1 长春理工大学机电工程学院,吉林 长春 130022
2 光学国际科技合作基地(光学),吉林 长春 130022
目前,基于激光粉末床熔融(LPBF)增材制造的成形件会不可避免地存在一定程度的气孔缺陷,为探究该缺陷的形成机理,以AlSi10Mg为研究对象,采用离散元法(DEM)和计算流体力学(CFD)对激光增材制造过程中单层和多层成形的熔池流场进行了数值模拟。通过调节激光功率和扫描间距,分析了加工参数对LPBF单道、多道和多层缺陷的影响机制。结果表明:低功率时,熔道易产生球化、扭曲、气孔等缺陷,而高功率时飞溅现象加剧;对于多道成形,扫描间距过大会使搭接区形成气孔缺陷,扫描间距过小将加剧积热效应。对于层间转角为67°、采用棋盘格扫描策略的多层打印,单棋盘格熔道两端的高度不同和道间沟壑是影响铺粉表面粗糙度的主要因素,凹凸不平的铺粉表面会影响铺粉层的厚度均一性,在激光能量不足时导致层间产生气孔,进而影响层间结合质量;适宜的能量输入有助于形成粗糙度小的铺粉平面和足够的熔深,减少层间气孔缺陷。
激光技术 激光粉末床熔融 缺陷 计算流体力学 离散元法 中国激光
2023, 50(20): 2002303
中国计量大学光学与电子科技学院,浙江 杭州 310018
非视域成像可对视域外场景进行重建成像。与传统成像不同,其将隐藏场景返回的间接信号导入重建算法实现目标场景重建,在**、生物医学、自动驾驶、航空航天及灾后搜救等领域具有重要的应用价值。总结近年来国内外对非视域成像技术的研究进展,依次介绍3种非视域成像模式,包括基于飞行时间的非视域成像、基于相干信息的非视域成像(含基于散斑图案和空间相干两种方法)、基于强度信息的非视域成像。基于相干信息和强度信息成像模式的硬件参数、重建算法、重建时间和图像分辨率等的特点和存在的局限性,分析并讨论非视域成像的发展趋势。
非视域成像 飞行时间 相干成像 强度成像 散射成像 激光与光电子学进展
2023, 60(14): 1400001
中国计量大学光学与电子科技学院,浙江 杭州 310018
完美涡旋光束(POVB)的光斑不随拓扑荷的变化而变化,在微粒操控、光通信、激光材料处理等领域具有广泛应用。POVB的准确识别具有重要的研究意义。提出一种卷积神经网络结合多孔干涉仪的方法来识别0.01阶分数POVB。实验结果表明,在理想环境下,0.01阶分数POVB的识别率达到100%。在扇形遮挡90°和扇形遮挡180°情况下,0.01阶分数POVB的识别率分别达到100%和99.5%。本研究为识别0.01阶分数POVB提供了一种新的方法,对于该光束的应用和推广具有重要意义。
物理光学 卷积神经网络 多孔干涉仪 分数完美涡旋光束 轨道角动量 拓扑荷
中国计量大学光学与电子科技学院,浙江 杭州 310018
复杂环境中漂移扰动和不透明障碍物破坏光振幅和光相位,给拓扑荷数(TC)精准测量带来挑战。分析了两种均匀离轴的多中心涡旋光束和一种随机离轴的漂移涡旋光束经扇形不透明障碍物(SSOO)后的传输情况,提出一种利用单柱透镜测量漂移涡旋光束TC的方法。对比光强法、傅里叶变换法以及相位法在极端条件下对漂移涡旋光束TC测量的结果,发现在以上3种方法失效时,所提方法仍可对输入光束的TC值大小及符号作出准确判断。这种抗光束漂移和抗遮挡的TC测量法对基于涡旋光的光通信和光加密具有重要应用价值。
物理光学 涡旋光束 轨道角动量 光束漂移 障碍物 拓扑荷探测
1 长春理工大学机电工程学院,吉林 长春 130022
2 光学国际科技合作基地(光学),吉林 长春 130022
在激光选区熔化(SLM)过程中,为了让零件拥有更好的成形质量,一般采用小层厚来进行打印,然而这会导致生产效率降低,不利于商业应用。为了解决激光选区熔化好的成形质量与高的生产效率相互矛盾的问题,通过优化工艺参数制备了不同铺粉厚度条件下的316L不锈钢试件。研究了不同铺粉厚度条件下工艺参数对致密度、粗糙度、力学性能和显微组织等的影响规律。对比三种铺粉厚度(30 μm、45 μm、60 μm)的成形情况可以发现:在优化后的工艺窗口条件下,铺粉厚度对SLM试样致密度的影响较小,不同铺粉厚度下致密度均能达到99.90%以上,且显微组织均未见明显缺陷。铺粉厚度主要影响试样的尺寸精度、表面粗糙度和力学性能。随着铺粉厚度的增加,尺寸精度和粗糙度不断下降,抗拉强度逐渐提高,60 μm铺粉厚度较30 μm铺粉厚度成形效率提高了35.71%。
材料 316L不锈钢 选区激光熔化 成形效率 成形质量 层厚 激光与光电子学进展
2022, 59(21): 2116002
中国计量大学 光学与电子科技学院,浙江 杭州 310000
针对单像素成像重构中的散射介质影响而导致重构图像无法达到最佳效果的问题,研究了有无散射介质的情况下,关联算法和压缩感知算法的图像重构适用性。分析了散射介质在成像光路造成的调制信息空间结构变化和在探测光路造成的信号损耗对成像的影响,建立了近红外单像素成像系统,使用CGI算法和TVAL3算法实现了穿透生物组织散射介质的单像素成像实验。实验发现,在无散射介质时,TVAL3算法的重构时间、峰值信噪比和相似度等均优于CGI算法;而在有散射介质时,CGI算法的三项数值中有两项优于TVAL3算法,其最大重构时间(0.304091 s)小于TVAL3算法最小时间(1.766299 s),其最小峰值信噪比(9.9831 dB)高于TVAL3算法的最大值(9.170456 dB),其相似度(0.0982、0.1178)则位于TVAL3算法的范围内(0.099258~0.497622)。结果表明,基于关联成像理论的CGI算法较适合散射介质成像,基于压缩感知理论的TVAL3算法更适合无散射介质成像。
单像素成像 散射介质成像 压缩感知 关联算法 single-pixel imaging scattering medium imaging compressed sensing correlation algorithm 红外与激光工程
2022, 51(3): 20210722
红外与激光工程
2022, 51(1): 20210836
中国计量大学 光学与电子科技学院 , 杭州 310018
针对量子纠缠的产生方式, 着重介绍了常见的3种类型的量子纠缠源制备方法, 包括基于自发参量下转换(SPDC)制备量子纠缠源、基于四波混频(FWM)效应制备量子纠缠源和基于量子点制备量子纠缠源, 分别分析了其原理、优缺点及其质量指标, 最后展望了量子纠缠源制备方法的研究与应用方向。
自发参量下转换 四波混频 量子点 原子系综 全光纤 spontaneous parametric down conversion four-wave mixing quantum dots atomic ensembles all optical fiber
1 长春理工大学 机电工程学院, 吉林 长春 130022
2 吉林工业职业技术学院 机电与智能技术学院, 吉林 吉林 132000
3 长春理工大学 国家国际科技合作基地, 吉林 长春 130022
为增强5XXX系铝合金表面的耐蚀性能, 利用脉冲激光沉积技术制备了Al0.8FeCoNiCrCux高熵合金(HEA)涂层。利用XRD, SEM和电化学工作站分析了Al0.8FeCoNiCrCux高熵合金的相结构、微观组织和耐腐蚀性能。结果表明: 随着Cu含量增加, 合金的相结构由BCC1和BCC2相转变为BCC1, BCC2和FCC相; 当=0时, Al0.8FeCoNiCrCux涂层沿晶间出现裂纹, x=0.25时, 涂层裂纹消失, 并且在晶间出现了浅色组织, 随着x增加, 浅色组织由点状分布转变为连续生长; Al0.8FeCoNiCrCux(x=0.25, 0.5, 0.75, 1.0)高熵合金涂层耐蚀性随Cu增加而降低, Al0.8FeCoNiCrCu0.25的腐蚀电流密为7.94×10-8 A/cm2, 仅为基材的0.17%, 腐蚀形式为点蚀, 当x增加至1时, 腐蚀电流密度增至8.21×10-7 A/cm2, 为基材的1.99%, 腐蚀形式转变为晶间腐蚀, 但仍优于基材。显然, 当0.25≤x≤1时, 采用Al0.8FeCoNiCrCux涂层可显著改善铝合金的耐腐蚀性能。同时, 其具有的高熵效应可抑制涂层中由基材的稀释行为引起的金属间化合物形成, 解决了传统涂层材料应用在铝合金表面易产生裂纹的问题。
激光技术 激光沉积 高熵合金 铝合金 耐腐蚀性 laser technology laser deposition aluminum high-entropy alloy corrosion resistance