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中国激光 2019年第02期杂志 文档列表

调制光栅Y分支可调谐激光器高精准波长调谐特性9-16

摘要：搭建了调制光栅Y分支(MGY)可调谐激光器高精准波长调谐系统,实现了粗扫描结合细扫描的高精度波长扫描标定。在此基础上,对MGY激光器输出波长以及内置法布里-珀罗(F-P)标准具的温度漂移特性进行分析,发现MGY激光器输出波长与温度具有良好的线性关系,且其输出波长曲线的斜率不变,截距随温度线性变化。研究了基于外部气体吸收基准的高精准波长校准方法,并进行实验测试。研究结果表明,在-25~+75℃温度范围内,波长扫描范围为40 nm时,所搭建系统的调谐线性度优于0.9999,调谐波长精度优于0.18 pm,准确度优于0.12 pm。

100 Hz重复频率脉冲中红外HF化学激光器17-22

摘要：基于自动紫外预电离的放电引发方式,研制出紧凑型闭环高重复频率非链式HF化学激光器。该激光器采用非对称电极结构,放电腔室的尺寸为12 mm×17 mm×460 mm。为了实现重复频率运行过程中放电区气体的快速置换,循环气体垂直于光轴流过放电区,气体流速约为9 m/s。当总气压为14 kPa时,在摩尔分数分别为92%和8%的SF6和C2H6混合气体中,100 Hz重复频率脉冲HF激光器的输出功率为50 W。

基于20/400μm增益光纤的3 kW近单模全光纤放大器及其长时工作特性23-30

摘要：利用波长为976 nm的抽运源对基于纤芯/内包层直径为20/400μm的增益光纤放大器进行双向抽运,通过优化光纤弯曲半径,合理选择抽运方式并优化抽运功率配比,可有效抑制横向模式不稳定效应和受激拉曼散射,获得了输出功率大于3 kW的近单模全光纤放大器。光纤放大器的光-光转换效率约为73%,受激拉曼散射抑制比为20 dB,光束质量因子小于1.7,时/频域上没有出现模式不稳定现象。对该放大器进行10 h的连续测试,结果表明,该激光器性能稳定,有望用于工业加工等领域。

基于无芯光纤结合保偏光纤的可切换多波长光纤激光器31-38

摘要：提出了一种具有多波长可切换特性的掺铒光纤激光器,基于模场失配原理,利用无芯光纤结合保偏光纤构成一种光纤内马赫-曾德尔干涉仪(MZI)结构。通过调节MZI结构的曲率半径和偏振控制器,可得到稳定可切换的多波长掺铒光纤激光输出。输出多波长激光的最大波长间隔为40.184 nm,边模抑制比均大于50 dB。对输出激光的波长稳定性进行测试,在1 h内波长漂移量的最大值小于0.06 nm。研究结果表明,所提出的可切换多波长光纤激光器具有较大的输出波长范围和波长间隔、较高的边模抑制比及输出性能稳定等优点。

飞秒激光等离子体光斑图像增强及亮度分析39-47

摘要：飞秒激光加工单晶硅材料过程中会伴随产生等离子体,通过CCD相机采集等离子体的光辐射信号得到等离子体光斑图像。针对光斑图像边缘与背景区域对比度不明显、信噪比低的特点,对光斑图像进行增强处理,并进一步对光斑图像亮度特征进行分析。首先,对原始光斑图像进行滤波,采用主成分分析方法将其增强,对得到的第一主成分图像进行伪彩色处理,以便于分析其能量分布,并依据其能量分布信息将光斑的核心区域分割出来。其次,分别计算原始光斑图像的质心、长轴以及核心烧蚀区的质心与长短轴,分析图像的几何特征,据此判断激光烧蚀加工的方向。再次,采用Niblack分割方法分割原始图像的灰度图,基于分割后的二值图像掩模亮度信息,得到光斑图像的亮度特征。最后,分析光斑亮度特征与激光烧蚀加工方向、激光功率的关系。亮度特征与加工方向的相关系数小于0.09,与激光功率的相关系数大于0.5。结果表明:光斑图像的亮度特征不受加工方向的影响,光斑亮度特征具有较强的稳定性,可用于激光烧蚀功率的识别。

基于数值仿真的Al2O3陶瓷激光选区熔化表面微观组织形成机理研究48-55

摘要：基于数值仿真和实验研究了Al2O3陶瓷激光选区熔化(SLM)成形表面凝固组织的形成机理。结果表明:Al2O3陶瓷SLM成形具备发生贝纳德-马兰戈尼表面失稳的条件,随着激光能量减小,对流接近稳态;基板预热能够改变贝纳德-马兰戈尼对流状态;低激光功率、快扫描速度、低预热温度有助于形成稳态液体表面的层流流动。

焊前激光预处理的铝合金表面氧含量的分布及影响56-64

摘要：为提高6061铝合金的焊缝质量,采用纳秒脉冲激光预处理6061铝合金表面,利用扫描电子显微镜观察其表面形貌,研究了不同激光参数下氧元素的线、面含量及分布;为了验证清洗效果,进行了焊接实验。结果表明:最优的激光预处理参数为:激光功率15 W,清洗5次。在最优的加工参数下,表面氧元素的质量分数为3.23%,氧主要分布在光斑搭接处,铝合金焊缝平滑均匀,无明显的缺陷存在;激光预处理后,铝合金表面的氧元素含量越低,焊缝质量越高;分布于光斑周围的少量氧元素不影响焊接效果。

飞秒激光作用下金膜的微观特性变化65-70

摘要：用磁控溅射的方法在石英基底上制备了金(Au)膜,研究了Au膜在近激光损伤阈值(LIDT)飞秒脉冲激光辐照下的物相结构和表面形貌。结果表明:所制备的Au膜为(111)面取向生长的薄膜;近LIDT的激光辐照使辐照区的Au膜形成大晶粒,并由(111)单一取向变为多晶结构;Au膜晶粒尺寸的增大会导致表面粗糙度增加。实验结果为明确Au膜在飞秒激光作用下的损伤过程及后期应用提供了依据。

高应变InxGa1-xAs薄膜的结晶质量及光学特性71-76

摘要：通过分子束外延(MBE)生长技术,在GaAs(100)基片上生长出单晶InxGa1-xAs薄膜,利用反射高能电子衍射仪(RHEED)实时监控薄膜生长情况。对InxGa1-xAs薄膜进行了X射线衍射(XRD)测试,结果显示该薄膜为高质量薄膜,且In组分(原子数分数)为0.51。光致发光(PL)光谱测试结果表明,室温下发光峰位约为1.55μm;由于InxGa1-xAs薄膜中存在压应变,光谱峰位出现蓝移。Raman光谱显示GaAs-like横向光学声子(TO)模式的峰出现了明显展宽,验证了InxGa1-xAs薄膜中存在应变。

激光表面织构化生物陶瓷涂层及其摩擦磨损性能77-85

摘要：基于Reynolds方程和P-C(Patir and Cheng)模型,分别建立了织构表面在流体动压润滑及混合润滑状态下的理论模型。采用有限差分法并结合数值迭代,利用Matlab编程对模型进行计算,获得计算域内的压力分布和织构表面的理论摩擦系数,以此作为织构表面摩擦学性能的判断标准。采用飞秒激光加工工艺,在氧化锆(ZrO2)增强HA(Hydroxyapatite,羟基磷灰石)生物陶瓷涂层表面,加工出具有不同排布方式的椭圆形织构阵列和不同面覆率的圆形织构阵列。在往复实验平台进行摩擦磨损实验,利用三维轮廓仪表征涂层的磨损深度,并验证了数值模型。

高精度位移测量系统的硬件在环仿真86-92

摘要：设计了一个基于二维光栅的高精度位置测量系统的硬件在环仿真平台,分析了测量模型在编程过程中产生误差的原因,并使用该仿真平台测试了模型的精度和运算时间。结果表明,当计算频率为20 kHz时,测量模型的编程精度优于0.79 nm,测量机箱引起的误差为8.84×10-7 nm。该仿真平台能够有效地检测基于二维光栅的测量模型在编程过程中产生的误差,并测试模型运算时间。

基于微振镜结构光投射器的机器人抓取93-101

摘要：提出了一种基于微振镜结构光的三维重建方法。使用微振镜结构光快速获取图像数据,基于多频外差的方法对物体进行三维重建,使用基于点对特征三维特征匹配的方式对获取的三维数据与基准模型进行匹配和定位操作,获取了任意放置的物体在机器人坐标系中的三维坐标和法线信息。实验结果表明,基于微振镜结构光的方式可以获得0.1 mm左右的重建精度,处理时间约为0.4 s,可以满足大多数工业机器人物体定位抓取的要求。

基于iGPS的复杂曲面三维点云拼接技术102-109

摘要：提出了基于iGPS(indoor Global Positioning System)世界坐标系进行点云拼接的方法,建立了点云拼接数学模型,并求解拼接模型中的坐标转换关系。基于标准球测量实验,分别实现了基于机器人基坐标系的点云拼接和基于iGPS世界坐标系的点云拼接。研究结果表明,基于iGPS世界坐标系的点云拼接方法不受机器人定位精度的影响,拼接精度更高。

基于结构光的高反物体三维形貌测量方法110-117

摘要：提出了一种用于大面积高反物体的三维形貌测量方法。基于双色反射模型理论,提取了相机采集的条纹图像的漫反射分量,通过改进的反射分量分离算法对图像进行反射分量分离;对反射分量分离产生的图像空洞采用改进的种子填充算法进行修补;用三步相移结合质量引导算法得到连续相位,由系统标定的相位高度映射关系得到物体的高度信息。实验结果表明:所提方法实测误差约为0.23 mm,消除了93%~97%的高光像素,有效克服了反射光的干扰,对大面积反射光具有较好的稳健性。

三维形貌测量机器人的轨迹规划技术118-125

摘要：针对带有深孔特征的异型曲面三维形貌的测量需求,提出基于CAD(Computer Aided Design)数模提取信息进行自适应布点的方法和基于法向精度控制的轨迹规划测量方法。通过对机器人的位移-时间、速度-时间与加速度-时间曲线的仿真分析,验证了运用高阶多项式插值法可得到平滑的轨迹曲线。通过基于法向精度控制的形貌测量实验分析形貌测量过程中TCP(Tool Centror Point)的位置偏差与角度偏差,发现位置偏差小于0.092 mm,角度偏差在0.19°内,证明了所提方法的可行性。

基于长程气体吸收池的单频纳秒脉冲激光光谱纯度测量126-131

摘要：基于长程气体吸收池技术,搭建了针对波长为1572 nm的单频激光的光谱纯度测量装置,理论分析了测量精度的影响因素,并推导出误差计算公式。结果表明,该装置可精确测量光谱纯度为90%~99.999%的激光输出。使用该装置对1572 nm种子注入光参量振荡器输出的单频纳秒脉冲进行测量,测得其光谱纯度为(99.996±0.0005)%,达到工业应用的要求。

基于粒子图像测速的XeF(C-A)气体激光器增益区流场测量132-138

摘要：基于粒子图像测速(PIV)技术,测量了闭合循环脉冲XeF(C-A)蓝绿准分子激光器增益区的流场。研究了放电区域内流场中心区、近激光窗口区和过渡区在未放电条件下定常流场的流速特征及放电后不同时刻的流场形态,分析了放电后流场的恢复时间与风机转动频率、放电电压的关系。结果表明:在近窗口区域,存在流速缓慢的涡流;在流场中心区,流速较大且分布均匀;放电后瞬态出现了流速极慢的流场停滞现象。

大口径光学元件功率谱密度的拼接干涉检测139-147

摘要：为实现大口径光学元件波前功率谱密度(PSD)的高精度、低成本检测,提出了一种将干涉与拼接技术结合的检测方法。推导了波前PSD的计算方法,提出了基于相关匹配的子孔径拼接算法,分析了拼接干涉检测的误差来源。对拼接检测算法进行了仿真验证,结果表明,拼接检测的波前畸变峰谷值(dpv)与PSD的均方根值(PRMS)的相对偏差分别为1.2%和0.1%。采用口径为620 mm×450 mm光学元件开展了5次拼接检测实验,比较了拼接检测与全口径直接检测结果,两者分布一致,dpv偏差不大于0.012λ(λ=632.8 nm),PRMS偏差不大于0.03 nm,表明该算法稳定可靠,可实现大口径光学元件波前PSD的拼接检测。