拟移相补偿的长距离光纤频率传输
摘要：为实现频率信号在长距离光纤上的高精度传输,设计了一个纯电的相位补偿系统,其补偿速度较快,范围较大,且便于模块化。该系统主要利用两次模拟移相抵消返回信号中所引入的双程相位抖动来进行补偿,结构简单,易于调试。通过引入数字信号处理和比例积分微分（PID）控制算法,可以提高系统的补偿精度和工作稳定性。最后,利用该系统在100 km的实验室光纤上进行100 MHz频率信号的传输实验,得到的频率稳定度为3.9×10-14/s和1.1×10-16/4000 s,证明了此方法在长距离光纤频率传输中的可行性,为导航、航天以及空间探测等领域中远距离站点的协同工作,提供频率同步支持。保偏光纤偏振模间延迟的放电调整及波片制作
摘要：建立了局部放电引起保偏光纤（PMF）两偏振模间相位延迟变化的模型。将熊猫型保偏光纤（P-PMF）和保偏光子晶体光纤（PM-PCF）分别接入萨格纳克干涉仪进行实验研究,发现局部放电使应力型P-PMF的相位延迟变小,使形状型PM-PCF的相位延迟变大,且改变放电电流大小和持续时间可有效改变相位延迟调节量,为调节PMF中两偏振模间相位延迟提供了实用技术。搭建了在线光纤波片制作装置,进行了PM-PCF光纤1/4波片制作的实验研究,实现了0.15°的相位延迟精度。多次实验结果表明,采用该技术可保证约0.24°的相位延迟精度。该技术具有操作简单、成本低等优点,可有效提高光纤波片的相位延迟量精度和制作效率。
