高重复频率干扰激光器被激光导引头精确探测是高重复频率有效干扰的必要条件,因此基于激光导引头探测性能研究高重复频率干扰激光器至关重要。采用计算分析的方法研究导引头虚警概率和探测概率,得出:当阈噪比TNR为3.5时,虚警概率Pf约为0.02%;当阈噪比TNR为3.5且被检测信号在导引头入瞳处的功率密度为导引头探测器门限值的1.9倍时,探测概率Pp约为99.92%。基于探测概率研究高重复频率干扰激光器的激光导引头探测概率Pp与高重复频率干扰激光器参数(平均功率P1、脉冲发射频率f、脉冲宽度τ)、激光导引头参数(探测器门限值Pth、阈噪比TNR)以及作用距离R之间的关系,并结合应用背景通过MATLAB软件进行仿真分析。

分离式终端光学系统(FOA)的光学元件多,输出能量高,鬼像分布复杂,给FOA的鬼像分析带来很大的挑战。利用Zemax结合自主研发软件Ghost对分离式FOA的鬼像分布进行优化设计,建立针对真空窗口和屏蔽片的角度及其与聚焦透镜的间距对FOA中鬼像分布影响的分析模型,经仿真计算得到两种适合于分离式FOA的鬼像分布方案,对比其优缺点,最终确定合理的分离式FOA鬼像分布设计方案。

为提高酒精检测系统的信噪比,根据比尔-朗伯定律确定双通窄带滤光片的技术参数;根据技术参数在Si基底上采用双面拆分法设计窄带滤光片,建立折射率渐变模型确定反演系数,实现膜层的准确控制。采用真空室原位退火法提高膜层聚集密度,降低膜层应力,进而提高膜层附着力,稳定膜层光谱性能;制备的膜层能够满足在(1392±10) nm和1530~1570 nm波段透射率大于90%,400~1350 nm和1600~1800 nm波段透射率小于1%,在1410~1515 nm波段透射率小于30%的要求。

设计了一种高功率的固体皮秒脉冲激光放大器。采用增益介质为Nd∶YAG材料的传导冷却端面泵浦板条放大器结构设计,通过板条结构多角度放大,实现对皮秒脉冲激光的四程放大。分析板条端面切角与激光入射角度的选取对填充因子以及激光功率放大的影响。最终实现了在种子光重复频率为100 kHz、激光脉冲宽度为9.6 ps的工作条件下,系统输出激光功率为103 W,单脉冲能量为1.03 mJ。

针对目前的望远镜指向误差修正模型难以满足激光测距系统实现空间碎片精确探测的要求,提出采用遗传(GA)算法和列文伯格(LM)算法优化的后向传播(BP)神经网络模型修正望远镜的指向误差。按照俯仰角对方位角等间隔分区的方式在测站的半球面天区内观测了102颗恒星,并利用这102颗恒星观测数据进行建模,同时在次日观测12颗恒星验证所建模型的精度。结果表明,所建模型在方位和俯仰方向上的精度分别达到1.94″和1.12″。将GA算法和LM算法优化的BP神经网络模型应用到空间碎片和空间合作目标的探测实验中,结果表明,在利用激光测距技术探测空间合作目标和空间碎片时,望远镜的指向精度在方位和俯仰方向上分别达到1.89″和1.21″以及2.06″和1.46″,因此所建模型在提高望远镜指向精度的同时,对提高空间碎片的探测成功率也具有重要意义。

为产生高性能微波频率梳(MFC),基于级联马赫-曾德尔调制器(MZM)光学回路系统,提出一种利用光梳外差法产生可调谐MFC的方案。将连续光通过耦合器注入到级联MZM光学回路中调制,最终产生光学频率梳(OFC),再将生成的OFC在光电探测器中拍频获得MFC。对该方案建立了理论模型,利用光通信系统设计软件Optisystem研究了光源功率、光源线宽和射频驱动信号(RF)频率等参数对输出MFC的性能的影响。结果表明,合理地调节光源、RF等器件参数,可以获得带宽为300 GHz、平坦度为0.12 dB、功率达22.49 dBm的MFC。该方案结构简单,易于实现,通过调节RF信号的频率,就可以得到梳距可调谐的MFC。

报道了一种激光二极管阵列双端双程抽运Yb∶YAG板条激光器。基于抽运光在晶体中的吸收特性,建立双端双程抽运与双端单程抽运结构的抽运分布模型,理论分析了双端双程抽运的优点。在抽运光重复频率为400 Hz、脉宽为1 ms、单脉冲总能量为12 J的条件下,利用偏振复用技术实现双端双程抽运板条激光器,获得单脉冲激光的输出能量约为6.13 J,光-光转化效率约为50%。与具有相同掺杂浓度以及相同抽运光吸收效率的双端单程抽运方式相比,双端双程抽运的输出激光能量更高,转化效率更高,稳定性更强。理论分析与实验结果证明双端双程抽运方式有利于进一步提升激光输出的能量与效率。

为提高激光上下能级的粒子反转速度,采用具有高声子能量的YAG晶体作为掺杂基质,通过多声子弛豫的方式加速 6H13/2能级的粒子数消耗;同时引入与激光下能级能量相近的Tb 3+离子,实现Dy 3+∶ 6H13/2与Tb 3+∶ 7F4之间的共振能量转移,成功地减小了 6H13/2的能级寿命,首次获得了582.1 nm的黄光激光输出。通过对比Dy∶YAG与Dy-Tb∶YAG的荧光光谱,分析了Tb 3+离子掺入对激光上能级寿命的影响。

为了满足分布式光纤拉曼温度传感(RDTS)器对前级光源的需求,采用主振荡功率放大(MOPA)技术,研制了一台中心波长为1550 nm的全光纤脉冲激光器。激光器的光纤放大器分为两级结构,采用前向抽运方式。光纤脉冲激光器的输出峰值功率在0~10 W范围内可调,线宽为0.32 nm,信噪比大于25 dB,且输出光脉冲的脉宽、频率均可调节。使用自制的光纤激光器进行2 km基于拉曼散射的光纤分布式测温实验,解调的温度信号具有不大于±1 ℃的测量精度,并且测温周期最短可达1.31 s,满足实际运用需求。

增益损耗比是气体激光器的重要工作参量之一,它对激光陀螺的整体设计和实际性能有很大的影响。小尺寸环形气体激光器具有较宽的模间隔,为这一参数的测量提供了便利。根据理论推导,得出增损比的简化计算公式。提出一种测量增损比的实验方法,并对大批量的激光器进行实验研究。实验结果表明,在现有的高水平光学加工工艺和调腔精度下,环形激光器的平均增益损耗比已经达到3.55。

在使用高功率激光装置进行物理实验时,高精度时间同步的时标系统是实现物理过程精确诊断的必要条件。为了满足物理实验需求,该系统采用任意波形发生器输出信号时分复用结合高速电光调制的技术方案,同源产生了主激光、时标光、电时标和高精度触发信号等多路信号。时标系统共可输出532,355,266 nm三种波长共10路梳状时标光信号及8路梳状电时标信号、两路快前沿高幅值触发信号。时标信号与主激光时间同步抖动峰峰值达到12.80 ps,梳状时标光信号脉冲周期峰值抖动为6.40 ps,接近目前采用的测量系统极限。完成了时标系统在高功率激光装置中的应用演示,满足了诊断设备应用要求;对条纹相机不同扫程进行时间基准标定实验,可有效校准相机大扫程的时间误差。

针对高功率激光系统中传统小工具抛光方式带来的较大中频误差影响高功率激光系统稳定性和可靠性的问题,提出了基于简谐运动的复合摆动轨迹抛光方法,并建立了数控多杆机构复合摆动轨迹抛光系统;根据小工具抛光基本原理可知,规则、有序的平转运动轨迹是引入中频误差的重要原因之一。为了提高生成去除函数轨迹的复杂性,提出了基于复合摆动轨迹的去除函数模型,研究了复合摆动轨迹抛光的基本过程和离散化计算方法;选择合适的工艺参数和去除函数轨迹,进行了基于复合摆动轨迹的去除函数与基于传统平转运动的去除函数的对比加工实验。结果表明:通过干涉仪测量可知,复合摆动轨迹加工方法得到的面形干涉条纹比平转运动的更光顺,且无毛刺;在50 mm×50 mm范围内,复合摆动轨迹加工面形的功率谱密度曲线低于平转运动的功率谱密度曲线,整体加工效果优于传统平转运动;基于复合摆动轨迹的数控多杆抛光系统相对于传统平转工艺能有效抑制中频误差。

采用中空激光光内送粉技术,在异形基面上成形平顶薄壁结构。针对在不平整异形面上采用传统等高分层存在扫描起始端搭接缺陷、效率低等问题,提出了一种随形分层的方法:利用在一定范围内熔覆层高度与扫描速度之间、熔覆层宽度与离焦量之间的线性关系,采用分段变速以达到分段变熔高的方法使基底低点变高,从而在异形基面上逐渐堆积出平顶结构。检测结果表明:基面与层间实现了冶金结合,成形的薄壁墙顶面基本平整,最大绝对误差在0.2 mm左右,尺寸误差在8%以内;成形区域的组织致密均匀,无明显的气孔、裂纹等缺陷,显微硬度为685~720 HV。

以聚十二内酰胺(PA12)和羟基磷灰石(HA)为实验材料,采用选择性激光烧结(SLS)技术成形具有优良力学性能的PA12/HA复合材料多孔支架。首先,利用响应面法得到最佳的工艺参数组合,并运用该参数组合成形PA12/HA复合材料多孔支架;然后,在L9(3 4)正交实验的基础上,研究了孔型、孔隙率和HA比例三因素对多孔支架力学性能的影响。结果表明:SLS最优工艺参数组合为激光功率27.5 W、扫描间距0.12 mm、扫描速率1500 mm/s;不同因素对PA12/HA多孔支架压缩强度的影响程度由大到小依次为孔隙率、孔型和HA比例;当孔隙率为60%、孔型为圆形、HA比例为15%时,压缩强度最大,为8.04 MPa;当孔隙率为80%、孔型为方形、HA比例为15%时,压缩强度最小,仅为0.26 MPa。

采用连续退火工艺对CMnAl-TRIP钢进行处理,获得了不同贝氏体区等温温度和不同等温时间下的钢板样品,结合扫描电镜、电子探针、电子背散射衍射、透射电镜、X射线衍射等检测手段对经不同工艺处理后的钢的组织、元素分布及残余奥氏体进行表征,研究了不同贝氏体等温条件下残余奥氏体的稳定性及其对实验钢塑性和加工硬化的影响。结果表明:不同工艺处理后的实验钢的组织均由铁素体、贝氏体、残余奥氏体及少量马氏体组成;随着等温温度从380 ℃升高到420 ℃,残余奥氏体的体积分数逐渐增大,残余奥氏体中碳的质量分数逐渐增大,强塑积逐渐增大;之后随着温度继续升高到460 ℃,残余奥氏体的体积分数逐渐减小,残余奥氏体中碳的质量分数逐渐减小,强塑积逐渐降低;在等温温度为420 ℃时,残余奥氏体的稳定性较高,实验钢的综合力学性能最优,保温时间为180 s时,残余奥氏体的体积分数为10.7%,残余奥氏体中碳的质量分数为1.069%,实验钢的屈服强度为455 MPa,抗拉强度为681 MPa,断后伸长率为31.7%,强塑积达到了21.59 GPa·%。等温时间延长有利于贝氏体转变,增加残余奥氏体的含量及稳定性,提高TRIP钢的综合力学性能。足够多的残余奥氏体是发生TRIP效应的条件,适当的稳定性是提供持续加工硬化、增大钢塑性的保证。

针对多层单道电弧增材制造侧表面成形检测问题,通过激光视觉传感三维重构系统获取不同焊接条件下焊缝侧表面轮廓深度点云信息,利用RANSAC(Random Sample Consensus)和KNN(K-Nearest Neighbors)点云处理算法提取堆积层侧表面的三维点云。分析多层单道焊缝堆积的层间分布情况,量化堆积层侧表面粗糙度,进而探索堆积过程中焊丝末端与板材间距对堆积层三维成形的影响。研究结果表明,激光视觉传感系统能够准确判断电弧增材侧表面成形情况,三维点云算法可用于电弧增材侧表面的三维重构和特征提取,能够直观地描述和量化堆积层的三维成形特征,为电弧增材制造表面成形检测和量化分析提供了一种新方法。

振镜扫描激光微焊接是激光微焊接的发展方向。采用基模光纤激光器及振镜系统对厚度为100 μm的AISI304不锈钢箔进行平板扫描焊接,对比研究了氩气保护与无气体保护时的激光微焊接工艺,建立了两种条件下激光微焊接的工艺窗口。结果表明:无气体保护时,激光微焊接会产生不稳定过渡区,其产生机理不是热导焊接模式和深熔焊接模式的交替出现,而是氧化导致的深熔焊接过程不稳定;气体保护可以避免不稳定过渡区的产生,并扩大焊接工艺窗口。

采用选区激光熔化(SLM)技术,研究了工艺参数对成形SRR99镍基单晶高温合金裂纹、气孔、显微组织等的影响。结果表明,在激光功率一定的条件下,设置合理的扫描速度、扫描间距、分层厚度可成形高致密度试样。激光体能量密度是影响SRR99合金裂纹和气孔的重要因素。裂纹数量和尺寸随激光体能量密度的增大急剧增加。裂纹大多始于熔覆层的层间交界处,有明显的沿晶开裂特征。激光体能量密度过低时,气孔呈不规则形;随着激光体能量密度增大,气孔形貌向圆形转变。SLM沉积试样组织为微细的枝晶组织,一次枝晶间距随沉积高度的增加略有增大,二次枝晶不发达。

采用激光熔化沉积技术制备了组织致密,无裂纹、无孔洞等缺陷的Ti6Al4V/Inconel625梯度耐高温涂层,通过扫描电镜、能谱仪、X射线衍射等分析技术对梯度涂层的显微组织、成分及相变进行研究。结果表明:随着成分梯度的变化,涂层的显微组织由片层α和β相组成的片层组织转变为等轴组织,且随着镍基合金含量的增多,合金元素数量增多,液相熔池中的溶质浓度增加,成分过冷明显,形核率增大,组织进一步细化;梯度耐高温涂层的相组成发生了如下变化:α+β→α+β+Ti2Ni→Ti2Ni+β→Ti2Ni+CrNi2+γ-Ni,在晶间区域内存在β-Ti与Ti2Ni离析共晶,此外还存在CrNi2相;随着Inconel625含量增加,梯度涂层的硬度增大,当镍基合金的体积分数为100%时,在共析强化和固溶强化的共同作用下,硬度达到峰值855 HV;梯度涂层的硬度主要与β相、Ti2Ni析出物和CrNi2化合物以及溶质元素的含量有关。

复合使用连续激光与脉冲激光对金属靶材的烧蚀效果优于单一的连续激光或脉冲激光。为了给连续激光与脉冲激光复合作用模式的参数选择提供依据,采用试验研究与仿真研究相结合的手段,探究了复合激光时序加载对毁伤效能的影响,结果表明:在施加连续激光的过程中施加脉冲激光的毁伤效果最好;复合激光能显著缩短毁伤时间、增大烧蚀范围,且预热时间越长,造成的毁伤范围越大;复合激光中长脉冲激光能量过大将造成激光能量浪费,合理选择参数,实现连续激光的功率与长脉冲激光的能量匹配至关重要。

化学强化玻璃被广泛应用于电子产品屏幕,但很难被切割加工。利用皮秒激光高峰值功率、超短脉冲及贝塞尔光束长焦深的特点,在化学强化玻璃内加工出一个狭长的改性截面,利用强化玻璃本身的应力与皮秒激光诱导的应力,使强化玻璃精准地沿着改性截面自动断开,并获得了切割速度高达400 mm/s,切割面粗糙度为395 nm的切割分离效果。实验结果表明,影响切割速度和质量的主要参数是单脉冲能量和脉冲改性间距。

采用激光熔覆沉积工艺,在传统TC4合金表面以单道多层的方式熔覆Ti40 (Ti-25V-15Cr-0.2Si)阻燃钛合金。重点研究了不同激光功率下熔覆层形貌特征、成分及显微硬度的演变规律,并建立了不同激光功率下的稀释率及熔覆层过渡区成分的理论预测方法。实验及分析结果表明:TC4基体区与Ti40激光熔覆区交界处存在成分及显微硬度过渡区域,特别是在过渡初期的300~350 μm范围内,4种激光功率下均出现成分及显微硬度的显著变化;当激光功率为1800 W时,Al、V、Cr元素含量及显微硬度过渡得最快;随着激光功率的增大,过渡区尺寸逐渐减小。基于过渡区成分分析及Mo当量计算发现,由热影响区向熔覆区域过渡时,显微组织直接发生α+β→β转变,导致熔覆界面处显微硬度显著降低。

为实现基于超快激光铝板浸润性梯度轨迹上的液滴无泵运输,进一步提高液滴运动速度,利用纳秒激光器在1050铝板上制备出超疏水表面,再通过飞秒激光器在超疏水表面制备出楔形超亲水轨迹。采用接触角测量仪、电子扫描显微镜和傅里叶红外光谱仪测量样品表面的浸润性、表面形貌和化学成分,通过高速摄像机记录液滴在水平面和30°斜面上的运动情况。结果表明:通过激光方法可在铝板上制备出浸润性循环转变的表面,接触角由0°变为164.6°,再由164.6°变为0°;随着超亲水轨迹楔角α由4°变为10°,液滴的最大速度由300 mm/s变为500 mm/s;随着样品的加热环境由空气变为真空,样品滚动角由大于30°降为3.04°,液滴的平均速度由50 mm/s变为100 mm/s。增大轨迹楔角或降低超疏水表面黏附力,都可以有效提高液滴在浸润性梯度轨迹上的运动速度。

采用激光选区熔化技术成功制备了TiN增强钛基复合材料,并研究了TiN含量对钛基复合材料微观结构、显微硬度和摩擦磨损行为的影响。结果表明:随着TiN含量的增加,α-Ti相衍射峰发生偏移,TiN衍射峰强度逐渐增强,复合材料的显微硬度从纯钛的(228±13) HV逐渐增大到(403±20) HV;当添加TiN的质量分数为7.5%时,复合材料的磨损性能比纯钛提高了29.2%。TiN颗粒的加入使钛基复合材料的硬度与磨损性能显著提升。

针对送粉式激光沉积成形技术,选取不同的Z轴提升量成形316L不锈钢薄壁件,分别检测薄壁件不同区域的微观组织和力学性能,包括晶粒尺寸、重熔深度以及拉伸性能各向异性,并探究了单道熔覆层和薄壁件整体的晶粒形态以及生长方向。根据不同Z轴提升量下的微观组织,分析了薄壁件不同方向上抗拉强度和伸长率的变化规律。结果表明:不同于单道熔覆层,在不同的Z轴提升量下,薄壁件主要以柱状晶为主,并且不同区域的柱状晶的生长方向发生了变化;Z轴提升量与晶粒尺寸之间呈非线性关系;不同Z轴提升量下柱状晶的生长方向和尺寸会影响成形件拉伸性能的各向异性。

研究了氟化钙(CaF2)晶体不同晶面在355 nm脉冲激光辐照下的损伤特性。在7.8 ns脉冲激光辐照下,测量(100)、(110)和(111)三种不同晶面样品的损伤阈值和损伤点形貌,并基于表面热透镜技术测量样品表面的光热弱吸收。实验结果表明:(111)晶面CaF2晶体样品的光热吸收最高,激光损伤阈值最低,损伤形貌表现为熔融坑,并伴随有片层状剥离,说明了(111)面在355 nm激光作用下易解理;(100)和(110)面晶体的损伤形貌同样为熔融坑,但损伤阈值及光热弱吸收与晶面无明确的关联。

采用磁控共溅射方法制备非晶硅银(a-Si∶Ag)薄膜,并对其进行飞秒激光辐照;采用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、积分球、半导体性能测试仪等,对辐照前后薄膜的表面形貌、微观结构以及光电性能等进行表征。结果表明:当辐照能量为300 mJ/cm 2时,a-Si∶Ag薄膜表面无明显的刻蚀痕迹,薄膜中有纳米晶硅颗粒生成,薄膜中的Ag纳米晶长大;当辐照能量为600 mJ/cm 2时,薄膜表面出现明显的刻蚀痕迹,Ag纳米晶进一步长大,然而,产生的纳米晶硅颗粒的尺寸却没有变化;被飞秒激光辐照后,a-Si∶Ag薄膜比辐照前的电阻率更小,同时,薄膜对可见-近红外波段的入射光产生了反射减弱现象。研究结果对基于a-Si∶Ag薄膜的忆阻神经突触器件性能的改善具有积极意义。

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法计算了金红石TiO2(110)纯净表面以及掺杂N、掺杂Rh和N/Rh共掺表面吸附CO分子后的光学气敏传感特性。研究发现:纯净和掺杂表面吸附CO分子后均表现出光学气敏传感特性,其原因是表面氧空位的氧化作用;而N/Rh共掺杂对表面氧化性改善得最多,吸附CO分子后吸附距离最小,吸附能最大,稳定性最好,且易于实现。因此,相比于纯净及单掺杂体系,N/Rh共掺杂表面对气体有更好的光学气敏传感效应,是一种改进TiO2光学气敏传感材料的良好方式。

为获得三维面形的绝对分布,提出一种基于奇偶函数和Fourier级数的三球面面形重建方法。该方法在传统三球面法的测量基础上将测试面旋转90°后再次测量,将待测面面形分解为奇偶函数形式的正交基函数,并对于各正交基函数分别求解。利用实际面形进行算法仿真,面形残差均方根值(RMS)达到1.5λ/1000。将本文三球面法与两球面法、随机球法作比较,残差RMS最大为1.99 nm。针对实验中机构的旋转、平移、倾斜、离焦误差等进行量化分析,最大误差为0.90 nm。本文实现了球面三维面形绝对分布的检测,为多个球面镜的同步全口径检测提供了一种途径。

建立相机镜头主点随旋转装置转动的运动轨迹模型,提出基于2D平面摄像机标定原理的相机镜头主点与转台中心之间距离的测量方法。利用标定得到的相机与设定的世界坐标系之间的平移矩阵来确定相机镜头主点与转台中心的位置关系,用于指导相机的安装。实验验证所提模型和标定方法的可行性。相机镜头的主点过转轴中心时,转台带动相机转动引起的平移矩阵的变化量的标准差为0.0826 mm,这表明所提方法能够用于指导旋转测量系统的安装。

针对如何方便快捷且准确地获取物体完整面形三维点云数据的问题,提出一种利用旋转台参数标定结果辅助实现多视角三维点云粗拼接的新方法。该方法将一个二维标定靶作为坐标系转换桥梁,仅需两个位置的坐标系关系,即可建立转台转角和不同局部测量坐标系之间的非线性模型,实现对多个测量视角下三维点云的粗配准,为最近点迭代(ICP)算法提供了良好的初值,增加了ICP算法的稳健性。实验表明该方法操作简便、快捷、易实现,拼接后点云误差不大于0.12 mm。

阐述了空间光到单模光纤耦合原理,设计了基于快速反射镜结合光纤光电探测器的章动耦合算法,在LabVIEW环境下仿真了光纤端面章动的动态跟踪过程,并进行了激光章动系统耦合实验,实现了静态条件下59.63%的耦合效率,进行了1.65 GHz码速率的视频传输演示与扰动实验,验证了章动耦合算法的有效性与可行性。通过实验与仿真数据结果,分析了章动算法参数中章动半径、收敛步长与章动单周采样点数对耦合性能的影响。结果表明,在光纤端面当章动半径从0.1 μm增加到2.5 μm时,耦合效率与耦合稳定性下降,耦合速率无明显变化,但章动半径过小会导致收敛角度识别误差增大,降低耦合速率;当收敛步长从0.1 μm增加到2.5 μm时,耦合效率与耦合稳定性下降,耦合速率上升;当章动单周采样点数从100减少到5时,耦合效率与耦合稳定性无明显变化趋势,但由于采样点数过少,收敛角度分辨率降低,耦合速率明显下降。

星间高码率光通信系统中由于无法进行光学中继放大,需要高码率、高通信灵敏度的光学接收机。分析了采用掺铒光纤放大器(EDFA)作为光学预放的高灵敏度零差相干接收机方案,并搭建了零差相干通信系统,测试了系统在通信速率为8~10 Gbit/s下的二进制相移键控(BPSK)通信性能。实验表明,此系统在无编码误码率要求为10 -3时,10 Gbit/s BPSK通信信号接收灵敏度约为-48 dBm,距离量子噪声极限仅7 dB,优于已发表的10 Gbit/s零差相干通信系统测试结果。

为了获得一个高灵敏度法布里-珀罗干涉仪光纤磁场传感探头,采用紫外光固化方法在单模光纤端面集成一个弧形磁性聚合物薄膜。利用条形磁铁作为场源,对干涉仪的腔长和折射率进行调制,对干涉峰峰值波长位置进行监测,实现对磁场强度的传感探测。将磁铁分别垂直和平行于传感探头放置,实验测得传感结构的灵敏度分别为46.77 pm·mT -1 和56.37 pm·mT -1。该传感器具有成本低、制作方便、灵敏度高、稳定性好等特点,在生物医疗、信息技术等领域有着广泛的应用前景。

提出了一种改进的级联全光量化方案,以提高全光模数转换器的量化分辨率。通过使用一路附加的被强度调制器调制的标记通道,可实现对超宽带信号的8 bit以上高量化分辨率。利用所提出的方案对20 GHz射频信号实现了数字化,仿真结果表明,其无杂散动态范围可高达53.76 dBc,有效量化分辨率为8.18 bit。

针对时序动作选举任务,设计一种两段式动作候选区域选举网络。第一段将改进的分水岭算法应用于一维时序信号,通过浸水聚类产生多种不同长度的候选区域,实现动作时序边界的粗定位,进而提出一种时序金字塔结构化方法,引入动作片段的上下文信息模块,对候选区域的主体信息和上下文信息进行结构化建模,生成一个增强的全局特征。第二段利用时序坐标回归算法定位动作边界,同时加入动作/背景分类器过滤背景候选区域,得到更加精确的时序边界。整个网络以三维卷积神经网络(C3D)提取的单元级特征进行训练,挖掘了视频时域和空域的丰富语义,在提升算法精度的同时大大提升了训练效率。在两大基准数据集Thumos 14和ActivityNet上进行测试,结果表明,与已有方法相比,两段式视频时序动作选举算法达到了最优平均召回率,可有效提高动作定位的精度。

针对现有从建筑物立面点云数据中检测提取直线段特征的方法存在漏检现象严重和准确程度不高的问题,提出一种基于切片的建筑物立面点云直线段特征提取方法。首先对建筑物点云姿态进行调整,使其走向与Y坐标轴一致,然后沿三个坐标轴方向对点云进行切片并在切片上提取特征点;之后分别对三个方向提取的特征点基于圆柱体生长的方式进行直线段聚类;最后采用残差1范数最小进行聚类特征点的直线段拟合及对直线段端点进行调整和优化。采用多组实验数据对本方法进行验证,实验结果表明:本文方法的直线段提取精度为点云中平均点间距的1/2;与基于平面分割和图像检测的方法相比,本文方法提取直线段的精确率平均提高了2.4%,召回率平均提高了48.1%,可以更加准确有效地从建筑物立面点云数据中提取直线段特征。

将分布式光纤监测技术应用于土体变形监测时,传感光缆与周围土体的耦合性是关键。低围压下光缆-土体变形协调性将严重影响测量数据的准确性。设计了锚固光缆,进行了光缆-土体拉拔试验,探究了低围压下回填料及锚固方式对光缆-土体耦合性的影响。试验结果表明:回填料对光缆-土体耦合性存在明显的影响,黏土含量(质量分数)越高,耦合性越好;低围压下,采用在传感光缆上增加圆片锚固的方式,可以有效增强光缆-土体耦合性,并且随着锚固间距的减小和锚固圆片直径的增大,其耦合性增强。

利用Nd∶YAG纳秒激光脉冲烧蚀硅产生等离子体光谱,通过改变聚焦透镜到样品表面的距离,研究硅等离子体光谱中原子谱线强度和离子谱线强度的变化,主要讨论的谱线为Si(I) 390.55 nm和Si(II) 385.60 nm。结果表明:Si(I)谱线强度和Si(II)谱线强度的变化依赖于透镜到样品表面的距离,随着透镜到样品表面的距离的增大,谱线强度先升高后降低;当样品表面远离焦点时,Si(I)谱线强度高于Si(II)谱线强度;当样品表面接近焦点时,Si(II)谱线强度高于Si(I)谱线强度;激光能量密度升高可使产生的等离子体中更多的原子电离成离子,使得离子谱线强度升高;改变透镜到样品表面的距离能优化激光诱导击穿光谱的辐射强度,同时能优化离子谱线强度与原子谱线强度的比值。

利用超强超短激光光源中激光-等离子体的相互作用,能够产生毫焦耳量级高能量的太赫兹辐射,而这种条件下产生的太赫兹辐射通常是单发的。针对该类型太赫兹辐射提出一种单发测量方案:将太赫兹波分束,用两套独立校准的啁啾脉冲光谱编码探测装置,分别同时测量太赫兹电场在水平和竖直方向上的分量,最终得到太赫兹电场的偏振态。基于所提方案进行了实验验证,用单发测量原理得到了太赫兹辐射的偏振态。实验测得的椭偏度与模型分析吻合,验证了所提单发测量方案的可行性,为单发椭偏太赫兹辐射偏振态的测量研究提供了新思路。