1 江苏大学材料科学与工程学院, 江苏 镇江 212013
2 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
考察倾斜表面纳秒激光抛光后的表面形貌演化规律及表面倾斜程度对抛光效果的影响规律, 可以为增材制造中的自由曲面激光抛光提供参考。采用纳秒激光对不垂直于光轴的粗糙平面进行激光抛光, 并采用激光共聚焦显微镜对激光抛光后的表面形貌进行测试分析。结果表明: 表面倾斜30°时, 抛光后的表面在距离起始点4 mm附近存在表面轮廓波动异常增大的现象, 表面粗糙度值增大到15.80 μm; 倾斜角度增大到45°时, 表面轮廓波动异常增大的位置变化到2 mm附近; 倾斜角度为60°时, 未发生表面轮廓波动异常增大现象。表面轮廓波动异常增大现象反映了激光抛光从过熔型抛光到浅熔型抛光的过渡过程; 自由曲面的激光抛光工艺需要根据抛光区域的倾斜程度和表面粗糙度选定合适激光功率密度和离焦量, 从而实现良好的激光抛光质量。
激光抛光 倾斜角度 抛光机理转变 离焦量 表面粗糙度 laser polishing incline angle transition of polishing mechanism defocus distance surface roughness
1 江苏大学材料科学与工程学院, 江苏 镇江 212013
2 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
激光冲击成形是利用激光冲击波和凹模的限制作用实现膜材微纳结构制备的有效方法, 近20年来得到学术界的广泛关注。目前广泛使用的激光冲击成形工艺中, 激光光斑跨越数个微结构特征并且所使用的激光重复频率小于1000 Hz, 这一方面使激光束所覆盖的各个结构受到的冲击波作用不均匀, 另一方面低重复频率激光限制了激光冲击成形速度。为此, 提出高脉冲重复频率小光斑激光扫描冲击渐进成形工艺用于微结构成形制造。采用脉冲重复频率为40 kHz、光斑直径为50 μm的高脉冲重复频率小光斑激光冲击成形宽度为200 μm、长度为6 mm的微槽结构, 分析成形微结构的高度和微结构的截面形状随激光扫描范围的波动情况。结果表明, 在激光扫描范围变动的情况下, 成形微结构的高度较为稳定; 在微结构的起始阶段和终止阶段, 成形微结构的高度具有一定的过渡范围, 终止阶段的过渡长度远大于起始阶段的过渡长度; 所成形的微结构截面能够采用圆弧进行拟合。
激光冲击成形 高脉冲重复频率 小光斑 稳定性 laser shock forming high repetition rate small spot stability
1 江苏大学材料科学与工程学院, 江苏 镇江 212013
2 江苏大学智能柔性机械电子研究院, 江苏 镇江 212013
3 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
为探究激光抛光中引入的波纹的形成原因, 通过纳秒光纤激光对718合金和304不锈钢进行了激光抛光, 考察激光抛光导致的波纹效应。结果表明:激光抛光产生的波纹(尺度为数十微米)与激光脉冲作用间距(10 μm)差别较大; 不同激光能量产生的波纹在幅度上有差别, 波纹的振幅随激光能量的减小而减小; 波纹波长随激光能量的变化不大, 具有一定的稳定性。根据试验结果, 波纹的产生是涉及材料对激光能量的吸收、熔体流动、材料蒸发甚至脉冲时序的复杂过程, 其根源在于激光交替作用于熔体和高温固体而产生的熔体流动差别。激光能量对波纹的影响机理为:激光能量过高时, 由于输入能量部分以熔体气化的方式消耗掉, 熔体厚度增大不明显, 波纹随能量的变化不大; 在产生气化较少的能量范围, 激光能量的降低将导致熔体厚度减小, 产生的波纹幅度减小。
激光抛光 波纹 纳秒脉冲激光 激光功率 波纹波长 laser polishing ripple nanosecond pulse laser laser power ripple wavelength
1 江苏大学材料科学与工程学院, 江苏 镇江 212013
2 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
为了考察纳秒激光脉冲宽度对激光加工中熔体体积的影响。基于双温方程, 采用有限元方法, 考虑激光的时空分布, 数值模拟了高斯分布的纳秒脉冲激光辐照1060铝合金表面时, 微坑中熔体体积随脉冲宽度的变化。在低能量密度条件下, 轴向辐照中心下方0~0.4 μm的区域内, 脉冲宽度较小的激光产生的晶格温度高于脉冲宽度较大的激光辐照产生的温度, 而在0.4 μm以下的位置, 脉宽越小, 晶格温度越低；在所考察的脉冲宽度范围内, 中心点处熔体厚度随激光脉冲宽度的升高呈近乎正比增加。结果表明, 在脉冲宽度控制下, 纳秒激光可以控制温度场的空间分布, 而纳秒激光加工中的熔体体积可以通过控制激光脉冲的宽度来控制。这一结论可用于解释C K?rner 等人所提出的纳秒激光加工模型：激光脉冲能量的增大将导致激光与材料作用时间延长从而导致更多的熔体。同时, 将为激光微孔加工中重铸层厚度的研究提供参考。
纳秒脉冲激光 双温模型 有限元方法 温度场 熔体体积 nanosecond pulse laser double temperature model finite element method temperature field melt volume
1 江苏大学理学院, 江苏 镇江 212013
2 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
为了研究白细胞对偏振光的散射特性, 运用几何光学近似理论修正偏振光传输的斯托克斯-穆勒矩阵元, 基于偏心球模型数值模拟了两束偏振化方向互相垂直的偏振光入射时, 不同形状、大小、折射率的无粒白细胞的散射光强空间分布以及散射特性与细胞结构的关系。不同条件下偏振光散射三维分布图像呈现不同的条纹特征, 表明分布规律与细胞模型的形体参量和光学参量具有相关性。散射光强的差值、比值、差和比的分析结果表明, 偏振光的后向散射反映了细胞内部更丰富的结构信息和光学信息。
生物光学 细胞分析 光散射 偏振光 穆勒矩阵 几何光学近似 中国激光
2017, 44(10): 1007001
1 江苏大学理学院, 江苏 镇江 212013
2 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
研究光在生物组织中的传输过程时需要更精确的散射相函数, 这就需要研究细胞核对相函数的影响。基于几何散射逼近理论修正了单一分散系有核细胞的Mie相函数、不对称因子g和二阶参量γ; 分析了有核细胞形态及光学参量对Mie相函数角分布和Airy峰数的影响; 对g和γ随入射光波长、细胞尺寸、核质比和折射率的变化规律进行了数值模拟。结果表明：Mie相函数分布、Airy峰数、g和γ不仅与细胞的大小有关, 而且与细胞核占比及折射率有关, 不能忽略细胞内部光学结构的影响。与HG相函数相比, Mie相函数能够描述侧后向散射特征, 更准确地计算g和γ, 为研究细胞的免标记识别方法以及激光在生物组织中的传输特性提供了进一步的理论支持。
生物光学 散射相函数 不对称因子 二阶参量 有核细胞 几何散射逼近
Author Affiliations
Abstract
1 School of Mechanical Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China
2 Faculty of Science, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China
A derivative method for phase retrieval in two-step phase-shifting interferometry (PSI) with a blind phase shift is proposed in this Letter. By numerically calculating the first-order and second-order derivatives of two PSI images, one can directly determine the phase shift and then obtain the quantitative phase image. We illustrate the method with both a theoretical analysis and some simulations of an average-sized red blood cell in different interferometry recording modes. From the results, the validity, accuracy, as well as efficiency of this method are verified. Moreover, this method can be applied to any quantitative phase imaging, including on-axis, off-axis, and slight off-axis interferometry.
Chinese Optics Letters
2015, 13(Suppl): S21001
1 江苏大学理学院, 江苏 镇江 212013
2 江苏大学机械学院, 江苏 镇江 212013
定量相位成像可对透明均质的样品成像获得其定量相位数据和物理厚度信息，但是难以直接获得样品的三维形态分布。对此，提出一种简单的方法，从两个相互垂直的方向对样品进行定量相位成像，根据相位数据进行解包，应用Canny方法从解包相位中提取投影面的轮廓线并拟合，确定轮廓线的中心轴与旋转轴后，利用曲线180°旋转操作，可快速重构样品的三维表面。对均质淋巴细胞和红细胞模型应用本方法开展数值仿真实验，成功地重建了模型的三维表面，从而证实了本方法的准确性和可行性。
相干光学 相位显微 生物细胞 正交相位 旋转 表面重构 光学学报
2014, 34(s2): s217001
1 江苏大学机械学院， 江苏 镇江 212013
2 江苏大学理学院， 江苏 镇江 212013
相位显微技术，尤其是定量相位显微技术，能够非侵入、无损伤地实现相位体形态结构成像，从而在生物细胞结构分析、类别识别和动力学行为研究中有着极其重要的应用。根据相位显微成像光路特征对相位成像技术做了分类，对典型的同轴干涉和离轴干涉两类成像技术进行了特征评析，并且介绍了这两类技术中几种重要的相位恢复方法，对三维定量相位显微技术的最新研究现状也给予了简单介绍，最后展望了相位显微技术未来的发展趋势。
生物技术 定量相位显微 技术特征 相位恢复 激光与光电子学进展
2014, 51(2): 020006
1 江苏大学理学院, 镇江 212013
2 江苏大学机械学院, 镇江 212013
基于VirtualLab 虚拟仿真软件建立了粒径在几十到几百微米内不同大小和形状的气泡模型。对其在平面光照射下的散射进行了仿真模拟, 得到了气泡的前向、后向光散射特征分布, 将结果与水粒的光散射特征进行比较分析, 发现: 同一气泡前向散射远大于后向散射, 但两者拥有十分相近的变化趋势。光源和气泡大小影响气泡远场散射幅值的大小、振荡频率、角宽度及次极大与主极大的比值。气泡结构的对称性影响着气泡远场散射的对称性。气泡与水粒的远场散射特性既联系又区别。该研究的结果可以为气泡的分析检测提供了一定的理论依据。
气泡 水粒 光散射 虚拟仿真 特征分析 Air bubble Water droplet Light scattering Virtual simulation Characteristic analysis
