期刊基本信息
创刊：
1964年 • 半月刊
名称：
激光与光电子学进展
英文：
Laser & Optoelectronics Progress
主管单位：
中国科学院
主办单位：
中科院上海光机所
出版单位：
中国激光杂志社
主编：
范滇元
执行主编：
邱建荣
副主编：
戴琼海 张龙 张雨东 曹良才
ISSN：
1006-4125
刊号：
CN 31-1690/TN
电话：
021-69918427
邮箱：
地址：
上海市嘉定区清河路390号
邮编：
201800
定价：
120元/期
本期栏目 2021, 58(19)
激光与光电子学进展 第58卷 第19期
腔衰荡吸收光谱技术是一种灵敏度高、选择性强、响应速度快的直接吸收光谱检测技术，随着激发光源、腔体结构、调制方式等的不断改进和拓展，该技术的最小噪声吸收系数可达到10-12 cm-1·Hz-1/2。本文针对腔衰荡吸收光谱检测装置的工作原理、技术特点和国内外典型应用进行综述，分析了激发光源、腔体结构以及调制方式的多样性对腔衰荡吸收光谱检测技术的影响，最后结合腔衰荡吸收光谱技术在不同领域的典型应用对该技术的应用前景进行了展望。
激光加工凭借加工精度高、效率高、无污染、应用材料范围广的独特优势，成为加工微孔的首选，尤其是在高质量微孔的加工中有着不可替代的作用。介绍了激光加工微孔的优势及研究意义，总结了激光加工微孔的质量特征（如深径比、锥度、圆度、重铸层等），综述了激光加工微孔质量的研究现状，讨论了打孔方式、激光工艺参数（如脉冲宽度、波长、重复频率等）和加工环境（如真空、气体、液体等）三个因素对激光加工微孔质量的影响及其造成影响的原因，并对激光加工微孔的发展方向和今后研究的重点进行了总结。
激光技术 激光加工 微孔质量 工艺参数 打孔方式 加工环境 半导体激光器具有输出波长范围广、结构简单和易于集成等优势，广泛应用于医疗、传感、光学通讯、**和航空航天等领域。随着应用需求不断增大，输出光功率不断提高，对激光器的可靠性提出了严峻的挑战。在回顾半导体激光器失效机理的基础上，分析光致发光技术、电致发光技术、阴极发光技术、红外热成像和微光显微镜5种有效的失效检测和分析手段，重点对有源区内部问题、腔面问题、焊接问题和操作环境问题的改善措施进行回顾和建议，为从事半导体激光器研究和生产的人员提供半导体激光器失效分析的依据。
目前，微加工和精加工技术的迅速发展对微型化加工技术提出了更高的要求：将加工尺度提高到微米甚至纳米级，并且能够在材料内部实现三维立体微加工。飞秒激光可以突破衍射极限的限制，打破了加工极限，是当前先进制造技术的热点。本文综述了飞秒激光加工的发展历程和机理，并从库仑爆炸模型、微爆炸模型、色心模型以及双光子电离模型等方面对激光加工机理进行了阐述。对于飞秒激光的超快作用过程，仿真是分析加工机理、研究激光与材料作用过程的主要手段。分析了飞秒激光仿真所采用的双温模型、分子动力学模型及复合模型的特点及其适用范围，为飞秒激光加工的理论研究提供依据。最后指出了目前飞秒激光加工技术存在的问题，并对该技术的发展进行了展望。
激光技术 飞秒激光 加工机理 双温模型 分子动力学模型 二维材料由于独特的光学和电学特性，在光电子器件领域具有广阔的应用前景。作为最具代表性材料之一的二硫化钼，因具有原子级界面和层数关联的能带结构，在光电探测领域拥有诸多重要的优势。近年来，基于纯粹的二硫化钼器件性能已达瓶颈。为进一步提升性能，能带工程、铁电极化、等离激元共振等方法也已被用于光电探测器，并取得重要进展，但整个知识体系尚未建立完善。基于此，从光电探测器理论和应用出发，简要总结了二硫化钼光电探测的最新研究现状，重点阐述了上述三种二硫化钼新型器件的原理、结构设计、制备与光电性能，为进一步深入研究机理和应用提供了重要参考和指导。
探测器 二硫化钼 能带工程 铁电 等离激元 研究气溶胶辐射强迫和激光大气传输效应，需要掌握气溶胶光吸收特性参数及其垂直分布情况。提出一种基于实测与模式相结合的方法来估测垂直高度上气溶胶吸收系数分布。首先采用太阳辐射计和激光雷达观测的数据分别反演整层气溶胶光学厚度（AOD）和消光廓线，再将辐射传输计算软件moderate spectral resolution atmospheric transmittance algorithm and computer model（MODTRAN）和santa barbara DISORT atmospheric radiative transfer（SBDART）在相应气溶胶模式下的数据结果作为约束条件，得到气溶胶吸收廓线，并通过外场实验测量数据进行反演实验。结果表明，所提方法是可行的，可作为气溶胶吸收系数垂直分布有效获取的一种新的技术途径。
大气光学 气溶胶 吸收系数廓线 激光雷达 太阳辐射计 辐射传输 基于对大气消光系数时间序列随机性的深入研究，利用成都市2015至2017年秋冬季的大气能见度、相对湿度（RH）、颗粒物（PM10和PM2.5）质量浓度和NO2含量监测数据，反演得到该区域相应时段的气溶胶消光系数时间序列。基于位置、尺度、形状的广义可加模型检测了气溶胶消光系数时间序列的平稳性，并对气溶胶消光系数序列进行了协变量分析。实验结果表明，成都秋冬季气溶胶消光系数时间序列均为非平稳序列，其均值和方差表现为非线性变化。细颗粒物（PM2.5）质量浓度、RH和气溶胶组分（PM2.5/PM10）均是气溶胶消光系数序列非平稳变化的显著协变量。其中，PM2.5为气溶胶消光系数序列非平稳性最主要的贡献因子，其次为RH，贡献最小的为PM2.5/PM10，且气溶胶消光系数的爆发式增长与PM2.5、RH和PM2.5/PM10的协同作用密切相关。
大气光学 气溶胶 消光系数 非平稳性 卷云光学厚度是对全球气候、地球辐射收支影响较大的云光学参数之一。在**、大气科学等领域对卷云光学参数的求解算法有广泛的应用需求。应用中分辨率成像光谱仪（MODIS）数据求解卷云参数的算法，多采用卫星多通道数据，数据处理过程较为复杂。为解决这一问题，利用RT3模型结合MODIS云参数，模拟计算卷云反射率，建立卷云光学厚度查找表，设计简单算法，实现了卷云光学厚度的有效反演。对比卷云光学厚度反演结果和MODIS实际测得的数据，可得两者相关性达到0.97，验证了此算法下卷云光学厚度反演的可靠性。选取MODIS不同时间段的数据，分析了卷云光学厚度在不同时间、空间范围的变化情况，平均误差小于0.16，进一步验证了基于RT3模型的查找表反演卷云光学厚度的有效性。研究结果有助于实现全球范围内卷云光学特性的简单有效反演。
大气光学 卷云 光学厚度 倍加累加法 反演 应用广义的惠更斯-菲涅耳原理及改进的Rytov方法，采用基于Gamma-Gamma光强概率分布的海洋湍流信道模型，得到了中断概率解析式。并在此基础上对各向异性海洋湍流高斯光束外差式差分相移键控（DPSK）调制的中断概率性能进行了研究。仿真分析了不同的各向异性海洋湍流下各种海洋湍流参数（温度与盐度波动对功率谱变化贡献之比、单位质量流体动能耗散率、均方温度耗散率）、传输距离、DPSK调制的数据传输速率对中断概率的影响。为降低高斯光束DPSK调制下的中断概率、提高通信质量及可靠性提供了理论依据。
海洋光学 水下无线光通信 各向异性海洋湍流 高斯光束 外差式差分相移键控 Gamma-Gamma信道模型 大气消光系数湿度订正是气溶胶吸湿性研究的重要内容，也是利用卫星气溶胶光学厚度（AOD）产品反演近地面颗粒物质量浓度的关键技术环节。基于成都市2016年1月至12月的逐时PM2.5质量浓度、大气能见度、相对湿度（RH）观测数据，首先，深入探讨了大气消光系数与颗粒物质量浓度之间的统计关系及其对RH变化的响应特征，发现在RH小于90%时，单位质量大气消光系数均服从对数正态分布，并进一步指出该分布函数的形状参数和尺度参数均随RH的增加呈现出波动型增长。其次，以干燥环境条件下（RH小于等于40%）单位质量大气消光系数对数正态分布参数为基准，通过数学变换消除湿度变化对单位质量大气消光系数概率分布参数的影响，据此提出了大气消光系数湿度订正的原理和计算流程。最后，对该原理的适用性进行研究，结果表明，订正后大气消光系数反演得到的PM2.5质量浓度与实际PM2.5质量浓度相关系数为0.90，显著优于气溶胶散射吸湿增长因子法的湿度订正结果。
大气光学 大气消光系数 对数正态分布 概率分布参数 湿度订正 适用性 点衍射干涉仪中小孔的对准情况直接决定小孔衍射光斑的形状及位置，也影响着后续光路的布置。基于瑞利-索末菲衍射理论，对非对准高斯光束入射下的小孔衍射光强分布进行了研究，给出了平移、离焦、倾斜三种对准误差下的光强分布解析表达式，分析得出了不同直径小孔在不同对准误差下的衍射光强分布情况。研究表明：平移对准误差会使衍射光斑形状发生变化，但对衍射光斑中心的位置没有影响，随着平移对准误差的增大，沿平移方向的第一暗环呈月牙状并逐渐消失；离焦对准误差对衍射光斑的位置和形状均无明显影响，但衍射光强值会随着离焦量的增加而减小；倾斜对准误差会使衍射光斑中心位置发生偏移，但衍射光斑的形状不会发生变化，并且偏移方向与斜入射方向一致，偏移量与倾斜角之间呈线性关系。
衍射 点衍射 衍射光强 对准误差 干涉测量 测量范围的拓展对提升基于偏振特性的光纤压力传感系统的实用性有着重要意义。以拓宽测量范围并保持原有传感灵敏度为目标，提出了一种基于斯托克斯多参量融合的传感方案。通过理论仿真得到传感头目标偏振轴。利用偏振控制器，压力装置和偏振检测计，在实验中得到了线性度为99.8%、灵敏度为0.1938 N-1、测量范围为28 N的传感性能，多参量融合方案的测量范围比单参量测量方案提高了5倍。实验结果与理论预期吻合较好。所提方案可以大幅度提升基于光纤偏振特性的传感系统的性能并扩展了其实用价值。
光纤光学 光纤压力传感 斯托克斯参量 测量范围 偏振旋转轴 灵敏度 为了研究大气激光通信中单模光纤耦合接收效率起伏概率分布特性，建立了受大气湍流扰动的瞬态耦合效率计算模型，据此得出影响光纤耦合效率统计分布的最少无量纲参数。通过研究发现：随着孔径半径-大气相干长度比的增大，耦合效率逐渐减小；随着耦合几何参数的增大，耦合效率先增大后减小，在某一点取得最大值。通过对空间光到单模光纤的瞬态耦合效率进行蒙特卡罗模拟与分布特征分析，提出使用双Johnson SB分布来拟合瞬态耦合效率的概率密度函数，并用实验测量数据进行了验证。研究结果可以为不同大气湍流条件下的空间光到单模光纤耦合系统参数优化设计提供参考，有助于实现光纤耦合的大气激光通信系统。
基于简单的蘸取技术和紫外光固化技术集成锥形聚合物波导结构与光纤制备了一种高灵敏光纤温度传感探头。实验结果表明，该结构在低温时的温度灵敏度为123.6 pm/℃，且其灵敏度随温度的升高呈非线性增加趋势。其中，聚合物波导的结构紧凑，轴向尺寸为300 μm，径向最小尺寸为2 μm。基于该波导制备的探头具有较好的温度响应特性、生物兼容性且能实现点探测，在生物医疗等领域有着重要的应用前景。
光纤光学 传感器 温度 紫外光固化 聚合物 针对自由空间光通信链路性能易受大气湍流影响的问题，构造了一种适用于自由空间光通信的多输入多输出（MIMO）极化编码方法。基于通用偏序法、极化编码、调制及MIMO技术联合优化快速构造极化码，并在大气湍流信道下进行仿真分析。实验结果表明，在不同构造方法及编码方案下，MIMO极化编码方法能在保持低复杂度的同时使系统获得更好的性能。在强湍流条件且误码率为10-4时，相比Monte Carlo方法，偏序法的编码增益约为0.2 dB，且离线构造的计算复杂度可忽略不计；强弱湍流条件下，相比单输入单输出（SISO）-polar方式，MIMO（2×2）-polar方式的编码增益约为1.1~1.6 dB，具有明显的分集优势。
光通信 极化编码 多输入多输出 偏序法 大气湍流信道 分析了光纤传感器应变传递率的影响因素，进行了粘贴式光纤传感器等强度梁试验。光纤传感器监测结构材料中应变分布的能力取决于材料与光纤之间的键合特性。取粘贴长度和胶体剪切模量两个参数，研究了分布式光纤传感器应变传递的顶端效应。结果表明：延长粘贴的光纤长度或提高胶体的剪切模量，可以使高应变传递段加长。工程应用中应选用剪切模量高的胶黏剂，粘贴长度应在粘贴测量段两端多粘贴5 cm，以保证测量段可以得到相对精确的应变结果。
光纤光学 光纤测量 光纤传感器 瑞利散射 光频域反射技术 应变传递率 等强度梁 提出了一种基于级联法布里-珀罗干涉仪（CFPI）的光纤传感器，用于同时测量温度和压力。该传感器由单模光纤（SMF）、空心光纤（HCF）和双孔光纤（DHF）依次熔接在一起而构成。其中，HCF构成空气腔法布里-珀罗干涉仪（FPI），DHF构成石英腔FPI，两个FPI级联形成混合腔FPI。空气腔FPI通过DHF的空气孔与外部环境连通，实现对气压的高灵敏度传感；石英腔FPI利用二氧化硅的热光效应和热膨胀效应，实现对温度的高灵敏度传感。在0.1~0.6 MPa气压范围，60~260 ℃温度范围，实现的空气腔FPI的气压和温度灵敏度分别为4 nm/MPa和1 pm/℃，混合腔FPI的气压和温度灵敏度分别为0.5 nm/MPa和9 pm/℃。空气腔FPI和混合腔FPI对温度和气压的灵敏度不同，实现了温度和气压的双参数测量，同时该传感结构制造工艺简单，集成度高，灵敏度高。
光纤光学 光纤传感 法布里-珀罗干涉仪 气压测量 温度测量 针对旋转平移法在检测过程中存在偏心误差的问题，提出一种基于三维面形的图像配准偏心误差修正方法。首先采用旋转平移绝对检测法获得旋转0°和旋转180°两个状态下被测镜的面形；然后利用三维面形数据构建相似度函数，实现被测镜面形在0°和180°状态下的配准，从而获得偏心误差。数值仿真计算结果表明，偏心误差修正前，残余面形的峰谷值为7.783 nm，均方根值为0.578 nm；偏心误差修正后，残余面形的峰谷值为0.034 nm，均方根值为0.004 nm。结果表明该修正方法可行，可以有效提高旋转平移法的检测精度，为高精度光学元件面形的绝对检测提供重要参考。
测量 绝对检测 旋转平移 偏心误差 图像配准 通过研究光经过棱形吸收介质后的出射角，可以获得掠射过程中出射角与入射角、复折射率实部和虚部的关系。通过数值模拟计算可知，当棱镜顶角和折射率一定以及虚部越大时，吸收棱镜与透明棱镜的出射角之差越大，对反演计算出的折射率的影响也越大；当顶角为
测量 掠射法 几何光学 折射率 吸收介质 大口径光电设备作为多领域探测的主要工具，具有探测能力强、细节分辨清晰等特点。但受光学原理的限制，大口径光电设备对高精度调焦的依赖度较高，而温度是造成图像质量降低的重要因素之一。为补偿温度对大口径光电设备的影响，分析了系统等效焦距与温度之间的理论关系，仿真分析了传统温度补偿模型的局限性。为实现温度与焦距的精确建模，引入一阶傅里叶函数模型，实现了温度与焦距之间的精确拟合。最后通过对比传统线性模型与一阶傅里叶函数模型在工程中的适用情况，表明一阶傅里叶函数补偿模型的准确性远高于线性补偿模型。同时所提模型关系简单，实现容易，可在大口径光电设备设计、检测中使用，也可用于温度调焦。
测量 温度补偿 线性模型 傅里叶函数模型 误差分析 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 焊接表面缺陷是评价焊接质量的重要指标，针对现有检测方法测量精度较低的问题，设计了一种基于光学相干测距原理的焊接表面缺陷检测系统。首先，基于迈克耳孙干涉仪的原理，利用宽带激光扫描焊接表面的一点，以采集参考臂和测量臂的干涉光强。然后，通过采集的光强确定被扫描点对应的干涉光谱。最后，计算该光谱对应的光程差，从而确定被扫描点相对参考镜的轴向高度。实验结果表明，该系统的轴向测量精度能达到10 μm，横向分辨率能达到13 μm，可以精确识别表面气孔、漏焊、错边等焊接缺陷，准确测量焊缝的几何形状并判断焊缝的成形情况。
测量与计量 无损检测 干涉测量 金属焊接 焊接缺陷 为了进一步提高传感系统的灵敏度，在一片铌酸锂晶片上设计双平行非对称马赫-曾德尔干涉仪型光波导结构，并在光波导的周围设计分段电极，实现方向相反的电光调制，为此研制出尺寸为78 mm×14 mm ×7.5 mm的集成光波导电场传感器。采用LTspice仿真软件设计一种跨阻抗平衡光电探测电路，采用差分法实现对共模噪声的抑制，从而提高电场传感器的灵敏度。实验结果表明，传感系统时域可测电场强度范围为33~3000 V/m，线性动态范围为35 dB，适用于弱电场的时域测量。
集成光学 非对称马赫-曾德尔干涉仪 光波导传感器 平衡探测 电场测量 介绍了一种基于分离脉冲的掺铒光纤飞秒激光放大技术及光源装置。该光源采用分离脉冲放大技术将待放大种子脉冲先通过偏振复用方式分割成若干个子脉冲，再由光纤主放大器非线性放大和压缩，从而免去了光栅对或者棱镜对的使用。1.55 μm波段分离脉冲放大技术的特点在于不仅可以有效降低飞秒脉冲放大过程中的光谱非线性畸变，实现无基底的时域脉冲输出，而且可以通过管理泵浦光强度和光纤长度对非线性效应和光谱展宽程度进行精细控制。实验上，研究了主放大器在低非线性条件和高非线性条件下的脉冲放大和压缩效果。其中，在低非线性条件下，主放大器直接输出脉冲宽度830 fs，平均功率3 W的激光，相应峰值功率为36.1 kW；在高非线性条件下，主放大器直接输出脉冲宽度137 fs、平均功率1.54 W的激光，相应峰值功率为112 kW。通过周期极化铌酸锂晶体光学倍频验证了1560 nm飞秒脉冲的对比度，倍频效率最高可达40.3%。
激光技术 激光放大器 掺铒光纤 非线性光纤光学 锁模激光器 报道了一台用于大气探测激光雷达系统的LD脉冲端面泵浦Nd∶YAG激光晶体的腔外倍频千赫兹多波长激光器。采用紧凑介稳腔设计和电光调Q方式，获得具有高动静比的1064 nm基频光脉冲输出。腔外采用Ⅰ类相位匹配LBO晶体倍频，Ⅱ类相位匹配LBO晶体和频，实现了355 nm和频光输出，同时对355 nm和频光单脉冲能量的影响因素进行了理论分析和实验研究。当倍频转换效率为53%时，获得重复频率为1 kHz的三波长激光分束输出，对应的单脉冲能量分别为1.18 mJ@1064 nm、1.06 mJ@532 nm、0.73 mJ@355 nm；脉冲宽度分别为3.49 ns@1064 nm、3.42 ns@532 nm、3.02 ns@355 nm；光束质量因子分别为Mx2=1.70、My2=1.75@1064 nm，Mx2=1.57、My2=1.41@532 nm，Mx2=1.51、My2=1.38@355 nm。
报道了一种利用中心波长为915 nm的激光二极管（LD）泵浦的中心波长为355 nm的高稳定性全固态紫外激光器。在该激光器中，将中心波长为915 nm，线宽为5.3 nm的LD作为泵浦源，端面泵浦Nd∶YVO4晶体，并将两块LBO晶体分别作为二倍频和三倍频晶体。采用V型平凸非稳腔结构和声光调Q方式，获得了稳定运行的中心波长为355 nm的全固态紫外激光器。当重复频率为30 kHz，泵浦功率为45 W时，紫外激光器的输出功率为3.7 W，脉冲宽度约为13 ns，光光转换效率约为8.2%，光束质量因子M2小于1.2且在6 h运行时间内，输出功率稳定性（峰峰值）小于4.5%。
激光器 紫外激光器 915 nm 三倍频 355 nm LBO晶体 采用激光熔覆技术在GCr15钢基材上制备FeCrNiSi合金熔覆层，通过超景深显微镜、显微硬度计及摩擦磨损试验机，研究激光工艺参数对熔覆层显微组织、硬度及摩擦磨损性能变化的影响规律。结果表明：随着激光功率增大，熔覆层一次枝晶呈逐渐变大、变长的趋势，一次枝晶间距先增大后减小，二次枝晶间距逐渐减小；随着扫描速度加快，熔覆层一次枝晶呈先变大后减小的趋势，一次枝晶间距先增大后减小，二次枝晶间距先减小后增大。随着激光功率的降低或扫描速度的增加，熔覆层表面硬度提高，当激光功率为2400 W、扫描速度为7 mm/s时，熔覆层最高硬度为781.5 HV，是基材的3.4倍；此时熔覆层磨损机制由磨粒磨损和黏着磨损逐渐演变为疲劳主导的磨损机制。
激光光学 激光熔覆 FeCrNiSi合金 工艺参数 显微组织 显微硬度 摩擦磨损 对混沌激光在放大过程中的随机特性进行了实验研究。基于光纤中的非线性克尔效应，通常采用环形腔结构来产生混沌激光。通过控制泵浦源电流实现了不同功率混沌激光的输出，并利用掺镱光纤放大器进行放大。然后，利用排列熵、偏度和峰度对混沌激光放大过程中的随机特性进行了定量分析。结果表明：排列熵随光纤放大器泵浦电流的增大而减小并趋于一个稳定值；在排列熵相近时，偏度和峰度随光纤放大器泵浦电流的增大呈先增大后减小的趋势，即放大过程中混沌激光的随机特性先减小后增加。
激光光学 混沌激光 掺镱光纤放大器 排列熵 偏度 峰度 随机特性 为探究激光熔凝工艺对不锈钢表面综合性能的影响，本课题组选用LDF 4000-40型激光器对0Cr17Ni12Mo2不锈钢表面进行处理，并采用光学显微镜、电子显微镜、能谱扫描仪、显微硬度计、电化学分析仪及磨损试验机等对其微观组织与性能进行表征。结果表明：由于不同区域的传热、散热差异，激光熔凝组织与基体的界面呈波浪形，强化区的表层为等轴晶，中部为等轴晶和柱状晶，边缘区域为平面晶，且强化区的碳元素、铁元素及铬元素存在扩散现象；由于激光熔凝细化了微观组织，强化层的最高硬度约为基体最高硬度的1.5倍；与基体相比，强化层的耐蚀性更好，但强化层一旦发生腐蚀，其腐蚀速率比基体高；由于晶粒细化及硬度增加等原因，强化层的摩擦因数（0.29）低于基体的摩擦因数（0.35），且磨损机理为磨粒磨损。
激光技术 激光熔凝 不锈钢表面 综合性能 微观组织 利用3 kW光纤同轴激光熔覆设备将Fe-Cr-Mo-Si合金粉末熔覆到Q235钢表面，制备出了耐磨的铁基合金熔覆层，通过金相显微镜、维氏硬度计和摩擦磨损试验机等设备研究了Fe-Cr-Mo-Si熔覆层的显微组织、硬度及摩擦磨损行为。结果发现：Fe-Cr-Mo-Si熔覆层的显微组织均匀致密，且无气孔、裂纹等缺陷；熔覆层主要由树枝晶组成，熔覆层/Q235钢结合面处形成了细小的平面晶组织，熔覆层与基体实现了良好的冶金结合；熔覆层的平均硬度为642.2 HV，约为基体硬度的4倍；当载荷为50 N时，熔覆层和基体试样的平均摩擦因数分别是0.621和0.512，熔覆层的磨损量仅为基体的14.6%；摩擦因数随载荷的增加而减小，磨损轮廓尺寸随载荷的增加而增大；熔覆层的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损，而基体的磨损机制以黏着磨损和疲劳剥落磨损为主。试验结果表明，在Q235钢表面激光熔覆Fe-Cr-Mo-Si合金粉末能够显著提高材料的耐磨性能。
激光技术 激光熔覆 Fe-Cr-Mo-Si合金 显微组织 显微硬度 摩擦磨损性能 激光选区熔化（SLM）增材制造技术为NiTi形状记忆合金复杂结构件的制造开辟了新途径，已成为智能材料领域的研究热点之一。本课题组采用光学显微镜、电子显微镜、X射线衍射仪、差式扫描量热仪、万能材料试验机等，重点研究了扫描间距h对SLM成形NiTi合金相对密度、组织结构、相变行为及力学性能的影响。结果表明：线能量密度在100~250 J/m范围内时，可以获得连续且稳定的单熔道试样；随着扫描间距h从115 μm减小到64 μm，SLM成形的NiTi合金块体中的NiTi（B2）相含量有所减少，相对密度增大，表面粗糙度减小，相变温度Ms呈逐渐升高的趋势。扫描间距h=77 μm时成形的NiTi块体试样的综合性能最佳：相对密度为98.5%，抗压强度和抗拉强度分别为3351 MPa和839 MPa，第1次压缩循环后的可回复应变为5.99%，应变回复率高达97%，第10、第20次压缩循环后的可回复应变分别为5.77%和5.75%。
激光技术 激光选区熔化 形状记忆合金 相变行为 力学性能 超弹性 针对表面涂有150 μm厚环氧基底漆涂层的2024铝合金，采用不同脉冲频率的纳秒脉冲激光进行激光清洗试验，分析了激光清洗后试样的表面形貌、表面粗糙度、清洗厚度以及清洗机理等。试验结果表明：表面粗糙度（Ra）受频率的影响较小且在3 μm左右。计算了不同脉冲频率下的清洗深度，结果发现，当频率为10 kHz时，清洗深度约为130 μm。通过数值模拟分别研究了激光清洗过程中脉冲频率对烧蚀机制中烧蚀量和剥离机制中热应力的影响。数值模拟结果表明：烧蚀量随着频率的增大而降低，在5~25 kHz范围内烧蚀量的最大降幅超过9%；通过最大热应力与脉冲能量密度的线性拟合计算得到剥离机制的触发阈值约为1.64 J/cm2；在脉冲能量密度高于1.64 J/cm2的条件下，频率越高，越难积热，从而使得烧蚀机制越弱；越大的频率使得热应力超过结合力的频次更多，剥离机制增强，能获得更好的清洗效果。
激光技术 激光清洗 脉冲频率 有限元分析 物理机制 高功率连续绿光激光器在激光显示、生物医疗、有色金属加工等领域有着重要的应用，该研究课题已经成为激光领域的研究热点。为了实现高功率、高效率连续绿光激光的输出，利用窄带光纤光栅搭建了高功率光纤激光器，并以此为基频光源进行倍频技术的研究，得到了带宽小于50 pm的基频光纤激光器，输出功率可达100 W。利用该基频激光以腔外单程方式倍频KTP晶体，实现了11.6 W的532 nm绿光输出，倍频效率为11.6%；利用偏振棱镜将该基频光起偏后得到线偏振光，对透过偏振棱镜的p偏振光进行倍频实验，得到532 nm倍频光的输出功率可达7.3 W，倍频效率为14.2%。以上实验证明利用窄线宽光栅来控制基频光源的光谱带宽，可提高光纤激光器的倍频效率，若将经偏振棱镜分光后被反射出去的s偏振光进行倍频，可得到532 nm绿光，利用合束技术将两束绿光进行合束，有望将绿光功率提高至14 W以上。
激光器 倍频效率 窄线宽光栅 偏振特性 绿光激光器 以刻蚀模板法制备的多孔碳纤维（CF）为载体，选取四氧化三铁（Fe3O4）作为催化剂，将二者均匀混合并通过真空抽滤的方式制备出了具有界面加热和光芬顿催化性能的光热膜（PTM）。通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、比表面与孔隙度分析仪、紫外可见光分光光度计等对材料进行表征，研究了pH值、H2O2投加量和太阳光辐照密度对降解效率的影响。实验结果表明：在pH值为5、H2O2投加量为300 μL和太阳光辐射密度为3 kW/m2的条件下，反应进行80 min后，质量浓度为10 mg/L的罗丹明B（RhB）的降解率可以达到100%。此外，用PTM反复降解RhB溶液10次后，催化效率依然可以达到92%，表明此光热膜具有高的稳定性。
材料 碳纤维 四氧化三铁 光热膜 光芬顿催化 罗丹明B 为了给光遗传应用领域提供更大的光刺激面积以及区域可选择性的光刺激，本课题组研制了一套结构简单、可无线调控刺激参数、可独立控制的多通道光遗传刺激系统。采用
医用光学 光遗传学 光刺激 μLED阵列 无线控制 利用双模行波模型，数值研究了半导体环形激光器（SRL）在相位共轭交叉光反馈下的非线性动力学特性。研究发现，当两个模式的相位变化不同步时，SRL表现出低频反相振荡，其振荡周期随着反馈时间的增大逐渐增加。而对于相位变化同步的情况，通过改变注入强度，SRL可输出单周期态、多周期态和混沌态。利用自相关函数识别了产生的混沌信号的时延特征（TDS）并利用功率谱技术计算了相应的带宽，发现TDS随着反馈强度的增加先逐渐减小再增大，而带宽随着反馈强度的增加呈近似线性增加。这说明通过恰当调节反馈强度，混沌信号的TDS可以被较好地抑制，该信号可应用于安全保密通信和随机数产生中。
非线性光学 半导体环形激光器 相位共轭 混沌 时延特征 为了对比TIR（Total Internal Reflection）透镜和自由曲面反光杯用于LED（Light-Emitting Diode）光源准直的效果，基于TracePro分别仿真LED光源在相同口径的TIR透镜和反光杯下的有效射程和光斑直径，对比相同口径的TIR透镜和反光杯下的准直特点。研究结果表明，随着口径的增加，射程均有所增加，光线形态经历三个阶段，对应光斑有三种形态，即矩形形态、复峰形态和驼峰形态；光源经过反光杯后的光斑直径更小且存在滞后效应；LED光源经过TIR透镜后的射程更远，但相差较小；当光斑口径过大时，两种光学系统均形成光环。
光学设计 LED TIR透镜 反光杯 仿真 基于4H-SiC材料的微机电系统（MEMS）器件（如压力传感器、微波功率半导体器件等）在制造过程中，需要利用干法刻蚀技术对4H-SiC材料进行微加工。增加刻蚀速率可以提高加工效率，但是调节刻蚀工艺参数在改变4H-SiC材料刻蚀速率的同时，也会对刻蚀表面粗糙度产生影响，进而影响器件的性能。为了提高SiC材料的刻蚀速率并降低刻蚀表面粗糙度，满足4H-SiC MEMS器件研制的需求，本文通过优化光刻工艺参数（曝光模式、曝光时间、显影时间）获得了良好的光刻图形形貌，改善了刻蚀掩模的剥离效果。实验中采用SF6和O2作为刻蚀气体，镍作为刻蚀掩模，分析了4H-SiC反应离子刻蚀工艺参数（刻蚀气体含量、腔体压强、射频功率）对4H-SiC刻蚀速率和表面粗糙度的影响。实验结果表明，通过优化干法刻蚀工艺参数可以获得原子级平整的刻蚀表面。当SF6的流量为330 mL/min，O2流量为30 mL/min，腔体压强为4 Pa，射频功率为300 W时，4H-SiC材料的刻蚀速率可达到292.3 nm/min，表面均方根粗糙度为0.56 nm。采用优化的刻蚀工艺参数可以实现4H-SiC材料的高速率、高表面质量加工。
材料 碳化硅 光刻 反应离子刻蚀 刻蚀速率 表面粗糙度 为了适应单兵平台的作战需求，针对目前透射式狙击步枪瞄准镜存在成像质量较差和出瞳距离过短等问题，设计一款高精度成像的狙击步枪瞄准镜。根据系统的设计指标对物镜组和目镜组进行指标分解以及光焦度计算，使用ZEMAX软件设计具有高精度成像质量和长出瞳距离的瞄准镜光路。瞄准镜的物镜组和目镜组均采用远心光路，系统的放大倍率为10×，入瞳直径为50 mm，出瞳直径为5 mm，视场角为2.2°，出瞳距离为87.89 mm，机械筒长为403.76 mm。设计结果表明，物镜组和目镜组的成像质量均达到优良，对接后的整体光路在奈奎斯特频率为16.67 lp/mm处的调制传递函数值大于0.85，满足军用狙击步枪瞄准镜的使用要求。
光学设计 瞄准镜 长出瞳距 远心光路 为了实现高集成度和高稳定性的三维光学芯片，必须对三维空间波导的耦合特性进行系统研究。本文主要研究三维集成光学芯片中波导之间的耦合问题。通过全波仿真的方法数值模拟波导阵列在不同架构下的电场分布，并分析平行波导间和交叉波导间的耦合效率与波导间距、周围介质折射率、工作波长和夹角之间的关系。在平行波导中，当两个SiO2基片上波导之间的中心间距为0.76 μm和耦合长度为72.5 μm时，垂直方向上波导间的耦合效率达到0.997。在交叉波导中，波导之间的耦合效率对波导夹角很敏感，当夹角大于10°时，波导间不发生耦合，可以通过调整波导间的夹角来控制波导之间的耦合。
光学器件 集成波导 光学芯片 耦合效率 波导模式 为了便于气体放电等离子体的起燃，驱动恒流源需要较高的开路电压，同时因气体放电具有负阻效应，起燃后维持放电所需的电压远小于起燃电压，起燃后富余的电压会造成恒流源具有较大功耗。鉴于此，提出一种降低气体辉光放电驱动用恒流源功耗电路方案，给出电路原理图并详细分析其工作原理。本方案使用开路电压略高于气体放电维持电压的恒流源来降低功耗，使用高压脉冲压电陶瓷来保证气体放电可靠起燃，恒流源与高压脉冲电路由高压硅堆隔离后并联工作。实验结果表明，当电路工作正常时，可降低约为50%的功耗。在直流辉光放电实验平台上对镀锌板进行样品精密度的实验测试，发现Cu、Si和Mo等元素含量（谱线强度）的相对标准偏差（RSD）均优于2%。
表面光学 高压脉冲压电陶瓷 开路电压 功耗 负阻效应 高压硅堆 为了提高激光损伤阈值，采用离子束辅助电子束成膜的方法制备具有355，532，1064 nm三个波长的高反膜。首先使用Lambda950型分光光度计对薄膜样品的光谱性能进行测试，然后验证不同的基底材料及不同的基底清洗工艺对薄膜激光损伤阈值的影响，最后在不同的工作真空度下对薄膜的弱吸收能力和激光损伤阈值等进行较为系统的研究，分析薄膜的弱吸收能力与激光损伤阈值之间的联系。结果表明，三个波长下的反射率均满足全固态355 nm紫外激光器所要求的光学性能指标，当工作真空度增加到一定程度时，薄膜的激光损伤阈值与弱吸收值不再是对应的关系，而是存在一个最佳值，说明该高反膜可以用于全固态355 nm激光器中的反射镜。
表面光学 薄膜光学 355 nm紫外激光器 离子束辅助电子束 激光损伤阈值 三波长高反膜 光谱编码型穆勒矩阵测量技术具有测量速度快、结构紧凑、低损耗、无移动部件等优点，单次测量可获取穆勒矩阵全部元素。其主要原理是采用一组特定厚度比例的相位延迟片，将样品的穆勒矩阵元素调制到光谱的频率通道上，再通过光谱的傅里叶变换解调出穆勒矩阵。其中相位延迟片的厚度或延迟量误差将导致解调的穆勒矩阵元素产生较大误差。本文通过理论推导得到具有延迟量误差的光强一般表达式，并详细地推导了利用单一样品求解得到延迟量误差的过程；利用单一样品求解延迟量误差可以避免不同样品对初始相位的影响，提高延迟量误差求解精度；还对穆勒矩阵测量中延迟量误差的影响进行了仿真，并实验验证了误差标定以及补偿方法的可行性。
基于纠缠交换，提出了一种利用V-型三能级纠缠原子系统与纠缠双模腔场部分相互作用产生最大纠缠态的方案。在该方案中，只需测量单个原子态而无需联合测量，就能实现初始没有任何相互作用的原子与腔场间的纠缠。在原子与腔相互作用过程中，腔只被虚拟激发且腔和原子之间无能量交换，因此大大放宽了系统对腔品质的要求。结果表明，当原子与腔场之间的相互作用时间为
量子光学 量子纠缠 大失谐 纠缠交换 保真度 为了表征典型卫星表面材料的近红外偏振特性，基于微面元模型并综合考虑镜面散射及漫散射来描述目标表面的反射特性，引入镜面系数及漫反射率来明确两种反射对偏振度的影响，并考虑实际粗糙材料表面存在的遮蔽效应，建立一种更完善的多参量偏振双向反射分布函数模型，进而推导出适用于粗糙材料表面的光学反射偏振度表达式。对典型卫星表面材料进行近红外偏振实验，采用遗传算法从实验数据中反演卫星表面材料的多参量数值，进而得到偏振信息仿真曲线。结果表明，该多参量偏振双向反射分布函数的仿真值与实验测试值能够较好的吻合，不同卫星表面材料的近红外偏振特性有较大分布差异。
散射 双向反射分布函数 散射偏振 近红外反射偏振特性 偏振度 提出一种基于单光路偏振复用技术的微波瞬时频率测量方案。该方案仅需要一个双偏振-双驱动的马赫-曾德尔调制器来提供受激布里渊散射所需的泵浦光与探测光。与现有的双路布里渊散射方案相比，本方案结构简单，系统体积明显减小，泵浦光与探测光干涉稳定且可控，且系统的稳定性增强了。待测微波信号经过载波抑制双边带调制后作为泵浦光，扫频探测信号经过相位调制后作为探测光，利用受激布里渊散射效应实现从相位调制到强度调制的转换。通过建立扫描频率与输出光功率的映射关系，实现了微波信号瞬时频率测量。此外，建立了理论模型和仿真模型来分析泵浦光波长抖动、直流偏置点漂移、电移相器相位漂移，以及泵浦光、探测光偏振状态偏移对频率测量精度的影响。研究结果表明，该方案可以实现30 GHz以上微波信号的频率测量，且最大绝对测量误差不超过30 MHz，相对测量误差低于2%。该方法通过增大扫频探测信号的扫描范围和调制器的调制频率范围，可进一步扩展频率测量范围，在低成本、宽频谱的雷达侦测领域具有良好的应用前景。
散射 微波光子学 微波瞬时频率测量 双偏振马赫-曾德尔调制器 受激布里渊散射 本文通过测量30~100 mmol/L低浓度
光谱学 红外吸收光谱 基线调整 Kramers-Kronig关系 摩尔吸光系数 经典短波通膜堆（0.5LH0.5L）n会由于薄膜的折射率不均匀性而产生半波孔现象。在进行膜系结构设计时，通常将薄膜假定为均匀折射率材料，当薄膜的光学厚度为1/2中心波长时，薄膜可被视为虚设层。而在实际制备时，薄膜的折射率通常存在一定的不均匀性，薄膜的光学厚度与设计值不符，从而产生半波孔。对薄膜的基本周期结构进行了优化，优化后的膜系结构在半波处的光学导纳不再受折射率不均匀性的影响。在此基础上，设计并制备了倍频分离薄膜，有效消除了半波孔现象，理论和实验光谱曲线具有很好的一致性。
薄膜 短波通滤光片 半波孔 导纳 折射率不均匀 为研究现有CIECAM02和CIECAM16色貌模型对个体观察者颜色分辨的计算性能，选用了5个光谱功率分布不同的照明光源和GretagMacbeth ColorChecker标准色卡的24个颜色，代入208套个体观察者颜色匹配函数，量化计算不同观察者的色觉差异。两个色貌模型中，对于所有选用的照明光源和颜色中心，个体观察者与标准观察者CIE1964的CIECAM-UCS色差平均值相同，均为1.29。同时，两个色貌模型中，观察者间离均色差表现较为一致，在白光LED光源下观察者间差异性相对较大，且在蓝色中心处获得最大值，为2.49（2.32），表明在该观察条件下，不同观察者间颜色感知偏差较大。研究结果可为色貌模型的修正提供基础数据和计算依据。
视觉光学 CIECAM02 CIECAM16 颜色匹配函数 色觉差异 