Numerical investigation of multi-beam laser heterodyne measurement with ultra-precision for linear expansion coefficient of metal based on oscillating mirror modulation

This paper proposes a novel method of multi-beam laser heterodyne measurement for metal linear expansion coefficient. Based on the Doppler effect and heterodyne technology, the information is loaded of length variation to the frequency difference of the multi-beam laser heterodyne signal by the frequency modulation of the oscillating mirror, this method can obtain many values of length variation caused by temperature variation after the multi-beam laser heterodyne signal demodulation simultaneously. Processing these values by weighted-average, it can obtain length variation accurately, and eventually obtain the value of linear expansion coefficient of metal by the calculation. This novel method is used to simulate measurement for linear expansion coefficient of metal rod under different temperatures by MATLAB, the obtained result shows that the relative measurement error of this method is just 0.4%.

基于机器视觉的带式输送机高精度煤流检测研究

针对现有基于机器视觉的带式输送机煤流检测方法存在的图像细节缺失、在多处断裂或断裂间距较大区域拟合效果较差的问题,基于直射斜收式激光三角测量原理,提出了一种基于机器视觉的带式输送机高精度煤流检测系统,将线激光发射器布置在带式输送机测量位置正上方并垂直照射煤堆,煤堆随带式输送机匀速运动,利用相机在斜上方实时拍摄包含激光条纹的煤堆表面图像。对煤流检测系统进行标定,包括相机内参数标定和激光平面标定,得到煤堆的高度信息;对煤流截面激光条纹图像进行处理,从提取精度、算法实时性等角度对比分析了灰度重心法和区域骨架法,根据对比结果选用区域骨架法提取激光条纹中心;针对利用图像膨胀操作进行激光条纹断裂修补拟合效果较差的问题,提出采用最小二乘法作为激光条纹断裂修补算法,相较于闭运算,最小二乘法拟合处理的平滑效果更好,精度较高;建立煤流截面积计算模型,通过计算每一帧上煤堆的横截面积,即可得出不同带速下的煤流体积。实验结果表明,当带速分别为0.25,0.5,1 m/s时,煤流检测系统误差均较小,最大误差分别为2.78%,3.61%和3.89%,验证了煤流检测系统具有较高的准确性。

基于高斯过程回归的线性激光束指向稳定优化

为解决激光应用中的光束指向抖动问题,提出一种基于高斯过程回归(Gaussian process regression)的激光光束指向稳定性优化方案。介绍了激光光束指向稳定系统装置构成及原理,论述了高斯过程回归方法的原理及其作为激光光束快速稳定控制算法的优势。经过该方法优化后,指向抖动达到水平方向2.3μrad,竖直方向3.3μrad,将激光系统指向稳定性提高了1个数量级以上。指向性抖动为已有线性反馈系统的20%,尤其对于高频噪声优化有显著效果。该研究对于激光光束指向性敏感的精密实验和精密加工具有重要意义。

光纤传能特性研究

为了获得光纤传输高功率脉冲激光的主要特性,对光纤传能进行了理论分析和实验研究。结论是:光纤宏观弯曲对传输效率有比较明显的影响:光纤的芯径、数值孔径(NA)、长度等指标对高功率激光传输效率有很大影响;当传输激光功率大于某个闽值后,光纤内产生的受激拉曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)影响激光能量输出;光纤的端面质量限制了传输激光功率的提高,根据ISO11254(光学元件表面激光诱导损伤的光学测试方法)得出光纤的激光零损伤概率阈值可以达到58.6J/cm2;光纤输出光束截面能量分布被匀化。

多线阵半导体激光器的单光纤耦合输出

设计并研制了一种多线阵半导体激光器的高亮度光纤耦合输出模块.激光器芯片采用了分子束外延方法生长的宽波导、双量子阱结构AlGaAs/GaAs激光器外延材料,激光器模块采用6只准直的线阵半导体激光器,器件腔长为1.2mm,单个发光单元宽度为100μm,发光单元周期为500μm,单线阵器件包括19个发光单元,单线阵器件的连续输出功率为50W,每只单线阵器件的准直输出光束经过空间合束后再通过光束对称化变换实现了多线阵器件输出的高光束质量功率合成,采用平凸柱透镜实现了合束光束与400μm芯径、数值孔径0.22石英光纤的高效率耦合,整体耦合效率达到65%,最大耦合输出功率达到195W,光纤端面功率密度达到1.55×105W/cm2.

CCD的非线性响应特性对光束质量测量的影响及修正

在利用电荷耦合器件CCD对激光光束质量测量的过程中,通过对比不同的激光波长,分析了CCD的光电响应非线性特性对光束质量M2因子评价的影响。由于对未进行线性标定的CCD所测得的四种不同波长的激光器的光束束宽值相对比较大,这会对激光光束质量的测量精度带来影响,因此提出了一种新的基于面阵型光电探测器的光电响应标定方法。搭建基于CCD测量法的激光光束质量测量系统,建立高斯型激光光束的近远场传输模型,对激光束在传输方向上不同位置处的焦散廓形进行多次采样,利用统计学方法得到CCD的光电响应线性区间。仿真和实验结果表明:利用CCD光电响应特性的标定结果对图像进行非线性灰度修正,对比国际标准激光光束质量分析仪,所测得的激光光束质量M2因子更加准确且相对误差降低了2.36%。提出的方法可有效提高激光光束质量M2因子的测量精度,对于评价激光光束质量具有重要的应用价值。

激光宽带淬火机理及应用研究

介绍了一种转镜式高功率激光表面处理用宽带扫描器 ,扫描宽度为 1 0～ 30mm ,连续可调 ,扫描频率为 1 0 0 0Hz。分析了扫描原理 ,提出了线光斑宽带方案及传热模型 ,并计算了其温度场。开展了激光宽带淬火试验和初步工业应用研究。结果表明 。

采用CCD成像装置测量激光引信发射光光束束宽的方法研究

根据激光引信中线性阵列激光二极管的特点,应用基于CCD的二阶矩法进行光束束宽的测量,对测量中图像处理这一关键问题进行了讨论,重点分析了应用自适应积分法来获取光强分布二阶矩的最优积分范围。结果表明,此方法能够很好的完成测量。

基于衍射光栅的CCD相机标定方法

提出一种基于1维线衍射光栅的CCD相机光电响应特性标定方法,该方法利用衍射光栅对入射光束的分束特性,在远场焦平面内形成一系列衍射子光斑,采取有效的方法对多组衍射子光斑峰值测量数据进行融合,得到测量灰度值及通过理论计算得到的理论灰度值,拟合两组数据从而完成对CCD光电响应特性的标定。根据实验室现有的激光源与聚焦光学系统的参数,设计了一系列1维线光栅,完成某特性未知的红外CCD相机对中红外激光光电响应特性的标定。该标定方法具有光能利用率高的特点,多组测量数据的融合扩大了CCD标定的范围,并对标定结果在光斑真实形态重构中的应用进行了分析讨论。

应用无衍射贝塞尔光束的固体线膨胀系数测量系统

测量固体线膨胀系数是工程设计中的一项重要工作。这套非接触固体线膨胀系数测量系统利用激光三角法进行了设计。通过采用线阵CCD作为信号传感器来实现自动化测量。通过采用无衍射贝塞尔光束来提高测量精度和增大测量范围。

线性调频激光外差技术测量磁致伸缩系数

融合激光外差和线性调频技术,基于磁致伸缩系数测量原理,将磁致伸缩系数的测量转换成微小长度变化量的精确测量,并提出一种线性调频多光束激光外差复合检测磁致伸缩系数的新方法,即通过线性调频技术将待测微小长度变化量信息加载到多光束激光外差信号的频率差中,经外差信号解调后可以同时得到多个微小长度变化量值,对这些数值加权平均,可以精确获得微小长度变化量数值,最终进一步提高磁致伸缩系数测量精度。利用该方法,仿真研究了不同电流条件下,待测样品的磁致伸缩系数,结果表明:相对测量误差小于0.09%,与传统测量方法相比,测量精度提高了一个数量级以上。

低膨胀固体材料线膨胀系数的干涉测量方法

固体材料的线膨胀系数在精密仪器产业及高精度实验领域是一个非常重要的物理量 ,要实现对线膨胀系数较低的固体材料进行测量 ,通常采用激光干涉的方法。采用光路补偿的方法 ,即激光干涉仪中两干涉臂同支架来测量低膨胀固体材料的线膨胀系数 ,不但能够抵消支架膨胀对材料受热伸长的影响 ,还有效地抵消了地面振动对干涉仪的影响 ,并能够对线膨胀系数在 10 -6/℃量级的材料的线膨胀系数进行测量。如果改进试验工艺 ,且采用条纹稳定技术 。

圆波导契伦柯夫自由电子激光流体描述

用磁流体理论研究了契伦柯夫自由电子激光的性质,导出了空心束驱动的圆柱对称波导契伦柯夫自由电子激光的色散关系,利用色散关系计算了契伦柯夫不稳定性增长率,给出了饱和功率的估计值,考虑了束与介质间间隙对契伦柯夫自由电子激光的影响,并就空心束与实心束情况进行了比较。

基于单片机的准直播种导引激光信号发射车的设计

蔬菜温室大棚等设施农业中精确播种可以使植株行距协调一致、生长整齐,可以有效增加光照,提高蔬菜产量.论文将激光导航技术应用到农机准直播种作业中,研发了一种性价比高的准直播种导引激光信号发射车.该装置由STC12C5A60S2单片机作为主控制器,由直线行走模块,行进距离参数设定、输入及检测模块,车载激光发射器位置和调整模块等部分组成,可以保证播种直线度和行距平行度,减少驾驶员的劳动强度,消除累计误差.该装置在蔬菜大棚进行播种实验表明,本信号发射车行走稳定,发射信号平行度精确;在此激光信号发射车的配合作业下,准直播种系统每50m播向直线度误差为±4.9mm,机组往复行距误差为±7.8mm,满足准直播种作业要求.

利用康普顿后向散射产生X光源的研究

利用高能电子对电磁波的康普顿后向散射可以获得波长短、方向性好的 X光辐射 ,这种具有亮度高、发散角小、光子能量可调等特点的辐射 ,有很好的应用前景。由于电子对电磁场的散射截面很小 ,要获得较高强度的辐射 ,不仅要求很强的电磁场作为散射场 ,而且要求电子束的亮度高 ;利用光阴极 RF腔注入器及 3 0 Me V射频加速器产生的 3 0 Me V电子束同 Nd:YAG激光光腔中的强光场作用 ,可以获得较高强度的康普顿后向散射 ,其波长为 0 .0 7～ 0 .1 4 nm,发光本领可以达到 2 .5× 1 0 11光子 /

高功率半导体激光器光束整形的设计和实现

为了使线阵半导体激光器光束能更好应用于激光远程无线电力传输,设计了基于光楔-曲面镜-棱镜组的线阵半导体激光束整形系统,采用数值计算方法,取得了系统中各元件的参量及理论整形效果。在此基础上加工出实物元件,搭建整形系统。实验中测得整形后的激光光斑尺寸为9.9cm×9.6cm,能量均匀度为68.9%,系统能量传输效率为71.3%,光束质量可满足接收端的光电池对激光空间均匀性的要求。最后分析了仿真系统与实验系统间产生差异的原因。结果表明,该系统可同时实现激光束阵列快轴和慢轴方向的扩束与准直,并能够调节输出光斑的形状及光强均匀度,且采用光学元件数量较少。光电池组件是激光无线电力传输过程的关键元件,该设计对激光转换效率的研究有较重要的实用价值。

无衍射贝塞尔光束杨氏弹性模量测量系统

设计了一套非接触杨氏弹性模量测量系统,且在该系统中采用无衍射贝塞尔光束提高测量精度及范围。

褶皱管束流能量稳定器(英文)

输出脉冲稳定性的需求对驱动自由电子激光产生的电子直线加速器装置束流稳定性提出了严格的要求,包括电子束平均能量、峰值流强、束团到达时间抖动和横向位置抖动等参数。基于正在建设的大连相干光源用户装置,探讨了最近提出的褶皱管用作能量稳定器的可行性。采用解析计算和数值模拟结合的方法,结合大连相干光源直线加速器的设计,在设计参数条件下能量稳定性至少提升10%。同时提供了褶皱管尾场设计的一般步骤。

基于光学零差偏振探测和锁相的合束激光偏振控制

激光偏振合束是提升窄线宽光纤激光亮度的重要技术,能实现多路激光的共孔径合束输出,同时维持较高的光束质量和线偏振态。文中探索和研究了基于线性锁相技术的合束激光偏振控制系统,详细分析和建立了光零差偏振检测物理模型和线性锁相控制环路的数学模型。利用高精度的光零差技术对合束激光的偏振相位进行检测,并通过快速实时反馈进行激光锁相,获得了输出功率为279 m W的线偏振态激光。锁相控制后,合束激光的偏振消光比达到19.3 dB,控制带宽高达39.6 kHz,剩余相位噪声为7×10^(-4) rad/Hz^(1/2)(1 Hz)和3×10^(-4)rad/Hz^(1/2)。当提高激光输出总功率达1 W时,偏振消光比维持在~15 dB,其限制因素在于光功率波动引入的相位噪声和光斑空间模式不匹配。

基于新型激光干涉仪的玻璃测厚实验装置

设计了一种用于玻璃厚度测量的空间相位调制型激光干涉仪,该干涉仪主要由垂直腔面发射激光器(VCSEL),单模光纤和线阵电荷耦合器件(CCD)组成,玻璃上、下表面的反射光产生双光束干涉,生成的空间相位调制干涉图像被CCD探测,图像的空间频率与玻璃厚度成比例,厚度测量分辨率可以达到纳米量级。该玻璃测厚教学实验装置具有体积小和成本低等优势,涉及光学干涉、激光原理、光电探测、现场可编程门阵列(FPGA)、电子电路、虚拟仪器、数字信号处理等诸多内容,适合于高年级本科生的教学实验。