激光表面改性3 kW 半导体激光器矩形光斑聚焦系统研究
摘要：针对3 kW 半导体激光器应用于机器人表面改性系统，聚焦光斑不均匀问题，提出了一种采用菲涅耳透镜对面阵高功率半导体激光器输出光斑进行聚焦匀化的方法，设计出尺寸为10 mm×2 mm 的均匀矩形光斑。利用Zemax 和Matlab 软件进行仿真分析，研究了菲涅耳透镜楞距和入射光发散角对聚焦系统焦斑均匀性的影响。结果表明，当菲涅耳透镜楞距在1 mm 以内时，焦斑均匀性最佳约为94.90%。随着楞距的继续增大，输出光斑均匀性会逐渐降低。当楞距增大到2.5 mm 后，光斑的均匀性不再随楞距的增大而变化，基本稳定在93.85%左右。焦斑的均匀性会随着发散角的增大有所提高，但是发散角太大会使聚焦难度增加，而且光斑均匀性也随之劣化。当菲涅耳透镜楞距为1 mm，入射光发散角在12.5~20 mrad范围内时，焦斑均匀性最好约为95.22%。基于扭绞保偏光纤光栅的单纵模单偏振掺铒光纤激光器
摘要：提出并实现了一种基于扭绞保偏光纤光栅的单纵模单偏振掺铒光纤激光器。光纤激光器的线型激光谐振腔由两个均匀保偏光纤光栅构成并作为激射波长和纵模模式选择器件，均匀保偏光纤光栅采用248 nm KrF 准分子激光直接刻写在不需要氢载的自制保偏光敏掺铒光纤上。利用保偏光纤光栅引起的偏振依赖损耗效应，通过对光纤激光器谐振腔进行适当扭绞，成功实现了稳定输出的单纵模单偏振掺铒光纤激光器。基于3×3 耦合器的窄线宽单频激光器噪声测量技术
摘要：提出一种基于3×3 耦合器的非平衡迈克耳孙干涉仪的延时自外差技术，理论分析了此技术用于测量窄线宽单频激光器噪声的原理，搭建了测试系统，对Emcore公司的分布反馈式（DFB）半导体激光器以及NKT公司的商用超窄线宽DFB 光纤激光器这两类典型光源的相位噪声、频率噪声以及线宽进行了测试。结果表明，此技术可以用于完整地测试不同类型激光器的噪声特性，并且验证了此技术的正确性和稳健性。相变散热技术在小型高效半导体抽运激光器中的应用研究
摘要：二极管抽运固体激光器（DPSSL）热管理技术是决定其小型化、插头效率和光束质量等性能的关键因素之一。研究了基于低熔点液态金属镓合金相变材料的二极管抽运激光器（DPL）温控技术。对比实验研究结果表明，与体积更大的风冷肋片散热器相比，相变材料散热器能使激光器在高温55 ℃环境中正常工作时间从1 min延长到6 min、制冷功耗减小到46%、散热分系统体积减小到53%，并使激光器系统的插头效率由3.02%提高到3.77%。理论计算和有限元仿真模拟再现了液态金属相变过程中温度变化规律，再次表明液态金属相变材料散热器具有功耗低和体积小等优势。为拓展液态金属相变材料在激光器热管理领域的应用奠定了理论和实验基础，具有重要的工程应用价值。厚板16MnDR 窄间隙激光-MIG 复合焊接工艺研究
摘要：为实现20 mm 厚16MnDR 钢板的窄间隙焊接，设计实验探究了钝边尺寸和坡口角度对焊缝成形及焊接效率的影响，并对坡口尺寸进行优化。在此基础上，采用单激光自熔焊打底，多层多道激光-电弧复合焊填充的工艺实现了20 mm 厚16MnDR 钢板的窄间隙焊接。结果表明，在该工艺条件下，焊缝表面成形良好，焊缝内部也没有明显缺陷产生，与传统工艺相比，焊接线能量降低45%，焊接效率提高155%，具有明显优势。对接头力学性能进行测试发现，接头的抗拉强度略高于母材的抗拉强度，满足强度要求，且将接头弯曲至180°时，接头处没有明显裂纹产生，满足弯曲性能要求。激光焊接热输入对微合金C-Mn 钢全熔透焊接接头组织性能的影响
摘要：以抗拉强度700 MPa级Nb-Ti微合金化C-Mn钢为研究对象，采用高功率光纤激光器对4.6 mm 厚钢板进行了拼焊实验，研究了热输入（162、175、187、226 J/mm2）对全熔透焊接接头显微组织、显微硬度、拉伸性能及冲击韧性的影响。研究表明，4种热输入条件下，焊缝区和粗晶区组织均以板条马氏体为主，存在不同含量的贝氏体和铁素体；随着热输入的增加，粗晶区原始奥氏体晶粒尺寸逐渐增大；热输入对细晶区和混晶区的组织影响不明显。焊缝区和热影响区平均硬度均高于母材；随着热输入的提高，焊缝区硬度和焊接接头的峰值硬度逐渐降低，主要原因是热输入增大形成贝氏体和铁素体。4 种热输入条件下焊接接头的抗拉强度高于母材。4 种热输入条件下焊接接头冲击吸收功均高于母材，且均为韧性断裂，研究范围内的热输入对焊接接头冲击性能影响不明显。激光熔覆316L＋SiC 的强化机制和摩擦磨损性能研究
摘要：采用激光熔覆技术，在Q235 钢表面分别制备了316L、不同质量分数（5%、10%、13.26%）和不同尺寸（纳米、微米）的316L-SiC 熔覆层。利用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、X 射线能谱仪（EDS）、X 射线衍射仪（XRD）等检测了熔覆层显微组织并分析了强化机制，利用显微硬度计和摩擦磨损试验机分析了熔覆层的横截面硬度分布和表面摩擦磨损性能。结果表明，316L＋10%SiC 为适当的添加量。在相同添加量时，微米SiC 发生部分分解，有残留的SiC 相；纳米SiC 发生完全分解，生成新的强化相碳化物M7C3 和硅化物FeSi，新的强化相有效地抑制了柱状晶生长，使熔覆层组织转变为胞状晶，并且抑制了搭接重熔区的g-CrFeNi晶粒长大，其熔覆层硬度最高达到527 HV，比316L熔覆层提高了132%，与微米SiC 熔覆层相比，其硬度提高100 HV 以上，摩擦系数和磨损量均最小，具有优良的抗磨损性能。激光熔覆FeSiB非晶涂层工艺及组织
摘要：以厚度2 mm的低碳钢为基体材料，采用脉冲激光将厚度约为25 μm的Fe-Si-B非晶带材熔覆在低碳钢基材表层。研究脉冲功率P、脉冲宽度T、脉冲频率F、光斑直径f等工艺参数对涂层表面成形、稀释率、组织结构和显微硬度的影响。研究结果表明，当P=18.4 W，T=3.2 ms，F=3.0 Hz，f=0.3 mm时，涂层成形良好、稀释率最低、结构致密，且与基材之间呈良好的冶金结合。随着脉冲功率增大，涂层越容易发生晶化，且晶化相α、涂层、Fe2B及Fe3Si的含量和种类均增加。随着脉冲功率增大，涂层厚度增大，但涂层显微硬度下降；涂层中部显微硬度值最高，可达1400 HV，远高于低碳钢基材的100 HV。基于三维X 射线成像的激光复合焊接7020 铝合金的组织与力学特性演变
摘要：基于光学显微镜、扫描电镜、同步辐射X 射线成像、电子背散射衍射技术、显微硬度计、拉伸性能测试以及有限元仿真探讨了光纤激光-脉冲MIG 复合焊接2 mm 厚7020-T651铝合金的微观组织与力学特性。结果表明：焊缝、熔合线和母材分别为粗大等轴树枝晶、粗大柱状晶和典型的轧制组织，紧邻熔合线存在一个约100 μm 宽的等轴细晶区；接头的抗拉强度、屈服强度、延伸率和强度系数分别为260 MPa、213 MPa、4.8%和0.7；强化元素Zn 的蒸发烧损和再分布以及强化相颗粒变异的综合影响，导致焊缝的硬度值最低（75 HV），约为母材的62.5%，但不是导致接头应力集中的重要原因，焊趾区微小缺口才是导致接头疲劳强度降低的根本原因。热处理对激光沉积修复GH4169 合金高温性能的影响
摘要：热处理是改善激光沉积修复GH4169合金力学性能的重要手段。研究了不同热处理方式和时效热处理温度对激光沉积修复GH4169合金高温拉伸性能的影响规律，结果表明：采用局部热处理和真空热处理方式对修复试样进行直接时效热处理后，试样显微组织与沉积态基本一致，枝晶间Laves相少量熔解；真空热处理后试样的高温抗拉强度和屈服强度略高，达到锻件标准Q/3B 548-1996（高强）的86%和95%，断后伸长率略有下降。在提高时效热处理温度后，Laves脆性相进一步轻微熔解，修复试样的高温抗拉强度与屈服强度有所提高，达到锻件标准的92%和98%。基于自适应窗长的光纤陀螺随机误差实时分析方法
摘要：动态Allan方差是分析光纤陀螺随机误差的一种新方法。针对其采用固定窗长的窗函数截断信号，导致动态跟踪效果与方差估计值的置信度不能兼顾的问题，提出了一种基于峭度自动调节窗长的改进算法。算法引入峭度参数表征陀螺输出信号的平稳程度，以滑动窗内数据的峭度值为变量构造窗长截取函数，应用窗长函数根据短时信号的稳定程度自动确定截断窗窗长，并用其来截取随机信号进而进行Allan 方差估计及误差系数实时辨识和提取，同时将方差估计值和误差系数时间曲线分别绘制在三维或二维图上。对仿真和实测数据分析结果表明：新算法既能在平稳性好的数据段保持较高的置信度，又能在发生动态变化时及时跟踪信号，可以更好地对光纤陀螺的随机误差系数进行实时在线提取和分析。双螺旋圆单偏振光纤的偏振滤波特性研究
摘要：双螺旋手征光纤光栅具有波长和偏振的双重选择性，在光纤传感系统中极具应用价值。目前报道的具有圆偏振滤波作用的双螺旋手征光纤光栅螺距仅为几十微米，传输损耗高，机械强度低，限制了其应用范围。基于光纤的复耦合模方程，研究了常用的涂覆光纤，即当涂覆层折射率大于包层折射率时，双螺旋光纤的偏振滤波特性。研究表明，涂覆光纤不仅能增加光纤的机械强度，还能将光纤的螺距增加到数百微米。因此，光纤的传输损耗可被有效降低，有望满足中等距离的传输或传感光纤的要求。分析了光纤参数对双螺旋光纤偏振滤波性能的影响，结果表明增加芯层模和包层模的耦合系数是提高光纤偏振性能的有效途径，对双螺旋圆单偏振光纤的研制有一定的指导意义。基于选择填充光子晶体光纤的二维弯曲矢量传感器设计
摘要：利用模式耦合理论和有限元求解方法，研究了基于选择填充光子晶体光纤（PCF）的耦合器对弯曲的响应。引入等效折射率（RI），将弯曲波导简化为直波导，仿真确定耦合波长并分析器件弯曲传感性能。研究表明，耦合波长的移动与弯曲曲率呈线性关系，并指示弯曲方向；耦合波长由填充液体折射率和空气孔直径决定；弯曲灵敏度取决于填充孔与纤芯距离。利用此规律，设计了基于选择填充PCF的二维弯曲矢量传感器。在PCF截面上选择相互正交的2个空气孔，分别填充不同折射率液体，2条液体波导各自与纤芯形成耦合器，监测2个耦合波长变化即可求解器件的弯曲曲率及在二维空间中的弯曲方向。该传感器具有良好的设计柔性与制备可控性，具有良好的应用前景。基于波长选择开关的OCDMA 编解码系统实验研究
摘要：提出了一种基于波长选择开关（WSS）和光纤时延线结构的动态可重构、高码片速率的二维跳频-扩时（WH/TS）编解码器实现方案，阐述了其工作原理并进行了系统实验验证与仿真研究。设计实现了数据速率为2.5 Gbit/s的光码多分址（OCDMA）实验系统，完成了40 km 的传输实验，并实际测得编码器的群时延和插损特性，利用VPI软件仿真验证了编解码器的码片速率可达500 GChip/s。实验结果表明：基于WSS和光纤时延线的编解码器不仅能够正确完成脉冲信号的编码和解码，而且传输系统实验的误码率（BER）优于1.00×10-9。激光冲击强化和时效处理对AZ80 镁合金形变孪晶及析出相的影响
摘要：采用固溶＋激光冲击强化（LSP）＋时效方法，研究了AZ80镁合金轧板和铸态组织参数（形变孪晶和析出相）和残余应力演变，以及时效处理对其影响。结果表明，固溶＋LSP处理后轧板强化层内形成高密度孪晶的形变带，铸态合金高密度形变孪晶产生于晶界附近，均产生于应力集中和高能区域，产生一次或多次孪晶，呈平行或交叉孪晶。时效后连续析出大量的颗粒状β相，其优先于形变带内、孪晶界面或片状孪晶内析出，与晶粒尺寸相关。时效后轧板和铸态冲击表面残余压应力分别为由-100.8 MPa 和-68.9 MPa 转变为-67.8 MPa 和-35.9 MPa，即应力松弛为32.7%和48.7%。LSP 次表层硬化效果明显，其时效强化效果较弱。残余压应力及其热稳定性是影响高密度形变孪晶的形成主要因素之一。温度对染料掺杂胆甾相液晶激光波长的影响及应用
摘要：研究了温度对激光染料掺杂胆甾相液晶的激光波长的影响，发现胆甾相液晶输出的激光波长总体上随温度的升高而红移，但是不同厚度的样品随温度变化的趋势略有不同。样品较薄时，激光波长随温度变化呈周期性的跳变式增长，而在相邻两个跳变温度之间的一小段温度范围内则随温度的升高而蓝移，且激光波长随温度变化产生突变的周期随样品厚度增加而减小。当样品厚度足够大时，激光波长随温度变化产生的突变消失，几乎随温度呈线性增长。分析了产生该现象的物理机制，并对其进行了理论模拟。模拟结果与实验结果一致。厚的染料掺杂胆甾相液晶样品产生的激光波长随温度线性变化的这一特性，可以用于温度传感。铜合金表面搅拌摩擦焊和激光熔覆制备镍基合金涂层
摘要：采用单道搅拌摩擦搭接焊，实现了铜合金与不锈钢异种金属的焊接，在连铸结晶器用的Cu-Cr合金表面制备了304 不锈钢过渡层。通过激光熔覆技术，在不锈钢过渡层表面制备了含有WC 颗粒的镍基合金熔覆层。利用金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X 射线衍射仪（XRD）和显微硬度计，对镍基合金熔覆层和过渡层的显微组织、物相构成和硬度进行了分析。结果表明，不锈钢过渡层与铜基体形成了可靠的连接，在焊合区中下部形成了均匀的钢-铜层状结构；在层状结构中形成了金属间化合物NiCu4，其硬度达337.26 HV；同时，镍基熔覆层组织致密，其强化相由γ-Ni、Ni3Fe、WC、W2C、和Cr23C6组成。显微硬度明显提高，平均显微硬度为485.0 HV，是铜合金基体的5.7倍。高品质因数太赫兹超材料设计的仿真分析
摘要：提出了一种以非对称双开口环谐振器为基本单元的新型高品质因数Q 太赫兹超材料结构。当入射电场为垂直极化时，所提出的结构在不同的太赫兹频段分别表现出束缚模谐振、混合模式谐振和偶极子谐振3 种谐振响应，通过改变其单元结构的开口位置和水平金属微带线间的垂直距离可以调节3个谐振响应的品质因数和中心谐振频率。其中，束缚模谐振的品质因数最高可达40，相应的3 dB 带宽约为11.1 GHz；混合模式谐振的品质因数可达16，相应的3 dB 带宽约为62.4 GHz。这种具有高Q 值的太赫兹超材料在高分辨率薄膜传感器、高性能窄带滤波器以及高频调制器中具有广泛的应用前景。
