1 上海理工大学机械工程学院，上海 200093
2 上海航天设备制造总厂有限公司，上海 200245
面向航天领域极端复杂工况，Ti6Al4V/NiTi异质功能结构可在充分发挥高比强度、耐蚀性等材料性能优势的同时实现智能变形等功能需求。然而，两种金属过渡界面区具有较高的开裂倾向。笔者采用激光熔化同步输送异质合金粉末沉积成形工艺，在富氧环境下开展了组分梯度过渡的Ti6Al4V/NiTi合金的原位制备，并在此基础上通过等能量密度成形法和基板热管理，实现了Ti6Al4V/NiTi异质材料的一体化沉积成形，分析了过渡区界面组织的演化规律。扫描电镜和能谱分析结果表明：经组分梯度优化后，梯度层界面之间呈良好的冶金结合；随着NiTi组分逐渐增加，从Ti6Al4V区到NiTi区，相组成演变为α-Ti+β-Ti→α-Ti+NiTi2→NiTi2→NiTi2+NiTi→NiTi→NiTi+Ni3Ti。梯度过渡区的显微硬度从Ti6Al4V区的343 HV±13 HV变化到NiTi区的275 HV±10 HV，40%Ti6Al4V+60%NiTi区域由于NiTi2强化相的析出而具有最高的硬度值，硬度值为576 HV±5 HV。
激光熔化沉积 异质功能材料 原位梯度增材制造 界面组织 等能量密度成形 中国激光
2024, 51(10): 1002313
Author Affiliations
Abstract
1 Xi’an Institute of Optics and Precision Mechanics of Chinese Academy of Sciences, Center for Attosecond Science and Technology, State Key Laboratory of Transient Optics and Photonics, Xi’an, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
3 Shanxi University, Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Taiyuan, China
Moiré superlattices, a twisted functional structure crossing the periodic and nonperiodic potentials, have recently attracted great interest in multidisciplinary fields, including optics and ultracold atoms, because of their unique band structures, physical properties, and potential implications. Driven by recent experiments on quantum phenomena of bosonic gases, the atomic Bose–Einstein condensates in moiré optical lattices, by which other quantum gases such as ultracold fermionic atoms are trapped, could be readily achieved in ultracold atom laboratories, whereas the associated nonlinear localization mechanism remains unexploited. Here, we report the nonlinear localization theory of ultracold atomic Fermi gases in two-dimensional moiré optical lattices. The linear Bloch-wave spectrum of such a twisted structure exhibits rich nontrivial flat bands, which are separated by different finite bandgaps wherein the existence, properties, and dynamics of localized superfluid Fermi gas structures of two types, gap solitons and gap vortices (topological modes) with vortex charge S = 1, are studied numerically. Our results demonstrate the wide stability regions and robustness of these localized structures, opening up a new avenue for studying soliton physics and moiré physics in ultracold atoms beyond bosonic gases.
moiré optical lattices gap solitons ultracold Fermi gases density-functional equation Advanced Photonics Nexus
2024, 3(3): 036006
1 北京控制工程研究所，北京0090
2 空间智能控制技术重点实验室，北京100190
3 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院，北京100191
光子带隙光纤有着独特的结构形式、传输介质和导光机制，这使其具有传统光纤无法比拟的优点，是未来光纤陀螺的理想选择。但光子带隙光纤粗糙的纤芯内壁导致其产生强烈的背向散射次波，会使光子带隙光纤陀螺产生额外的非互易误差。为了定量分析光子带隙光纤背向散射次波强度大小，论文基于电偶极子辐射理论建立了一种简单的光子带隙光纤背向散射次波理论模型。通过聚焦离子束微纳加工法和原子力显微镜测量得到了准确的纤芯内壁表面形貌功率谱密度，进而计算得到HC-1550-02型光子带隙光纤背向散射系数理论值为2.61×10-9/mm。通过光频域背向反射散射仪得到HC-1550-02型光子带隙光纤背向散射系数测量值为~1.82×10-9/mm，初步验证了背向散射次波模型的正确性，为背向散射次波抑制技术研究奠定了基础。
光子带隙光纤 背向散射次波 功率谱密度 photonic bandgap fiber backscatter secondary wave power spectral density
1 西安建筑科技大学资源工程学院，陕西 西安 710055
2 西安建筑科技大学西安市智慧工业感知、计算与决策重点实验室，陕西 西安 710055
针对露天矿无人矿卡运输作业中路况差、光照强和灰尘大等原因导致小尺寸落石检测困难和实时性差的问题，提出一种使用固态激光雷达检测露天矿非结构化运输道路小尺寸落石的方法。首先使用具有双回波技术的激光雷达进行数据采集，减少灰尘干扰并提取车辆前方可行驶区域；然后采用基于扇面的直线拟合地面分割算法分割地面，实现对有坡度的非结构化粗糙路面的彻底分割；之后引入八叉树的分层网格树模型进行邻域查找，提高邻域查找的速度，引入双色最近对构建图，快速生成聚类簇，引入自适应聚类半径ε，进行聚类并输出小尺寸落石的盒模型。实验结果表明：相较于使用k-d树加速的DBSCAN算法，所提方法的正检率提升9.61个百分点，检测时间缩短379.77 ms。
露天矿 无人驾驶 障碍物检测 激光雷达点云 密度聚类 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0812006
1 昆明理工大学机电工程学院，云南 昆明 650500
2 云南省先进装备智能制造技术重点实验室，云南 昆明 650500
针对移动机器人在进行传统2D环境的定位时所存在的定位精度低且定位实时性差等问题，提出一种改进的迭代近邻点（ICP）算法的定位方法。首先，建立位姿搜索空间，采用由低到高的分辨率对搜索空间进行逐层搜索，并结合多点云密度进行部分点云扫描匹配，排除非最优位姿，加速搜索过程；在进行点云匹配中，采用帧对图的方式，有效地利用了历史帧信息；对得到的最优位姿进行稀疏矩阵位姿优化，进一步提高定位精度。在SLAM Benchmark数据集上进行测试，结果表明所提方法的算法效率是现流行的Cartographer算法的1.8倍到4.9倍之间，同时平移误差较小。并利用Turtlebot2机器人进行实际测试，结果表明所提方法的定位误差相比Cartographer和Gmapping均有明显的降低，且实时性较好；与传统的自适应蒙特卡罗重定位（AMCL）相比，平移误差均值降低了0.035 m，旋转误差均值降低了0.001 rad，具有较高的重定位精度。
激光雷达 移动机器人定位 多分辨率 迭代近邻点 多点云密度 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0811001
1 辽宁石油化工大学 石油化工学院， 辽宁 抚顺 113001
2 中国石油天然气销售公司， 湖北 武汉 430000
3 中国石油抚顺石化公司 催化剂厂， 辽宁 抚顺 113001
合成了一例三苯胺基团修饰的铂（Ⅱ）配合物PtppyTPA，并详细地表征了其结构及光物理性质。研究表明，三苯胺基团可有效激活PtppyTPA的聚集诱导发光（AIE）性能，使其在含水量为50%的乙腈中呈现显著的发光增强。以AIE活性的PtppyTPA为发光探针实现了对4种硝基芳烃包括硝苯地平（Nifedipine，NFD）、5-氯-2-硝基三氟甲苯（5-chloro-2-nitrotrifluorotoluene，ClNTFT）、4-溴-1-氟-2-硝基苯（4-bromo-1-fluoro-2-nitrobenzene，BrFNBz）及3-硝基三氟甲苯（3-nitrotrifluorotoluene， NTFT）的发光检测，利用Stern-Volmer方程拟合检测数据并计算了检测效率及检测限。PtppyTPA对上述硝基芳烃的检测效率分别为11.12，0.27，0.25，0.21 L/mmol；检测限分别为7.1，291.0，314.3，374.2 μmol/L。PtppyTPA对NFD具有最高的检测效率和最低的检测限。前线轨道能级及光谱交叠实验表明，PtppyTPA对NFD、ClNTFT、BrFNBz及NTFT的检测机理为电子转移。
铂（Ⅱ）配合物 聚集诱导发光，硝苯地平 发光猝灭 密度泛函理论 platinum（Ⅱ） complex aggregation induced luminescence nifedipine luminescence quenching density functional theory
1 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室，上海 200241
2 华东师范大学重庆研究院精密光学重庆市重点实验室，重庆 401121
超短强激光脉冲与物质相互作用产生的高次谐波辐射是一种相干的极紫外或软X射线光源，并且在时间上还是阿秒脉冲串。在不同介质中探寻更有效的高次谐波产生方案一直是研究热点。利用飞秒激光烧蚀低密度等离子体羽可将高次谐波扩展到几乎任何固体材料，极大地丰富了媒介的选择性。由于某些材料的等离子体内低电离态离子共振跃迁频率与谐波波长存在匹配，使得在极紫外波段特定阶次谐波表现出明显的共振增强效应，从而能够获得强单色的高次谐波辐射。结合纳米颗粒的近场增强效应和较大的电子回撞截面，极紫外波段的高次谐波转换效率可以进一步得到提高。激光等离子体高次谐波有望产生高脉冲能量、增强阶次可调和高重复频率的相干极紫外辐射。综述单阶谐波共振增强效应的产生原理和研究进展，分析各种优化方法和光场调控手段，并对未来的发展趋势进行展望。
非线性光学 高次谐波 低密度等离子体 共振增强 极紫外波段
1 华北电力大学计算机系，河北 保定 071003
2 河北省能源电力知识计算重点实验室，河北 保定 071003
针对现有三维点云语义分割算法对点间密度信息以及空间位置特征利用不充分的问题，提出一种基于密度感知和自注意力机制的三维点云语义分割算法。首先，基于自适应K近邻（KNN）算法和局部密度位置编码构建密度感知卷积模块，从而有效地提取点间关键密度信息，加强初始输入特征的信息表达深度，提升算法捕获局部特征的能力。然后，构建空间特征自注意力模块，基于自注意力和空间注意力机制强化全局上下文信息和空间位置信息的关联性，对全局特征和局部特征进行有效聚合，从而提取更深层次的上下文特征，有效提升算法的分割性能。最后，在公开的S3DIS数据集和ScanNet数据集上进行了大量实验。实验结果表明，算法的平均交并比分别达到了69.11%和72.52%，与其他算法相比有明显提升，验证了所提算法有着良好的分割性能和泛化性能。
三维点云 语义分割 密度信息 注意力机制 密度位置编码 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0811004
1 钢铁研究总院有限公司，北京 100081
2 北京钢研高纳科技股份有限公司，北京 100081
3 北京工业大学材料与制造学部，北京 100124
激光粉末床熔融（LPBF）技术具有成形精度高、表面粗糙度低、成形件性能优异等特点，是目前金属增材制造领域中应用最广泛的一种成形技术。其中，铺粉过程作为LPBF技术的关键环节，粉末床铺粉质量对铺粉致密度及成形件性能具有重要影响，基于此，本文综述了LPBF技术中铺粉致密度的影响因素。首先，总结了粉末床铺粉质量的表征评价方法，如图像分析法、X射线原位监测法和取样器法等。在此基础上，从粉末特征和铺粉工艺出发，分别阐述了粉末粒度、粉末形貌、粉末制备方法、粉末再循环及铺粉工艺参数对粉末床铺粉致密度的影响规律。其中，粉末的粒度分布和形貌是影响铺粉致密度关键因素，较宽的单峰分布和粗细颗粒混合的双峰分布有利于提高粉末堆积密度。粉末的形貌越接近球形，粉末流动性越好，越有利于提升粉末铺展性和铺粉均匀性。粉末堆积密度和铺粉均匀性共同作用将提升粉末床铺粉致密度和成形样品的致密度。铺粉工艺条件的变化可以影响粉末床的铺粉质量及密度，其中控制合理的铺粉速度、选用滚筒类型的刮刀和增大基体的粗糙度将进一步提升粉末床的铺粉致密度。最后，本文对进一步提升粉床的铺粉致密度的方法和技术进行了展望。
激光技术 激光粉末床熔融 铺粉致密度 粉末粒度 粉末形貌 离散元模拟 成形缺陷 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0514009
Author Affiliations
Abstract
National Key Laboratory of Solid-State Microwave Devices and Circuits, Hebei Semiconductor Research Institute, Shijiazhuang 050051, China
In this letter, high power density AlGaN/GaN high electron-mobility transistors (HEMTs) on a freestanding GaN substrate are reported. An asymmetric Γ-shaped 500-nm gate with a field plate of 650 nm is introduced to improve microwave power performance. The breakdown voltage (BV) is increased to more than 200 V for the fabricated device with gate-to-source and gate-to-drain distances of 1.08 and 2.92 μm. A record continuous-wave power density of 11.2 W/mm@10 GHz is realized with a drain bias of 70 V. The maximum oscillation frequency (fmax) and unity current gain cut-off frequency (ft) of the AlGaN/GaN HEMTs exceed 30 and 20 GHz, respectively. The results demonstrate the potential of AlGaN/GaN HEMTs on free-standing GaN substrates for microwave power applications.
freestanding GaN substrates AlGaN/GaN HEMTs continuous-wave power density breakdown voltage Γ-shaped gate Journal of Semiconductors
2024, 45(1): 012501
