激光诱导击穿光谱(LIBS)因其无需制样、 样品损伤小、 可在线检测以及检测速度快等优点被广泛应用。 激光诱导等离子体是一个十分复杂的物理过程, 受多种因素的影响, 激光入射角是其关键影响因素之一。 脉冲激光入射角的改变会直接改变脉冲激光在样品表面的聚焦光斑形状, 导致脉冲激光照射在靶材表面的功率密度发生改变, 直接影响到脉冲激光诱导等离子体过程, 脉冲激光与靶材法线所成角度的改变还会直接影响等离子体扩散过程。 尽管脉冲激光入射角是激光诱导等离子体过程的关键影响因素之一, 但是在低压环境下, 脉冲激光入射角对激光诱导等离子体过程的影响研究较少, 对激光等离子体的影响仍不明确, 对激光等离子体影响的内在机制还需更加深入的研究。 首先研究了激光入射角对脉冲激光在靶材表面形成的聚焦光斑的影响, 实验和仿真的结果都表明脉冲激光在靶材表面的聚焦光斑尺寸随着入射角的增大而增大, 导致相同激光能量下脉冲激光的功率密度下降; 其次, 采用同轴成像的方式研究了不同气压下激光入射角对激光等离子体的影响, 实验结果显示激光等离子体中心辐射强度会随着入射角的增大而减弱。 当激光入射方向与靶材表面法线成0~15°时; 脉冲激光入射角对激光等离子体中心辐射强度影响较小, 辐射强度降低仅为3.05%, 当激光入射方向与靶材表面法线成60°时, 辐射强度降低可达25.415%, 对激光等离子体中心辐射强度有着较为明显的影响。 最后, 对处于气压10-4 Pa下激光从不同角度入射所产生的激光烧蚀坑进行了微观结构分析, 分析结果表明靶材烧蚀量会随着入射角的增大而增加, 但靶材烧蚀效率, 即单位光斑面积靶材烧蚀量, 则会随着入射角度的增大而下降, 这解释了激光等离子体中心辐射强度随入射角增大而减弱的现象。 该工作有助于理解激光入射角对激光等离子体的影响, 为优化LIBS实验参数提供参考。

激光波长和激光入射角是影响激光诱导等离子体空间分布和光谱强度空间分布特性的重要因素。基于流体动力学和SAHA方程,仿真了激光诱导等离子体的二维空间演化过程,研究了激发等离子体的辐射光谱空间分布特性及激光波长、入射角度等参数对等离子体特征谱线空间分布特性的影响。研究结果表明:波长为1064 nm的激光在不同延时条件下,最佳激光入射角度均为0°。当入射角度为0°时,所激发的等离子体辐射在不同的探测角度处均有较强的光谱信号,且在100,500,1000 ns延时条件下,最佳探测角分别为±41°、±11°和±12°。对于不同的波长,当延时分别为100 ns和500 ns且激光以0°入射时,长波长激光所激发的等离子体光谱在不同探测角处的强度均强于短波长激光。当延时为100 ns时,1064 nm波长激光所激发的光谱在最佳探测角位置的强度约为532 nm和266 nm波长激光所激发的光谱在各自最佳探测角位置强度的2倍。随着探测角绝对值的减小,等离子体辐射光谱强度先增大,到达最佳探测角后强度再减小。入射波长分别为532 nm和1064 nm的激光诱导击穿光谱实验结果验证了仿真结果。

高光谱分辨率光栅光谱仪是探测太阳大气活动的重要仪器。由于光栅衍射效率受光栅入射角的影响, 从而直接影响光栅光谱仪的能量利用率, 因此如何准确确定光栅入射角是光栅光谱仪光学设计面临的重要问题之一, 现有方法多依靠工程实践积累的经验。为此, 以多个特征谱线均能获得更高光栅衍射效率为优化指标, 以光栅入射角为研究对象, 提出了一种高光谱分辨率光栅光谱仪的优化设计方法, 并给出了针对云南天文台 1 m 新真空太阳望远镜 (NVST) 的多波段光栅光谱仪设计方案。

介绍了一种工作于1355~1555 nm的新型多通道短波红外光谱组件, 并以理论和实验相结合的方式定量研究了入射角度对光谱组件各通道中心波长的影响.实验结果表明, 在0~10°斜入射条件下光谱组件各通道中心波长呈现不同程度的短波方向偏移现象, 偏移程度与入射角度呈正相关.分别绘制出理论和实验中心波长偏移曲线, 实验发现在入射角为5°和10°时中心波长平均偏移幅度约为5.7 nm和18.67 nm.此外, 参照实验得出的角度偏移曲线对两次不同入射角度条件下的光谱进行插值整合, 成功地将光谱组件分辨率从7.5 nm提高到3 nm; 在此实验基础上提出了通过改变入射角度发展一种多通道角度调谐光谱组件, 进而利用此方法提高光谱组件的测试分辨率.该结论对后续设计光谱组件入射光学系统和提高光谱组件测试分辨率具有一定指导意义.

通过激光搭接焊试验,研究了不同接头试样的拉伸剪切性能和疲劳性能,结合焊缝横截面及断口形貌,对试验结果进行了分析。结果表明,对于宽度为80 mm的非熔透型接头,残余应力导致接头拉剪强度减小4.1%,疲劳极限值减小26.4%;0.2 mm搭接间隙使得接头的拉剪强度减小8.8%,疲劳极限值减小6.25%;20°激光斜入射使得接头的拉剪强度增大3.8%, 疲劳极限值增大18.7%。对于相同板厚组合,母材的冷轧状态对接头的力学性能会有一定的影响。

受扫描仪到扫描物体的激光测距值、激光入射角、大气衰减等因素的影响，相同目标的激光强度存在较大偏差。从激光雷达测距方程出发，分别对激光强度的距离效应和角度效应进行改正。激光强度与激光入射角的余弦大致呈线性关系，但激光强度的距离效应较为复杂，激光强度总体上不与距离的平方呈反比，因此提出了一种利用分段多项式模型来消除激光强度距离效应的方法。实验表明，提出的改正模型能对点云激光强度进行有效补偿，通过将激光强度分别进行角度改正和距离改正，能够有效消除由距离和入射角引起的强度偏差，使同类物体的激光强度趋于一致。

以建立的铁路罐车回波强度D模型为基础, 采用高感应激光标靶, 对检定周期内铁路罐车(箱)进行以入射角为代表的几何量特性扫描影响分析, 并通过点云均布率和再现率直观判断扫描效果, 最后以不同入射角扫描模型计算铁路罐车容积, 并与较高等级容积量传法比较, 结果显示, 基于铁路罐车工况, 35°入射角进行扫描的扫描效果较好, 测量准确度高, 测量重复性较好, 较容量比较法更加接近。进行测量不确定度评定, 测量结果的相对扩展不确定度为3×10-3, k＝2, 为三维激光扫描铁路罐车相关技术的研究提供一定的理论与技术参考。

为适应偏光技术对偏光分束器件的需求,给出了一种新型偏光分束器件双萨那芒特棱镜的设计。通过光路分析,得出了双萨那芒特棱镜分束角的表达式,详细分析了分束角与结构角和入射光波长的关系,研究了棱镜分束角的入射角效应。结果表明:对于确定波长的单色光,分束角随结构角的增大而增大;对于一定的结构角,分束角随着入射光波长的增大而减小。与常规萨那芒特棱镜相比,对于相同的棱镜结构角,双萨那芒特棱镜的分束角约为常规萨那芒特棱镜的2倍。对于确定的结构角和入射光波长,棱镜的分束角随着入射角的变化而变化。

为了提高光诱导小周期光子晶格的衍射效率，采用双掺Mg∶Fe∶LN 晶体写入一维光子晶格时，通过改变双光束之间的夹角，控制写入晶格的周期，记录不同写入角度衍射效率随时间的变化。实验结果表明：双掺Mg∶Fe∶LN 晶体衍射效率在双光束夹角超过24°后急速下降，二次谐波引起的光强振荡增大了光子晶格的衍射效率，双光束夹角越大振荡出现的时间越快。