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中国激光 2016年第08期杂志 文档列表

中国激光杂志综述

超快激光制备具有特殊浸润性的仿生表面1-18

摘要：具有特殊浸润性的仿生表面包括超亲水表面以及各种类型的超疏水表面，这些表面具有自清洁、抗结冰、减阻等性能，近年来受到国际学术界的广泛关注。随着超快激光的快速发展，各种类型的特殊浸润性表面可通过超快激光制备得到。与其他方法相比，超快激光表面处理技术具有简单、灵活、可控的特点。结合本课题组在该领域的研究工作，综述了这一研究领域的研究成果。

中国激光杂志激光物理

基于激光章动的空间光到单模光纤的耦合方法19-26

摘要：基于模场匹配原理，分析了耦合效率与抖动幅度、艾里斑半径和单模光纤模场半径比值的关系。为了减小随机角抖动对耦合效率的影响，提出了基于激光章动的空间光到单模光纤的自动耦合方案，利用数据采集卡算出脱靶量并输出补偿电压。分析了算法精度的影响因素、激光章动信号频率与抖动频率的关系，用Matlab仿真及实验验证了算法的可行性。实验得到脱靶量角度精度约为3μrad，结合空间激光通信系统验证了系统的可行性。没有扰动时系统的耦合效率为67％；引入扰动并用控制系统进行扰动补偿后，系统的耦合效率提高了6．5％，响应速度为40Hz。耦合系统结构简单，控制算法精度高，控制器信号处理速度快，对空间光到单模光纤的耦合具有重要意义。

光脉冲压缩器光栅失调的在线监测与调节方法27-34

摘要：为了解决双通单平行光栅对压缩器构型里光栅失调问题，设计了一套结构简单的监测系统方案，根据系统结构进行数值模拟，通过模拟分析提出了一种新的光栅在线调节方法。考虑两块光栅不同维度的失调量，结合模拟得出监测量与失调量的关系，根据监测量变化将失调量--分离调节，最后将真空室中的失调光栅调回理想位置。对该方法进行了误差和可行性分析，根据压缩器构型参数，得到调节精度范围为0．30～2．78μrad。

两台独立飞秒激光器的脉冲序列与载波包络相位同步35-42

摘要：研究了两台独立运转的掺镱光纤飞秒激光器的脉冲序列与载波包络相位同步。使用平衡光学互相关的方法探测两台激光器的脉冲延迟，控制腔内高速压电陶瓷以锁定两台激光器的重复频率，得到两台激光器的剩余相对时间抖动为380as。不同的重复频率锁定带宽会对载波包络相位信号产生明显的影响，相比于使用压电陶瓷（低锁定带宽），使用电光调制器锁定重复频率（高锁定带宽）会使载波包络相位产生额外的噪声。将两台激光器的输出脉冲在空间上重合，入射进入平衡探测器，探测到两台激光器的相对载波包络频率信号。使用腔外声光调制器对两台激光器的载波包络相位进行锁定，得到两台激光器的剩余相位噪声为495mrad。锁定后观测到两激光器的光谱干涉，为相干脉冲合成奠定基础。

全光纤多程相位调制的光谱控制研究43-51

摘要：提出了一种基于全光纤多程相位调制的光谱控制方法，并对其进行了理论模拟和实验研究。理论模拟结果表明，调制次数、调制深度、调制信号形状和宽度以及调制信号和光脉冲的时间同步均会对输出光谱的中心波长、光谱宽度和形状产生影响。在实验上对光谱宽度为0．03nm的注入信号进行多程相位调制，得到了带宽为2．238nm的输出光谱，实验结果与理论模拟结果相符合。并从实验上研究了不同相位调制信号波形与输出光谱的对应关系，验证了通过控制调制信号波形进行光谱特性控制的可行性。

基于半导体激光器调制技术的978nm纳秒脉冲掺镱光纤激光器52-57

摘要：设计了一种基于半导体激光器调制技术的978nm纳秒脉冲掺镱全光纤激光器。该激光器采用主振荡功率放大结构，由调制半导体激光种子源和一级单模单包层掺镱光纤放大器组成。半导体激光种子源的光谱中心波长通过种子光自注入方式被定义为978．3nm，调制之后的激光脉冲宽度为4．5ns，重复频率在10～50MHz范围内可调。当半导体激光种子源调制重复频率为50MHz时，种子光被一级单包层掺镱光纤放大器放大至115mw，相应的激光中心波长为978．3nm，3dB光谱带宽为0．11nm，放大之后光谱中没有出现明显的放大自发辐射现象。

被动调Q激光器中的纵模A然选择分析58-63

摘要：提出了被动调Q激光器谐振腔中的相邻两个纵模之间的建立时间之差的解析表达式，并给出了可以有效预测小增益以及初始反转粒子数比阈值粒子数大若干倍情况下单频激光运转的概率的方法。为了证实理论预测，采用腔长11cm以Cr4＋：YAG晶体被动调Q的Nd：YAG激光系统进行了实验验证，实验结果很好地证明了根据相邻纵模建立时间差所分析出的单频运转的概率，以及存一定条件下被动调Q激光器能在无腔内选模元件的情况下稳定地输出单纵模脉冲。

基于单模光纤的锁模再生放大器64-69

摘要：对基于单模光纤的锁模再生放大器（即基于脉冲起振的耗散孤子锁模激光器）的动力学过程进干亍数值模拟，分析了输出脉冲能量、时域宽度、光谱宽度随入射脉冲在腔内循环次数增加的演化过程。实验中通过插入电光调制器使振荡腔从脉冲起振，阐述了该电光调制器选取脉冲的工作时序，实现了入射脉冲在腔内稳定循环13次；同时，在固定入射脉冲腔内循环2次的前提下，分析了抽运功率对输出光谱的影响，最终输出单脉冲能量为20nJ，光谱宽度约为60nm的脉冲。此外，还分析了基于单模光纤的锁模再生放大器输出脉冲能量增长受限的原因。

Er／Yb共掺光纤直写短腔激光器实验研究70-74

摘要：分刖对Nufern公司和CorActive公司的光敏性Er/Yb共掺单模光纤采用直接紫外曝光方式制备了分布反馈和分布布托格反射结构的短腔光纤激光器。实验结果表明：Er／Yb共掺光纤存在与温度有关的猝灭效应。在激光斜率效率测试过程中，当抽运功率达到一定值时，出现了激光输出功率陡然降低的现象。对激光器谐振腔进行辅助散热时，激光转化效率有所升高。通过对同一台激光器进行先后测量发现，再次测量得到的激光器效率总是低于制作完成即时测量的数值；在高抽运条件下，输出功率衰退和受温度影响的状况总是存在。

强激光辐照平面靶与柱腔靶产生电磁脉冲对比研究75-82

摘要：通过脉冲接收天线的设计和测试方法的优化，建立了神光Ⅲ原型激光器电磁脉冲（EMP）的强度分布等激光参数和靶型的关系，为进一步研究它们的产生机理和激光靶相互作用提供实验依据。考虑到电磁场极化方向的不确定性，使用三个相互正交的环形磁天线对激光装置靶室内部的电磁脉冲信号进行了测量，对比分析了两种靶型辐射电磁脉冲信号的频域特性，探讨了天线摆放位置对信号强度的影响，同时通过多物理场模拟对球形腔内电磁场的分布进行了分析。

低功耗、小型化稳频激光系统的设计与实现83-89

摘要：设计并实现了一种低功耗、小型化、可长期稳定运行的自动稳频激光系统。通过设计并实现高效率、低纹波的电压源，较大幅度地降低了整个系统的功耗和体积；通过设计并实现高性能温度控制电路、电流控制电路和稳频电路，得到了线宽较窄、频率稳定度较高的输出激光。该系统能够自动长期稳频，输出激光线宽约为1MHz，稳定度指标为秒稳定度1．43×10^-10，十秒稳定度3．90×10^-11，百秒稳定度1．28×10^-11，千秒稳定度2．25×10^-11。在稳定度略优于商用外腔半导体激光器的前提下，该激光系统电源体积缩小了约85％，整机功耗降低了约90％，为实现半导体稳频激光系统的低功耗和小型化提供了一种新的方案。

一种利用激光拍频实现应力测量的传感装置90-94

摘要：结合线性啁啾光纤布托格光栅（CFBG），设计了一种基于激光拍频实现应力测量的传感装置。系统采用CFBG的时延改变谐振腔的腔长的方法，把波长变化转化为腔长变化，不同于以往改变腔长的方法，达到波长解调实现传感测量的目的。对线性CFBG的时延谱进行了测量，并对系统结构和测量原理进行了详细的阐述，对测量结果和精确度也进行了分析与计算。谐振腔长变化可达到6．2cm，腔长变化值与腔长比达到2．55％，使应力测量精度可以提高到10^-7N。

中国激光杂志激光制造

飞秒激光诱导超疏水钛表面微纳结构95-101

摘要：提出一种利用线偏振飞秒脉冲激光制备超疏水钛表面的方法。利用飞秒脉冲激光在钛片上辐照扫描诱导出表面微纳结构，以提高钛表面的粗糙度，并结合低表面能物质的超声处理得到具有超疏水特性的钛表面。通过改变飞秒脉冲激光辐照的能流密度来改变钛表面的粗糙度，得到不同润湿性能的钛表面。将制备的疏水和超疏水钛表面在大气环境中放置三个月，并对其表面润湿性能进行测量，结果表明，与三个月前相比，其表面润湿性能基本保持不变，即制备的钛表面具有稳定的疏水和超疏水性。

纳秒脉冲激光诱导冲击波作用下TC17钛合金高应变率本构模型参数辨识102-109

摘要：基于Johnson—Cook（J-C）本构模型，提出了基于有限元模型和修正Levenberg-Marquard（L-M）算法的参数辨识方法。对TC17材料进行不同参数、不同工艺的激光冲击，得到了高应变率条件下的残余应力场分布；利用霍普金森压杆得到了中应变率条件下TC17材料的动态响应曲线；将上述两个测试结果作为辨识目标。引入低应变率条件下材料的响应曲线作为约束条件，辨识得到了TC17钛合金高应变率条件下的J-C本构模型参数。实验和计算结果对比验证表明，辨识得到的参数能比较棒确地描述TC17钛合金材料高应变率条件下的动态响应规律，并预测激光冲击条件下材料的残余应力场分布。

氩、铝原子相互作用势的计算及其在飞秒激光烧蚀分子动力学模拟中的应用110-116

摘要：用分子动力学方法模拟飞秒激光在氩气（Ar）环境中烧蚀金属铝（A1）靶时，需要考虑氚原子和铝原子的相互作用。组合连接短程和长程2种势能函数，得到了Ar-Al相互作用的势能丽数，并利用该相互作用势给出了相应小体系和小尺度下飞秒激光烧蚀的分子动力学模拟结果。该模型在Ar、Al原子距离较近时使用Zieg／er—Biersack—Littmark（ZBL）势能函数，距离较远时使用Lennard—Jones（LJ）势能函数，中间距离则使用二次多项式函数。LJ势能函数的参数通过对Ar—Al结合能的拟合获得。将此Ar—Al相互作用势能函数用于氩气环境中飞秒激光烧蚀固体铝的分子动力学模拟，得到了皮秒量级时间延迟下的烧蚀动态图像和此过程中氩气温度、密度的演化规律。

超声跨态处理对TC4钛合金激光焊缝组织晶粒度的影响117-123

摘要：为改善TC4钛合金激光焊接质量，引进超声振动场辅助激光焊接工艺，即超声跨态处理（UPPLW），通过改变超声场强度，采用三圆截点法研究超声功率对激光焊接接头微观组织的影响，利用可靠性理论对数据进行分析。结果表明，在外加辅助超声场作用下，随着超声功率的增加，焊缝组织晶粒有逐渐细化的趋势，当超声功率为1600w时，试样焊缝组织的晶粒度较常规方法获得的细化了15．8％。最后分析了超声跨态处理工艺细化组织晶粒的机理。

长脉冲激光作用下铝合金板材温度和热应力分析124-131

摘要：基于冯·米塞斯屈服准则和弹塑性本构关系，建立了长脉冲激光辐照7A04铝合金的空间轴对称有限元模型，并利用有限元-有限差分混合算法计算了光强为高斯分布的激光光束加热铝合金板时的温度场和热应力场。研究发现目标上表面米塞斯应力主要分布在中心点周围，离中心点相对较远位置处的米塞斯应力很小，对目标几乎不起破坏作用，并且米塞斯等效应力远小于铝合金目标的屈服强度。仿真计算结果与实验结果的一致性证实了该模型的有效性。

激光参数对圆杆件残余应力场影响的数值模拟132-139

摘要：利用三维有限元技术模拟预测激光单次冲击圆杆件诱导的残余应力场，并与实验结果比较，残余应力场的预测值与实验测量值一致性较好。探讨了激光功率密度、冲击角度以及冲击次数等激光参数对残余应力场的影响。结果表明，在激光冲击圆杆件过程中，激光功率密度越大，光斑中心区域的残余压应力越小，残余应力状态最终由残余压应力变为残余拉应力；光斑中心区域的残余压应力随冲击角度的增大而增大；冲击次数在一定阈值范围内时，光斑中心的残余压应力增幅显著，之后逐渐趋于饱和。塑性强化层深度随激光功率密度和冲击次数的增加而增大，激光冲击角度对塑性强化层深度几乎没有影响。