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太赫兹脉冲光谱法测量微米级多层油漆涂层厚度技术

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光谱学与光谱分析 2017年第11期37卷 3332-3337页

作者：林玉华何明霞赖慧彬李鹏飞马文鹤天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072 天津大学太赫兹中心天津300072

在汽车工业、飞机、船舶等领域中,油漆的涂层厚度管理对产品防水、防锈功能和颜色效果有着重要影响,但是目前采用的商业化涂层测厚仪都是接触式,并且很难直接获得多层涂层中的各层厚度。利用反射式太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统探测样品... 详细信息

在汽车工业、飞机、船舶等领域中,油漆的涂层厚度管理对产品防水、防锈功能和颜色效果有着重要影响,但是目前采用的商业化涂层测厚仪都是接触式,并且很难直接获得多层涂层中的各层厚度。利用反射式太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统探测样品的太赫兹脉冲光谱,基于脉冲回波的飞行时间建立简易的单点漆膜厚度提取模型。并通过最小二乘法拟合油漆样品的光学厚度与几何厚度之间的线性关系计算出12种涂覆在铝板上的油漆样品的测量折射率,发现金属油漆与非金属油漆在太赫兹波段的折射率存在较大的差异,闪光银色油漆样品的测量折射率为5.15,而白色油漆样品的测量折射率仅为2.64。在单层白色油漆样品厚度分布均匀的区域内测量50个点的膜厚,以磁/涡流感应涂层测厚仪的测量数据为参考标准,得到的厚度平均值为71.7μm,测量误差为3.5μm。对双层油漆样品进行二维扫描,测得白色油漆和底漆的厚度分布分别是(233±13)和(130±11)μm。同样,通过黑色三层油漆样品和银色三层油漆样品的二维分布图,分析了各层的漆膜厚度及其分布的均匀性。结果表明,太赫兹脉冲光谱法实现了1~3层漆膜的厚度测量及其分布均匀性评估,该方法对金属油漆的厚度分辨力较高,并且可通过非接触探测样品的太赫兹脉冲光谱,获得多层油漆的各层厚度及厚度的二维分布信息,易于实现喷涂质量的评估。

关键词：太赫兹脉冲光谱法飞行时间多层涂层厚度非接触均匀性

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百微焦级飞秒光纤激光放大系统

中国激光 2015年第12期42卷 28-33页

作者：李峰杨直赵卫李强龙胡晓鸿杨小君王屹山中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室陕西西安710119

实验研究了基于掺Yb3+光纤的啁啾脉冲放大(CPA)系统。利用半导体可饱和吸收体锁模光纤激光器作为种子源,采用啁啾脉冲放大技术,将波长为1030 nm的脉冲展宽到数百皮秒进行放大。采用多级的掺镱单模光纤和双包层光纤组成预放大器,主放大... 详细信息

实验研究了基于掺Yb3+光纤的啁啾脉冲放大(CPA)系统。利用半导体可饱和吸收体锁模光纤激光器作为种子源,采用啁啾脉冲放大技术,将波长为1030 nm的脉冲展宽到数百皮秒进行放大。采用多级的掺镱单模光纤和双包层光纤组成预放大器,主放大器采用大模场的掺镱棒状光子晶体光纤作为激光工作物质,实现了重复频率为211 k Hz,功率为50 W的单模皮秒脉冲输出。通过合理地控制放大系统中每一级光纤放大器的增益以及非线性积累量,有效抑制了高能脉冲放大过程中非线性效应对脉冲时域特性的影响。采用反射式光栅对,对输出的放大脉冲进行压缩,最终获得了脉宽为887 fs的激光输出,单脉冲能量达到124μJ,对应峰值功率为139.8 MW,该实验结果为国内首次报道基于光纤结构的百微焦级飞秒激光系统。

关键词：激光器光子晶体光纤啁啾脉冲放大飞秒激光

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亚皮秒L波段掺铒全光纤锁模激光器

中国激光 2016年第11期43卷 45-50页

作者：贾浩天王军利滕浩吕志国刘文军魏志义西安电子科技大学物理与光电工程学院陕西西安710071 中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室北京100190 北京邮电大学理学院信息光子学与光通信国家重点实验室北京100876

报道了一种L波段的高功率亚皮秒掺铒光纤激光器。在全光纤环形腔内熔接2个偏振控制器(PC)和偏振相关的光隔离器(ISO),基于非线性偏振旋转锁模原理实现了全光纤结构锁模激光脉冲输出。输出激光的中心波长为1603nm,脉冲重复频率为37.8 MHz... 详细信息

报道了一种L波段的高功率亚皮秒掺铒光纤激光器。在全光纤环形腔内熔接2个偏振控制器(PC)和偏振相关的光隔离器(ISO),基于非线性偏振旋转锁模原理实现了全光纤结构锁模激光脉冲输出。输出激光的中心波长为1603nm,脉冲重复频率为37.8 MHz,单脉冲能量为4nJ,平均输出激光功率为152mW。对此全光纤锁模激光器进行合理的色散控制,可得到脉冲宽度为370fs的锁模激光输出。实验中使用高掺杂浓度的掺铒光纤,有效减少了其使用长度,提高了抽运转换效率,实现了结构简单紧凑、性能稳定可靠的L波段亚皮秒光纤激光器。

关键词：光纤光学掺铒光纤光纤激光器锁模激光器

掺杂BaTiO3/SrTiO3多层膜与太赫兹波相互作用

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强激光与粒子束 2013年第6期25卷 1427-1430页

作者：王雪敏沈昌乐王瑜英黎维华彭丽萍雷红文吴卫东唐永建中国工程物理研究院激光聚变研究中心等离子体物理重点实验室四川绵阳621900 中国工程物理研究院太赫兹研究中心四川绵阳621900

掺杂半导体中的载流子吸收在THz波段非常明显,其相互作用研究是研制THz通信中的关键器件之一的基础。采用氟化氪(KrF)脉冲准分子激光烧蚀沉积(PLD)技术,制备了Ni掺杂BaTiO3/SrTiO3多层膜。基于辐射频率为3.09THz、脉冲功率为10mW量级的... 详细信息

掺杂半导体中的载流子吸收在THz波段非常明显,其相互作用研究是研制THz通信中的关键器件之一的基础。采用氟化氪(KrF)脉冲准分子激光烧蚀沉积(PLD)技术,制备了Ni掺杂BaTiO3/SrTiO3多层膜。基于辐射频率为3.09THz、脉冲功率为10mW量级的THz量子级联激光器(QCL)光源研究了太赫兹波在Ni掺杂BaTiO3/SrTiO3多层膜中的传输,发现损耗主要是Ni颗粒的非共振吸收导致。

关键词：太赫兹量子级联激光器多层薄膜激光烧蚀沉积掺杂

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同心圆环区域电容层析成像传感器数目优化

仪器仪表学报 2021年第10期42卷 94-104页

作者：刘再兴王海刚中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049

针对同心圆环区域,设计了不同数目的组合电容层析成像传感器,以提高传感器在测量区域的空间分辨率。基于数值仿真,对内外径之比为0.2、0.3、0.4、0.5的4种同心圆环区域,采用了传统外层12电极和12-4、12-6、12-83种内外双层结构电极(IEE)... 详细信息

针对同心圆环区域,设计了不同数目的组合电容层析成像传感器,以提高传感器在测量区域的空间分辨率。基于数值仿真,对内外径之比为0.2、0.3、0.4、0.5的4种同心圆环区域,采用了传统外层12电极和12-4、12-6、12-83种内外双层结构电极(IEE),研究了其成像特性。其中IEE传感器测量过程施行外部-对立-内部(EOI)和外部-对立(EO)两种激励策略,对几种典型的介质分布进行测量,并采用LBP、Tikhonov、Landweber算法开展图像重建。结合数值仿真和实验验证,结果显示内外双层电极测量随着同心圆环形区域内外径比增大,内层电极数目存在最优值,12-4型电极结构在不同环形区域的重建图像质量和稳定性更好。采用LBP算法进行成像时,EOI激励策略相比于EO激励策略在成像精度上略有优势;采用Tikhonov算法和Landweber迭代算法时,EO激励策略能有效避免异常电容值的影响,与IEE电极组合时能在不同内外径比的同心圆环区域测量中提高成像质量。

关键词：电容层析成像激励策略图像重建相关系数

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高铁车轮中复合夹杂物的火花光谱原位分析

光谱学与光谱分析 2022年第4期42卷 1122-1128页

作者：盛亮袁良经李冬玲张晓芬张翘楚于雷贾云海钢铁研究总院北京100081 钢研纳克检测技术股份有限公司北京100081 北京科技大学北京100083

火花发射光谱分析钢中单一夹杂物的研究已有文献报导,但用火花光谱分析钢中复合夹杂物一直是个难题。钢中复合夹杂物是一种单一夹杂物包裹另外一种单一夹杂物组成的复合体,或由两个及以上单一夹杂物紧密相邻结合体。如何区分材料中同时... 详细信息

火花发射光谱分析钢中单一夹杂物的研究已有文献报导,但用火花光谱分析钢中复合夹杂物一直是个难题。钢中复合夹杂物是一种单一夹杂物包裹另外一种单一夹杂物组成的复合体,或由两个及以上单一夹杂物紧密相邻结合体。如何区分材料中同时存在但不相邻的两种单一夹杂物和二者复合夹杂物,用火花发射光谱技术难于实现。该工作采用火花光谱原位统计分布分析(OPA)进行高铁车轮截面的夹杂物分析,OPA通过对经连续扫描的火花放电激发所产生的元素光谱信号进行采集和分析,可实现大尺度金属材料的成分及夹杂物统计分布表征,在同一激发位置下,当既有Al_(2)O_(3)夹杂物光谱信号,也有MnS夹杂物光谱信号,通过对Al_(2)O_(3)夹杂物和MnS夹杂物的火花光谱强度时序耦合处理,获得此时序对应位置处的复合夹杂物信息。根据超过阈值以上的火花光谱强度和夹杂物平均面积之间的良好线性关系,在同一位置下,分别获得Al_(2)O_(3)/MnS复合夹杂物中Al_(2)O_(3)夹杂物和MnS夹杂物的面积,将Al_(2)O_(3)夹杂物面积和MnS夹杂物面积加和,得到Al_(2)O_(3)/MnS复合夹杂物的面积。同时结合扫描电镜(SEM)分析小区域内的复合夹杂物,将每一个扫描电镜复合夹杂物面积对应一个OPA分析夹杂物的归一化面积,建立SEM和OPA两种分析方法获得的复合夹杂物面积的关系曲线,二者具有良好线性关系,线性相关系数大于0.99。取高铁车轮截面中另外两部分进行验证实验,得到的结果也与扫描电镜结果基本一致,即在分析小面积区域内Al_(2)O_(3)/MnS复合夹杂物,OPA分析的归一化结果也能够满足表征需要。除此之外,由于OPA可以进行部件全域分析,可检测到更多的较大Al_(2)O_(3)/MnS复合夹杂物颗粒,可有效避免扫描电镜(SEM)因分析区域有限造成大尺寸夹杂物漏检问题,为大尺寸金属构件的夹杂物分析特别是Al_(2)O_(3)/MnS复合夹杂物的分析提供了一种有效手段。

关键词：火花光谱原位分析复合夹杂物粒度分布高铁车轮扫描电镜分析

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基于渐开线原理的快速光学延迟线装置

光学精密工程 2015年第12期23卷 3289-3294页

作者：黄战华刘洋何明霞杨振京蔡怀宇天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072

为了提高光学延迟线装置的性能,基于渐开线原理设计了快速光学延迟线(FODL)装置。分析了渐开线的基本原理并建立了数学模型,推导了光学延迟线装置的延迟距离公式。对光束通过延迟线装置后的光斑畸变进行了理论与实验分析。最后,搭建迈... 详细信息

为了提高光学延迟线装置的性能,基于渐开线原理设计了快速光学延迟线(FODL)装置。分析了渐开线的基本原理并建立了数学模型,推导了光学延迟线装置的延迟距离公式。对光束通过延迟线装置后的光斑畸变进行了理论与实验分析。最后,搭建迈克尔逊干涉系统,对延迟线装置的延迟线性度、延迟平稳性、延迟距离和扫描频率进行了实验验证。结果表明:对于快速光学延迟线装置,入射光斑的半径越小,旋转平面反射镜的旋转角度间隔越小,出射光束的光斑畸变越小。该装置的延迟距离为40.036mm,延迟时间为133.453ps,线性度误差为0.419%,平稳性误差为0.806%,扫描频率为20Hz。与常用光学延迟线装置相比,该装置能够提供较大的延迟距离和较高的扫描频率,同时具有线性度好、平稳性好等优点,满足快速光学延迟线的使用要求。

关键词：光学延迟线装置渐开线线性度延迟距离扫描频率光斑畸变

一种MSK-Type信号的频率同步改进算法

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哈尔滨工业大学学报 2017年第11期49卷 36-40页

作者：迟永钢郑宇希杨木陈三斌哈尔滨工业大学通信技术研究所哈尔滨150001

MSK-Type信号的频率同步技术可以采用基于最大似然理论的估计方法.但该算法结构复杂,计算量十分庞大,不利用工程上的实现,所以对MSK-Type的频率同步大多采用非线性同步的方式.其算法主要有延迟相乘和2P-Power算法,但这种选用前馈结构的... 详细信息

MSK-Type信号的频率同步技术可以采用基于最大似然理论的估计方法.但该算法结构复杂,计算量十分庞大,不利用工程上的实现,所以对MSK-Type的频率同步大多采用非线性同步的方式.其算法主要有延迟相乘和2P-Power算法,但这种选用前馈结构的无数据辅助算法只适用于全响应的连续相位调制信号,且由于在非线性相乘过程中引入大量自噪声,从而导致同步性能下降.为解决MSK-Type调制信号频率同步算法精度低、适用范围小及不利于工程上实现等问题,本文在延迟相乘频率同步算法的基础上,提出一种改进算法.该算法通过对部分响应和全响应MSK-Type信号采用不同幂次非线性处理,消除了延迟相乘算法中的自噪声影响,与原算法相比,频偏估计精度可提高5d B左右.另外,所提算法不仅将应用范围扩展到了部分响应MSK-Type信号,扩大了同步算法的适用范围,而且还具有便于工程实现的特点.

关键词：数字信号处理 MSK-Type调制载波同步非线性频率同步算法频偏估计

激光诱导击穿光谱同时分析钢中夹杂物尺寸和含量的方法研究

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光谱学与光谱分析 2020年第8期40卷 2611-2616页

作者：贾云海刘佳钢铁研究总院北京100081 钢研纳克检测技术股份有限公司北京100081

钢中夹杂物是影响钢性能的重要因素。有很多手段可以分析夹杂物的形貌尺寸和组成,但同时分析夹杂物含量和尺寸的手段未见报道。金相显微镜和扫描电镜等分析夹杂物尺寸要求样品表面精细制备,通常钢铁样品要用800目砂纸打磨表面后用抛光... 详细信息

钢中夹杂物是影响钢性能的重要因素。有很多手段可以分析夹杂物的形貌尺寸和组成,但同时分析夹杂物含量和尺寸的手段未见报道。金相显微镜和扫描电镜等分析夹杂物尺寸要求样品表面精细制备,通常钢铁样品要用800目砂纸打磨表面后用抛光膏磨成镜面,费时费力。采用激光诱导击穿光谱LIBS可以方便地同时分析钢中大于1μm的夹杂物含量和尺寸分布,同时LIBS分析时样品制备不需要像金相制样那样精细,采用80目以上砂纸打磨表面,无需将样品表面处理成镜面。LIBS分析钢铁样品,如果激发斑点激发到同时含有固溶元素及其夹杂物时,均匀分布于基体铁中的固溶元素强度呈正态分布,夹杂物作为夹杂元素的"富集体"会产生较高光谱强度并叠加在固溶光谱信号中,可以将夹杂物产生的光谱强度解析分离出来,这个解析出的夹杂物光谱强度包含了夹杂物尺寸大小和夹杂物平均浓度的信息。夹杂物作为夹杂元素对比其固溶元素,本质上相当于夹杂元素的"局部富集",在激发到夹杂物时,富集的元素进入激发等离子体中释放出更强的分析谱线。采用含Al2O3夹杂物及MnS夹杂物的钢铁样品,以扫描电镜测得的夹杂物尺寸和面积测量结果作参照,分析验证夹杂物面积、尺寸与分析同样样品获得的LIBS的夹杂物光谱强度关联,得出结论是夹杂物的面积与夹杂物光谱强度呈直线相关。球状夹杂物的直径与夹杂物强度呈抛物线关系。包含多个激发位置的夹杂物的平均浓度与夹杂物平均强度呈直线相关。系统地给出了采用LIBS分析钢中夹杂物尺寸(面积)和夹杂物平均浓度的三个公式,利用LIBS分析夹杂物的同一组光谱强度数据,可以同时测定钢中夹杂物面积、尺寸和含量。分析了LIBS同时分析夹杂物尺寸(面积)和成分的原理。并用钢中氧化铝夹杂物分析进行了验证,理论公式和实际分析基本一致。

关键词：夹杂物尺寸夹杂物含量钢同时分析激光诱导击穿光谱机理