强激光与粒子束
2023, 35(12): 124003
1 北京理工大学 光电学院，北京 100081
2 北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心，北京 100081
自由曲面为光学系统设计带来了新的设计自由度，可以实现性能与参数更高、结构更紧凑的系统，但自由曲面的加工与检测难度较大，应在设计过程中对工艺性进行实时表征与控制。使用正交多项式面型可以较为容易地实现自由曲面同基底曲面矢高差的控制，但目前常用的大多是在圆域内正交的多项式，对于自由曲面离轴非对称系统中曲面常用的矩形孔径或者方形孔径局限性较大。针对以上问题，提出了采用方域内具有正交特性的二维Chebyshev多项式以及二维Legendre多项式进行自由曲面成像系统设计的方法。提出采用正交多项式孔径边缘积分的约束方法，以及采用控制方域正交多项式系数平方和的方法，配合正交多项式系数的其他线性约束，在不明显降低系统成像质量的情况下，实现高效的自由曲面系统设计以及曲面检测难度的实时表征与控制。通过多个不同结构的自由曲面成像系统设计实例，说明了所提出的设计方法的可行性与效果。所提出的方法为常用的有矩形曲面孔径的自由曲面系统设计提供了新思路，可以有效提升整个自由曲面系统研制过程的效率。
自由曲面 光学设计 方域正交多项式 面形描述 矢高差 freeform surface optical design square-domain orthogonal polynomials surface description sag difference 红外与激光工程
2023, 52(7): 20230317
1 杭州科技职业技术学院机电工程学院，浙江 杭州 311402
2 浙江工商大学信息与电子工程学院（萨塞克斯人工智能学院），浙江 杭州 310018
3 富通技术研究院有限公司，浙江 杭州 310000
高压输电线的弧垂是线路设计和运行的重要指标，关系到线路的运行安全，必须控制在设计规定的范围内。输电线弧垂测量是国内外电力部门和研究机构的重点研究内容。基于毛细管光纤设计了一种新型的高压电线弧垂传感器。该传感器具有模场面积大、抗电磁干扰能力强、可实时在线监测的优点。实验结果表明，当传感器的弧垂曲率半径小于15 cm时，监测灵敏度为2.552 dB/cm，线性相关系数为0.9635。传感器的弧垂曲率半径越小，弯曲程度越大，毛细管光纤传感器的灵敏度就越高。该实验现象与理论分析结果相一致，验证了其在实际应用中的可行性。
传感器 高压输电线 弧垂 毛细管光纤 实时监测 激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0728001
1 国网河南省电力公司电力科学研究院, 郑州 450052
2 西安交通大学 电气工程学院, 西安 710049
文章针对基于拉曼散射的分布式光纤测温系统(DTS)实际应用于监测光缆温度过程中可能对测温结果产生影响的几种因素进行了研究, 并为如何提高DTS在实际监测光缆温度过程中的精度提供了可行性建议。首先, 对裸纤和光缆测温进行了对比实验, 实验结果表明, 若将裸纤获得的定标参数直接用于现场光缆, 会导致在同样的温度下, 光缆和裸纤测温结果之间总是存在一定的差值, 因此可通过对裸纤定标参数修正或光缆直接定标获得更高测温精度; 其次, 对架空光缆在实际工况下存在的弧垂和振动对测温精度影响进行了研究, 实验结果表明, 弧垂和振动对测温精度的影响较小, 但相比于振动, 弧垂对测温结果的影响更大, 即光缆的动态应变比静态应变对测温影响更明显。
分布式光纤测温系统 拉曼散射 光缆 定标参数 弧垂 振动 DTS Raman scattering optical cable calibration parameters sag vibration
中山大学 电子与信息工程学院 光电材料与技术国家重点实验室, 广州 510006
选择区域外延生长（SAG）技术是微纳尺度GaN基发光器件的主要制备方法之一。在选择区域外延生长中, Ⅲ族金属原子在掩模介质表面的迁移行为对微纳器件的形貌及特性有非常重要的影响。利用金属有机化学气相沉积（MOCVD）系统研究了选择区域外延生长中Ga原子在掩模介质表面上的迁移特性, 得到了不同反应腔压力和生长温度下Ga原子在掩模介质表面的迁移长度, 且在保持其他生长条件不变的情况下, 适当降低反应腔压力或提高生长温度可提高Ga原子的迁移长度。
金属有机化合物化学气相沉积 选择区域外延生长 迁移长度 MOCVD SAG migration length
中国石油大学(华东)地球科学与技术学院, 山东 青岛 266580
准确鉴定赋存于流体包裹体中的子矿物对于揭示沉积、 成岩和成矿等地质过程中相关流体的地球化学信息具有重要的意义。 而应用显微激光拉曼光谱技术分析子矿物的类型具有原位无损、 灵敏度高、 稳定性好以及简便快捷等优势, 目前已得到了广泛地应用。 利用显微激光拉曼光谱技术, 首次对东营凹陷始新统沙四下亚段岩盐原生流体包裹体中子矿物的类型进行了准确地鉴定, 并在此基础上, 详细地探讨了子矿物对东营凹陷始新世盐湖古卤水地球化学特征的指示意义。 研究结果显示: 东营凹陷沙四下亚段岩盐原生流体包裹体中普遍发育有硬石膏(CaSO4)和四水泻盐(MgSO4·4H2O)两类子矿物。 其中, 硬石膏子晶以1 018 cm-1的拉曼特征峰强度最大, 同时还存在其它5个附属拉曼特征峰, 依次为500, 611, 629, 676和1 131 cm-1; 而四水泻盐子晶以1 000 cm-1的拉曼特征峰强度最大, 并且还存在其他三个附属拉曼特征峰, 分别为462, 618和1 156 cm-1。 这两类子矿物的存在表明岩盐的原始析盐母液中含有少量的CaSO4和MgSO4成分, 且此时正值盐湖古卤水的早期蒸发析盐阶段, 即: 硫酸盐析出阶段的结束与氯化物盐析出早期阶段的开始, 以析出石盐为主。 此外, 结合硬石膏和四水泻盐的沉淀温度, 明确了东营凹陷始新世盐湖在早期蒸发析盐阶段时期, 古卤水的温度介于37~61 ℃之间, 表现为干旱的沉积环境。
子矿物 原生流体包裹体 岩盐 激光拉曼光谱 析盐古卤水特征 东营凹陷 Daughter minerals Primary fluid inclusions Rock salt Micro-Raman spectra Geochemical characteristics of paleo-brines Dongying sag 光谱学与光谱分析
2016, 36(9): 2827
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
光学镜面的变形包括刚体位移和面形误差(表面畸变)，分析刚体位移和面形误差对于评价光机系统的环境适应性、空间位置稳定性和成像质量具有重要作用。根据坐标转换法去除镜面变形中的刚体位移，论述了曲面拟合、法线方向和光轴方向三种面形误差统计方法的原理并进行了深入比较，针对不同重力及温度工况计算了镜面面形误差的均方根(RMS)值及峰谷(PV)值。引入镜面弥散斑RMS 半径并将其作为面形误差大小的光学评价标准，通过三次插值算法生成栅格矢高面，在ZEMAX 软件中建立了高精度的镜面面形误差光学模型，最后采用面形误差的RMS 值及PV 值与弥散斑RMS 半径之间的线性关系考查了三种面形误差统计方法的光学性能。研究结果表明：曲面拟合法统计的面形误差信息不完整，适用于镜面面形方程参数不发生明显改变的工况。法线方向和光轴方向两种统计方法统计的面形误差信息完整，可以全面地衡量光机系统的成像质量。
测量 面形误差 刚体位移 均方根半径 栅格矢高面 光机集成分析 激光与光电子学进展
2016, 53(4): 041201
1 云南电网公司 普洱供电局, 云南 普洱 665099
2 国网电力科学研究院 武汉南瑞有限责任公司, 武汉 430074
基于光纤的布里渊频移特性和输电线路基本方程, 建立了输电线路分布式弧垂与输电线路温度的关系, 通过监测OPGW(光纤复合架空地线)的光纤频移值, 获得了输电线路的温度分布, 进而计算获得了输电线路的分布式弧垂。通过对比现场弧垂勘察和监测值, 得出弧垂监测误差在10%以内。为输电线路的弧垂监测提供了一种安全、方便和有效的监测方法。
弧垂 光纤复合架空地线 布里渊频移 在线监测 sag OPGW Brillouin frequency shift online monitoring
采用IPG YLS-6000光纤激光器焊接4 mm厚5083-H116铝合金板，研究了焊接工艺参数对焊缝成形及缺陷的影响规律，分析了接头显微组织及力学性能。研究结果表明，激光功率、焊接速度及离焦量三者的匹配综合影响焊缝的熔透情况；光纤激光焊接5083铝合金的主要问题是表面下凹及咬边；在熔透条件下采用较高功率5 kW及6 kW，速度范围在6 m/min~9 m/min的光纤激光能够得到较为理想的焊缝；在零离焦、功率6 kW及焊接速度9 m/min的优化参数下，焊接接头中从熔合线至焊缝中心, 结晶形态从细密的柱状晶逐渐转变为等轴树枝晶，并存在较明显的成分偏析；硬度测试表明焊缝区显微硬度存在波动，其平均值低于母材；接头抗拉强度为287 MPa，约为母材的83.9%，屈服强度为227 MPa，延伸率为3.57%，断裂位置位于焊缝区，断裂类型属韧性断裂。
激光技术 光纤激光 焊接 5083铝合金 咬边 下凹 中国激光
2013, 40(s1): s103005
