红外与激光工程
2024, 53(2): 20230441
1 陕西理工大学机械工程学院, 陕西 汉中 723000
2 中国兵器工业第二〇五研究所 陕西 西安 710065
为了探索激光切割工艺参数对碳纤维复合材料温度场的影响, 采用有限元模拟分析和试验验证的方法, 综合考虑辅助气体冷却和热辐射作用, 定性模拟分析了激光功率、扫描速度和激光光斑半径对碳纤维复合材料厚度方向和垂直于激光扫描方向的温度场影响规律。结果表明：激光切割工艺参数对试件厚度和垂直切割方向的热影响具有一致性；吸收能量较多时造成基体气化区域比烧蚀区域大, 当激光能量降低时, 烧蚀区域逐渐大于气化区域；获得的激光切割工艺参数与温度之间的关系, 能够指导实际加工, 提前预测激光切割碳纤维复合材料热影响区, 为激光热量传播和控制热影响区提供依据。
碳纤维复合材料 激光功率 扫描速度 光斑半径 温度场 carbon fiber reinforced plastic laser power scanning speed spot radius temperature field
1 河南大学物理与电子学院二维光电材料与器件物理研究中心，河南 开封 475004
2 河南省新能源材料与器件国际联合实验室，河南 开封 475004
3 河南大学物理与电子学院测控技术与仪器系，河南 开封 475004
拉盖尔-高斯（LG0l）涡旋光束携带光轨道角动量，提供了额外复用自由度，可以极大提高光通信容量，实现该涡旋光束光斑半径的精确测量对其应用具有重要意义。刀口法由于廉价、方便、精度高、适用于较大功率的测量等优势，是测量光斑尺寸及束腰尺寸的理想方法。然而，以往刀口法的研究主要集中在基横模高斯光束上，尚缺少关于刀口法对LG0l涡旋光斑的测量研究。本文对基于刀口法的LG0l涡旋光斑尺寸测量进行了详细地理论分析和实验研究。理论分析中给出了刀口法测量LG0l涡旋光束的原理；实验上将螺旋相位板对基模高斯光束调制后产生的光束当作LG0l涡旋光束的近似，并采用刀口法测量了该LG0l（l=0，1和2）涡旋光的光斑；借助Mathematica程序数值拟合了实验测量的横向光场强度分布结果，得到了不同LG0l涡旋光束的光斑半径。根据光斑半径的特点可得出：经低涡旋阶数的螺旋相位板调制之后，基模高斯光束可变为相应涡旋阶数的LG0l涡旋光束，变换前后光斑半径基本保持不变。
测量 LG0l涡旋光束 刀口法 光斑半径 Mathematica程序 激光与光电子学进展
2021, 58(19): 1912004
1 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学 空间光电技术国家地方联合研究中心, 吉林 长春 130022
在光纤激光通信系统中, 为了克服准误差、随机角抖动误差、大气湍流像差对单模光纤耦合效率的影响, 本文设计了单模光纤章动跟踪耦合系统。首先基于模场匹配原理, 分析了径向偏差和光斑大小对耦合效率的影响。其次在理论分析的基础上, 对激光章动跟踪系统进行了设计, 主要包括激光器、准直镜、快速反射镜、耦合透镜以及光电探测器, 并以光电探测器的能量反馈完成了激光章动跟踪算法设计。最后搭建了实验平台, 对系统进行了实验测试。通过实验测试得到, 在激光章动跟踪时单模光纤的耦合效率为53.5%, 并测试了径向偏差以及光斑大小对耦合效率的影响, 得到了相应的曲线。耦合效率满足系统要求, 并且实验测试曲线与理论分析的仿真曲线基本一致。
空间激光通信 单模光纤耦合 激光章动跟踪 耦合效率 径向偏差 光斑半径 space laser communication single mode fiber coupling laser nutation tracking coupling efficiency radial offset spot radius
1 内蒙古科技大学 机械工程学院, 内蒙古 包头 014010
2 鄂尔多斯市莱福士光科技有限公司, 内蒙古 鄂尔多斯 017000
为了探究不同发光半角对圆形LED阵列辐照特性的影响, 利用单颗LED芯片的照度公式推导出圆形阵列的照度公式、光斑半径和发散角公式。使用Tracepro软件对不同发光半角的圆形LED阵列仿真并利用MATLAB进行函数数值拟合。结果表明: 在有效光斑区域下, 随着单颗LED发光半角的增大, 圆形阵列的中心照度值逐渐降低, 降低的速率近似线性增长; 光斑半径和发散角逐渐增大, 变化率先增大后减小。辐照均匀度随着单颗LED发光半角的增大而增大, 而后保持稳定, 单颗LED发光半角为60°时, 圆形阵列辐照均匀度最好, 且相同发光半角时接收面面积越小辐照均匀度越高。这些结论对实现圆形LED阵列照明设计提供了定量的参考和理论依据。
发光半角 圆形阵列 有效光斑半径 发散角 辐照均匀度 luminous half angle circular array effective spot radius divergence angle irradiation uniformity
1 重庆工商大学 重庆市检测控制集成系统工程实验室, 重庆 400067
2 重庆工商大学 计算机科学与信息工程学院, 重庆 400067
3 重庆工商大学 设计艺术学院, 重庆 400067
应用LED芯片的照度公式以及大型LED矩形阵列照度分布的对称性, 建立了研究大型LED矩形阵列照度均匀度的物理模型, 推导出计算大型LED矩形阵列照度均匀度的公式。利用该公式研究了大型LED矩形阵列照度均匀度随目标距离、长宽比以及m值的变化规律。得出: 照度均匀度随目标距离的增加而非线性地减小; 照度均匀度随长宽比的增加而非线性地增大; 照度均匀度随m值的增加而近似成线性地增大。这些规律为提高大型LED矩形阵列的照度均匀性提供了理论依据, 也为大型LED矩形阵列的照度均匀性设计提供了研究方向和计算方法。弥补了之前研究LED阵列照度均匀性方法上的不足。
发光二极管 矩形阵列 光斑半径 均匀度 LED rectangular array spot radius uniformity
1 中国民航大学 电子信息与自动化学院, 天津 300300
2 中国民航大学 空中交通管理研究基地, 天津 300300
LED正逐步替代传统卤素光源应用于机场助航灯, 跑道警戒灯作为防止飞机入侵跑道的重要助航灯, 针对其发光特性要求, 提出对环形和方形LED阵列中心照度和发光角度研究。首先给出单LED光源在目标平面中心照度和发光角度的计算方法。其次在满足均匀排布的前提下, 构造上述两种阵列, 利用Matlab仿真在不同目标距离下对应的中心照度、发光角度及光斑半径的变化规律, 并采用最小二乘法进行曲线拟合。最后通过光学软件TracePro进行追迹模拟仿真。结果表明: 随目标距离的增大, 两种阵列中心照度逐渐减小, 光斑半径和发光角度逐渐增大, 当目标距离小于8 m时, 两种阵列发光特性存在差异, 环形阵列的中心照度较大, 方形阵列发光角度较大, 随着目标距离的增大, 两种阵列的发光特性逐渐趋于一致。以4C级机场为例, 分析得出上述两种阵列对A型警戒灯均适用, B型警戒灯适于采用方形阵列。
光学设计 LED阵列 中心照度 光斑半径 发光角度 optical design LED array center illumination spot radius luminous angle
1 上海交通大学 机械与动力工程学院, 上海 200240
2 上海交通大学 生物医学工程学院, 上海 200240
引入生物显微镜用于探测病理切片离焦量。针对反射光斑内部纹理缺陷、畸变严重的特殊情况, 通过自适应中值滤波、基于Ostu算法的Canny边缘检测(去除非圆弧边缘部分)、畸变校正、最小二乘法拟合非完整圆等算法, 直接计算光斑半径大小及离焦方向, 建立光斑半径与离焦量的线性关系模型。实验结果表明, 与传统的灰度重心法相比, 离焦量计算方法抗噪性强、稳定性高, 可大幅度地提高线性关系模型的范围及光斑半径、圆心位置的准确度。
偏心光束法 光斑半径 离焦量 线性关系 the eccentric light beam method laser spot radius defocusing value linear relationship
上海大学 特种光纤与光接入网省部共建重点实验室培育基地, 上海 200072
研究了10.6 μm CO2激光加热硅芯光纤预制棒的温场分布, 在考虑预制棒表面热辐射和空气对流的情况下, 用有限元软件COMSOL Multiphysics建立了激光加热预制棒的传热物理模型, 比较了激光功率、激光光斑半径和预制棒直径对温场分布的影响, 同时提出CO2激光加热与石墨炉加热结合调节温场分布的方法。仿真结果显示, 激光参数和预制棒直径都会明显影响预制棒温场分布, 且激光光斑半径3 mm, 功率达到400 W的激光器可用于直径10 mm内的硅芯光纤预制棒制备硅芯光纤。通过CO2激光加热和石墨炉加热相结合的加热方式, 能更加灵活有效地调节预制棒的温场分布, 构建适合硅芯光纤拉丝的温场条件。
CO2激光 激光功率 光斑半径 预制棒直径 石墨炉加热 温场分布 CO2 laser laser power laser focus preform diameter heating with graphite furnace temperature distribution 强激光与粒子束
2016, 28(9): 091003
1 重庆工商大学 设计艺术学院, 重庆 400067
2 重庆工商大学 计算机科学与信息工程学院, 重庆 400067
为了获得圆形发光二极管(LED)阵列的光斑发散特性, 利用单个LED芯片的照度公式推导出圆形LED阵列的照度公式、光斑半径和发散角公式。采用数值计算方法对圆形LED阵列光斑的发散角随m值、随阵列半径以及随目标距离的变化规律进行了理论分析, 取得了这3种情况下光斑发散角的变化数据。结果表明, 光斑发散角随m值的增加而减小, 随阵列半径增加而减小, 随目标距离的增加而增大。这一结果对利用圆形LED阵列来实现照明设计是有帮助的。
光学设计 发光二极管 圆形阵列 光斑半径 发散角 optical design light emitted diode round array light spot radius divergence angle
