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ISSN1001-3806CN51-1125/TN 网站地图

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激光与光电子技术应用
基于邻域特征的网点激光打孔定位算法研究
王博, 刘晓东, 李君豪, 陈泰宇, 刘容麟
2019, 43(5): 591-596.   doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.05.001
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摘要:
为了解决在激光加工中大尺寸多盲孔的网点加工件定位困难的问题, 用工业相机拍摄局部图片, 根据网点中盲孔的结构特征和分布特点, 采用最小二乘法拟合圆的方法检测局部图片中的盲孔, 使用邻域特征的方法寻找网点中的特征点, 并利用特征点匹配实现局部定位整体, 从而实现了加工件的精确和高效定位。结果表明, 邻域特征法对网点中盲孔的定位精度为0.02mm, 实现了对盲孔的有效定位, 解决了网点加工件定位困难的问题。该研究为在盲孔中完成激光加工等后续研究提供了基础。
复合肥中磷元素的激光诱导击穿光谱定量分析
李江涛, 鲁翠萍, 沙文
2019, 43(5): 601-607.   doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.05.003
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摘要:
为了在复合肥生产中对其成分进行快速检测, 达到指导生产的目的, 采用激光诱导击穿光谱技术(LIBS)与支持向量机(SVM)方法结合对复合肥中磷(P)元素进行定量分析。实验中选取磷元素的P Ⅰ 213.5nm, P Ⅰ 214.9nm和P Ⅰ 215.4nm 3条特征谱线对58个复合肥样品进行分析。采用随机选择法将58个样品划分为训练集(43个样本)和测试集(15个样本), 用网格搜索法对复合肥中P元素的定量分析模型进行参量寻优, 构建了SVM分析模型。结果表明, 所建立的训练集定标模型的相关系数R2=0.981, 说明训练集的参考值和预测值的相关性较高; 测试集中验证样本P元素的参考值与预测值的相关系数R2=0.992, 均方误差为4.95×10-5, 说明所构建的SVM模型的适用性较强; 训练集的平均绝对误差和相对误差分别为5.9×10-4和3.99×10-3; 测试集的平均绝对误差和相对误差分别为5.6×10-4和3.28×10-3。将SVM算法与LIBS技术结合可实现复合肥中磷元素的快速检测, 这为复合肥中元素含量快速检测提供了参考。
激光直接金属沉积316L不锈钢表面粘粉工艺研究
陈寰宇, 吴家柱, 赵鹏辉, 刘安丽, 张屹
2019, 43(5): 624-628.   doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.05.007
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摘要:
为了探究激光直接金属沉积316L不锈钢的表面粉末粘附工艺规律, 利用高速摄像机分析粉末粘附类型, 采用单因素试验的方法, 定量研究了单道多层沉积中的送粉速率、送粉气流量和线能量密度对粉末粘附的影响规律。结果表明, 粉末粘附主要包括熔池熔液逸出和未熔粉末粘附两种类型; 随着送粉速率的增加和送粉气流量的减小, 薄壁件侧表面粉末粘附程度增加, 而粉末粘附程度则对激光线能量密度的变化不敏感; 激光功率700W、扫描速率700mm/min、送粉量13.54g/min、送粉气流量14L/min、离焦量+22mm时, 激光直接金属沉积薄壁件表面粉末粘附较少。研究结果能够成为改善316L不锈钢增材制件表面质量的重要依据。
基于粒子群自整定PID算法的激光器温度控制系统
齐艺超, 陈伟, 穆春元, 祝宁华
2019, 43(5): 650-654.   doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.05.012
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摘要:
为了使激光器能够稳定工作, 设计并实现了一个控制速度快、精度高, 并且可调谐的温度控制系统。该系统使用ATmega328P为处理器, 通过粒子群算法自整定比例-积分-微分(PID)系数, 采用闭环负反馈的PID结构实现对激光器的温度控制。结果表明, 在本系统控制下, 激光器能在15s左右达到目标温度, 且到达目标温度后温度误差约为±0.01℃, 并可保持较长时间, 激光器输出功率波动很小, 方差仅为568.49μW。该系统对蝶形封装激光器的温度可以实现有效的温度控制。
光纤光谱结合模式识别无损检测苹果表面疤痕
孟庆龙, 张艳, 尚静
2019, 43(5): 676-680.   doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.05.017
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摘要:
为了实现基于光纤光谱技术结合模式识别无损检测苹果表面疤痕, 利用光纤光谱采集系统采集了完好无损和表面有疤痕苹果的光谱数据, 采用标准正态变换(SNV)和1阶导数对原始光谱数据进行预处理; 利用主成分分析方法对预处理后的光谱数据进行降维, 以提取能反映苹果表面疤痕的特征光谱; 利用k最近邻(KNN)模式识别方法和偏最小二乘判别分析方法, 建立了苹果表面疤痕的识别模型。结果表明, 采用主成分分析法选择了累计贡献率超过99%的前8个主成分作为样本集特征光谱数据, 很好地实现了光谱数据的降维; 利用1阶导数+KNN识别模型对校正集以及SNV+KNN识别模型对预测集中正常果和疤痕果的正确率识别均高达96.0%。验证了基于光纤光谱技术结合模式识别方法无损检测苹果表面疤痕的可行性。
小型化燃煤电厂逃逸氨气激光测量仪
邱选兵, 魏永卜, 孙冬远, 张恩华, 李传亮, 魏计林, 臧振中
2019, 43(5): 697-701.   doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.05.021
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摘要:
为了准确测量高温下逃逸氨的体积分数, 采用可调谐半导体激光吸收光谱技术、波长调制光谱技术(WMS)和长光程技术, 开发了一套高温小型化的逃逸氨气测量仪; 为了减小逃逸氨气的吸附效应和提高探测灵敏度, 研制了新型高温长光程样品吸收池。在前期研制的激光驱动模块基础上, 采用74HC4046锁相环芯片作为可调正弦调制信号源, 以EPM7064为移相和倍频逻辑控制芯片, 同时采用两片AD630作为一次解调(WMS-1f)和二次解调(WMS-2f)同步解调乘法器, 实现了吸收信号的1f和2f同步解调。此外, 以STM32F429为主控制器, 将解调滤波后的信号输入到AD7606进行模数转换, 并进行数字滤波和体积分数的反演。结果表明, 氨气体积分数与WMS-1f幅值、WMS-2f幅值以及同步解调WMS-2f/WMS-1f归一化幅度值的线性拟合系数分别为0.998, 0.997以及0.998;Allen方差表明在优化时间228s时, 其测量的体积分数最低为0.496×10-6, 在体积分数为20×10-6~100×10-6范围内测量误差小于±2%。该测量仪可以为燃煤电厂氨逃逸的高温测量提供高精度的原始数据。
基于LIBS的CN自由基B2Σ+~X2Σ+光谱及温度研究
杨晓飞, 王高, 邱选兵, 刘淑平, 魏计林, 李传亮
2019, 43(5): 719-723.   doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.05.025
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摘要:
为了研究CN自由基B2Σ+~X2Σ+光谱及温度随着条件的变化规律, 采用激光诱导击穿光谱的方法, 击穿空气环境下的高纯石墨产生CN自由基, 并用高分辨率光谱仪测量其B2Σ+~X2Σ+的发射光谱, 改变激光能量和激光焦点位置研究不同条件下的CN自由基光谱。结果表明, 激光能量从30mJ调谐到50mJ, 增加步长为5mJ, 光谱强度随着激光能量的增大变强; 单脉冲能量为50mJ时光谱强度达到最大值; 此外, 测量光谱在样品上表面到焦点距离为8mm时, 信噪比达到最大值; 利用LIFBASE软件对光谱数据进行拟合, 得出CN自由基的振动温度的量级约为104K, 转动温度约为4000K;CN自由基的振动温度随着距离的增加整体呈现下降的趋势, 而转动温度呈现上升的趋势。这些结果对研究宇宙星体和探索高温化学反应有重要作用。
激光物理、材料与器件
用于远程激光测距机的小体积高功率固体激光器
高恒, 刘佳铭, 杨闯, 赵刚, 李斌, 彭绪金, 刘亚萍
2019, 43(5): 597-600.   doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.05.002
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摘要:
为了满足军用远程激光测距机对小体积高峰值功率固体激光器的应用需求, 采用短腔长、正交偏振电光调Q技术, 设计了小型风冷LD抽运Nd:YAG固体激光器, 并对样机进行了实验验证。结果表明, 激光器重量630g、重频20Hz、输出能量85mJ、脉冲宽度3.9ns、激光峰值功率21.8MW、束散角1.9mrad, 满足了小型化和高峰值功率的要求。该激光器具备较强环境适应性, 目前已实现工程化应用。
紫外-啁啾激光束驱动He原子获得阿秒脉冲
冯立强, 李义
2019, 43(5): 629-634.   doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.05.008
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摘要:
为了获得X射线范围内的阿秒脉冲, 采用紫外-啁啾组合激光束产生高强度谐波光谱和阿秒脉冲的方法, 进行了理论分析。结果表明, 当引入正向啁啾参量时, 虽然谐波截止能量有微小延伸, 但是谐波辐射效率明显下降; 当引入负向啁啾参量时, 不仅谐波截止能量得到延伸, 并且谐波辐射效率比正向啁啾条件下有所增强; 将一束125nm的紫外光源引入到啁啾激光下, 由于共振增强电离的影响, 谐波辐射效率有明显增强, 在紫外-正向啁啾驱动下, 不仅谐波辐射强度被增强25倍, 而且谐波截止能量得到延伸, 形成了一个382eV的平台区, 在紫外-负向啁啾驱动下, 虽然谐波截止能量没有明显变化, 但是谐波辐射效率有110倍的提高, 进而形成一个410eV的平台区; 通过叠加组合场下的谐波, 可获得一系列70as以内的单个阿秒脉冲。该研究对阿秒科学的发展是有帮助的。
矩形光栅局部结构误差对衍射效率的影响
邓启威, 张蓉竹, 孙年春
2019, 43(5): 635-640.   doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.05.009
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摘要:
为了提高高光谱遥感技术的分析精度, 利用标量衍射理论, 对矩形光栅局部结构误差的衍射效率进行了分析, 并计算了光栅局部周期和缝宽误差对衍射效率的影响。结果表明, 当加工误差使得光栅局部缝宽变大时, 会造成光栅各主极大(除零级)衍射光强变小, 这一误差对±1级处的衍射光强影响相对较小, 随着误差的增加, 越高的衍射级次其光强下降得越快; 而当加工误差使得光栅局部缝宽变小时, 会造成光栅各主极大(除零级)衍射光强变大, 同样, 当误差变大时, 相对±1级的衍射光受到的影响而言, 级次越高对应的主极大衍射光强增大得越快。该研究对于加工矩形光栅减小局部周期和缝宽误差控制提供了参考。
780nm倍频激光器的研究
李贝贝, 张翠平, 王晓佳
2019, 43(5): 646-649.   doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.05.011
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摘要:
为了获得结构简单、成本相对低廉的高功率780nm激光, 采用了单块倍频晶体的腔外倍频方法。分布式反馈半导体激光器产生的连续激光注入光纤放大器后, 通过周期极化铌酸锂晶体进行准相位匹配, 取得了铷原子的饱和吸收光谱。结果表明, 该激光器产生了1.2W的倍频光, 具有较高的输出功率。这一结果对铷原子钟、原子干涉仪等冷原子物理实验的小型化是有帮助的。
基于DFB激光器的楔形截顶光纤微透镜耦合结构
蒋金宏, 李勇奇, 吕欢祝, 金琪, 张克非
2019, 43(5): 655-659.   doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.05.013
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摘要:
为了解决分布式反馈激光器的光发射次模块耦合封装中存在最大耦