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聚光集热器能流密度高速图像测量系统

激光与光电子学进展 2024年第12期61卷 158-166页

作者：张泽申金一李桂强竺长安中国科学技术大学精密机械与精密仪器系安徽合肥230026

聚光型集热器的能流密度分布可以评价镜场和集热器的性能,通常使用的直接或间接测量聚光型集热器能流密度分布的方法存在精度较低或测量时间长等问题。针对这些问题,提出了一种基于图像处理的太阳聚焦光斑分析方法,利用可见光相机获取... 详细信息

聚光型集热器的能流密度分布可以评价镜场和集热器的性能,通常使用的直接或间接测量聚光型集热器能流密度分布的方法存在精度较低或测量时间长等问题。针对这些问题,提出了一种基于图像处理的太阳聚焦光斑分析方法,利用可见光相机获取太阳能聚焦光斑图片,通过多层感知机计算出光斑各位置的辐照度,并提出了一种全新的能流密度分级测量方法,提高了系统对光斑辐照度测量的动态范围。该系统的平均绝对百分比误差在2.5%~3.5%范围内,测量周期约为2 s,不需要漫反射靶,具有精度高、测量速度快、测量时间短、受环境影响小等优点。实验结果验证了系统对不同辐照度范围的聚焦光斑能流密度测量的有效性和精确性,为聚光型太阳能集热器聚光点能流密度的测量提供了新思路。

关键词：间接测量聚光集热器能流密度图像处理

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飞秒激光制备绝缘性超疏水表面上静电镊操控液滴研究

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中国激光 2024年

作者：徐天宇雍佳乐李新蕾陈圳瑞程子龙吴东中国科学技术大学精密机械与精密仪器系

非接触液滴操控有着广泛的应用领域，然而现有的液滴操控方法存在着液滴移动距离短、操控灵活性差、操控精度低等问题。本文提出了一种结合飞秒激光制备的超疏水表面和静电作用操控液滴的方法。利用飞秒激光在电绝缘性聚二甲基硅氧烷（P... 详细信息

非接触液滴操控有着广泛的应用领域，然而现有的液滴操控方法存在着液滴移动距离短、操控灵活性差、操控精度低等问题。本文提出了一种结合飞秒激光制备的超疏水表面和静电作用操控液滴的方法。利用飞秒激光在电绝缘性聚二甲基硅氧烷（PDMS）表面上制备仿生微纳米结构，赋予结构化表面超疏水的特性。研究了激光加工过程中激光能量、扫描速度、扫描间距对所制备表面浸润性的影响规律，获得了实现超疏水性的加工条件范围。所制备超疏水表面对液滴显示出极低的粘附性，因而被用作液滴操作的平台。对超疏水表面上的液滴施加静电作用时，由于静电感应，液滴内部的正负电荷会发生不均匀分布，使液滴受到静电力的作用而跟随静电棒移动。液滴就像被无形的“镊子”远程地操控一样，因而这种液滴操控技术被称为“静电镊”。在飞秒激光制备的绝缘超疏水表面上，静电镊可以对各种液滴进行非接触、灵活和精准的操作，从而能够实现多功能液滴操控及应用，例如液滴逆重力爬升、操控腐蚀性液体、液滴运动引导、基于液滴的微化学反应以及可控自清洁等。该研究也证实，只要操作平台的超疏水性足够优异，静电镊在电绝缘性材料表面上也可以精准地操控各类液滴。

关键词：飞秒激光激光微加工超疏水表面液滴操控静电镊

飞秒激光双光子聚合技术的发展及其在功能性微纳器件制备上的应用（特邀）

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光学学报 2024年第17期 191-204页

作者：饶晓旭张润民吴昊吴东中国科学技术大学精密机械与精密仪器系

随着微纳加工技术在各领域的广泛应用，飞秒激光加工因其独特的优势，特别是在制备小尺寸、高精度以及真三维结构方面的卓越表现，而备受瞩目。本文首先对飞秒激光双光子聚合的加工原理进行了深入探讨，重点包括双光子非线性吸收和阈值... 详细信息

随着微纳加工技术在各领域的广泛应用，飞秒激光加工因其独特的优势，特别是在制备小尺寸、高精度以及真三维结构方面的卓越表现，而备受瞩目。本文首先对飞秒激光双光子聚合的加工原理进行了深入探讨，重点包括双光子非线性吸收和阈值效应。随后，介绍了光场调制技术，该技术能够将单一焦点转化为多焦点阵列、面光场或体光场，从而实现对特定结构的快速曝光，为复杂耗时结构的加工提供灵活高效的解决方案。接着，详细阐述了飞秒激光加工在微机器人、微光学器件、手性光学以及生物医学等多个领域的应用。这些案例展示了飞秒激光加工技术的广泛适用性，以及在推动相关领域发展方面所起到的重要作用。最后，对目前超快激光加工所面临的挑战进行了分析，并对未来的发展趋势进行了展望。

关键词：激光光学飞秒激光微纳加工双光子聚合

用于激光增材制造的光刻胶:现状、挑战和机遇(特邀)

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中国激光 2024年第12期51卷 349-368页

作者：刘炳瑞黄宇聪吴质彬吴东中国科学技术大学精密机械与精密仪器系安徽合肥230026 安徽农业大学资源与环境学院安徽合肥230036

近年来,激光增材制造作为一项极具潜力的新兴加工技术而受到广泛关注。然而,现阶段的研究主要侧重于光学器件调控或光路优化,对光刻胶的综合讨论尚显不足,特别是关于激光与材料交互作用机理的深入探究更为匮乏。本文论述了光刻胶的组成... 详细信息

近年来,激光增材制造作为一项极具潜力的新兴加工技术而受到广泛关注。然而,现阶段的研究主要侧重于光学器件调控或光路优化,对光刻胶的综合讨论尚显不足,特别是关于激光与材料交互作用机理的深入探究更为匮乏。本文论述了光刻胶的组成及其在激光增材制造领域的影响,分别介绍了烯烃类、硫醇-烯烃类、无机类和非均相聚合4种不同单体组成的光刻胶,并阐述了它们的研究现状。之后,讨论了有机类、无机类和两步吸收光引发剂对激光增材制造技术的影响,通过分析不同光引发剂的激发机理,探究了它们在激光增材制造过程中的协同优化机制。最后,探讨了目前激光增材制造在光刻胶设计与制备方面面临的不同挑战,并在当前研究的基础上对光刻胶未来的发展趋势进行了展望。

关键词：增材制造飞秒激光光刻胶

热效应作用下SiO_(2)光学微腔中的多孤子光场分析

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光学学报 2024年第10期44卷 385-392页

作者：徐昕叶回春焦晨金雪莹潘成亮陈东夏豪杰合肥工业大学仪器科学与光电工程学院测量理论与精密仪器安徽省重点实验室安徽合肥230009 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系安徽合肥230027

光学微腔中热效应对腔内光场的演化有重要的影响。在Lugiato-Lefever方程的基础上,分析了热效应对SiO_(2)光学微腔中光场演化的影响。研究发现,在零失谐的初始条件下,热效应可以在腔内激发出多孤子光场,但由于热效应的加剧,该光场只能... 详细信息

光学微腔中热效应对腔内光场的演化有重要的影响。在Lugiato-Lefever方程的基础上,分析了热效应对SiO_(2)光学微腔中光场演化的影响。研究发现,在零失谐的初始条件下,热效应可以在腔内激发出多孤子光场,但由于热效应的加剧,该光场只能短暂存在。因此,当多孤子光场产生后,利用调谐泵浦波长和功率的方式来保持微腔内的多孤子。通过选择合适的泵浦功率和波长扫描速度,可有效补偿热效应引起的失谐,维持多孤子光场。此外,泵浦的参数也会对调谐后的光场产生不同的影响。改变泵浦功率可以改变调谐后多孤子光场中脉冲的数量,泵浦功率越高,则热效应越明显,调谐后的多孤子光场包含的脉冲数量也越多。而泵浦波长的调谐速度过小,会导致多孤子光场逐渐消失;泵浦波长扫描过快,会引起微腔工作于正失谐状态,从而导致原有的多孤子演化为混沌光场。

关键词：激光器光学微腔热效应多孤子光场调谐

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基于空间光调制器的飞秒激光双光子高效加工(特邀)

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中国激光 2024年第12期51卷 162-177页

作者：唐枫潘登俞飞黄锟境胡衍雷吴东李家文中国科学技术大学精密机械与精密仪器系安徽合肥230026 安徽大学信息材料与智能感知安徽省实验室安徽合肥230601

基于非线性光学效应的飞秒激光双光子聚合加工技术可以突破光学衍射极限,从而实现复杂构型的三维微纳结构制备。近年来,研究者们将空间光调制器应用于飞秒激光双光子加工系统,改进了传统逐点扫描的加工方法,进一步提高了加工效率和加工... 详细信息

基于非线性光学效应的飞秒激光双光子聚合加工技术可以突破光学衍射极限,从而实现复杂构型的三维微纳结构制备。近年来,研究者们将空间光调制器应用于飞秒激光双光子加工系统,改进了传统逐点扫描的加工方法,进一步提高了加工效率和加工精度。综述了近年来国内外基于空间光调制器的飞秒激光双光子聚合加工技术的研究进展,主要论述了光场调制技术的发展过程和主要实现方法,包括基于迭代算法的全息加工、基于结构光场的全息加工、干涉全息加工以及时空聚焦高效加工等几个方面,分析了各种方法的优势与不足,并对其在各领域中的应用做出讨论。最后,探讨了该加工方法目前存在的问题,并对未来进行了展望。

关键词：飞秒激光双光子聚合空间光调制器迭代算法结构光场干涉加工

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光笔视觉测量系统的精确测量研究

传感器与微系统 2024年第7期43卷 27-31页

作者：李为民许康康中国科学技术大学精密机械与精密仪器系安徽合肥230026

光笔视觉测量系统是以光笔为接触式辅助测量工具的一种便携式坐标测量系统,具有便携性好、测量范围大、精度高等优点。但在接触式测量过程中,记录的是测头中心坐标,需要对测头进行半径补偿。结合光笔式测量系统,提出一种针对散乱点云进... 详细信息

光笔视觉测量系统是以光笔为接触式辅助测量工具的一种便携式坐标测量系统,具有便携性好、测量范围大、精度高等优点。但在接触式测量过程中,记录的是测头中心坐标,需要对测头进行半径补偿。结合光笔式测量系统,提出一种针对散乱点云进行半径补偿的可行性方法。利用点云的网格化处理,寻找散乱点云中点的拓扑关系,得到局部点云的矩形拓扑网格。使用拓扑网格点进行NURBS曲面插值拟合,得到网格中心点的法向量。实验表明,该方法求得的法向量误差角度在0.5°左右,测头半径为2.5mm情况下,测量误差在0.030mm以下。

关键词：半径补偿散乱点云 NURBS曲面插值光笔

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基于三浦折纸电容式压力传感器的仿真与优化

传感器与微系统 2024年第10期43卷 120-123页

作者：孙鸿李木军中国科学技术大学精密机械与精密仪器系安徽合肥230026

柔性电容式压力传感器的灵敏度通常随压力的增加而衰减,这可能会影响其在具有环境压力情况下的应用。基于三浦折纸结构的柔性电容式压力传感器由于其特殊的折叠方式,可以同时改变电极之间的距离和正对面积来提高电容的相对变化率。本文... 详细信息

柔性电容式压力传感器的灵敏度通常随压力的增加而衰减,这可能会影响其在具有环境压力情况下的应用。基于三浦折纸结构的柔性电容式压力传感器由于其特殊的折叠方式,可以同时改变电极之间的距离和正对面积来提高电容的相对变化率。本文通过有限元仿真验证了三浦折纸电容式压力传感器的灵敏度随压力的增加而增大的变化规律。此外,仿真了不同初始二面角和厚度的三浦折纸传感器在不同压力下的电容变化情况,从结构上进行性能优化。

关键词：柔性电容压力传感器三浦折纸结构灵敏度有限元仿真

用于激光增材制造的光刻胶：现状、挑战和机遇（特邀）

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中国激光 2024年第12期 357-376页

作者：刘炳瑞黄宇聪吴质彬吴东中国科学技术大学精密机械与精密仪器系安徽农业大学资源与环境学院

近年来，激光增材制造作为一项极具潜力的新兴加工技术而受到广泛关注。然而，现阶段的研究主要侧重于光学器件调控或光路优化，对光刻胶的综合讨论尚显不足，特别是关于激光与材料交互作用机理的深入探究更为匮乏。本文论述了光刻胶的... 详细信息

近年来，激光增材制造作为一项极具潜力的新兴加工技术而受到广泛关注。然而，现阶段的研究主要侧重于光学器件调控或光路优化，对光刻胶的综合讨论尚显不足，特别是关于激光与材料交互作用机理的深入探究更为匮乏。本文论述了光刻胶的组成及其在激光增材制造领域的影响，分别介绍了烯烃类、硫醇-烯烃类、无机类和非均相聚合4种不同单体组成的光刻胶，并阐述了它们的研究现状。之后，讨论了有机类、无机类和两步吸收光引发剂对激光增材制造技术的影响，通过分析不同光引发剂的激发机理，探究了它们在激光增材制造过程中的协同优化机制。最后，探讨了目前激光增材制造在光刻胶设计与制备方面面临的不同挑战，并在当前研究的基础上对光刻胶未来的发展趋势进行了展望。

关键词：增材制造飞秒激光光刻胶