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端面薄膜法布里-珀罗腔光纤动态压力传感器仿真与实验研究

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光学学报 2024年第7期44卷 227-235页

作者：张雄星孙哲赵学庆高子皓冯晓军潘文陈海滨西安工业大学光电工程学院陕西西安710021 西北核技术研究所陕西西安710024 西安近代化学研究所陕西西安710065

为实现冲击波动态信号的测量,研制了一种光纤端面镀金-派瑞林-金三层结构的薄膜式光纤法布里-珀罗压力传感器。对该传感器进行了理论分析与仿真,搭建了静态和动态压力测量系统,并对其进行测试与分析。结果表明:在0~60 MPa的静态压力测... 详细信息

为实现冲击波动态信号的测量,研制了一种光纤端面镀金-派瑞林-金三层结构的薄膜式光纤法布里-珀罗压力传感器。对该传感器进行了理论分析与仿真,搭建了静态和动态压力测量系统,并对其进行测试与分析。结果表明:在0~60 MPa的静态压力测量范围内,传感器的波长灵敏度和腔长灵敏度分别为0.0809 nm/MPa和0.3200 nm/MPa,与仿真结果一致;在动态压力测量中,传感器成功捕捉到了压力峰值为7.41 MPa和上升时间为75 ns的冲击波信号。

关键词：光纤传感器法布里-珀罗腔薄膜压力测量

量子阱探测器长波红外激光辐照损伤脉宽效应数值模拟

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激光与光电子学进展 2024年

作者：孙佳鑫钱传鹏徐作冬张检民叶锡生中国科学院上海光学精密机械研究所王之江激光创新中心西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室中国科学院大学材料科学与光电技术学院

基于量子阱探测器长波8.2μm单脉冲激光辐照二维轴对称热学和力学简化模型，通过有限元方法数值模拟计算了不同脉宽条件下探测器瞬态温度场和应力场分布，初步给出了1 ns-300 ns脉宽范围内的器件热分解、熔融和应力诱导损伤阈值随激光... 详细信息

基于量子阱探测器长波8.2μm单脉冲激光辐照二维轴对称热学和力学简化模型，通过有限元方法数值模拟计算了不同脉宽条件下探测器瞬态温度场和应力场分布，初步给出了1 ns-300 ns脉宽范围内的器件热分解、熔融和应力诱导损伤阈值随激光脉宽的变化规律。结果表明，探测器的激光峰值能量密度损伤阈值随脉宽的减小而降低。当激光脉宽从300 ns减小至1 ns时，量子阱探测器的热分解损伤阈值从3.16 J/cm2降至2.43 J/cm2，降低了23.10%；熔融损伤阈值从5.50 J/cm2降至4.22 J/cm2，降低了23.27%；应力诱导损伤阈值从8.92 J/cm2降至4.94 J/cm2，降低了44.62%。

关键词：量子阱红外探测器长波红外单脉冲激光激光辐照损伤脉宽效应

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内腔式非稳腔DF激光光束质量研究

中国光学（中英文） 2024年第5期17卷 1068-1074页

作者：阮鹏汪玉海潘其坤邵春雷陈飞郭劲吉林师范大学信息技术学院吉林四平136000 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

激光光束质量是衡量激光器应用性能的重要指标之一,面向远距离光电对抗应用场景,本文开展了非链式脉冲氟化氘(DF)激光器非稳腔设计和光束质量提升技术研究。设计了3组不同放大倍率的正分支虚共焦非稳腔,搭建了凸面腔镜横向和轴向两种支... 详细信息

激光光束质量是衡量激光器应用性能的重要指标之一,面向远距离光电对抗应用场景,本文开展了非链式脉冲氟化氘(DF)激光器非稳腔设计和光束质量提升技术研究。设计了3组不同放大倍率的正分支虚共焦非稳腔,搭建了凸面腔镜横向和轴向两种支撑结构的非稳腔实验装置,其中横向支撑结构内置循环水冷却通道。以86.5%环围能量定义激光光斑大小,选用β因子评价激光光束质量,比较两种支撑方式下的输出能量和光束质量。研究发现:相同条件下,轴向支撑结构的非稳腔输出能量较横向支撑结构高6%,但远场发散角较横向支撑大9%;水冷横向支撑结构虽存在部分能量遮挡,但其较好的热稳定性显著提升了激光光束质量。在M=2.25的横向支撑内腔式非稳腔条件下获得了光束质量因子β=1.83、发散角θ_(0.865)=0.63 mrad的激光光束。该条件下的激光单脉冲能量为2.34 J,激光脉宽为88.2 ns,峰值功率达到26.5 MW。

关键词： DF激光器内腔式虚共焦非稳腔光束质量

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流道结构对半导体泵浦流动铷蒸气激光器特性影响

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中国光学（中英文） 2024年第3期17卷 617-629页

作者：潘丽何洋马利国季艳慧刘金岱陈飞中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室吉林长春130033 中国科学院大学北京100049 西南技术物理研究所四川成都610041

为研究气体流道结构对半导体泵浦流动碱金属蒸气激光器(FDPAL)输出性能的影响,本文结合FDPAL中气体传热、流体力学和激光动力学过程建立了FDPAL理论模型,以侧面泵浦Rb蒸气FDPAL(Rb-FDPAL)为仿真对象,分析气体流动方向、流道横截面积和... 详细信息

为研究气体流道结构对半导体泵浦流动碱金属蒸气激光器(FDPAL)输出性能的影响,本文结合FDPAL中气体传热、流体力学和激光动力学过程建立了FDPAL理论模型,以侧面泵浦Rb蒸气FDPAL(Rb-FDPAL)为仿真对象,分析气体流动方向、流道横截面积和流道形状等对Rb-FDPAL输出性能的影响。结果表明,采用横流方式,通过提高流道横截面积并将气体流道与蒸气池连接部位设置为砌体结构时,蒸气内涡流得到有效抑制,气体流速增加,蒸气池内热效应更小,Rb-FDPAL的激光输出功率和斜率效率更高,仿真结果与实验相符。

关键词：高功率激光器气体激光器碱金属蒸气激光器气体流动

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亚音速气流下不同空间位置激光烧蚀行为

焊接学报 2024年

作者：刘肖影韦成华黄舒宇芦凤桂上海交通大学材料科学与工程学院西北核技术研究所

为研究激光烧蚀过程中激光能量、表面气流、空间位置和金属材料之间的相互作用，提出了一个考虑亚音速切向气流和工件所处空间位置联合诱导熔体去除的流固耦合激光烧蚀模型，并通过与高速图像相比，验证了模型的合理性.在不同空间位置... 详细信息

为研究激光烧蚀过程中激光能量、表面气流、空间位置和金属材料之间的相互作用，提出了一个考虑亚音速切向气流和工件所处空间位置联合诱导熔体去除的流固耦合激光烧蚀模型，并通过与高速图像相比，验证了模型的合理性.在不同空间位置下，研究了表面气流与大尺度熔池的相互作用过程及熔体的剥离行为.研究发现，在气流和所处空间位置的联合作用下，一方面熔体被推出熔池后形成倾斜液柱，液柱熔体被加速至1.6 m/s甚至更高，为剥离熔池提供了高动量，另一方面液柱被拉伸至仅0.45 mm厚，易于克服表面张力，进而导致熔体剥离熔池形成飞溅.调整金属所处的空间位置，使得α从90°减小至30°，重力沿金属受激光辐照表面的分量随之减少，液柱中熔体的流动速度由1.6 m/s减慢至1.4 m/s，熔体剥离所形成熔坑的尺寸逐渐减小，熔池剥离程度和金属质量损失显著降低.

关键词：激光烧蚀亚音速切向气流空间位置大尺度熔池剥离行为

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FP传感器双峰级次腔长解调算法

光电子．激光 2024年第2期35卷 128-134页

作者：陈斯彤王伟周立凡王东平徐郁盛张雄星西安工业大学光电工程学院陕西西安710021 西安工业大学兵器科学与技术学院陕西西安710021 陕西电子信息研究院有限公司陕西西安710071

在应用双峰法解调光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot, FP)传感器时,由于难以准确判断干涉级次,而导致解调腔长误差明显过大。为了应对这种问题,提出一种双峰级次腔长解调算法。该算法通过跟踪传感器反射光谱中相距最远的两个波峰准确判断出... 详细信息

在应用双峰法解调光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot, FP)传感器时,由于难以准确判断干涉级次,而导致解调腔长误差明显过大。为了应对这种问题,提出一种双峰级次腔长解调算法。该算法通过跟踪传感器反射光谱中相距最远的两个波峰准确判断出所选波峰的干涉级次,然后根据单峰法精确解算出绝对腔长。由于有效消除了双峰法的干涉级次模糊,腔长解算精度显著提高。对腔长30—100μm的FP传感器进行了仿真分析和验证实验。仿真解调误差小于0.7 nm,实验误差小于1.4 nm,解调误差远小于双峰法。

关键词：光纤传感器法布里-珀罗(FP)腔双峰法干涉级次腔长解调

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宽光谱吸收应用中光谱扫描区间的选择

光谱学与光谱分析 2024年第11期 3043-3051页

作者：陶蒙蒙吴昊龙王亚民王晟王科曹慧琳叶景峰西北核技术研究所激光与物质相互作用全国重点实验室

与传统的窄带扫描吸收光谱技术相比，宽光谱吸收技术可以获取更宽光谱范围内的丰富吸收数据，具有很大的技术优势。宽光谱吸收技术测量系统的硬件与传统的可调谐二极管吸收光谱技术测量系统基本一致，唯一不同的是宽光谱吸收技术则使用... 详细信息

与传统的窄带扫描吸收光谱技术相比，宽光谱吸收技术可以获取更宽光谱范围内的丰富吸收数据，具有很大的技术优势。宽光谱吸收技术测量系统的硬件与传统的可调谐二极管吸收光谱技术测量系统基本一致，唯一不同的是宽光谱吸收技术则使用宽带调谐光源。实际应用中，宽光谱吸收光源一般都具有较宽的光谱覆盖范围(>20 nm),而使用全谱段扫描会对数据采集、存储和处理提出较高的要求，从而增加系统成本和测量工作量。因此，选择合适宽度的光谱扫描区间就成为宽光谱吸收应用中的一个关键问题。利用等效下能级概念，提出了针对宽光谱吸收应用的光谱扫描区间选择的数值方法，并针对1.3μm波段和2μm波段开展了扫描区间选择研究。在1.3μm波段，计算给出的优选扫描谱段与文献报道中使用的谱段相重合，验证了选择方法的可行性和正确性。在2μm波段，在给定工况条件下，通过实验数据验证了所选择扫描区间在温度反演精度方面的优越性。针对实际应用中面临的宽工况环境，通过计算给出了2μm波段优选的扫描光谱区间。计算结果表明，在1.8μm的短波段和1.9μm的长波段均存在适用的光谱扫描区间，其中，1.86μm附近测温精度最高；更宽的扫描带宽有助于降低系统在全光谱范围内的整体测温不确定度。相关研究可为宽光谱吸收技术在燃烧流场诊断的现场应用提供关键技术指导。

关键词：可调谐二极管激光吸收光谱宽光谱吸收技术谱线选择掺铥光纤激光器

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基于因果分析的能源系统缺失值补充研究

软件导刊 2024年第1期23卷 103-107页

作者：房旭浙江理工大学计算机科学与技术学院浙江杭州310018

针对传统行业中传感器因周围环境导致数据丢失或缺失的困境,提出在未知数据分布情况下基于因果分析对能源系统中的多变量数据进行深度学习的方法,并利用其结果对缺失值进行补充。首先,对样本进行再均衡;其次,基于LSTM的多变量构建模型,... 详细信息

针对传统行业中传感器因周围环境导致数据丢失或缺失的困境,提出在未知数据分布情况下基于因果分析对能源系统中的多变量数据进行深度学习的方法,并利用其结果对缺失值进行补充。首先,对样本进行再均衡;其次,基于LSTM的多变量构建模型,利用因果分析优化其深度学习的优化器,去除在学习过程中不被期望的影响因子,削弱特征值与稳定偏转之间的伪相关,并结合安慰剂效应排除稳定偏转对特征值的影响;再次,将特征值与有害因子相减,获得去除有害因子的值进而优化模型得到更优结果。这种方法解决了在机器学习过程中对头部数据的欠拟合和对尾部数据的过拟合问题。在多变量的能源系统数据集中进行实验,结果表明,该方法在将缺失值插补收敛到真实值的问题上精度更高。

关键词：因果分析神经网络长尾分布缺失值插补

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掺铥光纤激光放大器在宽波段吸收光谱技术中的应用

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现代应用物理 2024年第2期15卷 87-93页

作者：王亚民吴昊龙陶蒙蒙刘洋阳李国华王晟叶景峰激光与物质相互作用国家重点实验室西安710024 中国科学院上海光学与精密机械研究所王之江激光创新中心上海201800

利用掺铥光纤在2μm波段的宽带发射特性和光纤可饱和吸收体的线宽压缩特性,研制了宽带调谐窄线宽掺铥光纤激光放大器,该激光放大器可将窄线宽、宽带可调谐种子光源的功率放大至290 mW,放大后的光源连续运行30 min,均方根稳定性优于1%。... 详细信息

利用掺铥光纤在2μm波段的宽带发射特性和光纤可饱和吸收体的线宽压缩特性,研制了宽带调谐窄线宽掺铥光纤激光放大器,该激光放大器可将窄线宽、宽带可调谐种子光源的功率放大至290 mW,放大后的光源连续运行30 min,均方根稳定性优于1%。利用激光放大器输出的32路激光中的任意一路测试了水分子在2μm波段的宽吸收光谱,并利用测试结果反演得到了该光源在动态扫描过程中的线宽约为0.06 nm。利用该激光放大器分别测试了空气和酒精火焰中温度和水分子摩尔分数。结果表明:常温下,空气和酒精火焰中温度的平均值分别为301.2,1263.3 K,相对偏差分别为1.28%,3.08%,水分子的摩尔分数平均值分别为2.11%,5.58%。利用该光源可有效获取水分子在2μm波段的宽波段激光吸收光谱,利用这些吸收光谱数据能够较为精确的反演出环境温度、水分子摩尔分数等信息,结果验证了该激光光源在燃烧流场2维层析诊断测量应用中的可行性。

关键词：吸收光谱可调谐二极管激光吸收光谱技术宽波段吸收光谱技术燃烧流场掺铥光纤激光放大器