外腔面发射激光器中纳米结构的热导率
摘要：优化有源区的量子结构和改善热管理,是提高外腔面发射激光器输出功率的关键。以上两项措施都基于对激光器准确的热分析,依赖于热导率这一关键的材料参数。鉴于外腔面发射激光器中多量子阱和分布布拉格反射镜均为典型的纳米结构,考虑纳米尺度传热特性,用三种不同的解析方法,分别计算了不同厚度Ga As/Al As分布布拉格反射镜的热导率,并与已有实验报道对比,优选出更适合于计算Ga As/Al As材料系纳米结构热导率的一种方法。采用优选出的方法,对980 nm外腔面发射激光器中In Ga As/Ga As多量子阱和Ga As/Al As分布布拉格反射镜的热导率进行计算,发现分布布拉格反射镜的法向热导率只有块体材料数值的约40%,多量子阱的法向热导率则略小于块体材料数值的一半。把所得热导率数据用于增益芯片中温度上升的数值分析,结果与实验相符。一种基于铌酸锂晶体的高效紧凑腔内倍频绿光激光器
摘要：基于周期极化铌酸锂（PPLN）晶体提出并设计了一种高效紧凑腔内倍频绿光激光器。该激光系统采用808 nm激光二极管（LD）端面直接抽运Nd∶YVO4晶体,进而利用极化周期为7μm的PPLN晶体倍频产生532 nm绿光。通过在Nd∶YVO4和PPLN晶体端面镀膜构成激光腔镜,无需采用任何光学透镜、反射镜等分立光学元件,大大降低了系统体积和成本。实验结果显示,当激光器谐振腔腔长为12 mm,抽运功率为4.1 W时,绿光输出功率可达1.343 W,相应的光-光转换效率达32.8%。当LD抽运功率稳定在3.33 W时,2 h内的绿光输出功率波动小于5%。基于数字化带宽增强混沌激光信号的高速随机源
摘要：提出并验证了一种基于数字化带宽增强激光混沌信号的高速随机源。为消除光反馈半导体混沌激光信号中存在的弱周期性,将光反馈混沌半导体激光注入另一激光器产生的带宽增强混沌激光信号。用8 bit高速模数转换器对输出的增强带宽混沌激光信号进行采集,实现每个采样点产生多个随机位。为去除所提取原始随机位存在的偏差和提高随机位的产生效率,提出采用基于现场可编程逻辑阵列的安全哈希算法-256来提取随机位。采用4路并行处理技术获得了2.94 Gbit/s的在线随机数产生速率,每个采样点可平均产生4.65个随机比特位。所获的随机数通过了随机性测试程序ENT和STS中所有测试项。无源非稳腔内非共轭像差补偿研究
摘要：在具有腔内像差的虚共焦非稳腔内,因为振荡光束以不同光束尺寸通过腔内像差元件且像差元件对光束偏折,直接反向补偿和基于几何光学计算补偿后难以获得较好的补偿效果。提出了一种以导入腔内的准直光束作为参考,基于松弛迭代逼近补偿策略的腔内非共轭补偿方法,并计算验证了其可行性。从实验上对比了以单程和以往返测量光为参考的腔内补偿效果,发现以单程测量为参考的补偿不能使耦合输出光束质量明显提升。在往返补偿中,对4~6阶均方根误差为0.3~0.4μm的随机像差7~9次迭代可以实现收敛,补偿后往返探测光残差小于0.1μm,同时导引光在腔内多次振荡后从输出镜耦合输出的环形光束的β值由11.2降低至2.6。通过分析对比往返探测光束与腔内振荡激光的区别和关系,判断这种补偿方式可以对具有一定腔内像差的有源腔的振荡激光光束质量有效提升。宽带激光内送粉熔覆工艺研究
摘要：激光宽带熔覆技术广泛应用于大型工件表面的强化、修复和改性,较少的搭接次数使其更容易获得表面质量较好的熔覆层和较高的熔覆效率。针对现有激光宽带熔覆中光外送粉不精准、金属粉末受热不均匀和光粉同轴耦合精度不高等问题,本文提出了一种光内送粉激光宽带熔覆工艺及方法,实现了在宽带激光束内部均匀,准确地垂直于熔池表面送粉。在水平和30°斜壁上分别进行单道堆积熔覆实验。结果表明,重力对斜壁熔池影响不明显,两组实验均获得了熔层高度较为均匀的直壁墙。对熔层组织分析可知,二次重熔区组织较为粗大,非搭接区组织由较多的树枝晶组成,二者显微硬度波动值约为90HV0.5,熔层组织整体较为均匀、致密。激光选区熔化成型CoCrMo多孔结构的设计与性能研究
摘要：为获得具备良好力学性能和生物相容性的多孔植入体,需对激光选区熔化（SLM）成型Co Cr Mo多孔结构进行性能分析。在电子万能试验机上沿零件加工的纵向进行压缩试验,应用分形插值理论分析相关参数对其压缩性能的影响。试验结果表明：变形主要以滑移为主;弹性模量和抗压强度随着孔隙率和平均孔径的增大而减小,随表面积体积比的增大而增大。正八面体和正六面体多孔结构孔隙率为55%~84%,平均孔径为0.51~0.99 mm,表面积体积比为2~4.2时,弹性模量都能满足要求。正八面体圆柱形多孔结构的性能比方形结构更加优越,正六面体方形结构的性能比圆柱形结构更好,为激光选区熔化成型多孔Co Cr Mo合金结构医学植入体的研制提供重要依据。AZ80-T6挤压镁合金激光冲击温强化和低周疲劳行为
摘要：为了研究激光冲击对AZ80-T6挤压镁合金低周疲劳性能的影响,采用钕玻璃脉冲激光器对疲劳试样进行激光冲击强化（LSP）和激光冲击温强化（WLSP）处理,并进行拉-拉疲劳实验。结果表明：LSP和300℃时WLSP处理后镁合金表面产生的残余压应力分别为-125 MPa和-158 MPa,而其疲劳寿命分别比原始试样提高11.42%和75.74%。WLSP明显地延迟裂纹萌生时间,提高AZ80-T6镁合金的疲劳寿命。另外对激光冲击诱导的镁合金微观结构及其低周疲劳行为进行了分析和讨论。稳态磁场辅助对激光熔凝层表面波纹的抑制作用研究
摘要：利用稳态磁场辅助激光熔凝,在不改变激光工艺参数的条件下,抑制了熔凝层表面的波纹。同时,建立了考虑熔池内部的传热、对流、相变、电磁力和熔池表面形貌的多物理场耦合仿真模型。通过对比实验结果讨论了在稳态磁场作用下,熔凝层熔池内部温度场和流场的变化规律以及表面波纹的抑制原理。结果显示,稳态磁场所提供的洛伦兹力为抑制熔池对流的阻力,其方向与熔池对流方向时刻相反。随着磁场强度的增加,熔池内部的整体流速逐渐降低,但温度场的变化不甚明显。当稳态磁场的强度大于0.5 T时,熔池形状发生变化,熔凝层表面的波纹高度明显降低,但金相组织基本不变。选区激光熔化钴铬合金的性能研究
摘要：利用自主开发的选区激光熔化设备以钴铬合金为成型材料,在进行了系统的工艺优化研究的基础上,对选区激光熔化（SLM）制件成型过程中表面粗糙度演化、微观形貌、致密度以及硬度之间的内在联系进行了研究。研究发现：成型过程中粉层的熔化收缩以及厚度的累积是造成成型质量变差的重要原因;较小的表面粗糙度累积效应,可大大减少成型件内部的孔隙数量从而提高致密度,粉层厚度的降低是减小表面粗糙度累积效应和提高致密度的关键;制件的宏观硬度比显微硬度对制件致密度存在更显著的依赖关系：致密度越大,宏观硬度越大。通过优化工艺制得的工件致密度达到98.04%,宏观硬度为40HRC,符合美国材料实验协会（ASTM）标准。超声振动对激光熔凝熔池影响研究
摘要：通过数值模拟与实验相结合的方法,研究超声场对激光熔凝过程中熔池温度场、流场以及熔池形貌的影响。建立描述超声振动辅助激光熔凝过程中的声场和温度场的三维数学模型,通过有限体积法实现激光熔池中声场和温度场的耦合模拟分析,系统分析激光熔池内声场、温度场、流场的变化规律。结果表明：在超声场作用下的熔池温度略低于未施加超声场的熔池温度;流动速度增加72%,但并未改变未加超声时熔池内Marangoni流的环流趋势;在超声场作用下的熔池宽度增加0.5 mm、深度减小0.1 mm。通过激光熔凝实验验证数值模拟结果与实际情况基本吻合。激光冲击强化钛合金熔覆修复试件疲劳性能研究
摘要：激光成形修复钛合金构件存在修复区晶粒粗大和残余拉应力,以及不同区域间组织及性能不均匀的问题,导致修复构件的疲劳性能明显降低。本文采用激光冲击强化技术,对激光熔覆修复试件进行了表面强化,研究了激光冲击对其疲劳强度的影响,并从残余应力和微观组织等方面分析了激光冲击提高熔覆试件疲劳强度的原因。结果表明,钛合金基体试件的疲劳强度为401 MPa,激光熔覆试件的疲劳强度为365 MPa,下降了9%;激光冲击强化后,熔覆试件的疲劳强度达到了450.80 MPa,相比基体提高了23.5%。激光冲击强化在试件表层引入了数百兆帕的残余压应力,影响层深度可达430μm,同时可使修复区的组织和性能变得均匀,从而提高了修复试件的疲劳抗力。新型Fe基非晶复合涂层的制备及性能研究
摘要：利用IPG YLS4000光纤激光器,采用激光熔覆工艺在某高强钢基体上制备了一种新型含氮Fe基非晶复合涂层。通过X射线衍射仪物相分析发现,在3种不同激光工艺下制备的涂层在非晶基体上出现了不同含量的晶化相,分别对3种工艺下制备的涂层与基体材料的硬度、耐磨及耐蚀性能进行了测试分析。结果表明,与基体材料相比,3种涂层的硬度、耐磨及耐蚀性均有明显提高,其中在1.5 k W激光功率、180 mm/min扫描速度条件下制备的涂层非晶含量最高,表现出最好的性能。研究认为合适的工艺才能制备出性能优良的涂层,涂层中非晶相含量的增加能够明显改善涂层的性能。多通道自校准砷化镓吸收式光纤温度监测系统
摘要：光纤温度传感器易受到光源驱动电流变化、光路弯曲、熔接损耗等强度变化因素影响,为解决光强度变化导致的测温偏差,系统采用定时更新原始入射光谱,实现光源波形自校准。光谱分析装置易受环境温度变化引起光谱漂移,为解决光谱漂移引起的测温偏差,系统采用波长锁定器定位特征波长,使用光谱漂移补偿的方法,实现光谱自校准。为实现多通道光纤测温,设计了光学复用系统。设计自校准验证实验验证系统自校准功能的有效性,实验结果表明,在系统使用环境发生变化时,自校准测温系统测量误差小于±1℃,因此设计的自校准测温系统能够抵抗光源光谱波形变化带来的误差,克服光谱分析装置受环境温度的干扰。基于神经网络的可见光通信接收系统的研究
摘要：由于码间干扰的影响,导致可见光通信系统的误码率提升。为此,提出了一种基于人工神经元网络（ANN）的接收系统,采用角度分集接收技术采集信号,并通过神经元网络对所获得的多组数据进行合并优化构成总的输出信号。该接收系统可以有效地降低码间干扰对系统的影响,提高接收信号的信噪比（SNR）,降低系统的误码率（BER）。采用Matlab软件模拟仿真信号传输实验以验证该系统的性能及优越性。仿真结果表明,在信源与环境的信噪比相同情况下,基于神经元网络均衡处理的分集接收系统误码率比传统的使用单输入单输出（SISO）技术的系统误码率更低,并且可以减弱码间干扰所带来的影响。优化了可见光通信（VLC）系统的信道性能,具有广阔的应用前景。空芯光子带隙光纤散射损耗特性及结构优化研究
摘要：针对空芯光子带隙光纤内部结构提出了一种准确的建模方法,使用全矢量有限元法研究了纤芯结构变化对光纤散射损耗的影响,对不同纤芯壁厚度以及不同纤芯半径的空芯光子带隙光纤进行了仿真计算,并以归一化分界面场强表征散射损耗的大小。计算结果表明,纤芯壁相对厚度Tc≈4时,散射损耗可以得到较大的降低,同时散射损耗也会随着纤芯半径的增大而减小。通过对纤芯结构进行优化,理论上在1.5~1.56μm波段范围内散射损耗可比现有光纤减小50%。星间光通信链路稳定保持时间估算
摘要：针对目前星间光通信链路信号传输有效时间较短的问题,提出了双向激光链路跟踪稳定性的概念,分析了多种因素对跟踪稳定性的影响。综合接收信噪比、相对运动角速度和链路性能要求等因素,建立了链路稳定时间的期望公式。利用Simulink建立了双向激光通信链路跟踪仿真模型,通过仿真验证了理论公式的正确性。为实现星间光通信链路保持长时间稳定,提出在不同星间相对运动速度下采用不同控制参数的方法,实现了星间光通信终端控制策略优化,对今后卫星光通信航天工程化应用具有一定的意义。基于多特征参量的Ф-OTDR分布式光纤扰动传感系统模式识别研究
摘要：针对目前相位敏感光时域反射计（Ф-OTDR）分布式光纤扰动传感系统难以对扰动事件进行有效判别的问题,提出一种基于多特征参量的扰动模式识别方法。作为识别依据的多特征参量包括平方差、短时过电平率、短时傅里叶变换以及扰动持续时间,对以上特征参量利用加权平均型综合评判函数进行模式识别,可以有效识别出应力破坏（敲击）、攀爬、浇水（模拟下雨环境）以及轻度碾压（模拟非破坏性人为扰动）四种扰动模式。对60组共240个实验样本进行识别,对以上四种扰动事件的识别率分别达到91.2%,88.3%,90%和86.7%。该方法克服了现有单一特征参量识别模式受限的问题,提高了扰动事件识别的准确性。基于单向边界模式与磁性微腔模式耦合的磁光存储系统
摘要：光存储系统是未来全光通信和全光计算的关键要素。基于有限元方法的仿真实验研究,设计了一种新型的光学存储系统,该系统基于磁光光子晶体单向边界模式与微腔模式的耦合。应用磁光光子晶体单向边界模式特性形成闭合回路。设计另外的单向波导和磁性微腔,电磁信号不仅能从闭合回路中取出,而且能写入回路。通过外加磁场控制微腔属性,可动态实现电磁信号的读写操作。
