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RSS2013年 37卷 第5期
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2013, 37(5): 561-564.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.001
[摘要]
[PDF 1160KB]
摘要:
为了实时精确地测量受激布里渊散射线宽,采用了一种利用脉宽时域傅里叶变换的方法,实验研究了在5℃~40℃的温度变化范围内受激布里渊散射脉宽和线宽之间的相互关系。首先测量了不同温度下的受激布里渊散射脉宽,然后经过傅里叶变换以及线宽校准,得到不同温度下的受激布里渊散射线宽。结果表明,脉宽时域傅里叶变换测量受激布里渊散射线宽的方法具有较高的测量精度,最大测量误差小于3.5%,是一种简便可行的方法。
为了实时精确地测量受激布里渊散射线宽,采用了一种利用脉宽时域傅里叶变换的方法,实验研究了在5℃~40℃的温度变化范围内受激布里渊散射脉宽和线宽之间的相互关系。首先测量了不同温度下的受激布里渊散射脉宽,然后经过傅里叶变换以及线宽校准,得到不同温度下的受激布里渊散射线宽。结果表明,脉宽时域傅里叶变换测量受激布里渊散射线宽的方法具有较高的测量精度,最大测量误差小于3.5%,是一种简便可行的方法。
2013, 37(5): 565-570.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.002
摘要:
为了获得激光切割参量对碳纤维复合材料的影响规律,利用额定功率为500W的毫秒脉冲Nd:YAG激光器,分别进行了在空气中和水下切割碳纤维复合材料(CFRP)的实验研究。采用单因素实验法,考察了脉冲能量、频率、切割速度与气体压力等激光参量对切割质量的影响,获得了激光参量对切割CFRP材料切口的切缝宽度、正面纤维拔出长度、背面纤维拔出长度与锥角的影响规律,并对激光切割机理进行了分析研究。结果表明,水下切割能有效地减小激光切割产生的热影响区。这为继续开展激光水下切割CFRP的研究提供了参考。
为了获得激光切割参量对碳纤维复合材料的影响规律,利用额定功率为500W的毫秒脉冲Nd:YAG激光器,分别进行了在空气中和水下切割碳纤维复合材料(CFRP)的实验研究。采用单因素实验法,考察了脉冲能量、频率、切割速度与气体压力等激光参量对切割质量的影响,获得了激光参量对切割CFRP材料切口的切缝宽度、正面纤维拔出长度、背面纤维拔出长度与锥角的影响规律,并对激光切割机理进行了分析研究。结果表明,水下切割能有效地减小激光切割产生的热影响区。这为继续开展激光水下切割CFRP的研究提供了参考。
2013, 37(5): 571-576.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.003
摘要:
为了精准地测量光电瞄具多光轴的平行性,采用大口径离轴抛物面反射镜平行光管的多光轴检测方法进行了理论分析,并设计了完整的测量系统(包括光学成像系统、控制系统、图像采集与处理系统)。该系统采用离散余弦变换系数作为评价标准,实现了高精度的自动对焦;采用大口径离轴抛物面反射镜满足不同型号瞄具的测量,实现了可见光、近红外和远红外3种光学系统的光轴平行性的自动检测。结合一种光电瞄具成品进行了实际测试,当光轴之间偏差角为0.04mrad~0.08mrad时,相对误差在13%以内,此范围可认为是系统检测角度的下限。结果表明,该系统减小了人为读数等主观原因造成的误差,通用性强、检测效率高,精度满足需求。
为了精准地测量光电瞄具多光轴的平行性,采用大口径离轴抛物面反射镜平行光管的多光轴检测方法进行了理论分析,并设计了完整的测量系统(包括光学成像系统、控制系统、图像采集与处理系统)。该系统采用离散余弦变换系数作为评价标准,实现了高精度的自动对焦;采用大口径离轴抛物面反射镜满足不同型号瞄具的测量,实现了可见光、近红外和远红外3种光学系统的光轴平行性的自动检测。结合一种光电瞄具成品进行了实际测试,当光轴之间偏差角为0.04mrad~0.08mrad时,相对误差在13%以内,此范围可认为是系统检测角度的下限。结果表明,该系统减小了人为读数等主观原因造成的误差,通用性强、检测效率高,精度满足需求。
2013, 37(5): 587-591.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.006
摘要:
为了研究连续激光晶化非晶硅薄膜中激光功率密度对晶化效果的影响,利用磁控溅射法制备非晶硅薄膜,采用连续氩氪混合离子激光器对薄膜进行退火晶化,用显微喇曼光谱测试技术和场发射扫描电子显微镜研究了薄膜在5ms固定时间下不同激光功率密度对晶化效果的影响,并对比了普通玻璃片和石英玻璃两种衬底上薄膜晶化过程的差异。结果表明,在一定激光功率密度范围内(0kW/cm2~27.1kW/cm2),当激光功率密度大于15.1kW/cm2时,普通玻璃衬底沉积的非晶硅薄膜开始实现晶化;随着激光功率密度的增大,晶化效果先逐渐变好,之后变差;激光功率密度增大到24.9kW/cm2时,薄膜表面呈现大面积散落的苹果状多晶硅颗粒,晶粒截面尺寸高达478nm ;激光功率密度存在一个中间值,使得晶化效果达到最佳;石英衬底上沉积的非晶硅薄膜则呈现与前者不同的结晶生长过程,当激光功率密度为19.7kW/cm2时,薄膜表面呈现大晶粒尺寸的球形多晶硅颗粒,并且晶粒尺寸随着激光功率密度的增大而增大,在 27.1kW/cm2处晶粒尺寸达到最大5.38m。研究结果对用连续激光晶化法制备多晶硅薄膜的研究具有积极意义。
为了研究连续激光晶化非晶硅薄膜中激光功率密度对晶化效果的影响,利用磁控溅射法制备非晶硅薄膜,采用连续氩氪混合离子激光器对薄膜进行退火晶化,用显微喇曼光谱测试技术和场发射扫描电子显微镜研究了薄膜在5ms固定时间下不同激光功率密度对晶化效果的影响,并对比了普通玻璃片和石英玻璃两种衬底上薄膜晶化过程的差异。结果表明,在一定激光功率密度范围内(0kW/cm2~27.1kW/cm2),当激光功率密度大于15.1kW/cm2时,普通玻璃衬底沉积的非晶硅薄膜开始实现晶化;随着激光功率密度的增大,晶化效果先逐渐变好,之后变差;激光功率密度增大到24.9kW/cm2时,薄膜表面呈现大面积散落的苹果状多晶硅颗粒,晶粒截面尺寸高达478nm ;激光功率密度存在一个中间值,使得晶化效果达到最佳;石英衬底上沉积的非晶硅薄膜则呈现与前者不同的结晶生长过程,当激光功率密度为19.7kW/cm2时,薄膜表面呈现大晶粒尺寸的球形多晶硅颗粒,并且晶粒尺寸随着激光功率密度的增大而增大,在 27.1kW/cm2处晶粒尺寸达到最大5.38m。研究结果对用连续激光晶化法制备多晶硅薄膜的研究具有积极意义。
2013, 37(5): 601-604.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.009
摘要:
为了消除激光打标系统中由2维振镜物镜前扫描引起的打标点几何畸变误差,分析误差产生的原因,在振镜扫描角度(,)理想计算公式的基础上,采用最小二乘曲线拟合的方法,得到用打标点坐标(x,y)表示的补偿(,)误差的拟合多项式,从而对激光打标点的畸变误差进行了校正。通过校正,可以将激光打标点的最大几何畸变误差由3.2mm降至20m以内,且计算量小、速度快。结果表明,该误差校正算法可以满足高速、高精度激光打标的需要;同时可通过改变物镜焦距计算出新的补偿公式,以应用于不同参量的激光打标系统。
为了消除激光打标系统中由2维振镜物镜前扫描引起的打标点几何畸变误差,分析误差产生的原因,在振镜扫描角度(,)理想计算公式的基础上,采用最小二乘曲线拟合的方法,得到用打标点坐标(x,y)表示的补偿(,)误差的拟合多项式,从而对激光打标点的畸变误差进行了校正。通过校正,可以将激光打标点的最大几何畸变误差由3.2mm降至20m以内,且计算量小、速度快。结果表明,该误差校正算法可以满足高速、高精度激光打标的需要;同时可通过改变物镜焦距计算出新的补偿公式,以应用于不同参量的激光打标系统。
2013, 37(5): 622-626.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.013
摘要:
为了便捷地测量出电解水产生的氢气泡场的尺度分布,提出了一种利用显微照相、微气泡图像处理和统计分析技术的方法。首先通过显微照相系统拍摄同一区域不同时刻电解水产生的氢气泡图像;然后采用图像增强、分割、形态学处理、颗粒测量等手段获取每张图像中微气泡的数量和尺度;最后利用测量区域内微气泡数量变化的平稳随机特性,用测量区域内微气泡在时间轴上的统计尺度分布特性代替空间特性,获得氢气泡在整个气泡生成空间的尺度分布。结果表明,3种电解电流密度条件下,电解水产生氢气泡的尺度分布基本符合高斯分布,平方相关系数大于0.95;且电解电流越大,气泡尺度分布越分散;但电解电流的大小对氢气泡的平均尺度的影响不明显。该方法可有效地测量电解水产生氢气泡的尺度分布。
为了便捷地测量出电解水产生的氢气泡场的尺度分布,提出了一种利用显微照相、微气泡图像处理和统计分析技术的方法。首先通过显微照相系统拍摄同一区域不同时刻电解水产生的氢气泡图像;然后采用图像增强、分割、形态学处理、颗粒测量等手段获取每张图像中微气泡的数量和尺度;最后利用测量区域内微气泡数量变化的平稳随机特性,用测量区域内微气泡在时间轴上的统计尺度分布特性代替空间特性,获得氢气泡在整个气泡生成空间的尺度分布。结果表明,3种电解电流密度条件下,电解水产生氢气泡的尺度分布基本符合高斯分布,平方相关系数大于0.95;且电解电流越大,气泡尺度分布越分散;但电解电流的大小对氢气泡的平均尺度的影响不明显。该方法可有效地测量电解水产生氢气泡的尺度分布。
2013, 37(5): 631-635.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.015
摘要:
为了在光学相控阵中实现双波束成形和2维扫描,以玻璃作为基底材料,以液晶作为移相介质,利用液晶的电控移相特性,对入射光束进行双波束成形和相控空间扫描;采用现场可编程门阵列芯片对液晶驱动芯片进行波控数据发送,完成对液晶移相阵列的电压驱动,从而达到电控光束扫描功能,完成单个透射型液晶光学相控阵组件的研制;利用该组件的电控光束扫描功能,采用多个组件级联的方式,实现基于透射型液晶光学相控阵组件的双波束成形和2维扫描技术。结果表明,该系统能够实现双波束独立偏转控制,以及高精度的空间2维偏转。
为了在光学相控阵中实现双波束成形和2维扫描,以玻璃作为基底材料,以液晶作为移相介质,利用液晶的电控移相特性,对入射光束进行双波束成形和相控空间扫描;采用现场可编程门阵列芯片对液晶驱动芯片进行波控数据发送,完成对液晶移相阵列的电压驱动,从而达到电控光束扫描功能,完成单个透射型液晶光学相控阵组件的研制;利用该组件的电控光束扫描功能,采用多个组件级联的方式,实现基于透射型液晶光学相控阵组件的双波束成形和2维扫描技术。结果表明,该系统能够实现双波束独立偏转控制,以及高精度的空间2维偏转。
2013, 37(5): 636-641.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.016
摘要:
为了了解激光诱导等离子体的演化过程,得到等离子体的相关参量,采用横向激励大气压CO2激光器在抛物反射面中聚焦击穿空气形成等离子体,利用成像光谱仪和增强型CCD探测器对激光诱导等离子体进行了时间和空间分辨的实验分析,取得了激光诱导空气等离子体的时间演化和空间分辨光谱。分别利用氧原子的线状谱和连续谱的比值及谱线半峰全宽计算得到电子温度达到了4104K,电子密度在1018cm-3量级。结果表明,相比于低能量的激光诱导等离子体的辐射光谱,高能量激光诱导的等离子体则向外辐射出很强的连续光谱,同时,等离子体以激光支持爆轰波的形式快速向外膨胀,由于外围等离子体对激光能量的屏蔽作用,等离子体出现了空间分离的现象。该研究结果对理解等离子体和高能量脉冲激光的相互作用过程是有帮助的。
为了了解激光诱导等离子体的演化过程,得到等离子体的相关参量,采用横向激励大气压CO2激光器在抛物反射面中聚焦击穿空气形成等离子体,利用成像光谱仪和增强型CCD探测器对激光诱导等离子体进行了时间和空间分辨的实验分析,取得了激光诱导空气等离子体的时间演化和空间分辨光谱。分别利用氧原子的线状谱和连续谱的比值及谱线半峰全宽计算得到电子温度达到了4104K,电子密度在1018cm-3量级。结果表明,相比于低能量的激光诱导等离子体的辐射光谱,高能量激光诱导的等离子体则向外辐射出很强的连续光谱,同时,等离子体以激光支持爆轰波的形式快速向外膨胀,由于外围等离子体对激光能量的屏蔽作用,等离子体出现了空间分离的现象。该研究结果对理解等离子体和高能量脉冲激光的相互作用过程是有帮助的。
2013, 37(5): 642-646.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.017
摘要:
自持体放电又称大气压脉冲放电或脉冲辉光放电,是一种利用微秒-亚微秒量级脉冲在大气压下获得大体积等离子体的放电形式。为了测量自持体放电过程中气体温度的演化,采用光谱拟合的方法,对氮分子第二正带光谱进行了理论分析。并对两套横向激励大气压(TEA)气体激光器放电系统(准分子放电腔快放电系统,TEA CO2激光器放电腔慢放电系统)的等离子体时域分辨分子光谱进行了测量,并拟合了气体转动温度,取得了两种不同放电结构放电过程中气体温度演化的数据。结果表明,准分子放电腔快放电过程中总的能量注入密度为1.3105J/m3时,温度升高92K,TEA CO2激光器放电腔慢放电过程中总的能量注入密度为7104J/m3时,温度升高约50K,两套系统温度升高比对应于总的注入能量密度比。这一结果对研究自持体放电机理提高放电稳定性是有帮助的。
自持体放电又称大气压脉冲放电或脉冲辉光放电,是一种利用微秒-亚微秒量级脉冲在大气压下获得大体积等离子体的放电形式。为了测量自持体放电过程中气体温度的演化,采用光谱拟合的方法,对氮分子第二正带光谱进行了理论分析。并对两套横向激励大气压(TEA)气体激光器放电系统(准分子放电腔快放电系统,TEA CO2激光器放电腔慢放电系统)的等离子体时域分辨分子光谱进行了测量,并拟合了气体转动温度,取得了两种不同放电结构放电过程中气体温度演化的数据。结果表明,准分子放电腔快放电过程中总的能量注入密度为1.3105J/m3时,温度升高92K,TEA CO2激光器放电腔慢放电过程中总的能量注入密度为7104J/m3时,温度升高约50K,两套系统温度升高比对应于总的注入能量密度比。这一结果对研究自持体放电机理提高放电稳定性是有帮助的。
2013, 37(5): 660-663.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.021
摘要:
为了减小激光器双腔放电时间的相对抖动、稳定激光器输出能量,采用闭环控制回路电压泄放方法,设计了一套主振荡功率放大结构准分子激光谐振充电高精度电压控制方案。通过对电容电压取样处理,动态监测储能电容电压,当电容电压大于目标电压时,由泄放电路泄放电压至目标值,得到高精度的充电电压,使用此电压控制方案后,充电电压的波动由1.67减小到0.83。结果表明,该方案很好地提高了谐振电源储能电容上的电压精度,减小了激光器双腔放电时间的相对抖动,并为后期的激光器能量输出稳定控制打下良好基础。
为了减小激光器双腔放电时间的相对抖动、稳定激光器输出能量,采用闭环控制回路电压泄放方法,设计了一套主振荡功率放大结构准分子激光谐振充电高精度电压控制方案。通过对电容电压取样处理,动态监测储能电容电压,当电容电压大于目标电压时,由泄放电路泄放电压至目标值,得到高精度的充电电压,使用此电压控制方案后,充电电压的波动由1.67减小到0.83。结果表明,该方案很好地提高了谐振电源储能电容上的电压精度,减小了激光器双腔放电时间的相对抖动,并为后期的激光器能量输出稳定控制打下良好基础。
2013, 37(5): 664-667.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.022
摘要:
为了对硅V型槽的结构进行测量,采用热光源谱域光学相干层析成像法,进行了理论分析和实验验证,取得了硅V型槽的1维深度和2维层析图像,获得了硅V型槽的深度、上部宽度和底部宽度数据分别为145.38m,212m和32m。结果表明,该测量结果与扫描电子显微镜测量值基本一致。这对微机电系统结构测量是有帮助的。
为了对硅V型槽的结构进行测量,采用热光源谱域光学相干层析成像法,进行了理论分析和实验验证,取得了硅V型槽的1维深度和2维层析图像,获得了硅V型槽的深度、上部宽度和底部宽度数据分别为145.38m,212m和32m。结果表明,该测量结果与扫描电子显微镜测量值基本一致。这对微机电系统结构测量是有帮助的。
2013, 37(5): 668-671.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.023
摘要:
为了抑制非线性光学效应对光学材料表面损伤阈值测量的影响,设计了一种新的激光焦点对焦方法,利用激光对空气电离所发射的等离子体光线作为参照物进行焦点定位,对焦过程中,激光电离焦点处的空气形成等离子体亮点,该亮点通过光学材料表面形成镜像,由镜面成像原理可知样品表面位于等离子体亮点和其镜像连线的中点,调节亮点和镜像重合即可完成对焦。结果表明,该方法操作简便、精度高,这对光学材料的表面损伤阈值测量具有重要意义。
为了抑制非线性光学效应对光学材料表面损伤阈值测量的影响,设计了一种新的激光焦点对焦方法,利用激光对空气电离所发射的等离子体光线作为参照物进行焦点定位,对焦过程中,激光电离焦点处的空气形成等离子体亮点,该亮点通过光学材料表面形成镜像,由镜面成像原理可知样品表面位于等离子体亮点和其镜像连线的中点,调节亮点和镜像重合即可完成对焦。结果表明,该方法操作简便、精度高,这对光学材料的表面损伤阈值测量具有重要意义。
2013, 37(5): 686-689.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.027
摘要:
为了探测几十赫兹的低频水下声信号,采用一种光学测量方法,建立了低频水下声信号的光学探测系统。当未扩束的激光束照射到受水下声信号调制的液体表面时,液体表面相当于位相型光栅,观察到了稳定、清晰的衍射图样,衍射图样呈非对称分布。得到了衍射光强分布的解析表达式,解释了在斜入射的条件下衍射图样位置及强度的非均匀分布和在垂直入射条件下,衍射光场的均匀分布,理论和实验比较吻合。结果表明,在激光束斜入射条件下,衍射图样的位置及强度是非均匀分布的。
为了探测几十赫兹的低频水下声信号,采用一种光学测量方法,建立了低频水下声信号的光学探测系统。当未扩束的激光束照射到受水下声信号调制的液体表面时,液体表面相当于位相型光栅,观察到了稳定、清晰的衍射图样,衍射图样呈非对称分布。得到了衍射光强分布的解析表达式,解释了在斜入射的条件下衍射图样位置及强度的非均匀分布和在垂直入射条件下,衍射光场的均匀分布,理论和实验比较吻合。结果表明,在激光束斜入射条件下,衍射图样的位置及强度是非均匀分布的。
2013, 37(5): 700-704.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.030
摘要:
为了分析激光对接焊TC4钛合金薄板的焊接过程,以ANSYS软件为平台采用有限单元法建立了非线性瞬态热传导模型,模拟计算了焊接时的3维瞬态温度场;数值模拟过程中考虑了材料热物理性能参量的温度依存性,并利用APDL语言编程实现了移动高斯分布面热源模型的加载。结果表明,激光焊接过程中的温度场由非稳态到稳态,最终呈现出流星状的稳定分布,焊缝附近等温线密集,焊缝的热影响区小;模拟得到的焊缝形状与试验获得的焊缝形状相吻合;模拟获得的400℃临界温度以上区域的尺寸范围为42.00mm10.56mm。该研究验证了模拟方法的正确性,为焊接保护装置设计提供了依据。
为了分析激光对接焊TC4钛合金薄板的焊接过程,以ANSYS软件为平台采用有限单元法建立了非线性瞬态热传导模型,模拟计算了焊接时的3维瞬态温度场;数值模拟过程中考虑了材料热物理性能参量的温度依存性,并利用APDL语言编程实现了移动高斯分布面热源模型的加载。结果表明,激光焊接过程中的温度场由非稳态到稳态,最终呈现出流星状的稳定分布,焊缝附近等温线密集,焊缝的热影响区小;模拟得到的焊缝形状与试验获得的焊缝形状相吻合;模拟获得的400℃临界温度以上区域的尺寸范围为42.00mm10.56mm。该研究验证了模拟方法的正确性,为焊接保护装置设计提供了依据。
2013, 37(5): 577-581.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.004
摘要:
为了克服基于相位截断傅里叶变换的非对称光学图像加密系统不能抵御已知明文攻击的缺陷,采用球面波的自带因子扰乱输入图像空间信息的方法实现图像的加解密,并通过理论分析和实验仿真进行了研究。结果表明,该方法既能抵御已知明文攻击和保持非线性特性,又能获得原系统加解密图像的效果,同时还能减少相位掩膜数量,简化系统设置。这一结果对于改进基于相位截断傅里叶变换的非对称光学图像加密系统的安全性是有帮助的。
为了克服基于相位截断傅里叶变换的非对称光学图像加密系统不能抵御已知明文攻击的缺陷,采用球面波的自带因子扰乱输入图像空间信息的方法实现图像的加解密,并通过理论分析和实验仿真进行了研究。结果表明,该方法既能抵御已知明文攻击和保持非线性特性,又能获得原系统加解密图像的效果,同时还能减少相位掩膜数量,简化系统设置。这一结果对于改进基于相位截断傅里叶变换的非对称光学图像加密系统的安全性是有帮助的。
2013, 37(5): 582-586.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.005
摘要:
为满足2N光功率分配器的制作和应用的需求,对宽带集成化22 3dB耦合器进行了深入的理论和实验研究。采用3-D光束传播法,对传统的非对称X结进行了模拟改进,设计了低损耗且具有较宽工作带宽的22 3dB耦合器。采用Ag+-Na+离子交换技术在玻璃基上成功制作了非对称X结结构的宽带22 3dB耦合器。通过对1260nm~1360nm和1460nm~1600nm两个波段宽带光源的光谱测试,得到在宽带范围内小于4.0dB的插入损耗,光谱谱线相对平坦,波长依赖性较小,均匀性小于0.5dB。结果表明,采用这种非对称X结并结合离子交换工艺,可以在玻璃基上制作出宽带的22 3dB耦合器,这为进一步优化器件性能,研制成功具有应用价值的器件奠定了基础。
为满足2N光功率分配器的制作和应用的需求,对宽带集成化22 3dB耦合器进行了深入的理论和实验研究。采用3-D光束传播法,对传统的非对称X结进行了模拟改进,设计了低损耗且具有较宽工作带宽的22 3dB耦合器。采用Ag+-Na+离子交换技术在玻璃基上成功制作了非对称X结结构的宽带22 3dB耦合器。通过对1260nm~1360nm和1460nm~1600nm两个波段宽带光源的光谱测试,得到在宽带范围内小于4.0dB的插入损耗,光谱谱线相对平坦,波长依赖性较小,均匀性小于0.5dB。结果表明,采用这种非对称X结并结合离子交换工艺,可以在玻璃基上制作出宽带的22 3dB耦合器,这为进一步优化器件性能,研制成功具有应用价值的器件奠定了基础。
2013, 37(5): 596-600.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.008
摘要:
数值再现像相位的准确性直接影响到数字全息检测的结果。为了找出再现过程中存在的相位畸变并采取相应的方法达到自动补偿,对无透镜傅里叶变换数字全息中的相位补偿问题进行了研究。因为经过单次傅里叶变换法进行数字波面重构时,存在一个附加的二次相位因子,该附加因子造成了再现像的相位畸变。采用最小二乘曲线拟合方法,通过多剖面计算得出数字相位掩膜进而对相位分布进行校正,并进行了理论分析和对比实验验证。结果表明,与常用的二剖面方法相比,能够对相位畸变进行更好的校正。这一结果对相位补偿问题的研究是有帮助的。
数值再现像相位的准确性直接影响到数字全息检测的结果。为了找出再现过程中存在的相位畸变并采取相应的方法达到自动补偿,对无透镜傅里叶变换数字全息中的相位补偿问题进行了研究。因为经过单次傅里叶变换法进行数字波面重构时,存在一个附加的二次相位因子,该附加因子造成了再现像的相位畸变。采用最小二乘曲线拟合方法,通过多剖面计算得出数字相位掩膜进而对相位分布进行校正,并进行了理论分析和对比实验验证。结果表明,与常用的二剖面方法相比,能够对相位畸变进行更好的校正。这一结果对相位补偿问题的研究是有帮助的。
2013, 37(5): 605-609.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.010
摘要:
为了改善脉冲位置调制需要符号同步和数字脉冲间隔调制、双头脉冲间隔调制、多幅度脉冲间隔调制符号长度不固定所引起的接收发机结构复杂和调制器速率不固定等问题,提出将定长数字脉冲间隔调制应用于水下无线光通信系统。分析了带宽需求、传输容量,并与其它调制方式进行了比较;在给出水下无线光通信信道模型的基础上,推导了该信道中定长数字脉冲间隔调制方式的误包率表达式。结果表明,定长数字脉冲间隔调制适用于水下无线光通信系统。
为了改善脉冲位置调制需要符号同步和数字脉冲间隔调制、双头脉冲间隔调制、多幅度脉冲间隔调制符号长度不固定所引起的接收发机结构复杂和调制器速率不固定等问题,提出将定长数字脉冲间隔调制应用于水下无线光通信系统。分析了带宽需求、传输容量,并与其它调制方式进行了比较;在给出水下无线光通信信道模型的基础上,推导了该信道中定长数字脉冲间隔调制方式的误包率表达式。结果表明,定长数字脉冲间隔调制适用于水下无线光通信系统。
2013, 37(5): 618-621.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.012
摘要:
为了实现基于数字微镜器件的高质量全息图再现,阐述了数字微镜器件的灰度调制特性及其衍射特性,探讨了数字微镜器件进行全息显示的机理,实现了基于数字微镜器件的全息图高质量再现,并给出了相应的数值模拟结果。结果表明,经过灰度调整后的计算全息图再现效果有明显改善。这一结果对数字微镜用于计算全息显示是有帮助的。
为了实现基于数字微镜器件的高质量全息图再现,阐述了数字微镜器件的灰度调制特性及其衍射特性,探讨了数字微镜器件进行全息显示的机理,实现了基于数字微镜器件的全息图高质量再现,并给出了相应的数值模拟结果。结果表明,经过灰度调整后的计算全息图再现效果有明显改善。这一结果对数字微镜用于计算全息显示是有帮助的。
2013, 37(5): 651-655.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.019
摘要:
为了提高空间光通信的捕获、跟踪与瞄准系统的跟踪精度,提出了一种新型二自由度Smith预估控制的实现方法。首先对捕获、跟踪与瞄准伺服系统和新型二自由度Smith预估控制系统进行结构分析,然后通过讨论传递函数建立仿真模型,利用MATLAB仿真软件进行仿真,并与多种传统的比例-积分-微分(PID)控制系统进行比较。结果表明,新型控制方法不但具有Smith预估器对时滞有效控制的优点,更显现出不完全微分先行PID控制和比例-积分控制的良好的匹配效果,能够很好地解决纯时滞造成的不稳定性,而且具有较好的鲁棒性和抗干扰性。
为了提高空间光通信的捕获、跟踪与瞄准系统的跟踪精度,提出了一种新型二自由度Smith预估控制的实现方法。首先对捕获、跟踪与瞄准伺服系统和新型二自由度Smith预估控制系统进行结构分析,然后通过讨论传递函数建立仿真模型,利用MATLAB仿真软件进行仿真,并与多种传统的比例-积分-微分(PID)控制系统进行比较。结果表明,新型控制方法不但具有Smith预估器对时滞有效控制的优点,更显现出不完全微分先行PID控制和比例-积分控制的良好的匹配效果,能够很好地解决纯时滞造成的不稳定性,而且具有较好的鲁棒性和抗干扰性。
2013, 37(5): 682-685.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.026
摘要:
为了克服环境对量子隐形传态的影响,提出了1种基于抗退相干子空间的量子隐形传态机制。在这个机制中,利用6bit原子纠缠态作为量子传态的纠缠信道,这样的纠缠态能抵抗环境噪声引起的退纠缠,被传输的1个逻辑比特量子信息编码为抗环境噪声的3bit原子态,分析了这种量子隐形传态机制的特点和实验上实现的可能性。结果表明,量子隐形传态在整个量子传输过程不受环境诱导的振幅衰减噪声和相位衰减噪声的影响,该机制的成功几率为44%。
为了克服环境对量子隐形传态的影响,提出了1种基于抗退相干子空间的量子隐形传态机制。在这个机制中,利用6bit原子纠缠态作为量子传态的纠缠信道,这样的纠缠态能抵抗环境噪声引起的退纠缠,被传输的1个逻辑比特量子信息编码为抗环境噪声的3bit原子态,分析了这种量子隐形传态机制的特点和实验上实现的可能性。结果表明,量子隐形传态在整个量子传输过程不受环境诱导的振幅衰减噪声和相位衰减噪声的影响,该机制的成功几率为44%。
2013, 37(5): 690-695.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.028
摘要:
为了改善传统图像融合方法在精确制导武器系统中对目标检测模糊、识别率低与实时性差等缺陷,采用了一种将小波变换与Canny算子相结合的图像融合的新方法。该方法的具体改进在于首先对源图像在垂直和水平方向上进行了适合图像重构的3层小波分解,并依据各分解层不同频率分量的自身特性,采用独特的融合规则,即对低频分量采用加权平均融合算法,对高频分量采用Canny算子与局部区域均方差准则结合法改变图像的小波系数,最后对融合后的小波系数进行逆变换,得到重构的目标图像。结果表明,利用该方法不仅降低了融合图像的边缘模糊性,突出了目标色彩,达到良好的视觉效果,而且计算效率高、实时性好,特别有助于伪装目标的检测与识别,具有较好的应用价值。
为了改善传统图像融合方法在精确制导武器系统中对目标检测模糊、识别率低与实时性差等缺陷,采用了一种将小波变换与Canny算子相结合的图像融合的新方法。该方法的具体改进在于首先对源图像在垂直和水平方向上进行了适合图像重构的3层小波分解,并依据各分解层不同频率分量的自身特性,采用独特的融合规则,即对低频分量采用加权平均融合算法,对高频分量采用Canny算子与局部区域均方差准则结合法改变图像的小波系数,最后对融合后的小波系数进行逆变换,得到重构的目标图像。结果表明,利用该方法不仅降低了融合图像的边缘模糊性,突出了目标色彩,达到良好的视觉效果,而且计算效率高、实时性好,特别有助于伪装目标的检测与识别,具有较好的应用价值。
2013, 37(5): 592-595.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.007
摘要:
为了满足深紫外光刻物镜对薄膜的要求,得到低损耗、高稳定性、长寿命的深紫外薄膜,需要选用适当的镀膜工艺方法。分别选取了离子束溅射法、热舟蒸发法和电子束蒸发法优化后的最佳工艺参量,在融石英基底上使用3种方法镀制了单层LaF3薄膜。首先,利用光度法得出3种方法镀制LaF3薄膜在185nm~800nm范围内的折射率n和消光系数k。然后,采用原子力显微镜对薄膜表面粗糙度进行了测量。最后,薄膜的微结构使用X射线衍射仪进行了分析。结果表明,离子束溅射镀制的LaF3薄膜折射率最高、表面粗糙度最低,但吸收较大;电子束蒸发法虽然吸收最小,但是折射率偏低且表面粗糙度较高;热舟蒸发法镀制的LaF3薄膜无论折射率、消光系数还是表面粗糙度都处于3种方法中间位置。综合各项指标,热舟蒸发法最适合于沉积深紫外LaF3薄膜。
为了满足深紫外光刻物镜对薄膜的要求,得到低损耗、高稳定性、长寿命的深紫外薄膜,需要选用适当的镀膜工艺方法。分别选取了离子束溅射法、热舟蒸发法和电子束蒸发法优化后的最佳工艺参量,在融石英基底上使用3种方法镀制了单层LaF3薄膜。首先,利用光度法得出3种方法镀制LaF3薄膜在185nm~800nm范围内的折射率n和消光系数k。然后,采用原子力显微镜对薄膜表面粗糙度进行了测量。最后,薄膜的微结构使用X射线衍射仪进行了分析。结果表明,离子束溅射镀制的LaF3薄膜折射率最高、表面粗糙度最低,但吸收较大;电子束蒸发法虽然吸收最小,但是折射率偏低且表面粗糙度较高;热舟蒸发法镀制的LaF3薄膜无论折射率、消光系数还是表面粗糙度都处于3种方法中间位置。综合各项指标,热舟蒸发法最适合于沉积深紫外LaF3薄膜。
2013, 37(5): 656-659.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.020
摘要:
为了研究切趾技术对体光栅旁瓣的抑制效果及切趾体光栅的光谱合成特性,采用Gaussian切趾技术对体光栅旁瓣进行了抑制,并用传输矩阵法分析了Gaussian切趾体光栅的衍射特性,给出了Gaussian切趾体光栅光谱合成效率公式,分析了切趾光栅对光谱合成效率影响;切趾后体光栅旁瓣对应的前4级峰值衍射效率由73%,47%,31%,22%降低到11%,20%,10%,7%。合成路数和光束光谱宽度一定时,合成效率随衍射损耗的增大而减小。结果表明,Gaussian切趾技术能够有效抑制体光栅旁瓣,进而减小体光栅对相邻合成光束的衍射损耗,增大合成效率。
为了研究切趾技术对体光栅旁瓣的抑制效果及切趾体光栅的光谱合成特性,采用Gaussian切趾技术对体光栅旁瓣进行了抑制,并用传输矩阵法分析了Gaussian切趾体光栅的衍射特性,给出了Gaussian切趾体光栅光谱合成效率公式,分析了切趾光栅对光谱合成效率影响;切趾后体光栅旁瓣对应的前4级峰值衍射效率由73%,47%,31%,22%降低到11%,20%,10%,7%。合成路数和光束光谱宽度一定时,合成效率随衍射损耗的增大而减小。结果表明,Gaussian切趾技术能够有效抑制体光栅旁瓣,进而减小体光栅对相邻合成光束的衍射损耗,增大合成效率。
2013, 37(5): 610-617.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.011
摘要:
为了研究全波段正常色散光子晶体光纤中高相干度超连续谱的产生及其脉冲压缩,采用分步傅里叶法数值模拟了超短光脉冲在全波段正常色散光子晶体光纤中的非线性传输和超连续谱的产生;利用1阶相干因子分析了抽运波长和入射峰值功率对超连续谱相干特性的影响。结果表明,色散效应越弱,越有利于高相干度超连续谱的产生;在色散效应较小处抽运时,获得了带宽为587nm、平坦度小于7dB的高相干度的超连续谱;超连续谱的相干性越高,越有利于脉冲压缩,采用光栅对压缩器对高相干度超连续谱脉冲进行压缩,获得了8.4fs、压缩质量因子为88.88%的超短光脉冲。因此,抑止色散效应,利用自相位调制可获得高相干度的超连续谱及高质量的脉冲压缩。
为了研究全波段正常色散光子晶体光纤中高相干度超连续谱的产生及其脉冲压缩,采用分步傅里叶法数值模拟了超短光脉冲在全波段正常色散光子晶体光纤中的非线性传输和超连续谱的产生;利用1阶相干因子分析了抽运波长和入射峰值功率对超连续谱相干特性的影响。结果表明,色散效应越弱,越有利于高相干度超连续谱的产生;在色散效应较小处抽运时,获得了带宽为587nm、平坦度小于7dB的高相干度的超连续谱;超连续谱的相干性越高,越有利于脉冲压缩,采用光栅对压缩器对高相干度超连续谱脉冲进行压缩,获得了8.4fs、压缩质量因子为88.88%的超短光脉冲。因此,抑止色散效应,利用自相位调制可获得高相干度的超连续谱及高质量的脉冲压缩。
2013, 37(5): 627-630.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.014
摘要:
为了研究相对论性朗缪尔孤子的特性,对从动力论出发所获得的超强等离子体中相对论性强朗缪尔湍动控制方程组进行了理论分析。结果表明,随着电子的平均洛伦兹因子以及场的湍动参量增加,朗缪尔孤子的波包半宽变窄,孤子总能量和总动量相应地增大,且电子的相对论效应对孤子总能量和动量的非线性部分的影响远大于线性部分。该研究可为超强激光等离子体中相关的非线性现象提供新的理论参考。
为了研究相对论性朗缪尔孤子的特性,对从动力论出发所获得的超强等离子体中相对论性强朗缪尔湍动控制方程组进行了理论分析。结果表明,随着电子的平均洛伦兹因子以及场的湍动参量增加,朗缪尔孤子的波包半宽变窄,孤子总能量和总动量相应地增大,且电子的相对论效应对孤子总能量和动量的非线性部分的影响远大于线性部分。该研究可为超强激光等离子体中相关的非线性现象提供新的理论参考。
2013, 37(5): 647-650.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.018
摘要:
为了简化激光晶体中热变形量的求解过程,分析抽运光分布对激光晶体热变形的影响,采用圆截面激光晶体热变形量的简便计算方法,并取抽运光束为超高斯光束,通过理论推导和数值计算,研究了抽运光强度分布对圆截面激光晶体热变形的影响。结果表明,晶体端面热变形量与半径为3次多项式关系,当抽运光阶次大于2时,随着阶次的增大,晶体端面的热变形量逐步减小。这一结果对全固态激光器的设计有一定帮助。
为了简化激光晶体中热变形量的求解过程,分析抽运光分布对激光晶体热变形的影响,采用圆截面激光晶体热变形量的简便计算方法,并取抽运光束为超高斯光束,通过理论推导和数值计算,研究了抽运光强度分布对圆截面激光晶体热变形的影响。结果表明,晶体端面热变形量与半径为3次多项式关系,当抽运光阶次大于2时,随着阶次的增大,晶体端面的热变形量逐步减小。这一结果对全固态激光器的设计有一定帮助。
2013, 37(5): 672-678.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.024
摘要:
为了研究部分相干复宗量拉盖尔-高斯(PCELG)光束通过环形光阑后在湍流大气中传输时的偏振特性,基于拓展的惠更斯-菲涅耳原理,经理论推导,得出PCELG光束偏振度的解析表达式,并进行了相应的数值计算。结果表明,光阑的衍射效应将会造成PCELG光束偏振度振荡加剧的现象;当PCELG光束在湍流大气或自由空间中传输时,近轴处横向的偏振度有着剧烈的振荡,而在较远点处,其偏振度都是趋于1,且随着传输距离的增加,横向的偏振度趋于1时所对应的离轴距离也增大;当PCELG光束通过光阑后在自由空间中传输时,经过足够长的距离,偏振度将趋近于不同于初始偏振度的值,而在湍流大气中传输时,偏振度将趋近于初始偏振度。该结果对光束在大气中的传输及其应用具有实际意义。
为了研究部分相干复宗量拉盖尔-高斯(PCELG)光束通过环形光阑后在湍流大气中传输时的偏振特性,基于拓展的惠更斯-菲涅耳原理,经理论推导,得出PCELG光束偏振度的解析表达式,并进行了相应的数值计算。结果表明,光阑的衍射效应将会造成PCELG光束偏振度振荡加剧的现象;当PCELG光束在湍流大气或自由空间中传输时,近轴处横向的偏振度有着剧烈的振荡,而在较远点处,其偏振度都是趋于1,且随着传输距离的增加,横向的偏振度趋于1时所对应的离轴距离也增大;当PCELG光束通过光阑后在自由空间中传输时,经过足够长的距离,偏振度将趋近于不同于初始偏振度的值,而在湍流大气中传输时,偏振度将趋近于初始偏振度。该结果对光束在大气中的传输及其应用具有实际意义。
2013, 37(5): 679-681.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.025
摘要:
为了快速准确地测量飞秒激光脉冲宽度,采用二阶自相关方法,设计了用于测量飞秒激光脉冲宽度的测量系统。结果表明,通过自主设计的系统测得800nm种子激光脉冲宽度为217.6fs,而利用Coherent公司生产的单脉冲自相关仪测得脉冲宽度为199.51fs,两者误差仅为0.43%。由此可见,自主设计的测试系统可以对飞秒激光脉冲宽度进行准确测量。
为了快速准确地测量飞秒激光脉冲宽度,采用二阶自相关方法,设计了用于测量飞秒激光脉冲宽度的测量系统。结果表明,通过自主设计的系统测得800nm种子激光脉冲宽度为217.6fs,而利用Coherent公司生产的单脉冲自相关仪测得脉冲宽度为199.51fs,两者误差仅为0.43%。由此可见,自主设计的测试系统可以对飞秒激光脉冲宽度进行准确测量。
2013, 37(5): 696-699.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.029
摘要:
为了研究材料表面微结构对其抗凝血性能的影响,利用纳秒激光在人工心脏瓣膜材料热解碳的表面进行微加工的方法,产生了具有周期性的微坑、微光栅阵列结构。通过扫描电镜、X射线衍射仪和接触角测量仪对样品结构、表面成分、表面能进行表征,并测试了改性后热解碳表面的抗凝血性。结果表明,激光加工后的微结构表面和光滑表面化学成分相同,且微结构表面具有超疏水性,表面能很小;与光滑表面相比,微结构表面粘附较少的血小板,而且较少团簇及变形,表现出较好的抗凝血性能。这一结果对人工心脏瓣膜进行表面改性以提高其抗血栓性能具有很大的帮助。
为了研究材料表面微结构对其抗凝血性能的影响,利用纳秒激光在人工心脏瓣膜材料热解碳的表面进行微加工的方法,产生了具有周期性的微坑、微光栅阵列结构。通过扫描电镜、X射线衍射仪和接触角测量仪对样品结构、表面成分、表面能进行表征,并测试了改性后热解碳表面的抗凝血性。结果表明,激光加工后的微结构表面和光滑表面化学成分相同,且微结构表面具有超疏水性,表面能很小;与光滑表面相比,微结构表面粘附较少的血小板,而且较少团簇及变形,表现出较好的抗凝血性能。这一结果对人工心脏瓣膜进行表面改性以提高其抗血栓性能具有很大的帮助。
