Strongly Gain Coupled DFB Laser Monolithically Integrated with a Self Alignment Spot Size Converter

A new type strongly gain coupled (GC) DFB laser and a new type self alignment spot size converter (SA SSC) are proposed and successfully fabricated.The strongly GC DFB laser is monolithically integrated with the SA SSC with three step epitaxies.A high single mode yield and large side mode suppression ratio is obtained from the strongly GC DFB laser.A near circle far field pattern is obtained by using the SA SSC.

Monolithic Integration of Electro-Absorption Modulators and DFB Lasers by Modified Double Stack Active Layer Approach

Monolithic electro absorption modulated distributed feedback(DFB) lasers are proposed and fabricated by using a modified double stack active layer.The 38mA threshold,9dB extinction ratio (from 0 5V to 3 0V),and about 5mW output power at the 100mA operation current are achieved.Compared with other reported results (only 1 5mW at the same operation current) of the traditional stack active structure,the proposed structure improves the output power of devices.

基于Bezier曲线的二维振镜扫描系统轨迹过渡

二维振镜扫描投影系统是新兴的研究领域,通过在目标面上投影出CAD图形来辅助生产制造,有效提高生产效率和制造精度。以往通过设置跳转延时保证跳转过程中扫描图形的精度,未考虑电机的运行情况。为解决扫描过程中存在的电机振动冲击问题,基于Bezier曲线为扫描轨迹跳转自由段加入轨迹过渡,结合二维振镜系统对扫描图形进行等距离散的工作特点,得出扫描轨迹交接处平滑过渡的Bezier曲线控制点位置条件。随后依照平滑过渡条件为扫描图形加入轨迹过渡,并依照轨迹最大曲率进行迭代择优。最后基于典型的音圈电机模型对轨迹过渡的优化效果进行仿真验证。结果表明,对于二维振镜扫描式激光投影系统而言,使用Bezier曲线进行轨迹过渡简单高效,有效消除电机运行过程中的速度与加速度突变,减少了运行过程中的振动冲击,同时保证了扫描图形的精度。

制氢厂房氢泄漏激光检测光路布置优化研究

氢气扩散能力强、燃烧速度快、可燃范围广的特点使其泄漏易发生爆炸事故。对比基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的激光传感器布置方式,以降低对氢泄漏的检测时间,获得最佳光路布置间距和角度。利用数值模拟研究了氢气在制氢厂房内的泄漏逸散规律,通过光学仿真确定了激光传感器的最短布置距离,分析了相邻光路间距及光路投影角度两种因素对氢泄漏检测的影响,得到了检测时间短、经济成本相对较低的布置方式。结果表明:相邻光路间距为0.4 m、光路与地面夹角为45°时,检测氢气泄漏时间优于其他方式并且所需激光传感器数量最少。

风电叶片铺层三维激光投影系统标定方案

为提高风电叶片复合材料多层铺贴的质量与效率,文中设计了一套视觉辅助自动标定的三维激光投影系统。系统采用全反射镜作为标靶,引入红外相机,建立视觉辅助的投影系统模型,利用相机与激光振镜间图像的单应性关系,标定二者之间的转换关系,并由此解算投影标靶在振镜投影坐标系的位姿,最后利用奇异值分解的方法求解激光振镜的投影矩阵。通过自主搭建三维激光投影系统实验平台,以投影幕布和网格纸作为投影面进行重投影试验,证明系统的可行性。实验结果表明,系统可以实现三维激光投影系统的自动标定,在投影距离为3 m的情况下,投影精度达到3.3 mm。

基于投影光瞳分布的星地激光通信波前探测

为了解决星地自由空间光学通信系统中的提前角问题,采用了一种基于光强传输的新型波前探测技术——投影光瞳面分布(Projected Pupil Plane Pattern,PPPP),并通过实验室实验验证了该技术的可行性。PPPP基于TIE光强传输公式,根据不同传输距离下光强分布的变化反解出大气湍流引起的波前畸变。由于PPPP采用的是上行通信激光本身的后向瑞利散射,其测量的大气湍流方向与通信卫星方向一致,因此可以有效解决星地激光通信中的提前角问题。实验模拟了1 m口径的地基望远镜作为上行激光发射装置和后向散射光斑成像设备,通过等效高度分别为10 km和17 km的上行激光后向散射光斑图像来实现对10 km以下大气湍流的波前探测。实验采用的波前畸变模拟装置包括空间光调制器和透明塑料片,实验结果表明,对不同的波前畸变PPPP和通用的夏克-哈特曼波前探测器可以实现相似的波前重构,两者重构相位的残差约为初始相位的30%。

隧道爆破炮孔激光投射装置研发与应用

为解决传统钻爆法隧道爆破炮孔人工粗略定位或采用全站仪定位少数炮孔点导致炮孔放样效果差的问题,基于激光投射技术,研发主控芯片控制激光单元、分光器和光栅协同,实现炮孔激光快速投射,并通过现场试验验证。工程试验结果表明:本装置可将复杂图形一次性以点+线结合的方式投射至掌子面;掌子面凹凸变化在20cm以内,各炮孔定位偏差在3cm以内,可满足现场作业要求;相对于常规全站仪放样而言,在施工便捷性方面有相当大优势,可规范现场炮孔放样作业。

基于PROA-BP的激光3D投影振镜偏转电压预测模型

为减小激光3D投影系统振镜偏转角偏差与根据振镜偏转角标定的转轴公垂线长度e误差引起的投影系统综合非线性误差,实现激光3D投影系统高精度辅助装配,提出一种基于改进的?鱼优化算法-BP神经网络的激光3D投影振镜偏转电压预测模型,以激光出射方向单位矢量作为输入预测振镜偏转电压数值。将改进的?鱼算法与BP神经网络相结合,解决BP神经网络容易陷入局部最优解问题,并通过BP神经网络实现激光3D投影系统综合非线性误差的耦合与补偿。结果表明,改进的?鱼算法-BP神经网络训练10 000次后均方差误差和平均绝对误差均值分别是粒子群算法-BP神经网络的41.2%、62.4%,是BP神经网络的22.2%、50.7%。基于改进的?鱼算法-BP激光3D投影振镜偏转电压模型的投影定位精度为0.35 mm,与激光3D投影传统模型相比,投影定位精度提升了30%,可实现更高精度投影定位。

无人机载智能塔基定位放样方法研究

电网工程架空线路塔杆放样多在复杂山区进行,传统基于经纬仪、全站仪和手持差分卫星定位等设备的放样方式劳动强度大、耗时长且数据易出错。提出了一种无人机载智能塔基定位的放样方法,该方法以无人机、激光投点器为硬件基础,研究开发智能放样软件。将电网工程架空线路上各塔杆中心桩坐标输入智能放样软件平台,可实时计算各塔杆20个放样点的平面坐标,并根据DEM模型、地表树木、交通线路及其他障碍物分布状况自动规划无人机放样航线、调整航高,在各放样点上方悬停后进行激光投点,高效引导地表人员快速确定放样点位。经过多轮测试,结果表明:采用无人机载智能塔基定位放样系统可快速、高精度完成输电线路塔杆放样,大幅降低了传统放样方式中放样点布设的次数与时长,为电网施工放样提供了有效支撑。

贫数据小型水利工程结构安全分析

我国小型水库数量多,溃坝多发,运行风险大。为了保障水库的安全稳定运行,有必要对小型水库的结构安全分析和评估进行深入研究。由于小型水库大多建于20世纪50—70年代,各类工程资料匮乏,难以进行结构安全分析工作。以北京地区一小型拱坝为例,采用地面三维激光扫描测绘技术对大坝进行扫描,将所得点云数据集进行编辑、配准、拼接处理,生成三维模型导入有限元分析计算软件进行结构稳定分析。坝体建模网格及单元划分质量高,满足计算精度的要求,分析计算成果与客观规律一致,这为资料匮乏的小型水利工程结构安全分析提供了一种新思路。

基于区域生长优化的水利工程设施点云单体化研究

水利工程中输变电设施安全监测是保证水电站安全运行的重要环节,其中基于点云的变形监测需要准确分割出各种输变电设施。为此,通过对三维点云进行降维处理,获取水利工程设施的二维点云图像,基于区域生长算法和点云单体化算法实现分割工作。同时在区域生长算法的基础上提出了一种旋转角度优化算法,通过旋转三维点云数据,得到易于分割的最优角度点云图像,提高了区域生长算法的精度和速度。为验证旋转角度算法的精度,设计了仿真试验分割立柱点云,试验结果精确率达98%以上,表明旋转角度算法可应用于结构点云单体化领域。实际水利工程应用结果表明,所提方法可有效解决普通像素图像过分割的问题,能准确分割水利工程不同区域及设施。

求解粒子群粒度分布的改进Projection算法

针对在激光粒度分布反演中由于迭代算法的迭代步长选取不当致使反演结果存在严重展宽和拖尾的问题,提出一种调整迭代步长的方法应用于Projection算法来提高测量精度。该方法首先基于测距相似度原理得到光能分布列向量与光能系数矩阵行向量之间的相似度曲线,经滤波和归一化处理后得到被测粒子群的预测粒度分布;然后根据预测粒度分布结果确定迭代步长的大小。使用本文提出的改进Projection算法测量国家标准物质GWB(E)120046的D50误差为-0.6%、D10误差为-1.1%、D90误差为-0.6%,测量GWB(E)120041与GWB(E)120049混合标准物质的光能对数误差为2.167。测量结果表明,该算法可有效地提高算法的抗噪声能力、测量精度和分辨率。

基于πPS-FBG传感技术的激光超声水下铝板缺陷检测研究

为实现水下金属构件在线服役状态的在线评估,搭建了一套基于激光超声和π相移光纤布拉格光栅(πPS-FBG)的水下板材缺陷检测系统.为了研究水下激光超声传播规律,以6061铝合金板材为测试样品,进行了不同水深下的激光超声探测实验.与空气中超声传播相比,实验发现水下πPS-FBG多接收到一个超声波信号,此信号是激光第一次与水面作用产生的纵波信号.随着激励源与πPS-FBG传感距离的增加,超声信号在时域上也延迟增加;πPS-FBG接收的激光激励的首个超声波信号的波速为2871.91 m/s,缺陷反射波的波速为2911.02 m/s,其与铝板中超声表面波的速度接近,两者的相对误差分别为1.3%和0.03%.改变激励源与缺陷的距离,发现缺陷的定位精度与缺陷距离无关,缺陷位置的定位相对误差随着距离的增大而逐渐减小.本研究为水下金属构件的在线服役状态检测提供了一种潜在应用技术(包括在南水北调工程中),对于提高水下结构的安全性和可靠性具有一定意义.

车用垂直腔面发射激光器模组整板金锡共晶焊接工艺

激光雷达及飞行时间(ToF)传感器中垂直腔面发射激光器(VCSEL)模组使用的银胶固晶工艺存在银迁移及硫化问题,亟需开发一种可靠性高并可量产的整板金锡共晶焊接工艺。以单颗焊接模式下单因素实验及正交实验为基础,借助Ansys热仿真工具,探究整板焊接中基板与压头之间合适的匹配温度。单因素控制变量实验发现,固晶芯片推力随共晶温度、压头行程、共晶时间的增加先增大后减小,正交实验得到最佳工艺参数为共晶温度320℃、压头行程500μm、共晶时间4 s。采用优选工艺参数500μm、4 s、270~350℃进行整板焊接,平均固晶芯片推力为821 N,相较银胶固晶工艺提高了139%。

基于激光雷达扫描的观览车摆角测量方法

针对现有的倾角仪在测量大型观览车最大摆角时存在的安装复杂、测量效率低下问题,本文提出了一种结合特征滤波与投影转换的摆角测量方法。该方法综合使用激光雷达与监控相机的数据,实现对大型观览车摆角的非接触式精确测量。首先,通过方向特征滤波器选取摆臂部分的点云;接着,利用形状特征滤波器移除不规则形状的点云;然后,将这些点云投影至二维平面,并用最小二乘法拟合边缘直线来解算摆角。最后,通过等比例模型实验得到该方法角度测量平均误差绝对值为0.29°,最大误差绝对值为0.45°。实验结果表明,该方法能有效提升大型观览车摆角的测量效率并确保测量精度。

基于路径补偿的激光投影图形转角偏差矫正研究

在先进装备制造业中广泛应用的激光扫描投影技术在扫描投影复杂图形时易出现图形转角偏差,严重影响投影图形形状准确度,影响实际零部件定位装配。为解决此问题,分析了转角轮廓偏差产生的原因,研究了基于转角点处路径补偿的激光扫描投影图形偏差校正方法,在自主搭建的激光扫描投影系统中应用所研究方法进行验证实验。实验结果表明,优化后的插补路径数据信息点可以压缩至51.92%,补偿后的投影图形形状准确度优于0.5 mm。所研究方法能够优化非预期的转角点处的图形偏差,在自主研发的激光扫描投影系统中,可显著提高投影图形的形状精度,具有良好的实际应用价值。

Projection算法在粒子尺寸测量中的实验研究

提出了 projection迭代算法在激光粒度测量中的算法停止迭代条件 ,提高了 Projec-tion算法在实际粒子尺寸测量中的适用性 .通过对国家标准物质研究中心提供的微粒标准物质及其混合液的实际测试实验 ,证实了

智能激光3D投影空间目标辐射照度校准技术

由于激光3D投影系统的光路复杂,且受空间目标的形状和大小的影响,导致在特定空间内难以取得理想的投影效果,使得投影目标与实际投影点之间存在较大的偏差,因此,提出一种辐射照度校准方法。分别利用矩形、圆形两种不同形状的辐射面和敏感面搭建辐射照度测量仪,得到4种不同辐射照度测量结果;利用斯忒藩-玻尔兹曼全辐射定律,对测量结果校准,进而完成对智能激光3D投影空间目标辐射照度的校准。实验结果表明,所提方法辐射照度校准结果与实际结果基本一致,且辐射照度校准误差保持在6 W·m^(2)以内。

激光-电弧复合焊接技术及工艺认可

为突破激光焊接工艺的局限性,对激光-电弧复合焊接技术的工作原理和工艺特点进行介绍,并对试验过程中常见的焊接缺陷和原因进行分析汇总,在此基础上,给出激光-电弧复合焊接工艺认可提示和规范完善建议。研究成果可为激光-电弧复合焊接技术在船舶制造业中的应用提供一定参考。

半导体激光在伴有釉突的Ⅱ度根分叉病变基础治疗中的效果研究

目的:研究半导体激光联合去釉突治疗在伴有釉突的Ⅱ度根分叉病变治疗中的临床效果及其影响因素。方法:纳入存在Ⅱ型釉突的Ⅱ度根分叉病变患者24例,共48颗患牙,随机分为根面平整组(SRP组)、去釉突+SRP组(D+SRP组)、去釉突+SRP+半导体激光组(D+SRP+L组)。SRP组不去釉突直接行SRP;D+SRP组去除釉突后行SRP;D+SRP+L组去釉突后,联合使用半导体激光辅助SRP。分别于治疗前及治疗后4周、3个月比较3组患者的探诊深度(PD)、牙龈出血指数(BI)、牙龈退缩(GR)和附着丧失(CAL)。收集36颗存在Ⅱ型釉突的离体牙,随机分为以上3组,制备根片,原子力显微镜下观察3组的表面形态,测定表面粗糙度(Ra值);免疫荧光细胞迁移实验观察牙周膜成纤维细胞(hPDLFs)迁移能力;牙龈卟啉单胞菌培养观察菌落形态。结果:治疗后4周及3个月,牙周各指标改善情况,D+SRP+L组最显著,D+SRP组次之,SRP组最差(P<0.01)。原子力显微镜下测定各组表面粗糙度:D+SRP+L组最大,D+SRP组次之,SRP组最小。荧光显微镜下观察hPDLFs迁移细胞数目,D+SRP+L组迁移能力最高,组间差异具有统计学意义(P<0.01)。原子力显微镜下VPM(peak material volume)值,D+SRP组与SRP组相比无明显差异;而D+SRP+L组最低,与SRP组相比差异有统计学意义。3组菌层厚度无明显差异(P>0.05)。结论:半导体激光联合去釉突可以提高有釉突的Ⅱ度根分叉病变患牙的基础治疗效果。