基于旋转GAUSS曲面体热源模型的激光焊接热过程的数值模拟

利用旋转GAUSS曲面体新型热源模型,忽略深熔激光焊时小孔对传热的影响,建立了移动激光热源作用下的三维数学模型。采用PHOENICS3.4软件,模拟了SUS304不锈钢深熔激光焊接热过程的温度场和熔池熔合线形状,得到了激光深熔焊接时的温度场分布规律和“钉头”状的熔池形状,数值模拟结果与实验结果基本吻合。

一种顾及随机误差的地面三维激光扫描仪自检校方法

系统误差作为点云数据中的非随机项,使得扫描结果具有累积作用,对结果质量的影响尤为显著。因此,提出一种地面三维激光扫描仪系统误差自检校方法,该方法同时考虑了系统误差和随机误差对扫描结果的影响。在随机模型方面,基于测角和测距精度对观测值进行加权,并利用方差分量估计理论实现不同类型观测值的后验估计。仿真实验和实测数据验证表明,该方法能有效提高未知参数的解算精度,且经过系统误差和随机误差改正后,可获得更接近真实值的目标坐标,相较于常规自检校方法具有更高的准确性和精度。

激光光束对光幕测速系统的影响

在高精度速度测量系统中,激光光束截面形状以及光强分布影响测量结果,基于激光光束的高斯模型,计算出关于出射轴线对称的规则和非对称激光束光强变化率随位置变化的曲线,推导出设置阈值电压的最佳位置,并计算出在最佳位置处设定比较阈值对光幕测速系统的影响,提出在激光光束前添加狭缝压缩光束宽度的方法,相对距离误差减小为0.003 8%,误差减小了61.2%.

机载激光雷达海洋探测的模拟研究

通过建立光传导的Monte Carlo模型和唯像理论模型,对激光在海水中的传输进行了模拟,把最大测深随海水衰减系数的变化和光斑大小与测深的关系进行了深入研究,得出了唯像模型适用于远海岸的清洁水,而Monte Carlo模型在近海岸的浑水中比较符合,并通过光斑分析了激光水下能量的分配,分析了正在研制的机载激光雷达测深系统,论证了系统的可行性。

高斯光束特性实验研究

提出了2种在激光原理实验教学中,测量高斯光束特性参数、研究高斯光束变换规律的装置和方案。①利用刀口法直接测量氦氖激光器后方,不同位置高斯光束光斑半径,对测量数据进行最小二乘法拟合,可得束腰半径、束腰位置、远场发散角及衍射倍率因子;②利用刀口法测量高斯光束经辅助透镜变换后,辅助束腰两侧不同位置的光斑半径,对测量数据进行最小二乘法拟合与计算,可确定光束经透镜变换后,光束的束腰半径、束腰位置、衍射倍率因子及远场发散角,再利用高斯光束变换规律,可以获得光束经透镜变换前,高斯光束的束腰半径、束腰位置、衍射倍率因子及远场发散角。2方案测量结果基本符合,测量结果和谐振腔理论符合较好。

基于轴棱锥带平面耦合输出镜的贝塞尔-高斯谐振腔

从较直观的概念出发,设计基于轴棱锥带平面耦合输出镜的贝塞尔-高斯谐振腔。应用Fox-Li数值迭代法对谐振腔横向光场模式进行较严格的分析,同时采用数值积分的方法,由输出镜面上光场采样点的数值直接模拟腔外输出光场分布情况。数值模拟结果与理论结果比较表明,该谐振腔的主模式与零阶贝塞尔-高斯光特征相似。针对实际中腔长可能并不严格地与最初设计腔长一致,讨论了腔长变化对谐振腔主模式分布的影响,发现当腔长变化较小时,谐振腔的横向模式特征基本保持不变。利用Nd:YAG激光器设计贝塞尔-高斯谐振腔进行实验,光束分析仪记录的输出光强横向分布与理论预期基本一致。

超高斯啁啾脉冲中里德堡钾原子的相干激发

采用含时多态展开方法(TDML),对超高斯频率啁啾的激光场中的里德堡钾原子布居数相干迁移进行了计算研究,结果表明:在合适的激光参数下,采用超高斯啁啾脉冲可以实现布居数在量子态间的有效跃迁.通过对该体系动态Rabi频率的分析,得出:实现布居数囚禁的关键不在于具体Rabi频率的大小,而在于实现Rabi频率的适时跳转.

水下激光光束空间分布特性的实验研究

对高斯光束在不同水体中的传输特性进行了初步实验研究，分析了水体衰减系数对传输特性的影响。实验结果显示，高斯光束在水中不同传输距离处横截面上的光强径向分布仍然可以用高斯函数来描述；高斯光束在水中的光斑半径大于在空气中的，而且水体衰减系数越大，光斑半径扩展得越大；高斯光束在水中的光斑中心光强比空气中的衰减得严重，而且水体衰减系数越大，衰减得越快；高斯光束在大约2～3个衰减长度处光斑光强近似均匀分布。

高精度激光准直系统的研制与分析

阐述高精度激光准直系统的总体构成及特点,着重分析高斯激光束经过薄透镜的变换规律、最佳准直区域以及激光准直光学系统的设计思路。给出系统光电接收转换元件的主要技术参数、直线度误差测评软件的设计方法和用于高精度激光准直系统实现直线度误差的静态、动态测量方法和直线度误差的主要评定方法。利用开发的测评软件,对系统进行了实验测试,给出了实验结果,并对该系统的应用作了展望。

正弦脉冲激光热弹激发超声应力脉冲特性研究

应用一维热传导方程和纳维叶-斯托克斯(Navier-Stokes)方程,采用简化的正弦脉冲波形模型对激光激发产生的超声应力脉冲进行理论研究,分别得出弱吸收试样表面是钳紧或自由情况下应力脉冲的表达式。结果表明表面钳紧时应力脉冲是单极性的,自由时是双极性的,应力脉冲宽度远大于激光脉冲宽度,应力脉冲极值的幅度随着厚度的增加而逐渐减小,更加接近真实的斜高斯(skew-Gaussian)激光脉冲,且更具有普遍性。

重复脉冲激光辐照光学材料的热力效应

在建立高斯型重复脉冲激光辐照光学材料模型的基础上,得到了圆柱型光学材料的二维温度场和热应力的解析解·以K9玻璃为例,通过数值计算得到同条件下重复脉冲激光对光学材料的损伤阈值·研究表明:在高斯型重复脉冲激光辐照下,损伤阈值受到脉冲数目、宽度、重复频率以及脉冲激光光斑半径的影响,多数情况下K9玻璃会发生热应力损伤·

一种计算水下高斯光束远场光强分布的方法

在平行细光束水下传输的唯像模型基础上,通过对自由空间中高斯光束光强分布规律的分析,将高斯光束分解成多条平行细光束,推导了计算水下高斯光束远场光强分布的数学模型,分析了光强随水体衰减系数、传输距离、散射角变化的规律,并进行实验验证。计算与实验结果基本吻合。

激光聚焦扫描扇区掩模制作光电码盘新方法

为了改进光电码盘的制作工艺,提高效率,降低成本,提出了一种光电码盘的光刻方法。通过计算机控制激光聚焦扫描扇区掩模制作来选择扇区掩模的码道,采用光学光刻的方法制作码盘,取消了传统码盘光刻的精缩物镜和穿孔带。同时,扫描光斑远大于直写光斑,大大提高了加工效率。阐述了高斯光斑的腰束半径与扫描步距的关系,分析了扫描场能量分布的不均匀度,并给出了曝光实验的光刻效果。结果表明,该方法能够满足光电码盘的制作要求,成功地取代了光电码盘的传统制作方法,具有很好的工程应用前景。

连续激光辐照GaAs材料损伤的数值模拟计算

基于热传导理论,构建了高斯分布的连续激光辐照GaAs材料的二维轴对称非稳态物理模型,且利用多物理场直接耦合分析软件COMSOL Multiphysics求解热传导方程得到了材料表面温度分布曲线以及光斑中心处温度沿厚度方向分布曲线,并得出GaAs材料的分解损伤时间与入射光功率密度的关系曲线.研究表明,在连续激光辐照下,GaAs材料可能会发生分解损伤,激光功率越高,材料被破坏所需的时间越短.理论计算结果与相关的实验结论一致,说明所建立的激光辐照效应模型具有科学性.

不同形状连续激光辐照皮肤组织温度场数值模拟

本文基于生物组织热传导方程,分析了连续平顶型激光和连续高斯型激光辐照皮肤组织的热传递规律,建立了更为接近细胞尺寸的三层皮肤组织模型,采用有限元方法对两种不同形状激光作用于皮肤组织时产生的温升情况进行了数值模拟,仿真研究了不同作用时间、不同表面距离和不同深度的皮肤组织温度场分布。结果表明,相同条件下,由连续平顶型激光在组织内部产生的最高温度明显小于高斯型的,主要原因是平顶型激光能量分散,而高斯型能量相对集中。连续高斯型激光辐照组织后产生的温升区域面积和穿透深度均较大,撤去激光后达到初始温度的冷却时间也相应较长。

氧碘化学激光器废气排放污染评价

氧碘化学激光器运行过程中会将氯气、碘蒸气等有毒有害物质排入大气,对工作场所空气质量和人员健康存在安全隐患。采用点源扩散的高斯模式,建立了小风条件下氧碘化学激光器废气的扩散模型,结合工作场地人员分布情况,计算得到激光器废气排放后15min内,距地面1.5m高度、距排放点500m范围内废气中有毒成分氯气和碘的质量浓度空间分布。根据质量浓度空间分布情况,选取采样点,以Na_2SO_3溶液作为吸收液对氯气和碘进行了同时采样,并采取离子色谱测量了吸收液中氯离子和碘离子的质量浓度。结果表明:氧碘化学激光器废气排入大气后,氯气质量浓度最高为0.200mg/m^3,碘蒸气质量浓度小于检测方法的检出限0.030mg/m^3,低于国家职业卫生标准规定的最高容许质量浓度限值1mg/m^3。

啁啾激光场中钾原子的激发

采用含时多态展开方法研究了高斯啁啾激光激发钾原子布局数跃迁的动力学过程,得到了不同激光脉冲强度、频率啁啾场中里德堡钾原子布局数跃迁,实现了布局数向目标态的跃迁.

强激光辐照光学材料的热力效应研究

在建立强激光辐照光学材料物理模型的基础上 ,采用解析解的形式计算了高斯型连续激光照射圆柱形靶板的三维温度场以及相应的应力分布。分析了高斯光束作用时 ,环向热应力最大值及其作用时间的关系 ,指出三维时 ,“热扩散长度”的概念不再适合。通过数值分析给出了与特定参量相对应的拟合公式 ,并计算出相应的损伤阈值。对理论计算与实验结论进行了比较 ,验证了理论模型的合理性。

CCD测量光束质量的方法研究

CCD测量激光光束质量时,所测光束强度空间分布常存在饱和失真和边缘失真,而采用计算机图像处理技术对激光光束进行高斯拟合,可将其饱和失真部分很好的拟合出来.使用高斯滤波器,对其图像边缘进行平滑处理,再多次通过数值计算得到其拟合函数,对其进行最优拟合.由于计算值与实验值一致性好,采用本实验装置和数值与图像的处理方法即使在发生较严重的饱和失真和边缘失真时,仍能准确的测量激光光束质量.最后,对用CCD测量激光光束质量还需要解决的问题及测量时引起误差的主要原因做了总结.

一种用于曲面快速测量的激光片光源的研究

与快速成形技术有关的自由曲面快速反求工程中 ,测绘曲面所用的被称为光刀或片光的细长光条的质量是至关重要的。介绍一种应用柱面反射镜单向扩展光束形成激光片光的方法 ,并根据常用 He— Ne激光为高斯光束的特性 ,应用长焦距透镜压缩其发散角 ,使激光片光具有很大焦深。激光光强的高斯分布使光刀宽度的中心具有极大值 ,使得片光的质量具有优良的特性 ,非常容易实现 ,并有利于摄像机采集。介绍了这种片光源的工作原理、片光的性能及采取的技术措施。