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基于阵列矩形光纤的二维空间匀化器设计

光学学报 2024年第12期44卷 263-270页

作者：庄聆琳杨子江潘俏邹快盛沈为民苏州大学光电科学与工程学院江苏苏州215006 苏州大学江苏省先进光学制造技术重点实验室教育部现代光学技术重点实验室江苏苏州215006

受地表不同区域反照率的差异和大气辐射的非均匀性影响,星载成像光谱仪中的物理狭缝被非均匀照明,导致仪器光谱响应函数线性失真,表现为在获取的光谱信号中叠加随机误差,影响成像光谱仪对光谱的反演精度。为了提高大气温室气体浓度探测... 详细信息

受地表不同区域反照率的差异和大气辐射的非均匀性影响,星载成像光谱仪中的物理狭缝被非均匀照明,导致仪器光谱响应函数线性失真,表现为在获取的光谱信号中叠加随机误差,影响成像光谱仪对光谱的反演精度。为了提高大气温室气体浓度探测的时间分辨率和精度,单台温室气体成像光谱仪具有非常宽的空间视场和极高的光谱分辨率,光谱仪受辐射非均匀性的影响相对于普通成像光谱仪更明显。本文设计了针对温室气体监测成像光谱仪的二维空间匀化器,它可以在跨轨和沿轨两维对场景辐射实现匀化。二维空间匀化器由矩形光纤阵列组成,沿轨单根光纤的宽度由积分时间确定,跨轨单根光纤的尺寸表示仪器的空间采样宽度。本文研究了组成二维空间匀化器的矩形光纤的稳定性,对比了不同光纤长度、不同照明场景以及不同粗糙度等条件下光纤出射光斑的均匀度,结果表明:随着光纤长度的增加,尽管能量损耗相应增加,但是出射光斑均匀度也随之增加;非均匀照明场景下光纤出射光斑均匀度与均匀照明场景下光纤出射光斑均匀度基本一致,表明矩形光纤具有良好的匀化性能,也说明二维空间匀化器能有效地降低光谱仪对地球场景不均匀辐射的敏感性。此外,本文还研究了矩形光纤的焦比退化特性,结果表明,在输入F数为4的情况下,出射端采用F/3.5的光学系统接收时,光学效率能达到95%以上。

关键词：成像光谱仪二维空间匀化器矩形光纤匀化性焦比退化

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用于荧光显微技术的多波长激光耦合系统

光学精密工程 2024年第3期32卷 324-332页

作者：周旻超王振亚方懿罗刚银张哲孙晓洁复旦大学工程与应用技术研究院上海200433 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所江苏苏州215163

为了满足荧光显微镜技术对多波长单模耦合输出激光的需求,研究了400~680 nm内多波长激光耦合进单模光纤的技术,设计了三片式耦合透镜组很好地消除了不同波长耦合时的色差以提高耦合效率,同时考虑光纤耦合调试难度大的问题,设计了能快速... 详细信息

为了满足荧光显微镜技术对多波长单模耦合输出激光的需求,研究了400~680 nm内多波长激光耦合进单模光纤的技术,设计了三片式耦合透镜组很好地消除了不同波长耦合时的色差以提高耦合效率,同时考虑光纤耦合调试难度大的问题,设计了能快速简单完成耦合调节的耦合光纤部件结构以及耦合调试的方法,通过实验测试荧光成像常用的4种波段激光(405,488,561,638 nm),耦合效率均大于65%。实验结果达到了较高的光纤耦合水平,证明该多波长激光耦合器性能优异。同时,由于耦合器装调简单且成本低,本文的工作具有进一步商业化的价值,且为多波长单模耦合激光器国产化打下了坚实的基础。

关键词：荧光显微技术单模激光耦合多波长激光光纤耦合

宽谱散斑定制及其在单次曝光多色荧光超分辨显微鬼成像的应用

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光学学报 2024年第14期44卷 307-316页

作者：陈丽万霄汉王鹏威刘震涛吴建荣韩申生中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室中国科学院大学材料与光电研究中心中国科学院上海光学精密机械研究所空天激光技术与系统部王之江创新中心中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室苏州大学江苏省先进光学制造技术重点实验室中国科学院大学杭州高等研究院

针对现有的定制化散斑调制方法难以在特定宽谱波长范围、特定轴向距离范围内获得满足同一统计分布的散斑的不足，提出一种定制宽波段散斑调制的方法，并将其应用到单次曝光多色荧光超分辨显微鬼成像中。通过设计单次曝光多色荧光超分辨... 详细信息

针对现有的定制化散斑调制方法难以在特定宽谱波长范围、特定轴向距离范围内获得满足同一统计分布的散斑的不足，提出一种定制宽波段散斑调制的方法，并将其应用到单次曝光多色荧光超分辨显微鬼成像中。通过设计单次曝光多色荧光超分辨显微鬼成像系统的相位调制器在多个波长实现定制超瑞利散斑调制，仿真结果表明，所提方法不仅能显著提高多色荧光显微成像的时间和空间分辨率，还能够实现极低信噪比下的多色信号重构，有望应用到生物学中观察活细胞的动态过程。

关键词：物理光学定制散斑宽波段多色荧光显微超瑞利散斑低信噪比

激光选区熔化成形TC4的电解质等离子抛光工艺与性能

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稀有金属 2024年第2期48卷 174-186页

作者：宗学文武伟杰刘登科张超西安科技大学机械工程学院陕西西安710000 西安科技大学增材制造技术研究所陕西西安710000 国家增材制造创新中心陕西西安710075

利用PEP200电解质等离子抛光(PEP)设备研究了工艺参数对激光选区熔化成形TC4表面处理效果的影响。设计溶液温度、抛光电压和浸入深度对表面质量及抛光效率影响的实验,并通过对复杂零件PEP验证最佳工艺参数选择的合理性,设置电解液浓度为... 详细信息

利用PEP200电解质等离子抛光(PEP)设备研究了工艺参数对激光选区熔化成形TC4表面处理效果的影响。设计溶液温度、抛光电压和浸入深度对表面质量及抛光效率影响的实验,并通过对复杂零件PEP验证最佳工艺参数选择的合理性,设置电解液浓度为4%(质量分数),抛光时间为15 min。通过粗糙度仪、光学显微镜(OM)、共聚焦显微镜和扫描电子显微镜(SEM)等对样件表面粗糙度(R_(a))、表面形貌、三维轮廓及元素成分进行测试。结果表明,使用PEP降低激光选区熔化成形TC4零件表面粗糙度的最佳工艺参数为:抛光电压为280 V,溶液温度为90℃,浸入深度为40 mm;材料去除率的最佳工艺参数为:抛光电压为280 V,溶液温度为80℃,浸入深度为20 mm。R_(a)最低可降至1.906μm,材料去除率最高可达5.98μm·min^(-1)。复杂TC4零件整体光泽度实测可达253 GU,R_(a)从9.534μm下降到1.987μm,下降率达79.16%。SEM图像显示,PEP处理后TC4零件表面由喷砂冲击所造成的大量撕裂纹完全去除。三维轮廓颜色变化更加均匀,峰差仅为37.47μm。表面杂质元素均已去除,且未检测到电解液成分元素的残留。通过优化PEP工艺参数,有效去除了零件表面缺陷,提升了TC4复杂零件的表面质量及抛光效率。

关键词：电解质等离子抛光(PEP) 激光选区熔化正交实验 TC4 工艺参数表面质量抛光效率

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基于空间分辨法分析时间低相干光自聚焦效应

物理学报 2024年第9期73卷 36-45页

作者：单翀孔令豹崔勇季来林赵晓晖李福建饶大幸赵元安隋展邵建达复旦大学信息科学与工程学院超精密光学制造工程技术研究中心上海201203 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所上海201800 中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室上海201800

时间低相干光由于其瞬时宽带的物理特性,在激光惯性约束聚变中得到了广泛的关注.然而其复杂的时间尖峰结构或将诱导非线性自聚焦效应的放大.同时,传统的非线性自聚焦特征数值的测试方法中,多数材料的表面损伤先于体内自聚焦成丝损伤发生... 详细信息

时间低相干光由于其瞬时宽带的物理特性,在激光惯性约束聚变中得到了广泛的关注.然而其复杂的时间尖峰结构或将诱导非线性自聚焦效应的放大.同时,传统的非线性自聚焦特征数值的测试方法中,多数材料的表面损伤先于体内自聚焦成丝损伤发生,这为对比不同激光的非线性效应带来巨大影响.本文利用短焦距透镜对熔石英进行紧聚焦,通过调节入射激光能量,在避免前表面损伤的前提下,诱导熔石英产生自聚焦成丝损伤.随后通过理论计算对光束在样品体内传输过程的光斑变化进行空间分辨处理,并得到对应细分位置的非线性数值.最终将各个位置对应的非线性相位变化值进行积分,得到前表面无损条件下材料的非线性自聚焦特征数值.测试结果表明时间低相干光的非线性自聚焦效应比传统单模脉冲激光更强.本文不仅设计了一套更加精确的对比不同激光非线性效应的测试方法,同时也探明了时间相干性对于非线性自聚焦效应的影响机制,为高功率时间低相干激光器的设计提供理论依据和参考.

关键词：惯性约束核聚变时间低相干光非线性自聚焦特征数值空间分辨法

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汽车用热成形钢激光焊接研究现状及发展趋势

中国激光 2024年第11期51卷 550-569页

作者：杨上陆许伟陶武张家志张旭志中国科学院上海光学精密机械研究所激光智能制造技术研发中心上海201800 福州大学先进制造学院福建晋江362200 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

汽车产业不仅是国民经济战略性、支柱性产业,还是体现一个国家先进制造技术水平的标志性产业。热成形钢具有强度高、成形性能好、可制造几何形状复杂的零部件等优点,是实现新能源汽车高安全性最重要的轻量化高性能结构材料之一,已被广... 详细信息

汽车产业不仅是国民经济战略性、支柱性产业,还是体现一个国家先进制造技术水平的标志性产业。热成形钢具有强度高、成形性能好、可制造几何形状复杂的零部件等优点,是实现新能源汽车高安全性最重要的轻量化高性能结构材料之一,已被广泛应用于汽车安全部件的制造。激光拼焊技术结合热冲压技术可将不同厚度或强度的钢板焊接并成形出所需零部件,对于优化汽车车身性能、提高汽车安全性、降低制造成本、推动汽车轻量化发展具有重要意义。本文详细介绍了热成形钢的特点和应用,以及热成形钢激光焊接技术的研究进展和应用现状,分析了镀层热成形钢激光焊接的难点,综述了镀层热成形钢激光焊接缺陷的改进方法,最后对热成形钢及其激光焊接技术进行了总结,并展望了其未来的发展趋势。

关键词：激光技术热成形钢激光焊接镀层铝偏析焊丝

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柔性电子制造领域的超快激光技术:机制、特征功用及挑战(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第1期61卷 207-222页

作者：季凌飞孙伟高林真源周博昊程维温亚楠王冠强北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院北京100124 北京工业大学跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室北京100124 北京市激光应用技术工程技术研究中心北京100124

随着智能化时代的到来,柔性电子由于其极强的共形能力和优异的器件性能,在进一步推动现代化产业发展中取得越来越重要的地位。超快激光技术以其优异的高精制造能力在柔性电子高分辨无损制备上展示出独特的优势和应用前景。本文从超快激... 详细信息

随着智能化时代的到来,柔性电子由于其极强的共形能力和优异的器件性能,在进一步推动现代化产业发展中取得越来越重要的地位。超快激光技术以其优异的高精制造能力在柔性电子高分辨无损制备上展示出独特的优势和应用前景。本文从超快激光与物质相互作用基本机制入手,着重介绍了当前超快激光在柔性电子领域的四种典型特征功用及其研究现状,并据此总结该领域超快激光应用所面临的挑战和未来发展趋势。

关键词：超快激光柔性电子微纳加工

纳秒脉冲激光清洗DC04冷轧带钢表面油污的数值模拟与实验研究

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激光与光电子学进展 2024年第9期61卷 302-310页

作者：郝佳帆秦文斌刘友强姜梦华曹银花王智勇北京工业大学材料与制造学部北京市激光应用技术工程技术研究中心北京100124 北京工业大学跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室北京100124 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院北京100124

针对DC04冷轧带钢表面冷轧油的清洗需求,利用COMSOL Multiphysics软件对纳秒脉冲激光清洗DC04冷轧带钢表面油污的温度场分布及油污去除过程建立模型,结果表明,当光斑半径为80μm、激光能量密度达到3.48 J/cm^(2)时,油污基本上可以被去... 详细信息

针对DC04冷轧带钢表面冷轧油的清洗需求,利用COMSOL Multiphysics软件对纳秒脉冲激光清洗DC04冷轧带钢表面油污的温度场分布及油污去除过程建立模型,结果表明,当光斑半径为80μm、激光能量密度达到3.48 J/cm^(2)时,油污基本上可以被去除。然后,利用纳秒脉冲激光对冷轧带钢表面的冷轧油进行了激光清洗实验研究。结果表明,当激光能量密度达到3.48 J/cm^(2)、激光光斑搭接率为50%时,油污基本上被去除,符合模拟仿真结果。另外,还对激光光斑搭接率对激光清洗效果的影响进行了研究,结果表明,当激光光斑搭接率降低至37.5%时,激光能量密度需增大至4.47 J/cm^(2)。因此,利用纳秒脉冲激光可以有效清洗DC04冷轧带钢表面的冷轧油,并且不会对带钢表面造成明显损伤,为纳秒脉冲激光清洗其他种类材料表面油污的工艺参数确定提供了参考。

关键词：激光清洗纳秒脉冲激光 DC04冷轧带钢油污有限元模拟

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计算全息图的高效编码方法

激光与光电子学进展 2024年第8期61卷 83-88页

作者：李春琦黄启泰任建锋苏州大学光电科学与工程学院江苏苏州215006 苏州大学苏州纳米科技协同创新中心江苏苏州215006 苏州大学江苏省先进光学制造技术重点实验室江苏苏州215006 苏州大学教育部现代光学技术重点实验室江苏苏州215006

利用计算全息图(CGH)能够实现对非球面面形的高精度检测。为了提高CGH的编码效率,提出一种以圆弧为基元对刻线条纹进行分段描述的编码方法,该方法将编码过程分为二值化编码和曲线描述两个步骤。二值化编码采用牛顿迭代法将相位等高分界... 详细信息

利用计算全息图(CGH)能够实现对非球面面形的高精度检测。为了提高CGH的编码效率,提出一种以圆弧为基元对刻线条纹进行分段描述的编码方法,该方法将编码过程分为二值化编码和曲线描述两个步骤。二值化编码采用牛顿迭代法将相位等高分界线离散化;曲线描述结合二分法及残余误差均方根最小准则,利用圆弧对条纹离散点进行编码计算,从而得到刻线条纹。针对一离轴非球面,进行了CGH的设计、编码与制作,在编码精度优于λ/1000的前提下,运算时间仅需3 h,编码文件仅为39 MB,刻蚀时长仅需40 min,证明所提方法相对于传统编码方法能够大幅度提高编码效率,且误差分析表明CGH的波前root-sum square(RSS)误差仅为0.00255λ,证明所提编码方法高效可行。

关键词：计算全息图编码计算圆弧刻线条纹