大型工件激光喷丸三维扫描光路系统光斑畸变分析与校正方法研究

激光喷丸工艺系统一般具有固定光路和动态扫描光路两种形式。针对大型工件的激光喷丸处理,动态扫描光路的形式更具优势。在基于振镜系统的动态扫描光路的扫描过程中,激光倾斜于工件入射,将产生超出工艺误差控制要求的光斑形状畸变,影响系统的加工精度。建立了该系统导光光路的数学模型,分析了光斑形状畸变的严重程度,提出了校正思路,设计了两向异焦动态聚焦模块用以校正。仿真计算结果表明:光斑形状畸变基本被消除,校正系统有效可行。

大气湍流环境下光斑中心定位算法研究

以提高通信链路的稳定性为目标,针对传统算法如形心法、质心法等在大气激光通信中定位稳定性较差的问题,提出了一种滑动加权质心定位算法。改进了自适应阈值分割方法,提高光斑定位的精度;对光斑进行去背景噪声处理和中心噪声补偿,最大程度保留光斑有效灰度范围;通过非线性权重质心定位算法进行粗定位,加入滑动补偿机制后实现光斑中心的精定位。对该方法进行了理论及实验验证,结果显示,相比于传统的形心法、质心法、非线性权重质心定位法,本文提出的滑动加权质心定位算法对连续光斑中心的定位步长有不同程度的减小,理论结果最大可以减小21.5%,实验结果最大可以减小11.7%;且在同等面积的光斑中心掩膜内像素总强度更高、综合定位效果更好。

基于网络光纤通信的光斑定位算法研究

为稳定网络光纤通信,提高其精确度,在区别于传统算法的基础上提出了一种滑动加权质心定位算法,其基本原理是对网络光纤通信光斑进行去噪处理并进行中心噪声补偿,以保留光斑原始有效灰度范围,对其进行非线性权重质心定位算法。实验结果表明,在同等面积的光斑中心,其像素强度更高,定位精确度更好。

基于改进型粒子群优化算法的畸变光斑校正仿真研究

相干探测激光雷达作为一项重要的光学探测技术,在实际应用中面临着大气湍流的影响:大气湍流会导致光斑发生畸变,从而降低探测性能。为解决这一问题,笔者提出了基于改进型粒子群优化算法的畸变光斑校正方法。该方法通过引入Metropolis准则以一定的概率接受劣质解,达到了更高的收敛极限。另外,改进型粒子群优化算法对惯性参数的取值不敏感。对于不同的惯性参数,随着迭代次数增加,所提算法最终都能够达到相同的收敛极限,这说明改进型粒子群优化算法的鲁棒性较好。在中强湍流和强湍流下,对比分析了随机并行梯度下降(SPGD)算法、粒子群优化(PSO)算法和改进型PSO算法的校正结果。仿真结果表明:在收敛速度方面,SPGD算法用时最长,其次是PSO算法,改进型PSO算法用时最短。在收敛极限方面,对于中强湍流,三种算法都能够使斯特列尔比提高到0.8以上,可以认为畸变校正达到了理想效果;对于强湍流,SPGD、PSO和改进型PSO算法使斯特列尔比分别提高了1.2、2.6、3.2倍(与校正前相比)。综合来看,相比SPGD和PSO算法,改进型PSO算法更有利于提高相干探测激光雷达的性能,尤其是在强湍流条件下。

基于渐开线原理的快速光学延迟线装置

为了提高光学延迟线装置的性能,基于渐开线原理设计了快速光学延迟线(FODL)装置。分析了渐开线的基本原理并建立了数学模型,推导了光学延迟线装置的延迟距离公式。对光束通过延迟线装置后的光斑畸变进行了理论与实验分析。最后,搭建迈克尔逊干涉系统,对延迟线装置的延迟线性度、延迟平稳性、延迟距离和扫描频率进行了实验验证。结果表明:对于快速光学延迟线装置,入射光斑的半径越小,旋转平面反射镜的旋转角度间隔越小,出射光束的光斑畸变越小。该装置的延迟距离为40.036mm,延迟时间为133.453ps,线性度误差为0.419%,平稳性误差为0.806%,扫描频率为20Hz。与常用光学延迟线装置相比,该装置能够提供较大的延迟距离和较高的扫描频率,同时具有线性度好、平稳性好等优点,满足快速光学延迟线的使用要求。

Zn∶In∶LiNbO_3晶体抗光损伤性能的研究

在LiNbO3 中掺进ZnO和In2 O3 以Czochralski技术生长Zn∶In∶LiNbO3 晶体。采用光斑畸变法测试Zn∶In∶LiNbO3晶体抗光损伤能力。Zn∶In∶LiNbO3 晶体抗光损伤能力比LiNbO3 晶体提高二个数量级。测试晶体的红外光谱 ,Zn∶In∶LiNbO3 晶体吸收峰的位置相对LiNbO3 晶体发生紫移 ,且随着Zn2 + 和In3 + 浓度增加紫移程度增加。晶体的倍频性能(相位匹配温度和倍频转换效率 )研究表明 :Zn∶In∶LiNbO3 晶体相位匹配温度在室温附近。并研究了Zn∶In∶LiNbO3晶体抗光损伤机理和OH-吸收峰紫移的机理。

激光入射角对振镜扫描激光刻蚀质量的影响

以加工焦深限制范围内的倾斜平面模型来模拟工件表面的微观不平坦状况,对激光束以一定倾角入射工件表面的光斑畸变及其对刻蚀质量的影响开展了理论和实验方面的初步探索.结果表明,随着激光束入射方向与工件表面法向的夹角(简称入射角)的增大,光斑畸变量也越来越大,振镜沿水平路径扫描的刻蚀线宽始终比竖直路径的大,刻蚀线长始终比竖直路径的小;相对于水平刻蚀路径,竖直刻蚀路径刻槽的任意位置经历的激光辐照时间更长,物质蒸发、重熔更充分,刻槽更深,金属重铸层更厚,刻槽的侧壁和底部形貌更为平整光滑.

水下无线光传输系统中Fresnel透镜的聚光性能研究

基于大口径、短焦距Fresnel透镜作为水下无线光传输(UWOT)系统中天线的应用需求,搭建了一套用于测量Fresnel透镜聚光性能的实验装置。采用450 nm和532 nm激光作为测试光源,获得了通光口径为75 mm、焦距为25 mm的Fresnel透镜聚光性能与透镜表面、激光波长、入射角之间的关系曲线,测量了激光入射角对450 nm和532 nm激光聚焦光斑的影响。实验结果表明:在相同的实验条件下,激光通过Fresnel透镜锯齿面的聚光效率要比平滑面高10%～15%;Fresnel透镜对532 nm激光的聚光效率要比450 nm激光高5.4%。随着激光入射角的增加,Fresnel透镜的聚光效率逐渐降低,入射角为0°时的聚光效率比±30°大25%以上。当激光入射角为5°时,450 nm激光聚焦光斑开始发生彗差畸变;当激光入射角增加至15°时,532 nm激光聚焦光斑开始发生彗差畸变。