为了获得导电岛微电极系统中纳米线的介电组装特性, 基于平面微电极对和导电岛微电极系统, 进行了两种系统中纳米线操控的对比实验。分别建立了平面微电极对和导电岛微电极系统的纳米线介电组装模型, 探究了两种模型下的纳米线从初始位置到最终桥接上微间隙过程中的运动轨迹; 分析了导电岛微电极系统中纳米线所受的介电泳力、交流电热流以及两者合作用的电动力学行为。导电岛微电极系统对纳米线有着较强的介电俘获作用, 导电岛的加入能够让纳米线更好地俘获到微间隙; 同时纳米线的介电组装会受到频率的影响, 当频率达到翻转频率, 在微间隙上方产生的微流体漩涡能够把远场区域纳米线输送到组装区, 使得纳米线受到正介电泳力的作用而被组装至微间隙。
1 苏州大学 机电工程学院 激光制造技术研究所，江苏 苏州 215021
2 中国飞机强度研究所 结构冲击动力学航空科技重点实验室，陕西 西安 710065
3 苏州大学 光电科学与工程学院，江苏 苏州 215006
铝合金激光吸收率低、导热率高，其激光熔化沉积（LMD）显微组织性能受温度场影响大。为分析环形束LMD铝合金熔池温度场及其影响，优化成形质量及成形件性能，采用送气保护式LMD技术，进行了AlSi10Mg铝合金成形实验，系统分析了熔池温度场的形态及其变化，以及温度场对成形质量、孔隙率、显微组织性能的影响机理。结果表明：环形束LMD铝合金熔池温度场总体形态呈开口向扫描方向的“半月牙”状，随着激光功率的增大，温度场形态愈发尖锐，其高温率、温度梯度和平均温度也相应增大。温度场平均温度的提升可增加激光吸收率，粗化显微组织，减小显微硬度，温度场显著影响成形件孔隙率从而改变拉伸性能。最终在平均温度为857.7 ℃时降低孔隙率至2.1%，得到抗拉强度为305.6 MPa，延伸率为5.7%，高出铸件52.5%，为LMD铝合金温度场及显微组织性能控制提供了理论指导。
激光熔化沉积 铝合金 温度场 孔隙率 显微组织性能 laser metal deposition aluminum alloy temperature field porosity rate properties of micro-structure 红外与激光工程
2022, 51(5): 20210366
1 长春大学理学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学材料科学与工程学院，吉林 长春 130013
高非线性光子晶体光纤具有小纤芯、大折射率对比度的特点，采用Bi-Ge-Ga多组分激光玻璃材料作为纤芯材料设计了特殊结构的高非线性光子晶体光纤。运用全矢量有限元法结合完美边界条件，得出该光子晶体光纤在波长为1.55 μm、1.80 μm处的双折射系数分别为2.89×10-2与3.28×10-2。色散曲线表明，结构参数M=d/Λ分别为0.5和0.6的光子晶体光纤，当内包层椭圆空气孔椭圆率为0.6时有两个零色散点，呈现了负色散特性。在1.55 μm处，X偏振的限制损耗在3.8784×10-5~4.5739×10-5 dB?km-1之间，Y偏振的限制损耗在3.5203×10-5~4.2147×10-5 dB?km-1之间，为光通信、微结构光纤传感器等非线性光纤研究领域的研究提供了参考借鉴。
光纤光学 光子晶体光纤 高非线性 色散 双折射 激光与光电子学进展
2022, 59(3): 0306003
1 苏州工业职业技术学院, 江苏 苏州 215104
2 苏州大学, 江苏 苏州 215021
3 中国飞机强度研究所, 陕西 西安 710065
在课题组实验室自主研发的凸轮式多碰试验机上, 对0Gr18Ni9Ti镍基涂层材料进行低应力多碰冲击试验, 对不同冲击频率下材料的累积塑性变形、显微组织进行对比分析。试验结果表明: 冲击频率越大, 累积塑性变形量越大, 相同层深处显微组织结构细化越明显; 但随冲击频率按比例增大, 塑性形变却越来越缓慢, 当冲击频率增大到一定值时, 将不再发生塑性变形, 显微组织结构的变化也越来越小。冲击频率是研究0Gr18Ni9Ti镍基涂层材料低应力多碰累积塑性变形机理的重要因素。
冲击频率 0Gr18Ni9Ti镍基涂层 累积塑性变形 金相组织 impact frequency 0Gr18Ni9Ti nickel-based coating cumulative plastic deformation metallurgical structure
1 苏州大学机电工程学院, 江苏 苏州 215021
2 苏州大学光电科学与工程学院, 江苏 苏州 215006
3 中国飞机强度研究所结构冲击动力学航空科技重点实验室, 陕西 西安 710065
通过研究弧面扭曲结构件激光熔覆成形轨迹规划难点,解决了以弧线为渐变路径的扭曲结构分层问题。基于中空激光内送粉熔覆成形技术并结合结构件自身几何特征,提出离散渐变分层法。首先在基体法平面内纵向分层,随后将各层二次离散成独立单元,最终按等圆心角将离散单元拼接成熔覆路径,成功实现了弧面扭曲结构件激光熔覆成形。所得成形件尺寸精度较高,表面平均粗糙度低至1.323 μm,抗拉强度为765.81 MPa;不同区域的微观组织和显微硬度分布均匀,无明显气孔或夹杂缺陷。
激光加工 激光熔覆 光内送粉 弧面扭曲结构件 离散渐变分层 路径规划 中国激光
2021, 48(22): 2202015
1 长春大学 理学院，长春 130000
2 长春理工大学 材料科学与工程学院，长春 130000
非对称结构光子晶体光纤应用广泛。其良好的偏振特性、灵活的色散调控能力以及低限制损耗品质，对于优化与改善偏振光纤器件、非线性光学光纤、光通信光纤、光纤传感器等性能发挥着关键的作用。选用高折射率铋锗镓激光玻璃为材料，设计了八边形阵列、矩形晶格排列的光子晶体光纤，纤芯缺陷区包层及外包层均为圆形空气孔。模拟实验数据显示，结构参数为M=0.5，0.6时，在波长为1.55 μm处的双折射系数分别为1.16×10−2和1.33×10−2；在近红外波段短波区，矩形晶格结构光子晶体光纤的色散范围分别在±30 ps·nm−1·km−1之间及−18～32 ps·nm−1·km−1之间。色散斜率较低，曲线具有零色散点，展现了良好的连续谱调控能力；在1.00～1.90 μm波段内，当M=0.5，0.6时，光纤限制损耗稳定在10−7～10−9 dB·km−1之间；在1.55 μm处，限制损耗测量值分别为2.32×10−7和1.62×10−8 dB·km−1。
矩形晶格 铋锗镓激光玻璃 双折射 色散特性 限制损耗 rectangular lattice Bi-Ge-Ga laser glass double refraction chromatic dispersion limit loss 强激光与粒子束
2021, 33(10): 101002
黄金生 1,2,3洪成雨 1,2,3,4,*杨强 1,3孙晓辉 1,2,3,4
1 深圳大学土木与交通工程学院, 广东 深圳 518060
2 深圳市地铁地下车站绿色高效智能建造重点实验室, 广东 深圳 518060
3 深圳大学未来地下城市研究院, 广东 深圳 518060
4 滨海城市韧性基础设施教育部重点实验室, 广东 深圳 518060
增材制造(AM)技术依据数字化模型,将材料以逐层铺叠的方式制成产品。在逐层铺叠过程中,模型内部不同位置的温度变化较为复杂,为了监测增材制造过程中层叠结构打印模型内部不同位置的温度变化,本研究利用光频域反射技术(OFDR),将分布式光纤嵌入聚乳酸酯(PLA)材料模型内部,实现了对打印过程中任一时刻材料模型内部不同位置的温度变化的监测,同时考虑填充密度对模型温度变化的影响,设置填充密度分别为20%、40%、60%、80%、100%。结果表明,在打印过程中,模型在同一密度下不同位置点的内部温度变化量趋于一致,温度变化量范围为20~40 ℃;根据不同填充密度下模型的温度变化量曲线,将打印过程划分为5个典型阶段,包括光纤嵌入阶段、温度检测孔洞封装阶段、模型填充封装阶段、模型封顶阶段、模型温度回归阶段。分析模型填充封装阶段最高峰值点和模型封顶阶段完成点的温度变化量,发现100%填充密度下AM过程中模型核心最大温度较20%填充密度下高15 ℃,而且随着模型填充密度的增大,打印材料对温度消散的阻碍作用增强。
光纤光学 光频域反射技术 增材制造 温度监测 聚乳酸酯 光学学报
2021, 41(16): 1606001
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室，山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院，山西 太原 030024
针对混沌半导体激光器输出波长和功率的稳定性问题，设计了一套面向混沌半导体激光器的高稳定控制系统。利用深度负反馈电路实现对激光器驱动电流的高稳定高精度恒流控制；采用模糊自适应比例-积分-微分算法以及H桥驱动电路设计的温度控制器实现了对激光器温度的稳定控制。结果表明，所设计的双通道电流源输出电流范围分别为0.00~40.00 mA和0.00~100.00 mA，在室温25.0 ℃环境下稳定度分别优于0.002%和0.004%，调节精度均可达0.01 mA；驱动电流为20.00 mA时，混沌半导体激光器连续工作120 min的输出光功率漂移量分别仅为0.0066 dBm和0.0072 dBm；温度控制电路的温度控制范围为18.0~40.0 ℃，激光器在25.0 ℃下工作120 min的中心波长漂移量仅为0.007 nm。该控制系统在环境温度为10.0~40.0 ℃范围内可稳定工作。
激光器 半导体激光器 混沌半导体激光器 恒流源 温度控制系统 高精度 高稳定 激光与光电子学进展
2021, 58(7): 0714008
1 太原理工大学 新型传感器与智能控制教育部重点实验室，山西 太原 030024；太原理工大学 物理与光电工程学院，山西 太原 030024
2 太原理工大学 新型传感器与智能控制教育部重点实验室，山西 太原 030024
3 武汉光迅科技股份有限公司，湖北 武汉 430205
混沌激光具有宽频谱、类噪声、低相干等特性，在保密光通信、高速随机数、混沌激光雷达、混沌光时域反射仪和分布式光纤传感等领域具有重要的应用价值。光子集成混沌激光器是混沌激光应用的核心器件，具有体积小、性能稳定、成本低等优点。综述了近十年来光子集成混沌半导体激光器的进展及其主要应用。首先介绍了混沌半导体激光器的集成方式；接着介绍了光子集成混沌半导体激光器的分类，根据其扰动方式讨论了直腔单反馈、多腔反馈、环形腔反馈、二维外腔反馈、互注入等结构，并对比分析了各自的优势与输出特性；然后介绍了光子集成混沌半导体激光器在光时域反射仪、保密光通信和高速随机数产生等方面的应用；最后，讨论了光子集成混沌激光器的关键集成技术、时延特征抑制及间歇混沌的特性。
光子集成 混沌半导体激光器 光反馈 互注入 photonic integration chaotic semiconductor laser optical feedback mutual injection 红外与激光工程
2020, 49(12): 20201066
1 北京信息科技大学先进光电子技术国际合作联合实验室, 北京 100192
2 北京信息科技大学光电测试技术北京市重点实验室, 北京 100192
光学相干断层成像(OCT)技术因非入侵、非接触特点和断层成像能力,在眼科、血管内窥等临床医学与药物学中有广泛应用。OCT发展至今,根据成像方向的优先次序,产生了两类技术分支。一类是沿光束入射方向逐线(A-line)扫描的标准型OCT,可生成基于纵向断面扫描(B scan)的图像,常用于眼底组织的层析成像;另一类en-face OCT,也叫正向切片OCT,可在与入射光垂直的方向上生成样品层的横向切片图像,且以显微成像方式来显示生物组织的精细结构,大大丰富了OCT的图像采集与呈现方式。en-face OCT系统可采用不同的信号采集方式,在对其分析和归纳的基础上,对该技术的主要发展方向作了展望。
成像系统 光学相干断层成像 en-face成像 全场成像 信号提取
