可抑制生物组织散射效应的光学聚焦技术研究进展
摘要：生物组织对光的散射使得光束通过透镜后无法在组织的深层（大于1 mm处）聚焦,制约了需要光能聚焦的成像技术（如共聚焦显微、双光子显微）在生物医学领域的应用。为了抑制生物组织的散射效应,将光聚焦到深层组织,需要对入射光的波前进行调制。基于此要求,以下三种光学聚焦技术得以提出并发展：用待聚焦区的光强作为反馈信号的波前整形技术;将声光调制和时间反演（或光学相位共轭）技术相结合进而在散射介质内部实现光学聚焦的技术;对散射介质传输矩阵进行测量的光学聚焦技术。本文对上述光学聚焦技术的研究进展进行了综述,比较并展望了其在生物医学领域中的应用前景。强激光水中诱导等离子体冲击波数值模拟
摘要：在强激光与水介质作用过程中,等离子体和冲击波的形成机理是人们关心的主要问题之一。采用双脉冲激光纹影摄影法,获得了强激光作用时水中的冲击波流场图形,建立了激光与水作用两相流计算模型,建模时考虑了激光吸收,水体汽化、等离子体形成和膨胀等过程。对强激光作用水体形成冲击波的过程进行了数值模拟计算,获得了与实验相符的计算结果。进一步分析了激光诱导等离子体冲击波的传播特性,并与经典理论模型结果进行了比较。研究结果表明,在激光作用下,水中等离子体快速膨胀形成的冲击波传播初始速度高达上千米每秒,压力约为十几吉帕,随后冲击波的速度和压力迅速衰减,1 ms后衰减到声波速度。用于795nm压缩光源的单频激光系统的优化设计
摘要：采用自制的795 nm连续单频可调谐钛宝石激光器抽运周期极化磷酸氧钛钾（PPKTP）晶体,通过外腔谐振倍频技术获得了功率为103 m W,倍频转换效率为39.6%、光束质量因子M2〈1.43的397.5 nm紫光输出;与角度匹配的三硼酸铋（BIBO）晶体内腔倍频情况相比,紫光与光学参量放大器（OPA）的模式匹配效率由76%提高到了99%以上。同时,在平衡零拍探测系统中,通过在本底光光路中插入与OPA腔型相同的模式清洁器,使得本底光与信号光的空间模式完全相同,从而将两束光的干涉效率提高到了99%以上,提高了平衡零拍系统的探测效率。通过对自制的795 nm和397.5 nm单频激光系统的优化设计,使该光源满足了小型化795 nm连续变量压缩源样机研制的要求。基于类噪声脉冲抽运的高功率全光纤中红外超连续谱光源
摘要：报道了一个基于类噪声脉冲抽运的高功率全光纤结构的中红外超连续谱光源。利用非线性环镜锁模技术,在1966 nm处实现类噪声脉冲激光输出,3 d B光谱宽度为11 nm,脉冲包络宽度为1.4 ns,重复频率为3.36 MHz。将该纳秒类噪声脉冲作为两级单模掺铥光纤放大器的种子源进行功率放大。在此过程中,类噪声脉冲的最大输出功率可达28.5 W,相应的光谱范围为1.9~2.4μm。最后将放大的类噪声脉冲耦合到一段10 m长的氟锆酸盐ZBLAN光纤中,实现光谱的进一步展宽。此时,ZBLAN光纤的最大输出功率为14.3 W,相应的光谱范围为1.9~3.62μm。多束超短脉冲束间同步诊断技术研究
摘要：为实现多束超短脉冲束间同步状态的诊断,提出并验证了一种用于多束超短脉冲相干合成的束间同步诊断技术方案。以两束皮秒量级的超短脉冲为例,采用了时分复用的方法。首先,基于互相关的方法来实现两束超短脉冲之间的时间同步,然后在时间同步范围内,通过调节光束之间的相位差,并同步监测远场上焦斑干涉图样的变化来实现两束超短脉冲之间的相位同步。在该方案中,时间同步调节模块的调节精度为6.7 fs,调节范围为333 ps;相位同步调节模块的调节精度为0.007π,调节范围为150π。实验结果表明,基于该诊断技术方案,能够实现两束超短脉冲间的束间同步状态的诊断。传导冷却结构紧凑型高峰值功率纳秒级激光器
摘要：报道了一种基于被动调Q Nd∶YAG微片结构的主振荡功率放大和Nd∶YVO4板条多程放大的激光器。主振荡级采用Nd∶YAG/Cr4＋∶YAG被动调Q微片激光器,在重复频率为1 k Hz时,输出单脉冲能量为82μJ、脉冲宽度为1 ns的近衍射极限的激光输出。为了实现信号光在Nd∶YVO4中获得5次放大,设计采用了多程往返光路。得到最大单脉冲能量为2.3 m J,脉宽为1 ns的激光输出,峰值功率大于2 MW,光束质量M2因子为M2x=2.48和M2y=1.24。该激光器结构简单、紧凑,采用传导冷却进行散热,适用于空间激光,在15℃~32℃的范围内,输出能量波动小于4%。空间冷原子钟原理样机地面测试结果
摘要：介绍了空间激光冷却原子钟地面原理样机的实验进展。该样机是以在空间微重力条件下应用为目标而研制的超高精度激光冷却铷原子钟,主要由物理单元、光学单元、微波单元和控制单元四个部分组成。该原理样机已经成功研制了空间冷原子钟所需要的超高真空系统、激光冷却光学平台、高性能微波源以及微波环形腔,实现了全过程自动运行,并获得了在地面重力条件下标志原子钟信号精度的Ramsey条纹,确定了高精度空间冷原子钟的主要科学参数和技术指标,为进一步空间工程应用奠定了科学和技术基础。偏振光作用于晶体微粒实现微机械转子旋转的优化研究
摘要：激光驱动微纳器件为微机械领域中驱动微齿轮提供了一种新型的驱动方式。偏振光束的自旋角动量向晶体微粒传递可使其旋转,基于晶体波动光学理论分析了影响其旋转频率的各种因素（如微粒的厚度和半径;晶体光轴与晶面的夹角;光束在晶面的反射率和透射率、光束振幅比和位相差、激光功率）,并推导出晶体微粒的旋转角速度的解析公式。为验证理论结果,在光镊平台上实现了碳酸钙晶体微粒的定位操控和旋转。所得实验值整体比理论值小是由于实际作用在粒子上的的激光有效功率比实验测量值要偏小;结合理论模拟与实验结果对比分析得知：碳酸钙晶体微粒的旋转角速度与激光功率成正比、与晶体微粒半径的三次方成反比、与微粒厚度成周期性变化规律。依此为提高微机械转子的旋转频率进行优化设计：选择Ca CO3晶体微粒作为微机械转子较为合适,Ca CO3晶体微粒的半径和厚度均取为1~3μm。非保偏光纤放大器自适应偏振转换技术研究
摘要：报道了一种非保偏光纤放大器自适应偏振转换系统,可以将非保偏光转换为线偏光。结合非保偏光纤放大器中的偏振演化机理以及偏振控制器的原理,建立了非保偏光纤放大器中自适应偏振转换的数学模型,分析了不同条件下输出消光比的变化。根据理论优化参数,采用基于并行梯度下降优化算法（SPGD）的自适应偏振转换手段对非保偏光纤放大器的偏振分量进行优化控制,使非保偏光纤放大器输出的消光比达到16.7 d B。BN含量对激光熔覆TiB＋TiN复合涂层显微组织和摩擦性能的影响
摘要：以Ti和h-BN为原料,在不同配比（Ti与BN物质的量比分别为16∶1,8∶1,4∶1）的情况下,采用激光熔覆的方法在Ti-3Al-2V的表面原位合成TiB/TiN复合强化涂层,利用X-射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、电子探针（EPMA）和透射电子显微镜（TEM）分析涂层显微组织结构,采用硬度和摩擦实验检测涂层物理性能。检测结果表明：1）B元素的含量对涂层显微结构和分布状态有重要影响;2）当熔池中B元素满足形成TiB的浓度时发生形核与生长,TiB优先沿着TiN晶粒晶界处形核和生长;3）随着BN含量的增加,熔覆层的显微硬度与耐摩擦性能增加,最大的硬度达到基体的5倍,单位时间内熔覆层的摩擦损失量不到基体磨损量的一半。AZ31镁合金激光冲击温成形实验研究
摘要：为了研究超高应变速率激光冲击对AZ31镁合金温成形性能的影响,采用钕玻璃脉冲激光器（脉冲宽度为20 ns,激光功率密度为1.53 GW/cm2）进行AZ31镁合金薄板室温激光冲击成形（LSF）和200℃时激光冲击温成形（WLSF）实验研究及模拟分析。结果表明：AZ31交叉轧制薄板具有良好的超高应变速率WLSF能力,可实现温成形和改性双重效应,表层形成高幅残余压应力和高密度位错,WLSF表面比LSF具有更稳定的残余压应力,超高应变速率激光冲击和动态再结晶可能是纳米晶形成的主要原因,并分析LSF和WLSF试样表面形貌和粗糙度以及表面残余应力分布。激光辐照制备PTFE、FEP、PFA涂层
摘要：烘烤炉高温烧结固化是传统的聚四氟乙烯（PTFE）、聚全氟乙丙稀（FEP）、聚全氟代烷氧基聚合物（PFA）涂层制备工艺。针对传统工艺的诸多缺陷,提出激光辐照固化技术。在室温空气条件下,利用1070 nm连续光纤激光辐照系统取代原有高温烘烤固化工艺来制备三种氟聚合物涂层。同时,通过控制激光扫描路径,制备出图形化的PTFE、FEP、PFA氟聚合物涂层,得出制备三种涂层的最佳工艺参数。分析发现制备机理是利用激光的热效应,使三种涂层膜处于熔融状态,发生交联固化而成。一种随机频率、随机能量的轧辊光纤激光无序毛化方法
摘要：轧辊激光毛化技术作为一种最新的轧辊毛化方法,具有广泛的应用前景。但由于加工方法的限制,目前的激光毛化技术产生的轧辊表面毛化点分布成一个周期性各向异性的分布,导致最后轧制的毛化冷轧薄钢板效果不理想。提出了一种可以产生随机频率随机能量激光的光纤激光控制方法,此方法通过一个高效的随机数算法产生一个随机频率和随机占空比的脉冲宽度调制信号控制激光器输出特定波形的激光进行毛化加工,能够使得毛化轧辊表面产生随机无序分布的毛化花纹,最终轧制的毛化冷轧薄钢板能够满足表面各向同性亚光的要求,并且还能够提高加工效率,基于该方法的毛化加工设备已在实际生产中得到应用并且取得良好效果。激光熔覆Inconel718镍基合金温度场与应力场模拟
摘要：以Abaqus软件为平台,开发了用于模拟激光熔覆过程温度场和应力场的非线性有限元计算方法。根据激光熔覆过程的特点,通过开发Abaqus用户子程序建立了相应的移动热源模型。利用开发的计算方法,对激光单道单层熔覆、单道双层熔覆和单道十层熔覆过程的温度场和应力场进行了数值模拟。基于数值模拟结果,对激光熔覆的温度场特征和焊接应力的演化过程进行了探究。数值模拟得到的温度-应力演化过程结果将有助于理解激光熔覆过程中冶金缺陷（如热裂纹）的形成机理和提出相应的防止对策。基于非线性连续疲劳损伤的激光熔覆构件疲劳寿命评估
摘要：在考虑裂纹闭合效应及熔覆残余拉应力对疲劳损伤影响的情况下,对Chaboche提出的非线性连续疲劳累积损伤模型进行了修正,得到了激光熔覆试件疲劳寿命评估模型,并由激光熔覆试件对称循环拉压疲劳试验、静拉伸试验、残余拉应力检测等试验数据得出了修正模型的相关参数。通过二级加载（高低加载和低高加载）拉压疲劳试验对寿命评估模型进行了验证,结果表明模型计算值和试验值吻合良好,证明修正后的模型能够准确预测激光熔覆试件的疲劳寿命。基于熔池数据分析的激光选区熔化成形件翘曲变形行为研究
摘要：因残余应力导致的翘曲变形是激光选区熔化（SLM）技术亟待解决的关键性技术问题。以两组相同规格的长方体试样为研究对象,基于熔池监测系统采集SLM成形过程中的熔池数据,对试样翘曲变形和无变形情况下的熔池状态差异进行了对比,从熔池角度分析了翘曲变形的产生机理和具体变形阶段,研究了翘曲变形情况下熔池的变化规律。试验结果表明,试样的翘曲变形产生于成形初始阶段。同时,翘曲变形情况下试样成形层的熔池面积减小,熔池光强增加,通过监测熔池的变化状态可以判断SLM成形过程中试样是否产生了变形。GH909的窄间隙激光-熔化极气体保护焊复合焊接工艺研究
摘要：实验上系统地研究了10 mm厚GH909低膨胀高温合金窄间隙激光-熔化极气体保护焊（MIG）复合焊接过程中焊接参数对焊缝形貌的影响。结果表明,当采用10°坡口角度,0.7 mm钝边宽度的坡口尺寸时,焊缝成形较优良;焊缝熔宽会随着焊接速度的增大而减小;光丝间距影响了两种热源的耦合机制,在本次试验条件下,实现最优激光-电弧协同效应的光丝间距为1 mm;适当地增大焊接间隙会提高焊缝的熔深。实验中,在优化的焊接工艺参数下获得了良好的,无明显缺陷的焊缝成形。靠近热影响区的焊缝晶粒垂直熔合线向焊缝中心生长,在焊缝中心相互接触抑制形成柱状晶间。圆杆在激光冲击作用下动态响应的数值模拟
摘要：利用ABAQUS模拟2024铝制圆杆经激光冲击后的动态响应,研究了激光诱导的应力波沿纵向和横向的衰减特性,讨论了杆径对应力波峰值随传播距离衰减的影响,对比分析了杆径对残余应力场的影响。结果表明：强激光诱导的应力波峰值在圆杆中沿纵向和横向均随传播距离的增大而逐渐减小,同时波形出现＂弥散＂现象。应力波峰值的衰减速度呈先快后慢的趋势。随着杆径增大,圆杆内部的残余应力场逐渐趋于均匀,残余压应力层深度增大并趋于饱和。
