1 南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
2 南京先进激光技术研究院，江苏 南京 210038
3 中国科学院上海光学精密机械研究所，上海 201800
设计并实现了重复频率在10 Hz~10 kHz可调的1550 nm微秒矩形脉冲光纤放大器。该光纤放大器采用双级主振荡功率放大（MOPA）全光纤结构，采用声光调制器对信号光进行调制，通过对泵浦驱动和信号光调制的脉冲波形及时序进行优化，实现了峰值功率为30 W、脉冲宽度为10 μs~1 ms、重复频率在10 Hz~10 kHz范围可调的微秒矩形脉冲放大激光输出。通过优化信号光脉冲和泵浦脉冲时序有效抑制了光纤放大过程中的放大自发辐射，通过对信号光的脉冲波形进行预整形获得了较好的微秒矩形脉冲输出。
光学器件 光放大器 微秒脉冲 铒-镱共掺光纤 声光调制器 主振荡功率放大器 中国激光
2023, 50(14): 1401003
1 南京航空航天大学材料科学与技术学院，江苏 南京 211106
2 南京先进激光技术研究院，江苏 南京 211106
基于航空航天器轻量化、高性能及高可靠性的制造要求，为增加焊缝强化相数量、获得高质量平板对接结构，采用填充4047焊丝和2319纳米焊丝的激光焊接方法对2 mm厚的2195铝锂合金对接结构进行焊接。针对填充不同焊丝得到的焊接接头微观组织、元素含量及力学性能进行对比分析。结果表明，激光填丝焊接相较于激光自熔焊，焊缝组织得到细化，填充2319纳米焊丝的激光焊接焊缝组织均为细小的等轴晶，纳米颗粒的添加促进了柱状晶向等轴晶的转变。同时，纳米焊丝熔化后进入激光焊接熔池，有效补充了焊缝的元素烧损，含Cu强化相增加。因此，填充4047焊丝的激光焊接接头的抗拉强度为259.9 MPa，相较于无填充焊丝的激光自熔焊提高了17.07%；填充纳米焊丝的激光焊接接头的抗拉强度达到253.51 MPa，相比于激光自熔焊提高了14.19%。填充4047焊丝能有效提高2195铝锂合金激光焊接焊缝的抗拉强度。
激光技术 激光焊接 铝锂合金 等轴晶 纳米焊丝 微观组织 中国激光
2023, 50(12): 1202101
1 南京邮电大学 电子与光学工程学院, 南京 210023
2 南京先进技术激光研究院, 南京 210038
为了满足水下高速激光通信的需求和提高系统的误码性能, 设计一种基于二进制开关键控(OOK)调制的水下高速激光通信系统, 采用滑窗平均滤波方法对接收数据进行去噪处理, 根据固定值阈值和自适应阈值方式求取联合阀值后进行门限判决。系统测试结果表明: 联合阈值判决方式的误码性能优于固定阈值判决和自适应阈值判决方式; 系统在洁净水、水中含少量悬浮杂质2种水质通信时的误码率分别为0、10-2左右。
可见光通信 开关键控 联合判决 数据预处理 抗干扰能力 visible light communication on-off keying joint judgment data preprocessing anti-interference capability
1 南京邮电大学电子与光学工程学院、微电子学院，江苏 南京 210046
2 南京先进激光技术研究院先进全固态激光技术研发中心，江苏 南京 210046
为满足精密测量等领域对半导体激光器的波长稳定性、相位噪声等指标的严苛要求，提出基于系统传递函数理论推导论证与仿真验证相结合的分析方法，并由此设计改进了一款半导体激光器的高稳低噪恒定电流驱动电路。绘制了电流驱动电路的交流小信号模型和交流通路，对电路参数和系统稳定性的关系进行了理论分析，并引入噪声抑制网络对电路进行改进，通过Tina-TI仿真验证了改善后的驱动电路在2 MHz带宽内的噪声抑制能力和稳定性。实验结果表明，恒流驱动电路在3 KHz~2 MHz宽带内交流噪声有效值为224 nA，连续驱动电流2.5 h稳定度优于1.90410-6，1 h光功率积分时间1 s时的稳定度为1.17710-5。仿真与实验基本相符，驱动电路具有较高的稳定性和噪声抑制能力，同时，该分析方法对半导体激光器的超低噪声的驱动电路设计和优化具有普遍的理论指导意义。
光学设计与制造 半导体激光器 理论分析 仿真验证 超低电流噪声 高稳定性 激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0522005
1 南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
2 南京先进激光技术研究院，江苏 南京 210038
3 中国科学院上海光学精密机械研究所，上海 201800
为实现片状结构高重复频率大能量激光放大器的高效热管理，采用有限元分析（FEA）方法，充分考虑增益介质内部非均匀热分布、微通道热沉中的流速、对流扩散等影响因素，引入流-热-固多物理场耦合数值分析模型，对激光放大器热沉进行分析优化，并基于优化结果探讨了不同流速下微通道热沉的散热冷却能力。模拟结果表明：当基底厚度、单个微通道高度和宽度、两微通道的间距时，微通道热沉冷却能力最强，热阻最小；微通道内冷却液流速过大会导致较大的流动压力损失；微通道热沉的平均等效换热系数可达 W/（m2 ·K）。
激光器 微通道 片状激光放大器 非均匀温度分布 流-热-固耦合模型 数值仿真
1 西南科技大学 制造学院，制造过程测试技术教育部重点实验室，四川绵阳6200
2 西安交通大学 机械工程学院，陕西西安710049
针对工业相机在亮度突变的过曝光条件下无法实时清晰观测目标的问题，提出了一种改进的工业相机过曝光自适应控制方法。首先计算预设区域图像的加权平均灰度值，然后计算曝光值，接着在此基础上，设计一种基于改进“S”曲线的参数控制优化方法，优化调整内部参数，最终使得相机图像处于预设的最优清晰化水平。实验证明：算法完成一次全过程调节耗时0.08 s。在同等条件下与相机硬件自动曝光算法和基于图像直方图特征的自适应曝光算法比较，所提算法的图像Laplacian平均标准差分别提高54.3%和20.6%。因此，该算法的提出能够有效增强相机在亮度突变条件下的自适应性，具有较好的应用价值。
计算机视觉 自适应曝光 参数优化 computer vision adaptive exposure parameter optimization
1 南京理工大学紫金学院智能制造学院，江苏 南京 210046
2 南京先进激光技术研究院激光装备及工艺技术研发中心，江苏 南京 210038
3 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室，上海 201800
铝合金密度低、比强度高、耐腐蚀性能好，是一种优异的轻量化金属材料。为了提升激光选区熔化（SLM）技术成形铝合金的力学性能，提出将Cu元素作为单质颗粒掺入铝合金材料的强化方法，探究了Cu元素掺入比例对SLM成形铝合金打印质量和性能的影响。结果表明，Cu粉的掺入简单有效地细化了铝合金显微组织晶粒，提高了基础铝合金材料的拉伸强度。Al2Cu相能有效细化晶粒，在搭接区域形成更细密的微观等轴晶组织。随着铜粉掺入量的增大，组织内部生成的Al2Cu相逐渐增加，晶粒尺寸逐渐减小，从3.30 μm减小至2.12 μm，显微组织得到了细化。掺入质量分数5%铜粉的样件具有最高的拉伸强度为460 MPa，较未添加样件提高了20.4%，但是过量铜粉掺入后，样件内部因为存在未熔颗粒性能有一定程度的下降。该研究对于进一步提高SLM成形铝合金的力学性能具有重要意义。
激光技术 激光选区熔化 高强铝合金 显微组织 晶粒细化 拉伸性能 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0114012
红外搜索与跟踪(IRST)系统在态势感知、环境安全监测等领域具有重要地位。像移补偿是IRST进行快速扫描的关键技术之一。设计了一种长积分时间快速周扫下像移补偿大面阵IRST光学系统, 该光学系统采用平行光路稳像方法, 具有4 ms级的积分时间、360 (°)/s级的周扫速度、1k级的面阵规模等技术特点。介绍了平行光路稳像的原理, 提出了参数计算及匹配关系。光学系统设计结果以及光学样机周扫成像测试结果表明, 该像移补偿IRST光学系统成像探测能力优良, 相关指标处于国内领先水平。
像移补偿 光学设计 长积分时间 快速周扫 大面阵 image motion compensation optical design long integration time fast circle scanning large area array
1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光及应用技术重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 100049
基于连续波速率方程，建立了1018 nm单纤振荡器理论模型，优化了激光器增益光纤长度、输出腔镜低反光栅反射率和带宽以及激光器的结构。采用正向泵浦结构，使用波长锁定的半导体泵浦源和2.7 m长的30 μm/ 250 μm掺Yb3＋双包层光纤，实现了520 W的最高功率输出，光光效率为80.2%，光束质量因子(M2)为1.85。此外，在447 W处具有最高光光效率84.2%。同时，利用激光器主结构温度控制技术，使激光器稳定工作在21 ℃。最终实现了激光器连续工作1 h功率不稳定度为0.7%的目标，实现了高效率、高稳定性1018 nm激光的单纤振荡输出。
激光器 光纤激光器 高效率 功率稳定性 中国激光
2022, 49(17): 1701002
