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RSS2021年 45卷 第4期
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[摘要]
[PDF 260KB]
2021, 45(4): 405-410.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.04.001
[HTML全文]
摘要:
为了探究激光等离子体冲击波清洗过程中微纳颗粒的物态变化特性，针对单晶硅表面Al微纳颗粒进行了清洗实验；结合等离子体传播规律与有限元法模拟了颗粒内部的应力和温度变化情况，得到了颗粒相变和演化的规律。结果表明，大颗粒与中颗粒数量明显减少，尺寸由原来的0.5μm~3μm变为0.1μm~1μm；颗粒的物态变化主要是冲击波瞬时高温高压作用所致，颗粒内最大应力达到1GPa，最大温度达到1100K；颗粒在冲击波作用下发生了破裂与相变，细小颗粒数量增多并粘附在样品表面，增大了清洗难度。此研究可为激光清洗颗粒的理论和应用提供参考。
为了探究激光等离子体冲击波清洗过程中微纳颗粒的物态变化特性，针对单晶硅表面Al微纳颗粒进行了清洗实验；结合等离子体传播规律与有限元法模拟了颗粒内部的应力和温度变化情况，得到了颗粒相变和演化的规律。结果表明，大颗粒与中颗粒数量明显减少，尺寸由原来的0.5μm~3μm变为0.1μm~1μm；颗粒的物态变化主要是冲击波瞬时高温高压作用所致，颗粒内最大应力达到1GPa，最大温度达到1100K；颗粒在冲击波作用下发生了破裂与相变，细小颗粒数量增多并粘附在样品表面，增大了清洗难度。此研究可为激光清洗颗粒的理论和应用提供参考。
2021, 45(4): 441-447.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.04.006
摘要:
为了研究高温合金激光熔覆涂层组织演变及力学性能，采用激光熔覆技术在2Cr25Ni20耐热奥氏体不锈钢表面制备镍基NiCrFeMo高温合金涂层。使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能量色散光谱仪、显微硬度计等微观分析测试手段对该镍基高温合金涂层的微观组织形貌、物相种类、界面元素分布与偏析、各区域的硬度进行分析。结果表明, 基材与熔覆层结合位置至熔覆层顶部，依次由多种晶粒形态生成；Nb与Mo元素在熔池金属液体对流作用下向基材发生扩散，其它元素基本无扩散；熔覆层存在物相有γ-Ni和Cr2Fe14C，熔覆层结合位置包含物相Fe2Ni3, γ-(Fe, Ni)和Ni0.9Nb0.1；基材显微硬度平均值为252HV0.3左右，熔覆层显微硬度平均值为285HV0.3左右；经常温拉伸试验，与2Cr25Ni20钢力学性能比较，2Cr25Ni20钢修复件抗拉强度升高，强度增大，断后伸长率明显下降，塑性降低。此研究为后续钢炉转轴修复提供了可行性方案。
为了研究高温合金激光熔覆涂层组织演变及力学性能，采用激光熔覆技术在2Cr25Ni20耐热奥氏体不锈钢表面制备镍基NiCrFeMo高温合金涂层。使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能量色散光谱仪、显微硬度计等微观分析测试手段对该镍基高温合金涂层的微观组织形貌、物相种类、界面元素分布与偏析、各区域的硬度进行分析。结果表明, 基材与熔覆层结合位置至熔覆层顶部，依次由多种晶粒形态生成；Nb与Mo元素在熔池金属液体对流作用下向基材发生扩散，其它元素基本无扩散；熔覆层存在物相有γ-Ni和Cr2Fe14C，熔覆层结合位置包含物相Fe2Ni3, γ-(Fe, Ni)和Ni0.9Nb0.1；基材显微硬度平均值为252HV0.3左右，熔覆层显微硬度平均值为285HV0.3左右；经常温拉伸试验，与2Cr25Ni20钢力学性能比较，2Cr25Ni20钢修复件抗拉强度升高，强度增大，断后伸长率明显下降，塑性降低。此研究为后续钢炉转轴修复提供了可行性方案。
2021, 45(4): 470-474.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.04.010
摘要:
为了满足虚拟现实头戴显示器大视场、大出瞳和高成像质量等要求，采用非球面透镜设计了1种3片式虚拟现实头戴显示器光学系统，对光学系统进行了公差分析。结果表明，光学系统的平均调制传递函数(MTF)值均满足传递函数的要求；系统视场角为90°、出瞳直径为8mm、系统重量为33.67g、总长小于60mm、频率为9.31lp/mm时的MTF值均优于0.272，最大畸变为8.17%，最大垂轴色差为36.2μm，小于一个像素尺寸；与已有研究相比，增加了视场角、出瞳直径和出瞳距离等参量的信息，提高了成像质量。该研究为沉浸式头戴显示器的光学设计提供了参考。
为了满足虚拟现实头戴显示器大视场、大出瞳和高成像质量等要求，采用非球面透镜设计了1种3片式虚拟现实头戴显示器光学系统，对光学系统进行了公差分析。结果表明，光学系统的平均调制传递函数(MTF)值均满足传递函数的要求；系统视场角为90°、出瞳直径为8mm、系统重量为33.67g、总长小于60mm、频率为9.31lp/mm时的MTF值均优于0.272，最大畸变为8.17%，最大垂轴色差为36.2μm，小于一个像素尺寸；与已有研究相比，增加了视场角、出瞳直径和出瞳距离等参量的信息，提高了成像质量。该研究为沉浸式头戴显示器的光学设计提供了参考。
2021, 45(4): 500-506.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.04.014
摘要:
为了研究激光工艺参量对碳钢表面锈蚀污染层清洗质量的影响规律，采用Nd∶ YAG准连续激光器对Q235钢板试样进行了激光除锈清洗试验，并观测了试样表面清洗质量。分析了激光清洗污染物烧蚀的工作机理，并试验研究了激光能量密度、扫描速率、扫描宽度、离焦量和重复频率等工艺参量对清洗质量的影响，在此基础上进行了正交试验；通过对激光清洗前后试件进行表面粗糙度、形貌和能谱分析，获得了Q235钢最佳激光工艺参量分别为扫描速率900mm/min、离焦量1mm、能量密度7.6J/cm2、扫描宽度30mm。结果表明，激光除锈后表面粗糙度和3维形貌得到改善，激光清洗样品的粗糙度值接近无锈样品，激光清洗样品的形貌与无锈样品基本相同；激光清洗后材料表面的锈蚀层基本去除，表面存在重焰的微结构。激光清洗能满足对碳钢表面锈蚀污染层的清洗质量要求。
为了研究激光工艺参量对碳钢表面锈蚀污染层清洗质量的影响规律，采用Nd∶ YAG准连续激光器对Q235钢板试样进行了激光除锈清洗试验，并观测了试样表面清洗质量。分析了激光清洗污染物烧蚀的工作机理，并试验研究了激光能量密度、扫描速率、扫描宽度、离焦量和重复频率等工艺参量对清洗质量的影响，在此基础上进行了正交试验；通过对激光清洗前后试件进行表面粗糙度、形貌和能谱分析，获得了Q235钢最佳激光工艺参量分别为扫描速率900mm/min、离焦量1mm、能量密度7.6J/cm2、扫描宽度30mm。结果表明，激光除锈后表面粗糙度和3维形貌得到改善，激光清洗样品的粗糙度值接近无锈样品，激光清洗样品的形貌与无锈样品基本相同；激光清洗后材料表面的锈蚀层基本去除，表面存在重焰的微结构。激光清洗能满足对碳钢表面锈蚀污染层的清洗质量要求。
2021, 45(4): 511-515.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.04.016
摘要:
为了实现对翡翠种属及注胶翡翠的鉴定，采用显微联用位移激发差分喇曼光谱法进行了理论分析与实验验证，得到了112个翡翠样品的差分喇曼光谱数据，比较了翡翠的差分喇曼光谱和普通喇曼光谱，并统计分析了翡翠的喇曼特征峰及B货翡翠的鉴别依据。结果表明，差分喇曼可有效滤除荧光，对识别高荧光翡翠样品的特征峰有显著优势；378cm-1，698cm-1，1037cm-1峰强较强、峰形尖锐，是检测翡翠时出现频率最高特征峰，可以借此对样品种属进行鉴定；通过显微放大能观察到B货翡翠经酸洗产生的裂纹、凹坑及其充填的有机物，并在此处可检测到有机物的喇曼特征峰，其中1114cm-1，1188cm-1，1611cm-1出现最为频繁，可以此对翡翠的A货、B货进行鉴定。该方法操作简单、提高鉴定效率，可为翡翠的快速鉴定提供参考。
为了实现对翡翠种属及注胶翡翠的鉴定，采用显微联用位移激发差分喇曼光谱法进行了理论分析与实验验证，得到了112个翡翠样品的差分喇曼光谱数据，比较了翡翠的差分喇曼光谱和普通喇曼光谱，并统计分析了翡翠的喇曼特征峰及B货翡翠的鉴别依据。结果表明，差分喇曼可有效滤除荧光，对识别高荧光翡翠样品的特征峰有显著优势；378cm-1，698cm-1，1037cm-1峰强较强、峰形尖锐，是检测翡翠时出现频率最高特征峰，可以借此对样品种属进行鉴定；通过显微放大能观察到B货翡翠经酸洗产生的裂纹、凹坑及其充填的有机物，并在此处可检测到有机物的喇曼特征峰，其中1114cm-1，1188cm-1，1611cm-1出现最为频繁，可以此对翡翠的A货、B货进行鉴定。该方法操作简单、提高鉴定效率，可为翡翠的快速鉴定提供参考。
2021, 45(4): 530-534.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.04.019
摘要:
为了构建一种鉴别打印、复印墨粉的模型，采用X射线荧光光谱法进行理论分析和实验验证，对28个常见品牌的墨粉样品的元素含量进行定量测定，获得了样本各主要元素含量数据。在根据有无特定元素初步分为4组后，使用优化k均值算法进行聚类分析，将样本进一步分为了7组，使用优化的k均值算法进行了聚类分析，将样本进一步分为了7组，并使用矩积相关系数进行了验证。结果表明，组内样本在0.001水平上呈显著相关，分类方法可靠，能够较好区分各样本。该研究为司法实践中打印、复印墨粉的鉴别提供了一种快捷、简便的新思路。
为了构建一种鉴别打印、复印墨粉的模型，采用X射线荧光光谱法进行理论分析和实验验证，对28个常见品牌的墨粉样品的元素含量进行定量测定，获得了样本各主要元素含量数据。在根据有无特定元素初步分为4组后，使用优化k均值算法进行聚类分析，将样本进一步分为了7组，使用优化的k均值算法进行了聚类分析，将样本进一步分为了7组，并使用矩积相关系数进行了验证。结果表明，组内样本在0.001水平上呈显著相关，分类方法可靠，能够较好区分各样本。该研究为司法实践中打印、复印墨粉的鉴别提供了一种快捷、简便的新思路。
2021, 45(4): 411-416.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.04.002
摘要:
为了探究激光显示技术中白平衡点的选择，基于颜色混合理论，采用立体色域算法研究了三基色激光显示中白平衡点改变对立体色域的影响。以D65立体色域为标准，结合色域覆盖率，得到了激光显示系统合适的白平衡点选择范围。结果表明，当白平衡点位于黑体轨迹上时，不同的波长组合下，白点色温的最佳选择都在6500K左右；进一步分析白点偏离黑体轨迹的情况，可以得到不同波长组合下的激光显示系统白平衡点合适的选择范围。该研究可以为显示系统白平衡点的选择提供理论基础和依据。
为了探究激光显示技术中白平衡点的选择，基于颜色混合理论，采用立体色域算法研究了三基色激光显示中白平衡点改变对立体色域的影响。以D65立体色域为标准，结合色域覆盖率，得到了激光显示系统合适的白平衡点选择范围。结果表明，当白平衡点位于黑体轨迹上时，不同的波长组合下，白点色温的最佳选择都在6500K左右；进一步分析白点偏离黑体轨迹的情况，可以得到不同波长组合下的激光显示系统白平衡点合适的选择范围。该研究可以为显示系统白平衡点的选择提供理论基础和依据。
2021, 45(4): 436-440.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.04.005
摘要:
为了避免在高功率脉冲下产生光纤非线性效应和前端振动不敏感，采用了一种复合光纤的新型光纤传感结构方法，进行了理论分析和实验验证。使用多模光纤与单模光纤的混合作为传感光纤的方法，通过处理不同功率脉冲下的传感信号，取得了光纤传感的距离数据，并针对多模光纤在喇曼系统的传感作用，对其传感特性进行了讨论。结果表明，该新型复合光纤传感结构可探测30km处的振动信号。此研究为多模光纤在相位敏感光时域传感领域的科学研究和工程应用提供了参考。
为了避免在高功率脉冲下产生光纤非线性效应和前端振动不敏感，采用了一种复合光纤的新型光纤传感结构方法，进行了理论分析和实验验证。使用多模光纤与单模光纤的混合作为传感光纤的方法，通过处理不同功率脉冲下的传感信号，取得了光纤传感的距离数据，并针对多模光纤在喇曼系统的传感作用，对其传感特性进行了讨论。结果表明，该新型复合光纤传感结构可探测30km处的振动信号。此研究为多模光纤在相位敏感光时域传感领域的科学研究和工程应用提供了参考。
2021, 45(4): 448-455.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.04.007
摘要:
为了实现超低样本体积、高灵敏度的血液葡萄糖浓度检测，采用时域有限差分法分析了液芯微管腔(MTC)的壁厚和直径对回音壁模式(WGM)共振特性的影响。利用熔融拉锥法制备了MTC，通过高精度电控位移平台实现MTC和锥形光纤的高精度耦合以及WGM共振谱的激发，并对MTC进行表面功能化和过耦合方法以提高灵敏和稳定性, 同时进行了理论分析和实验验证。结果表明, 表面功能化的液芯MTC传感器取得的灵敏度约为0.911pm/(mmol·L-1)，线性度为0.988;该低浓度血液葡萄糖光学传感器的灵敏度和稳定性很高。这一结果对运动员训练中血糖的实时、快速监测，保障运动安全性和持久性等是有帮助的。
为了实现超低样本体积、高灵敏度的血液葡萄糖浓度检测，采用时域有限差分法分析了液芯微管腔(MTC)的壁厚和直径对回音壁模式(WGM)共振特性的影响。利用熔融拉锥法制备了MTC，通过高精度电控位移平台实现MTC和锥形光纤的高精度耦合以及WGM共振谱的激发，并对MTC进行表面功能化和过耦合方法以提高灵敏和稳定性, 同时进行了理论分析和实验验证。结果表明, 表面功能化的液芯MTC传感器取得的灵敏度约为0.911pm/(mmol·L-1)，线性度为0.988;该低浓度血液葡萄糖光学传感器的灵敏度和稳定性很高。这一结果对运动员训练中血糖的实时、快速监测，保障运动安全性和持久性等是有帮助的。
2021, 45(4): 456-462.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.04.008
摘要:
为了实现中药浊度在线精确测量，采用频谱分析法，将样品透射光和散射光信号的频谱特征与浊度之间建立联系，研究了一种低成本中药浊度在线传感器。将近红外发光二极管作为传感器的光源，通过FDS100光电二极管进行光电信号转换，经跨阻放大器和低通滤波器处理后由模数转换器转为数字信号，采用STM32F405单片机进行快速傅里叶变换和浊度反演；应用梯度稀释法制备了16组0NTU~1000NTU的福尔马肼标准浊度液对传感器做标定与验证实验，并测试了当归精油浊度的线性度。结果表明，透射和散射信号的3次谐波、5次谐波分量的幅值比值与浊度的线性拟合相关系数各为0.9883和0.9946；传感器的最小误差为0.471%，最大误差为3.768%；当归精油浊度的线性拟合度为0.99176，达到了精油提取、浓缩及干燥的实时在线测量需求。该传感器在中药的制造加工和质量监测中具有一定的应用价值。
为了实现中药浊度在线精确测量，采用频谱分析法，将样品透射光和散射光信号的频谱特征与浊度之间建立联系，研究了一种低成本中药浊度在线传感器。将近红外发光二极管作为传感器的光源，通过FDS100光电二极管进行光电信号转换，经跨阻放大器和低通滤波器处理后由模数转换器转为数字信号，采用STM32F405单片机进行快速傅里叶变换和浊度反演；应用梯度稀释法制备了16组0NTU~1000NTU的福尔马肼标准浊度液对传感器做标定与验证实验，并测试了当归精油浊度的线性度。结果表明，透射和散射信号的3次谐波、5次谐波分量的幅值比值与浊度的线性拟合相关系数各为0.9883和0.9946；传感器的最小误差为0.471%，最大误差为3.768%；当归精油浊度的线性拟合度为0.99176，达到了精油提取、浓缩及干燥的实时在线测量需求。该传感器在中药的制造加工和质量监测中具有一定的应用价值。
2021, 45(4): 535-540.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.04.020
摘要:
为了实现点云数据的区域划分，提出了一种结合超体素与粒子群优化模糊C均值(PFCM)的聚类分割算法(SPFCM)。用随机采样一致性算法去除点云平面，根据3-D点云的空间位置、曲率以及快速直方图特征，利用八叉树体素化点云得到超体素。采用PFCM算法对超体初步划分，并对粘连的点云再划分，克服了PFCM算法对于堆叠物体无法分割及较大物体过分割的缺点, 并在OSD-v0.2数据集上对SPFCM算法进行了性能测试。结果表明，相较于PFCM算法，SPFCM不仅保留了其参量少、操作简单等优点，而且指标得到了较大提升，准确率达到86%，查全率达到83%。该研究对3-D点云复杂场景的准确分割提供了帮助与参考。
为了实现点云数据的区域划分，提出了一种结合超体素与粒子群优化模糊C均值(PFCM)的聚类分割算法(SPFCM)。用随机采样一致性算法去除点云平面，根据3-D点云的空间位置、曲率以及快速直方图特征，利用八叉树体素化点云得到超体素。采用PFCM算法对超体初步划分，并对粘连的点云再划分，克服了PFCM算法对于堆叠物体无法分割及较大物体过分割的缺点, 并在OSD-v0.2数据集上对SPFCM算法进行了性能测试。结果表明，相较于PFCM算法，SPFCM不仅保留了其参量少、操作简单等优点，而且指标得到了较大提升，准确率达到86%，查全率达到83%。该研究对3-D点云复杂场景的准确分割提供了帮助与参考。
2021, 45(4): 417-428.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.04.003
摘要:
玻璃材料因其优良、独特的理化性能在半导体、微流控芯片、微机电系统、光通讯及光存储等新兴领域有广泛的应用。激光技术作为一种新型非接触加工方法，可以对玻璃材料表面或其内部进行高精度、高效率的微加工，在玻璃材料加工领域展现出巨大潜力。归纳了激光刻蚀、激光打孔、激光焊接及激光制备功能结构4种典型的激光加工玻璃工艺的基本原理及关键问题，指出了玻璃材料激光加工的最新研究进展、工艺水平及应用现状，其中激光刻蚀包括了激光直写刻蚀、激光诱导等离子体刻蚀与激光背部湿法刻蚀; 激光打孔包括了远红外CO2激光打孔、超快激光打孔及改进的打孔方法；激光焊接玻璃工艺包括远红外CO2激光焊接、纳秒激光焊接、超快激光焊接，以及激光制备表面和内部3维功能结构。同时总结了4类激光加工玻璃工艺的优缺点，分析了目前的瓶颈问题。在此基础上，对激光加工玻璃材料的发展前景进行总结和展望。
玻璃材料因其优良、独特的理化性能在半导体、微流控芯片、微机电系统、光通讯及光存储等新兴领域有广泛的应用。激光技术作为一种新型非接触加工方法，可以对玻璃材料表面或其内部进行高精度、高效率的微加工，在玻璃材料加工领域展现出巨大潜力。归纳了激光刻蚀、激光打孔、激光焊接及激光制备功能结构4种典型的激光加工玻璃工艺的基本原理及关键问题，指出了玻璃材料激光加工的最新研究进展、工艺水平及应用现状，其中激光刻蚀包括了激光直写刻蚀、激光诱导等离子体刻蚀与激光背部湿法刻蚀; 激光打孔包括了远红外CO2激光打孔、超快激光打孔及改进的打孔方法；激光焊接玻璃工艺包括远红外CO2激光焊接、纳秒激光焊接、超快激光焊接，以及激光制备表面和内部3维功能结构。同时总结了4类激光加工玻璃工艺的优缺点，分析了目前的瓶颈问题。在此基础上，对激光加工玻璃材料的发展前景进行总结和展望。
2021, 45(4): 429-435.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.04.004
摘要:
作为一种新型的减材加工技术，飞秒激光在材料微加工中具有独特优势。介绍了飞秒激光加工的机理，分析了飞秒激光加工效率和加工质量的影响因素，阐述了飞秒激光加工工艺参量及表面质量的预测方法，对飞秒激光与增材制造的结合应用作了展望。飞秒激光加工的效率与精度影响因素众多，要真正在金属加工领域精准大规模应用这一精细技术，尚需对飞秒激光及其与不同特性金属材料间的交互作用进行更为深入系统的研究。
作为一种新型的减材加工技术，飞秒激光在材料微加工中具有独特优势。介绍了飞秒激光加工的机理，分析了飞秒激光加工效率和加工质量的影响因素，阐述了飞秒激光加工工艺参量及表面质量的预测方法，对飞秒激光与增材制造的结合应用作了展望。飞秒激光加工的效率与精度影响因素众多，要真正在金属加工领域精准大规模应用这一精细技术，尚需对飞秒激光及其与不同特性金属材料间的交互作用进行更为深入系统的研究。
2021, 45(4): 475-484.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.04.011
摘要:
从激光增材制造材料、工艺、装备、应用等方面分析了激光增材制造技术当前的研究热点以及相关的研究进展，梳理了未来主要发展方向。材料和成型工艺方面的相关研究主要集中于轻质合金和高价值合金增材制造；从成型装备来看，设备大型化、高速化、复合加工是未来的主要发展方向；而应用方面则主要面向高性能、高价值零部件的增材制造与生物植入体。总的来看，高质量、高性能、高效率是未来激光增材制造研究的着重点。
从激光增材制造材料、工艺、装备、应用等方面分析了激光增材制造技术当前的研究热点以及相关的研究进展，梳理了未来主要发展方向。材料和成型工艺方面的相关研究主要集中于轻质合金和高价值合金增材制造；从成型装备来看，设备大型化、高速化、复合加工是未来的主要发展方向；而应用方面则主要面向高性能、高价值零部件的增材制造与生物植入体。总的来看，高质量、高性能、高效率是未来激光增材制造研究的着重点。
2021, 45(4): 492-499.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.04.013
摘要:
古气候学是研究地球的过往气候的一门学科，可以预测未来气候变化，解决有关环境、资源等问题。基于激光诱导击穿光谱的元素成像技术可以快速、准确、原位分析复杂多样的大面积古气候样本，获得能够与气候建立联系的元素信息，在气候变化研究中展现出很好的应用前景。首先介绍了基于激光诱导击穿光谱的元素成像技术的基本原理，其次回顾了目前常用的成像系统的仪器配置，包括激光光源、聚焦系统和光谱探测系统等，最后介绍了国内外基于激光诱导击穿光谱元素成像技术分析古气候代理物的典型案例。该研究对基于激光诱导击穿光谱的元素成像技术在古气候研究中的应用有很好的指导作用。
古气候学是研究地球的过往气候的一门学科，可以预测未来气候变化，解决有关环境、资源等问题。基于激光诱导击穿光谱的元素成像技术可以快速、准确、原位分析复杂多样的大面积古气候样本，获得能够与气候建立联系的元素信息，在气候变化研究中展现出很好的应用前景。首先介绍了基于激光诱导击穿光谱的元素成像技术的基本原理，其次回顾了目前常用的成像系统的仪器配置，包括激光光源、聚焦系统和光谱探测系统等，最后介绍了国内外基于激光诱导击穿光谱元素成像技术分析古气候代理物的典型案例。该研究对基于激光诱导击穿光谱的元素成像技术在古气候研究中的应用有很好的指导作用。
2021, 45(4): 463-469.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.04.009
摘要:
为了获得高强度超宽谐波光谱平台区，采用数值求解含时薛定谔方程的方法，提出利用多色组合场调控半周期波形来获得最佳半周期谐波辐射条件。结果表明，通过调节双色场啁啾参量可以获得最佳的负向半周期波形；通过调节啁啾延迟可以获得最佳的正向半周期波形；在上述波形下，谐波截止能量得到延伸；引入紫外激光场后，在紫外共振增强电离的影响下，可以使谐波强度得到增强；当紫外光能量满足单、双光子共振增强电离时，谐波强度增强明显；随着紫外光子能量减小，谐波强度增强效果减弱；通过叠加谐波平台区谐波还可获得脉宽在50as以下的单个脉冲。这一结果对高次谐波调控以及阿秒脉冲产生是有帮助的。
为了获得高强度超宽谐波光谱平台区，采用数值求解含时薛定谔方程的方法，提出利用多色组合场调控半周期波形来获得最佳半周期谐波辐射条件。结果表明，通过调节双色场啁啾参量可以获得最佳的负向半周期波形；通过调节啁啾延迟可以获得最佳的正向半周期波形；在上述波形下，谐波截止能量得到延伸；引入紫外激光场后，在紫外共振增强电离的影响下，可以使谐波强度得到增强；当紫外光能量满足单、双光子共振增强电离时，谐波强度增强明显；随着紫外光子能量减小，谐波强度增强效果减弱；通过叠加谐波平台区谐波还可获得脉宽在50as以下的单个脉冲。这一结果对高次谐波调控以及阿秒脉冲产生是有帮助的。
2021, 45(4): 485-491.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.04.012
摘要:
为了分析高折射率对比度光栅(HCG)参量和入射波长对光束偏转角的影响，采用严格耦合波法设计了透射光束可偏转非周期三角HCG，并通过时域有限差分法证明了所设计的非周期三角HCG可实现30.3°的透射光束偏转。结果表明，当低折射率介质材料折射率从1增加到1.4时，透射光束偏转角可实现11°的调谐；当入射波长从波长1.5μm增加到1.6μm时，该非周期三角HCG可实现3.527°的透射光束偏转角调谐。这一研究结果可对将来制备高性能光束偏转光栅提供理论指导。
为了分析高折射率对比度光栅(HCG)参量和入射波长对光束偏转角的影响，采用严格耦合波法设计了透射光束可偏转非周期三角HCG，并通过时域有限差分法证明了所设计的非周期三角HCG可实现30.3°的透射光束偏转。结果表明，当低折射率介质材料折射率从1增加到1.4时，透射光束偏转角可实现11°的调谐；当入射波长从波长1.5μm增加到1.6μm时，该非周期三角HCG可实现3.527°的透射光束偏转角调谐。这一研究结果可对将来制备高性能光束偏转光栅提供理论指导。
2021, 45(4): 522-529.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.04.018
摘要:
为了探究部分相干Airy涡旋光束在非Kolmogorov谱中模态强度的演化规律，基于广义的Huygens-Fresnel原理和Rytov近似理论，推导了部分相干Airy涡旋光束的轨道角动量模态概率的解析式。结合MATLAB的数值模拟，研究了部分相干Airy涡旋光束在非Kolmogorov谱湍流大气中传输时湍流参量和波束参量与涡旋模态强度的关系，对部分相干Airy涡旋光束的相干宽度在传输过程中对模态强度的影响进行了理论分析。结果表明，选取拓扑荷数较小、主亮环半径较大、波长较长的部分相干Airy涡旋光束能有效减缓湍流效应的影响，减小强湍流中模态间的串扰；较大的湍流谱幂指数和较小的探测器孔径直径能提高部分相干Airy涡旋光束的模态强度；与完全相干涡旋光束相比，部分相干涡旋光束具有较强的湍流阻力，在大气湍流中能有更好的传输性能，相干性较差会导致螺旋谱分布弥散。这些结果对自由空间光通信的研究具有一定的参考价值。
为了探究部分相干Airy涡旋光束在非Kolmogorov谱中模态强度的演化规律，基于广义的Huygens-Fresnel原理和Rytov近似理论，推导了部分相干Airy涡旋光束的轨道角动量模态概率的解析式。结合MATLAB的数值模拟，研究了部分相干Airy涡旋光束在非Kolmogorov谱湍流大气中传输时湍流参量和波束参量与涡旋模态强度的关系，对部分相干Airy涡旋光束的相干宽度在传输过程中对模态强度的影响进行了理论分析。结果表明，选取拓扑荷数较小、主亮环半径较大、波长较长的部分相干Airy涡旋光束能有效减缓湍流效应的影响，减小强湍流中模态间的串扰；较大的湍流谱幂指数和较小的探测器孔径直径能提高部分相干Airy涡旋光束的模态强度；与完全相干涡旋光束相比，部分相干涡旋光束具有较强的湍流阻力，在大气湍流中能有更好的传输性能，相干性较差会导致螺旋谱分布弥散。这些结果对自由空间光通信的研究具有一定的参考价值。
2021, 45(4): 507-510.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.04.015
摘要:
为了实现石墨烯的双模吸收，将石墨烯条带嵌入到缺陷光子晶体，采用严格耦合波法进行了仿真研究，并进行了关键参量的影响分析。发现由于Fabry-Pérot谐振和表面等离子激元共振的共同作用，系统在5.1537THz和5.1970THz处获得了两个完美吸收模式，此时结构阻抗等于自由空间阻抗。结果表明，电调谐石墨烯化学势不仅能够改变模式数目，还能够改变模式的耦合程度；当化学势为0.7eV时，两吸收模完全耦合；调节石墨烯条带的几何尺寸也能控制模式的耦合程度；当入射光偏离垂直入射时，模式数目直接受偏角大小的影响。该研究为太赫兹器件吸收谱的重构提供了思路。
为了实现石墨烯的双模吸收，将石墨烯条带嵌入到缺陷光子晶体，采用严格耦合波法进行了仿真研究，并进行了关键参量的影响分析。发现由于Fabry-Pérot谐振和表面等离子激元共振的共同作用，系统在5.1537THz和5.1970THz处获得了两个完美吸收模式，此时结构阻抗等于自由空间阻抗。结果表明，电调谐石墨烯化学势不仅能够改变模式数目，还能够改变模式的耦合程度；当化学势为0.7eV时，两吸收模完全耦合；调节石墨烯条带的几何尺寸也能控制模式的耦合程度；当入射光偏离垂直入射时，模式数目直接受偏角大小的影响。该研究为太赫兹器件吸收谱的重构提供了思路。
2021, 45(4): 516-521.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.04.017
摘要:
为了减小在剧烈环境中脉搏波信号产生的运动伪迹，采用mimic数据库中由光子器件构成的光电传感器采集的脉搏信号，通过陀螺仪信号和三轴加速度互补滤波来矫正三轴加速度的角度，运用奇异谱分析将矫正后的三轴加速度信号分组为不同频率成分的信号，作为三级快速横向递归最小二乘(FTRLS)算法的参考信号自适应消除运动伪迹。结果表明，与最小均方算法、递归最小二乘法相比，信噪比分别提升了12.2%、6.7%，均方根误差分别减少了30%，11%，并且提高了计算速度。该研究对去除频域上脉搏波的运动干扰谱峰，保留重博波信息是有帮助的。
为了减小在剧烈环境中脉搏波信号产生的运动伪迹，采用mimic数据库中由光子器件构成的光电传感器采集的脉搏信号，通过陀螺仪信号和三轴加速度互补滤波来矫正三轴加速度的角度，运用奇异谱分析将矫正后的三轴加速度信号分组为不同频率成分的信号，作为三级快速横向递归最小二乘(FTRLS)算法的参考信号自适应消除运动伪迹。结果表明，与最小均方算法、递归最小二乘法相比，信噪比分别提升了12.2%、6.7%，均方根误差分别减少了30%，11%，并且提高了计算速度。该研究对去除频域上脉搏波的运动干扰谱峰，保留重博波信息是有帮助的。
