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2006年  30卷  第3期

器件与技术
掺Yb3+双包层光纤激光器的暂态数值分析
梅林, 王英, 王振佳, 彭伟鸿
2006, 30(3): 225-227,231.
摘要:
为了确定将来实验中参数,对975nm激光抽运采用1064nm种子脉冲放大方案实现的掺镱双包层脉冲光纤激光器进行了数值计算,分析了暂态情况下在光纤中的反转粒子数密度、抽运光强度的分布,讨论了输出能量和输入种子脉冲能量的关系。利用这些结果可以解决实验中光纤长度、抽运光、种子源的选择,以及与输出功率大小的关系等问题。
670.7nm激光抽运下的祖母绿晶体激光运转实验研究
陈振强, 张戈, 沈鸿元, 黄呈辉
2006, 30(3): 241-243,273.
摘要:
为了实现我国温差水热法生长的祖母绿晶体的激光运转,利用Nd∶YAP的1.3414μm激光经过LBO晶体倍频得到的670.7nm红光作为抽运光源,采用对称共焦腔实现了祖母绿晶体732nm红外激光的输出,激光阈值在0.5W~0.6W之间。在输入功率达到2.89W时获得了46μW的732nm激光输出。
激光器虚拟样机与物理样机方案决策研究
熊智文, 李刚炎
2006, 30(3): 255-257,261.
摘要:
对于具体激光器产品的设计,技术方案决策是一个复杂的过程,通常只能定性分析与逻辑判断,难以定量计算和分析。为此,采用层次分析法,以高功率横流CO2激光器为例,对其设计方案的决策作出一个精确的定量分析。通过对层次结构模型中措施层、准则层、目标层的分析,得出物理样机和虚拟样机两方案在准则层和目标层的数值对比关系,用数值计算结果为依据进行方案决策。结果表明,采用虚拟样机技术来研发激光器等比较特殊的产品具有物理样机无法比拟的优点。
掺Yb3+双包层光纤激光器的热效应分析
陈吉欣, 隋展, 陈福深, 刘志强
2006, 30(3): 268-270.
摘要:
为了研究高功率双包层光纤激光器的热效应,采用模拟计算的方法,推导了掺Yb3+双包层光纤激光器中的温度分布表达式,计算了光纤激光器中的温度分布特性。分析结果表明,光纤的包层半径、传热系数以及抽运方式对光纤中的温度分布有很大的影响。所得的结果为设计实现千瓦级的光纤激光器提供了参考。
多镜腔1.44μm波长Nd:YAG激光器的实现
梁志远, 张盛伏, 王建明
2006, 30(3): 286-288.
摘要:
为了开发在医学应用领域具有独特优点的1.44μm激光,采用Nd∶YAG激光多镜腔技术,设计出对不同波长镀膜参量不同的腔镜。通过增加腔镜的方法,增大了谐振腔对1.06μm和1.32μm波长的损耗,同时增大了1.44μm波长的增益。解决了两镜腔镀膜难以实现的问题,有效抑制了1.06μm和1.32μm波长的振荡。实现了从4F3/2到4I15/2的跃迁,获得了1.44μm激光输出。理论分析和实验设计表明,多镜腔比两镜腔更容易实现1.44μm波长的激光输出。
波长可调谐被动锁模光纤激光器
马海全, 赵卫, 张伟, 王屹山, 陈国夫, 程昭
2006, 30(3): 289-291.
摘要:
为在光纤激光器中获得特定中心波长的锁模激光,进行了采用非线性光纤环形镜锁模的掺Yb3+光纤激光器的波长可调谐实验研究。获得了自启动锁模、中心波长在1030nm~1081nm范围内连续调谐的锁模脉冲输出;在中心波长1053nm时,测得光谱带宽6nm、脉冲宽度234.375ps、输出功率2.05mW、重复频率3.842MHz。这种被动锁模光纤激光器的锁模过程可以完全自启动,几乎不受外界环境变化的影响,可以长时间稳定工作,不仅可以提供特定中心波长的锁模激光,而且有望成为其它科学研究工作的中心波长可调谐的宽带锁模光纤激光种子源。
光纤束耦合LD输出光束的空间耦合技术研究
李武军, 杨爱粉, 王石语, 蔡德芳, 文建国, 过振
2006, 30(3): 304-307.
摘要:
基于多模大芯径光纤的端面出射光场可视为高斯分布,光纤束耦合LD各纤芯出射的光束互不相干;对光纤束耦合LD输出光束通过空间耦合光学系统后的光强分布进行了数值模拟和实验研究,模拟计算结果和实验结果的规律基本吻合。结果表明,用单个薄凸透镜组成耦合系统时,耦合后的光束在焦平面上中心光强最大,光斑尺寸最小;随着薄透镜焦距的增大,焦平面上的光斑尺寸呈线性增大,而中心光强急剧减小。
冰洲石-玻璃组合三元结构平行分束偏光镜
任树锋, 吴福全, 赵培, 唐恒敬
2006, 30(3): 311-312,316.
摘要:
为了既节省稀有昂贵的冰洲石晶体材料,又实现偏振光的大剪切差输出,采用冰洲石晶体与光学玻璃组合的方法,给出一种新型平行分束偏光镜的设计。该棱镜为ZBaF3玻璃中间夹冰洲石晶体薄片的三元结构,并由大折射率液态胶合剂溴代萘胶合而成。理论分析和实验测试表明,该棱镜消光比优于10-3,且可以实现大的横向剪切。
可调谐Yb光纤激光器LBO倍频特性理论研究
戴明, 柳强, 闫平, 巩马理
2006, 30(3): 323-326.
摘要:
针对大信号高斯光束聚焦情况,对平面波耦合波方程进行了改进;利用改进后的耦合波方程,分析了LBO晶体对掺Yb光纤激光整个发射光谱的腔外倍频特性。结果显示,利用温度调谐,LBO晶体可以在掺Yb光纤的整个发射光谱内达到非临界相位匹配;随着基频光波长的增加,倍频效率会有小幅度下降,可接收角有小幅度增长,可接收温度宽度和可接收线宽有较大幅度加宽。结果表明,采取非临界相位匹配,并选用较长的基频光波,易于得到理想的倍频效果。
LD侧面抽运的铒玻璃激光器
路英宾, 卿光弼, 兰戈, 陈德章, 高剑波, 刘韵
2006, 30(3): 329-331.
摘要:
铒玻璃激光器可以直接输出1.54μm人眼安全激光,主要应用在激光测距。报道了LD侧面抽运的Er+3,Yb+3共掺磷酸盐玻璃激光器的运转。实现了自由振荡输出60mJ;在0.5Hz重复频率下,稳定输出50m J/脉冲,波长1.54μm。实验表明,抽运的对称性和均匀性是设计铒玻璃激光器的关键。
非傍轴高斯光束通过小孔光阑衍射的轴上光强
康小平, 吕百达
2006, 30(3): 332-333,336.
摘要:
基于瑞利衍射积分,不使用通常的近似Rλ(λ为波长),推导出非傍轴高斯光束通过小孔光阑衍射的轴上光强的精确解析表达式。并对传统的光强定义和光强的精确表述进行了比较研究。结果表明,两种定义之间的差异与f参数,截断参数δ和传输距离z有关。
应用
纳米CeO2对激光熔覆Ni基合金层组织与性能的影响
宋传旺, 李明喜
2006, 30(3): 228-231.
摘要:
为了研究纳米CeO2颗粒对激光熔覆层的组织和性能的影响,在Q235钢基体上制备了加入不同量纳米CeO2的Ni基合金熔覆层,利用OLMPUS PME-3型光学显微镜,XD-3A型X射线衍射仪,HV-1000型显微硬度计,MM-200型环-块磨损试验机和扫描电镜等对激光熔覆层显微组织、相结构、显微硬度、磨损性能和磨损机理进行了研究。结果表明,在激光熔覆层中添加纳米CeO2能够细化组织,改变凝固组织的形态。当加入质量分数为1.5%的纳米CeO2时,熔覆层凝固组织形态为等轴树枝晶;生成了含Ce的新相Ce2Ni21B6,明显提高了熔覆层的显微硬度和耐磨性;熔覆层磨损由严重磨损转化为轻微磨损。但是加入过量的纳米CeO2,硬度反而降低。
MPL探测气溶胶误差的数值模拟计算研究
钟志庆, 周军, 孙东松, 迟如利
2006, 30(3): 232-234,240.
摘要:
微脉冲激光雷达(micropu lse lidar,MPL)是一种新型的激光雷达系统。通过对其探测的大气气溶胶后向散射比和后向散射系数进行误差的数值模拟计算,分析了误差源及其不确定性,给出了误差数值模拟计算的方法。较为详细地分析和讨论了各误差源对大气气溶胶后向散射比和后向散射系数的影响,为进一步提高微脉冲激光雷达的测量精度提供了可靠的理论依据。
准分子激光电化学刻蚀硅的刻蚀质量研究
龙芋宏, 熊良才, 史铁林, 柳海鹏
2006, 30(3): 235-237.
摘要:
为了解决现有硅刻蚀工艺中存在的刻蚀质量等问题,采用激光加工技术和电化学加工技术相结合的工艺对硅进行了刻蚀,研究了该复合工艺的工艺特性。实验中采用248nm-KrF准分子激光作光源聚焦照射浸在KOH溶液中的阳极n-Si上,实现激光诱导电化学刻蚀。在实验的基础上,研究了激光电化学刻蚀Si的刻蚀孔的基本形貌,并对横向刻蚀和背面冲击等质量问题进行了分析。结果表明,该工艺刻蚀的孔表面质量好、垂直度高;解决了碱液中Si各向异性刻蚀的自停止问题,具有加工大深宽比微结构的能力;也具有不需光刻显影就能进行图形加工的优越性。
CO2激光烧结金刚石微粉压坯的实验研究
刘天明, 唐霞辉, 李立波, 蔡方寒, 秦应雄
2006, 30(3): 244-247.
摘要:
为了改进金刚石微粉烧结体的机械性能,利用现有的激光技术,采用高功率横流CO2激光烧结金刚石微粉压坯,研究在不同的激光工艺参数下,烧结体中的金刚石微粉与金属粉末粘结的结合性能、微观结构以及形成机理。结果表明,在合适的激光工艺参数下可以得到组织结构良好的金刚石微粉压坯烧结体,显著提高烧结体的致密性和耐磨性,开辟了一种金刚石工具制造的新工艺。
Nd:YAG激光器切割硅薄膜太阳能电池的工艺参数研究
刘源, 李正佳, 吴奇彬
2006, 30(3): 248-251.
摘要:
结合国内外激光薄膜加工研究结果,从激光与物质相互作用的角度出发,建立激光切割硅薄膜太阳能电池的柱面坐标理论模型。利用Monte Carlo法求得多层薄膜结构的光场分布,进一步用有限元法(fin ite elem entm ethod,FEM)求得柱面坐标下热平衡方程的数值解。得出了能量密度、脉冲形状、重复频率、光斑形状与切割速度以及切割质量之间的关系。
脉冲激光沉积Al膜的沉积模式及沉积速率研究
王泽敏, 戢明, 曾晓雁
2006, 30(3): 265-267,310.
摘要:
为了给脉冲激光沉积(PLD)法沉积大面积均匀薄膜的应用提供相关的理论依据,以纯铝块作为靶材,采用PLD法在同轴和旁轴两种模式下对比研究了Al薄膜的厚度均匀性。同时,在旁轴的沉积模式下分别研究了基片温度、激光功率和重复频率对A l薄膜沉积速率的影响规律。实验结果表明,采用PLD方法在旁轴的沉积模式下获得的Al薄膜的厚度更加均匀。随着基片温度的增加,薄膜的沉积速率反而降低。升高激光功率,薄膜的沉积速率也随之提高。而在激光重复频率的变化过程中,Al薄膜的沉积速率有一最大值。
带防护螺母激光焊接的应用研究
高建昌, 邵红红, 许友谊
2006, 30(3): 271-273.
摘要:
论述了激光焊接连接防护罩和螺母的优越性。采用激光焊接的方法分别研究了Q235钢和H62黄铜防护螺母激光焊接后的组织和性能。研究结果表明,防护螺母激光焊接成形具有最窄的热影响区和最小的组织长大倾向,硬度梯度平缓,且防护罩几乎没有变形。
高精度数字式光学膜厚监控系统
鞠兵, 马孜, 蔡邦维
2006, 30(3): 283-285.
摘要:
通过对光学膜厚监控系统中光路部分、电路部分以及信号处理部分的噪声分析,设计出频率稳定性良好的斩光器、低噪声光接收电路和具有较强抗噪声性能的数字式锁相放大器,从而显著地提高了系统的精度和稳定性,为提高镀膜成功率和薄膜性能创造了有利的条件。将该系统应用于镀膜系统中,实验结果证实了该系统具有较高的精度和稳定性。
激光阈值附近微孔加工方法的研究
辛凤兰, 王智勇, 刘学胜, 王益泉, 黄涛, 左铁钏
2006, 30(3): 292-294.
摘要:
基于各个激光参数对加工微孔的影响以及激光在阈值附近工作时光束质量较好的优点,采用声光调QNd∶YAG脉冲激光器进行阈值附近的微孔加工,在0.7mm的镀锌钢板上获得了直径为15μm的微孔,深径比超过50,打孔成功率为100%。实验证实了此方法能实现高质量微细孔的激光制备。
带有温度自适应调节的LD阵列驱动电源的设计
潘卫军, 郭云霄, 巩马理, 闫平
2006, 30(3): 295-297.
摘要:
传统LD驱动电源通常采用电流参数预定输入的方式,其只能输出给定脉宽、重复频率及峰值的驱动电流,这种方式注定其不能随工作环境的变化而做相应调节。针对上述传统LD驱动电源的固有缺点,介绍一种具有温度自适应调节的LD驱动电源,该电源通过微处理器FPGA芯片检测LD的工作温度,采用温度补偿算法,做到自适应调节驱动电流的大小,实现LD驱动电源的智能化运行,使LD在不同温度下稳定工作。
基于激光多普勒效应的舰船尾流探测研究
朱东华, 张晓晖
2006, 30(3): 298-300.
摘要:
为了改进鱼雷激光尾流制导方法,在激光多普勒效应的基础上,建立激光探测舰船尾流的理论模型,并设计出差动型光学系统,使探测器接收到的散射光信号产生多普勒频移,有效提高信噪比。仿真结果表明,通过锁相放大技术处理,能检出待测目标多普勒差频信号,并抑制噪声,在水中兵器领域有应用前景。
膏药在线激光制孔的研究
赵学民, 汪盛烈, 杨海, 王晓东, 周琼, 李中清, 张忠国
2006, 30(3): 308-310.
摘要:
膏药在线激光群孔加工替代了传统的机械冲孔的工艺,提高了生产效率,节约了生产成本,并使膏药有防伪的功能。通过设计传动装置和速度校正、振镜校正,实现了膏药的在线激光制孔。结果表明,该工艺和设备具有制孔速度快、稳定可靠,膏药生产线在1m/min~8m/min的速度范围内,不仅能够实现群孔的加工,而且孔的大小、形状和疏密均可调整。
综述与评述
光电对抗技术发展动向
张承铨
2006, 30(3): 238-240.
摘要:
指出了近期光电对抗系统从被动防御发展到先发制人的多层次对抗的新动向;概述了近年来光电对抗总体技术的发展趋势,以及其单项技术的一些热点研究课题。
材料和元件
低损耗空芯布喇格光纤的优化设计
赖燔, 杨华军, 胡渝, 刘长久
2006, 30(3): 252-254.
摘要:
应用光波导理论和矩阵理论建立了分析空芯布喇格光纤的光传输理论模型,对具有不等周期的布喇格光纤结构,以最小输出功率流为优化目标进行仿真,设计出具有8个外包层的布喇格光纤,并分析了其损耗特性。该结构具有外包层数小、结构简单、损耗低的特点,有利于空芯布喇格光纤的制造和应用。
波片延迟误差校正的理论与技术
张剑, 李国华
2006, 30(3): 274-276.
摘要:
从几何光学的理论出发,研究波片延迟误差的校正方法。通过研究晶体延迟器件光线入射方向与其延迟量变化的关系,从理论上导出了光线斜入射到波片时波片相位延迟量变化的计算公式,从而证明了可以通过绕与波片光轴平行的轴向或绕垂直于波片光轴的轴向转动波片进行波片延迟误差的校正。用消光法和最小光强法分别对λ/2波片和λ/4波片进行了延迟误差的校正。结果表明,波片的延迟误差可以通过转动波片的方法来消除。
扭曲向列相液晶在复合消色差延迟器件中的应用
史萌, 吴福全, 赵爽, 唐恒敬, 邓红艳
2006, 30(3): 280-282.
摘要:
借助琼斯矩阵对扭曲向列相(TN)液晶的光学性能进行了分析,发现在外加电压调制下的TN液晶盒,在选取的液晶厚度合适时,可等效为对应液晶厚度的特定波长λ/2波片,通过合理的设计搭配,与两个λ/4波片进行组合,使其整体作为一个偏振调制元件。经计算可知,当所加电压大于TN液晶盒转向的阈值电压时,其作用相当于一个消色差的λ/4波片或λ/2波片;当撤掉外加电压时可作为一般的90°旋光器。
DWDM窄带滤光片膜层的误差分析与监控策略
李晓平, 易新建, 史铁林
2006, 30(3): 313-316.
摘要:
为了提高密集波分复用(DWDM)薄膜窄带滤光片制备的成品率,讨论了用于DWDM薄膜窄带滤光片在镀制过程中的监控方法及误差,采用Monte Carlo允差分析原理分析用于DWDM窄带滤光片膜层的容差,以便选择更易制备的膜系;计算膜层的Mac leod极值灵敏度,得到所选膜系各个膜层的误差要求;模拟光学监控过程和计算膜层导纳,能够得到膜层制备过程中膜层之间膜厚的补偿关系。实验表明,据此制定的膜厚监控策略,对于DWDM窄带滤光片膜层的制备和保证成品率是非常关键的。
大口径1064nm窄带滤光片的研制
范卫星, 赵战刚, 王平秋, 周九林, 马孜
2006, 30(3): 320-322,326.
摘要:
采用现代光通信DWDM镀膜技术,选用Ta2O5/SiO2氧化物硬质薄膜材料,研制成功大口径、高性能1064nm窄带滤光片。给出了从膜系设计到试生产及膜层的性能方面的一些实验结果,表明产品的各项性能指标达到或超过了客户的要求,现已定型批量生产。
光栅对压缩器在刻线不平行时的色散研究
刘文兵, 冯国英, 朱启华, 王逍
2006, 30(3): 334-336.
摘要:
针对光栅对压缩器刻线平行性失调会对压缩器色散特性造成严重影响这一问题,对刻线不平行的光栅对压缩器的衍射特性进行了分析,推导出了脉冲光束通过光栅对的光程。数值计算了2阶、3阶和4阶色散量,以及与光栅对严格平行相比的色散差。计算了输出脉冲的垂直谱位移,并将其作为刻线夹角的函数进行了分析。结果表明,存在刻线失调时,低刻线密度的光栅具有更好的优越性。
测量与防护
动态过程中破裂表面的三维重建
肖焱山, 苏显渝, 张启灿, 朱清溢
2006, 30(3): 258-261.
摘要:
在冲击、爆轰等动态过程的研究中,被测三维表面将发生破裂及碎片飞散等过程,为动态过程的三维重建带来困难。针对此问题提出了一种动态过程中破裂表面的三维重建方法,这种方法以傅里叶变换轮廓术为基础,利用条纹图中裂缝的信息,生成一个三维二元控制模板,在该模板的控制下进行三维相位展开。以玻璃破裂过程的三维重建实验为例,处理结果证实了该方法的可行性。该方法可用于材料变形、爆轰过程、碰撞变形等相关领域的动态过程研究,对于深入分析冲击与爆轰过程、材料变形与破坏机理、碎片飞散规律等具有重要意义。
多道搭接激光熔覆层残余应力测试方法研究
胡木林, 谢长生, 黄开金
2006, 30(3): 262-264,270.
摘要:
为了克服多道搭接激光熔覆层的开裂问题,分析了熔覆层与基体材料之间的力学关系,建立了激光熔覆层残余应力测试方法,推导了残余应力的计算公式。利用该方法对多道搭接激光熔覆层的残余应力分布进行了实验测定。测试结果表明,熔覆层的表层残余应力为拉应力,在过渡区出现残余压应力。此方法有助于准确测定熔覆层的残余应力分布。
激光信号大气散射探测分析
程玉宝, 孙晓泉, 赵明辉, 孙晓军
2006, 30(3): 277-279.
摘要:
有些应用场合需要利用大气气溶胶对激光的散射来探测激光。在都市郊区大气模型条件下,利用米氏散射理论,对1.06μm激光在低空大气中传输时散射辐照度的分布进行了理论分析和数值计算。得到激光大气散射辐照度随离轴距离的增大近似按反比规律缓慢下降、能见度仅影响散射强度的大小而不影响散射强度的分布等特征。这些特征在激光散射实验中得到了初步的验证,可为激光信号的散射探测提供理论依据和参考。
GaN基材料局域光学厚度均匀性的检测方法
陈贵宾
2006, 30(3): 301-303.
摘要:
为了表征严重影响材料生长和器件性能均匀性的微米尺度的局域非均匀性,采用非接触、快捷的荧光光谱的测量方法,并经数据处理后直接得到微米量级薄膜光学厚度参数的均匀性。结果表明,拟合后获得的斜率分布均匀性可直接反映材料厚度的均匀性,可为材料生长工艺优化研究提供重要的信息。
激光激发源对声表面波的影响
严刚, 徐晓东, 陆建, 沈中华, 倪晓武
2006, 30(3): 317-319.
摘要:
利用激光激发声表面波及光差分技术研究激光源对声表面波的影响。实验中利用了Nd∶YAG脉冲激光器激发超声,采用632nm的He-Ne激光器基于光束偏转法的光差分检测系统,测量了铝样品表面的声表面波,获得了很好的信号。在此基础上研究了激发源的形状和能量对激发的声表面波幅度的影响。同时从热弹和融蚀机制下讨论激光声表面波的产生。在这两种机制下,声表面波的幅度发生了很大的变化。随着激光能量密度的增加,声表面波的幅度由线性变化转换为非线性变化。这一结果对激光激发声表面波理论研究有一定的指导意义。