可时序控制的激光功率稳定系统

在锶原子光晶格钟实验中,为了应对多变的实验环境和复杂的实验需求,使得某些光路中的激光不仅能够保证功率稳定,还可以进行时序性调控,采用了声光调制的方法,基于声光晶体的衍射效率随加载于其上的射频功率变化而变化这一原理,建立了一套反馈控制系统,实现了激光功率的主动稳定以及功率设定值的时序性可控。结果表明,在该系统中激光会根据时序控制信号稳定地工作在控制范围内的任意功率强度上,与无功率稳定的状态相比,激光功率的稳定度从10-2量级提高到了10-4量级。该系统的特点在于能够对功率进行稳定的时序控制。

基于灰度共生矩阵的激光散斑评价方法

为了抑制激光成像中的散斑噪声,采用灰度共生矩阵构建了激光显微散斑分析评价系统。系统采用波长为405nm的激光作为显微系统光源,利用电压驱动音圈电机振动样品对激光散斑噪声大小进行控制,同时采用CCD图像传感器采集不同驱动电压下的激光散斑噪声。通过对散斑噪声的角二阶矩、对比度、熵和逆差距特征参量的分析,较好地表征了激光散斑噪声的变化。结果表明,灰度共生矩阵方法可对激光显微成像中的散斑进行评价。

一种激光打标中TrueType字体轮廓直线逼近优化算法

为了提高激光打标系统中矢量文字的打标效率,通过分析True Type字体轮廓结构和Bezier曲线的性质,给出一种True Type字体轮廓直线逼近优化算法,并进行了理论分析和实验验证。该方法首先根据de Casteljau递推算法对True Type字体轮廓中的Bezier曲线进行定比分割,然后用首尾控制点连线代替曲线,最后对逼近线段进行插值处理生成打标数据,并对比了直线逼近轮廓与标准True Type字体轮廓。结果表明,该算法在满足精度的条件下,计算过程简单、生成的节点数少,提高了矢量文字的打标效率。

紫外激光加工陶瓷刀具表面微织构的实验研究

为了得到紫外激光在陶瓷刀具表面加工微织构的过程中,激光能量密度、扫描速率、扫描次数和频率对微沟槽尺寸的影响规律,采用单因素实验方法进行了紫外激光加工陶瓷刀具的工艺实验,确定了使用355nm波长紫外激光器在陶瓷刀具表面加工微织构的合理参量。结果表明,在陶瓷刀具上加工出合适微织构,可提高陶瓷刀具性能并延长寿命。

厘米级空间碎片天基高灵敏度光学探测载荷

随着人类空间探索活动的增多，太空中因人类活动造成的空间碎片数量急剧增长，这些空间碎片对在轨航天器的安全威胁日益增大。地基观测系统由于受到大气和布站范围的限制，探测能力有限。天基光学探测因不受地面限制，具有全天候、全天域、小尺度空间目标探测等优势，目前已经成为国内外研究热点。根据对空间碎片目标特性的研究，义中分析了小尺度空间碎片探测的难点，提出了基于光子级探测器的载荷方案。对载荷的关键指标进行了设计，仿真分析了载荷的探测能力，并通过与基于CCD探测器的载荷方案进行简要比较，阐述了基于光子级探测器的高灵敏度光学探测载荷的优势和未来应用方向。

高斯激光辐照焦平面探测器温度场分析与仿真

为了研究激光辐照焦平面探测器的温度效应,采用ANSYS有限元软件建立高斯脉冲激光辐照锑化铟红外焦平面探测器的3维结构分析模型,并对该探测器3维温度场效应进行了研究。结果表明,激光辐照下,探测器最大温度出现在最上层的锑化铟芯片上,探测器最大温度达到锑化铟芯片熔点温度798K时,将会引起探测器的热熔融损伤,且熔融损伤阈值受到脉宽、光斑半径等激光参量的影响;高斯脉冲激光辐照下,探测器中各层材料的温度场分布呈现出非连续的高温极值区域,其主要原因是位于锑化铟红外焦平面探测器中间层相间分布的铟柱和底充胶具有迥异的热学性质,并且造成探测器温度场云图中锑化铟芯片、底充胶与硅读出电路高温极值区域形成类似于互补的高温分布。这为进一步研究温升效应引起的应力场分布、提高探测器激光防护性能提供了重要的理论分析依据。

超快激光制孔辅助吹气优化的仿真与实验研究

同轴吹气结构辅助吹气对飞秒激光深孔加工效率有着重要影响,但在加工过程中存在排渣效果较差等情况。为了提升排渣能力,采用ANSYS CFD软件分别仿真了同轴吹气、旁轴吹气以及双路吹气的流场分布,并设计双路辅助吹气实验平台,进行了理论分析和实验验证,取得了微孔内部及周围的动态流场和流速矢量分布,以及同轴、旁轴和双路吹气结构辅助下微孔加工后孔口形貌。结果表明,双路辅助吹气不但可以提升加工效率,同时也有助于工件表面洁净度的提升,对飞秒激光高效深孔加工的实现有着重要意义。

具有收缩出口结构的新型循环流化床锅炉的试验研究

通过在冷态循环流化床模型上进行的大量试验研究 ,提出了强化循环流化床锅炉出口端头效应的方法 ,分析了收缩出口结构可以强化循环流化床锅炉出口端头效应的机理。试验结果表明 :收缩出口结构的收缩度对循环流化床锅炉流动特性和传热特性的影响存在一个最佳值 ,一般最佳收缩度与循环流化床锅炉当量直径之比为 0 .5。这一新发现对循环流化床锅炉的设计和运行有着重要的意义。图 9参

紧凑型光谱薄膜测厚仪的研制

为了开发一种用于测量各向同性均匀薄膜介质厚度的紧凑型薄膜测厚仪,采用了共光路垂直入射设计,利用薄膜干涉原理,通过非线性优化算法对反射光谱进行了拟合,反演计算出了薄膜样品的厚度。采用该仪器测量部分Si O2/Si薄膜样件,测量结果与商业椭偏仪测量结果之间的相对偏差小于0.5%,而单次测量时间仅为70ms。结果表明,该薄膜测厚仪具有对测量距离不敏感、光路简洁、结构紧凑及重复性精度良好等优点,对实现在线实时测量功能具有积极意义。

基于光束传播法的偏芯光纤传输特性研究

偏芯光纤由于纤芯偏离中心轴线,其光纤传输特性与传统光纤不同。本文对常用的光纤传输特性数值模拟方法及其优缺点进行了分析比较,确定采用光束传播法对偏芯光纤的光传输特性进行研究。建立了偏芯光纤的理论计算模型,分析了偏芯光纤对应的模场分布特性。推导出偏芯光纤倏逝波的表达式,当纤芯距离包层外表面非常近或贴近外表面时,可利用倏逝波进行光学传感。运用RSoft软件中的Beam PROP模块对偏芯光纤进行了光学结构建模。基于光束传播法,对偏芯光纤中的模场特性及光功率特性进行了仿真分析,并得到了基模有效折射率和双折射与偏芯距离的变化关系。

激光大尺度3维动态聚焦扫描加工系统研究

为了满足激光3维微加工不断提高的精度要求、不断增大的加工尺寸范围,以及加工效率的上升需求,采用理论分析和计算结合的方法,研制出由动态聚焦镜和2维扫描振镜组合的动态聚焦系统,与高精度X-Y-Z 3维高精度工作台集成为一台激光大尺度3维动态聚焦扫描加工设备。设计了焦距为100mm、视场角±15°、光阑口径7mm、后工作距137mm、相对畸变小于0.5%的远心f-θ镜和入光口径8mm、光学杠杆比1∶8、后工作距800mm±40mm的动态聚焦镜系统,并使用ZEMAX软件对系统关键光学部件动态聚焦镜和远心f-θ镜进行光学设计及系统性能评价。结果表明,通过工艺控制软件分层拼接,实现了460mm×310mm×50mm大尺度3维动态聚焦的高精度紫外激光微加工功能,在该3维扫描范围内,激光聚焦光斑直径始终保持小于10μm,从而满足大尺度激光3维精密微加工需求。

长春市民用燃气余热回收利用监测及节能控制模型研究

解决长春市燃气余热回收利用的问题,提出一种民用燃气余热回收利用监测及节能控制方法。该方法首先依据能量守恒定律确定燃气余热回收装置的平衡关系,以燃气低热值为基础,燃气余热的回收利用节能进行改造后的总效率为燃气利用效率与余热回收利用装置的燃气利用节能率之和。通过燃气余热回收装置温度的变化来判断高温烟气与工件间的热气交换程度,并及时调整燃气的输出量,完成对燃气的输出量进行最优化的余热回收利用监测及节能控制。实验证明,所提方法能有效地提高燃气回收利用率及节能效率。

一种提高激光陀螺惯导系统精度的方法

为了获得优于0.1n mile/h水平的高精度激光陀螺惯导系统,对控制系统绕单轴转动来补偿陀螺误差的方法进行了研究。分析了补偿的原理,并利用通用的精度为0.4n mile/h左右的机抖激光陀螺捷联惯导系统进行了实物实验,实验结果证明采用单轴转动的方法可使系统定位精度提高到1n mile/24h的水平。

单芯光纤与双芯光纤的耦合方法与耦合机制

通过将单芯单模光纤与双芯单模光纤熔接后在熔点处进行熔融拉锥,实现了单芯光纤到双芯光纤的功率耦合,解决了由于双芯光纤特殊结构引起的与光源、单芯光纤等直接耦合及监测所存在的问题。对单芯单模光纤与双芯单模光纤的耦合理论进行了研究,基于直接耦合理论与弱耦合理论建立了单芯单模光纤与双芯单模光纤的耦合方程,并就影响耦合光功率的因素进行了讨论。结果表明该理论分析方法能够有效地描写单芯光纤与双芯光纤耦合过程中光波的行为特征。