sub-500 fs宽度2μm光纤激光振荡器研究进展(特邀)

2μm波段超快激光持续时间短,峰值功率高,光谱范围宽,同时处在大气窗口,多种有机、无机气体分子的吸收峰和人眼安全波段,已广泛应用于生物医疗、激光雷达和非金属材料加工等领域。利用光纤锁模激光振荡器产生2μm波段超快激光是一种最直接简单的技术方法,具有结构紧凑、光束质量高和成本低等优点。然而,目前关于sub-500 fs的2μm波段的光纤激光振荡器却鲜有报道。基于传统孤子和色散管理孤子两种孤子锁模方式,全面介绍了目前2μm波段sub-500 fs光纤振荡器的研究进展,并总结了实现sub-500 fs脉宽2μm超快激光的关键技术。针对不同的应用领域的具体需求,对2μm超快激光光纤振荡器的未来发展进行展望。

双束延时飞秒激光调控制备二维亚波长周期阵列结构

利用偏振垂直的双束延时蓝色飞秒激光(400 nm)经柱透镜聚焦扫描钼表面,获得了二维矩形周期排列的方形和(椭)圆形阵列结构,以及六边形周期排列的三角形阵列结构。最小结构尺寸和周期达到100 nm和280 nm。研究发现双束飞秒激光的能量密度和能量比是不同类型结构形成及形貌转化的关键参数。通过优化激光参数,实现了圆形和三角形阵列结构的大面积均匀制备。两种周期排布的阵列结构的形成与双束延时飞秒激光与材料作用的超快动力学过程之间的瞬态关联作用以及作用过程中表面等离激元波的共线和非共线激发密切相关。该二维周期阵列结构加工方法及理论可拓展至其它硬质金属和半导体硅表面。

基于立体视觉的IGBT针高检测

针对现有绝缘栅双极晶体管(IGBT)的pin针高度测量系统不能稳定、可靠地测量pin针高度的问题,设计了一套基于双线激光传感器的pin针高度测量系统。双线激光传感器采用上下错高的安装布局,分别采集IGBT针尖部分和底面部分的点云数据。同时,基于双线激光传感器采集的点云数据开发了一套测量pin针高度的测量程序。分别使用随机抽样一致性(RANSAC)算法处理基准面点集的离群点,使用多步去噪算法处理精确点集。实验结果表明,该系统的测量重复度小于0.04 mm,且极差分布在(0.021 mm,0.039 mm)的概率超过99.7%,有着良好的稳定性和可靠性。

含圆形缺孔平板结构振型的连续扫描激光测试

为了实现含任意圆形缺孔的平板结构的振动变形测量,提出了一种子区域划分测试与振型重构的激光连续扫描多普勒测试方法。首先,将任意圆形缺孔的平板结构表面通过子区域划分,得到完全覆盖的多个矩形和圆环形扫描的子区域,并分别使用恒速直线连续扫描和螺旋线扫描的方法,得到各子区域的振动变形;其次,考虑子区域分别扫描中存在的振幅比例、基准平面和旋转角度不同以及节径两侧反向振动等问题,拼接和重构所有子区域的振动变形,得到整体结构的振动变形;最后,将振型结果与仿真结果进行对比,模态置信因子(modal assurance criterion,简称MAC)均大于0.95,验证了方法的有效性。该方法可实现含有任意圆形缺孔的平板结构的连续扫描激光振动测试,具有效率高、测点密集等优点,对进一步提高其工程应用的适用范围具有重要作用。

两种激光光凝术治疗糖尿病视网膜病变的临床疗效观察

目的比较全视网膜光凝与次全光凝治疗糖尿病视网膜病变的效果。方法选取我院2013年6月~2015年8月收治的146例252眼非增殖期糖尿病视网膜病变患者作为研究对象,采取随机数字表将其分成全光凝组及次全光凝组两组,每组73例。全光凝组采取视网膜全光凝术治疗,次全光凝组采取视网膜次全光凝术治疗,比较两组治疗后视力及视网膜病变变化情况。结果两组治疗后视力改善占比分别为10.74%、12.98%;视力稳定占比分别为57.02%、58.78%;视力减退所占分别为32.23%和28.24%,两组对比无统计学差异(P>0.05);全光凝组视网膜病变治疗总有效率为78.51%,次全光凝组为77.10%,两组对比无统计学差异(P>0.05)。两组治疗方式对患者的疼痛体会感觉轻度不适的居多(52.07%和59.54%),治疗后感觉难受的两组患者,全视网膜光凝组为9.10%,次全光凝组为4.58%,组间比较差异显著(χ^(2)=0.402,P<0.05)。结论次全光凝治疗非增殖期糖尿病视网膜病有效,合理地分期进行光凝治疗,可以有效减少光凝的副作用。

亚纳秒Zig-Zag板条激光器实现500 Hz焦耳量级输出

亚纳秒激光因其对光电器件的损伤优于纳秒激光和飞秒激光,而被广泛应用于光电对抗领域。然而,在常规水冷条件下实现输出数百赫兹焦耳级亚纳秒激光还面临较大的挑战。笔者课题组面向国防重大需求,结合端面泵浦微片晶体百皮秒激光产生技术和多程多级板条激光放大技术,对板条激光器的放大性能进行大量的实验研究,并提出了温控双端泵浦技术,弥补双端泵浦结构的缺陷。实现板条激光器单脉冲能量952 mJ,重复频率500 Hz的激光输出,这将为光电对抗系统所需的高重频大能量激光提供优质光源。

激光扫描共聚焦显微分析技术表征页岩亚微米级孔隙中的含油性——以准噶尔盆地芦草沟组页岩为例

亚微米级孔隙及其含油性是页岩油勘探开发所需的重要信息。为应用激光扫描共聚焦显微镜有效观测亚微米级孔隙的含油性,修改了激光扫描共聚焦显微镜主分光器和检测器的前置滤光片配置,使之能较好地进行反射光和荧光联合扫描,消除矿物所发荧光的干扰,实现了亚微米级孔隙及其含油性的精确观测。该方法在准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩油研究中进行了应用,发现了大量的亚微米级含油孔隙;页岩油多呈不规则形状、斑块状和星点状。这套页岩的有机质成熟度Ro为0.6%~1.1%,平均约为0.9%,但轻、重质组分的分布具有显著的非均一性,不完全受成熟度控制。在有些部位,轻质组分含量及其与重质组分的比值均较高,但在成熟度相近甚至稍高的邻近部位,却存在以重质组分为主的情况。页岩层系内部的油气运移也是一个重要的控制因素。页岩中的轻质和重质组分的观测与分布规律研究,对于页岩油勘探开发十分重要,激光扫描共聚焦显微新技术可成为重要的观测手段。

酸蚀深度对熔石英三倍频激光损伤阈值的影响

采用干涉仪和台阶仪测试蚀刻深度随时间的变化,结合材料去除速率测量,研究了HF酸蚀液对熔石英表面蚀刻的影响。测试了蚀刻后损伤阈值和表面粗糙度的变化。研究表明,熔石英表面重沉积层厚度约16 nm,亚表面缺陷层大于106 nm;重沉积层去除后损伤阈值增大,随亚表面缺陷层暴露其阈值先降低后又增加,最后趋于稳定;然而,随蚀刻时间的增加,其表面粗糙度增大。分析表明,蚀刻到200 nm能有效地提高熔石英的低损伤阈值,有利于降低初始损伤点数量和提高熔石英表面的机械强度。

准分子激光前弹力层下角膜磨镶术与准分子激光上皮瓣下角膜磨镶术治疗相对薄角膜近视的临床对比研究

目的探讨准分子激光前弹力层下角膜磨镶术(sub-Bowman keratomileusis,SBK)和准分子激光上皮瓣下角膜磨镶术(laser-assisted sub-epithelial keratomileusis,LASEK)矫治相对薄角膜近视的疗效。方法对62例(124眼)相对薄角膜近视患者行SBK或LASEK。其中30例(60眼)行SBK,32例(64眼)行LASEK。随访6个月,记录2组患者术后视力、残余屈光度、角膜上皮下雾状混浊(haze)情况,并进行统计学分析。结果术后早期LASEK组有轻度或中度不适感。2组术后角膜地形图检查均无圆锥角膜发生。术后1d、3d、7d SBK组平均视力为0.89±0.35、1.03±0.44、1.08±0.22,LASEK组平均视力为0.61±0.28、0.75±0.30、0.98±0.16,2组比较差异均有统计学意义(均为P<0.05),术后早期SBK组视力恢复快。术后1个月、3个月、6个月2组视力、残余屈光度比较差异均无统计学意义(均为P>0.05)。术后6个月时SBK组58眼(96.7%)达到了术前最佳矫正视力,LASEK组61眼(95.3%)达到了术前最佳矫正视力,2组比较差异无统计学意义(χ2=0.15,P=0.70)。2组术后最佳矫正视力无一例下降。LASEK组个别患者出现0.5级或1级haze,SBK组无haze产生。结论 SBK和LASEK矫正薄角膜近视均安全、有效,SBK在早期视力恢复和避免haze产生方面优于LASEK。

激光光斑中心精确定位算法研究

研究激光光斑精确定位问题,传统的亚像素定位算法,面临抗干扰能力弱、定位精度低和软件实现复杂等问题。为了满足变形测量系统中对激光光斑中心精确定位的要求,提出了基于重心的曲线拟合亚像素定位算法。在重心法的基础上,引入了曲线拟合算法来提高激光光斑中心定位的精度。由于加入了图像预处理环节,有效的降低了噪声干扰,增强了算法的抗噪声性能。算法仅对图像中少量的数据点进行计算,不但语言描述简单,而且能大大节省系统资源。仿真结果表明算法是一种实用的精确定位算法,提高变形测量系统的精度要求。

基于激光技术的亚纳米级位移测量系统的研究

研究和开发一种基于激光技术的新型亚纳米级位移测量系统。在马赫-曾德干涉仪的基础上进行改进,结合激光多普勒技术和激光偏振干涉技术,设计新型激光干涉测量光路,具有抗干扰能力更强、光路简单、易于安装调试等特点。将DSP技术引入激光干涉仪的信号处理系统,研究改进的8细分算法,完成对干涉条纹的细分、辨向和计数功能。经实验分析和研究证明,测量分辨力达到0.16 nm,运行速度可达0.14 mm/s,量程可达4μm,上述方法有效可行,可实现被测物体的亚纳米级位移测量。

复杂工业环境下激光束中心快速精确定位方法

针对工业现场在线检测对计算机视觉算法稳定性、实时性、精度和抗干扰能力的要求,结合两万吨挤压机活动部件五自由度实时监测系统的具体情况,在现有方法的基础上,提出了一种复杂工业环境下激光束中心快速精确定位方法.首先,在图像预处理的基础上通过Canny算法实现图像边缘二值化,并对得到边缘进行筛选,剔除不符合光斑轮廓特征的边缘.接着,采用一种改进的快速Hough变换初步确定激光光斑的大致位置和半径,依据Hough变换计算结果设置光斑有效区域,在有效区域内通过最小二乘法椭圆拟合得到亚像素精度的激光束中心坐标.实验研究表明,该方法在存在噪声的环境下单次检测时间小于50ms,精度达0.15像素(pixel).可在较强干扰下实现激光束中心的精确定位,与传统方法相比,精度高,实时性好,适应性强.

用于ICF基准物理实验的子束激光系统优化设计

基于XGII激光装置实验平台建立了用于ICF基准物理实验的子束激光系统,采用软边光阑和空间滤波器组合的像传递技术实现了光束的空间整形和等像面传输,并利用Fresnel光束传输计算程序对系统进行了优化设计,分析了空间滤波器小孔尺寸以及软边光阑对光束波面传输的影响,并对优化设计结果进行了分析和讨论,所用方法和所得结论对高功率固体激光放大系统的设计具有一定应用意义。

激光通信成像光斑处理方法研究

本文针对目前海域条件下激光通信的难题,对海域条件下激光通信过程中成像的光斑提取方法进行了研究。依据此研究,搭建了测试平台进行实验,通过测试平台得到光斑图像,对光斑图像进行了处理,通过图像比对验证了此种方法的可行性,为激光通信海面通信光斑提取提供了一种解决方法。实验结果表明:采用本文方法在图像复原时最大误差在X方向为2.60像素,在Y方向为1.54像素。此种方法对于海域条件下的激光通信系统信标光光斑处理可达到应用所需效果。

基于不同优化算法的HT250基体再制造工艺参数优化

目的探讨不同优化算法下HT250基体再制造工艺参数的优化效果。方法利用Taguchi试验设计方法设计4因子3水平共18组试验,通过亚激光瞬间熔技术修复HT250基体的表面缺陷,利用响应曲面法(RSM)和BP神经网络-模拟退火算法(BPNN/SAA)对其修复过程的工艺参数进行优化,分析输入功率P,单次修复时间t,速度v和保护气体流量G等4个因素对修复后试样抗拉强度的影响,并对不同优化算法的优化效果、准确性和稳定性进行探讨。结果 HT250基体修复过程中最优工艺参数为:输入功率2960 W,持续时间0.62 s,速度6 mm/s,气体流量3 L/min。在此参数下所获取的修复试样最大抗拉强度为230.52 MPa。结论抗拉强度受输入功率P和单次修复时间t影响显著,对其他元素呈弱依赖性。BP神经网络-模拟退火算法较响应曲面法更适合对亚激光瞬间熔的工艺参数进行优化。

应用Fourier分析法研究准分子激光治疗散光的准确性

目的:应用Fourier分析法评价鹰视酷眼准分子激光仪行前弹力层下激光角膜磨镶术(OUP-SBK)和飞秒制瓣准分子激光原位角膜磨镶术(飞秒LASIK)治疗中高度近视患者散光的准确性,并统计各组的正常值范围。方法:回顾性病例分组研究2012年1月至2012年3月在温州医学院眼视光医院行准分子激光手术的患者,满足散光度数≥-0.5 D,近视度数≥-3.0 D的近视散光患者271例(542眼),其中OUP-SBK组159例(318眼),飞秒LASIK组112例(224眼)。按术前等效球镜度数各自分为中度近视及高度近视两组。分别收集各组术前及术后3～6个月间最早的一次随访数据,包括主觉验光度数、角膜地形图、最佳矫正视力。应用Fourier分析法分别计算术前总散光(TJ0,TJ45),角膜散光(CJ0,CJ45)以及术后总散光(RJ0,RJ45)进行散光矫正准确性分析。统计学方法采用成组t检验及Pearson检验。结果:①残余散光:OUP-SBK术后中度近视组RJ0=(0.012±0.161)D,RJ45=(-0.012±0.128)D;高度近视组术后RJ0=(0.026±0.239)D,RJ45=(-0.029±0.194)D,两组差异无统计学意义(P=0.697,0.402)。飞秒LASIK术后中度近视组RJ0=(0.053±0.248)D,RJ45=(-0.039±0.186)D;高度近视组RJ0=(0.042±0.267)D,RJ45=(-0.044±0.261)D,两组差异无统计学意义(P=0.784,0.308)。②散光矫正率:OUP-SBK术后中度近视组CRJ0=97.98%(84.66%～111.30%),CRJ45=702.20%(-337.03%～1741.43%),两者差异有统计学意义(P<0.01);高度近视组术后CRJ0=86.52%(60.20%～94.84%),CRJ45=83.24%(-760.92%～927.40%),两者差异有统计学意义(P<0.01)。飞秒LASIK术后中度近视组CRJ0=90.96%(81.65%～100.27%),CRJ45=1 035.98%(191.04%～1 880.92%),两者差异有统计学意义(P<0.01);高度近视组CRJ0=85.61%(72.70%～98.51%),CRJ45=346.00%(-1 288.68%～1 980.69%),两者差异有统计学意义(P<0.01)。③术后散光相关性分析:OUP-SBK组高度近视组RJ45与TJ45相关性有统计学意义(r=0.361,P<0.01)。飞秒LASIK术后中度近视组RJ0与CJ0(r=0.393,P<0.01),RJ0与TJ0(r=0.596,P<0.01),RJ45与TJ0(r=0.396,P<0.01)相关性均有统计学意义。结论:①鹰视酷眼准分子激光行OUP-SBK或飞秒LASIK手术矫正中高度近视患者的顺规散光具有较高的准确性;②手术对顺规散光患者垂轴成分的矫正准确性高于对斜轴散光成分的矫正准确性;③手术矫正中高度近视患者的顺规散光准确性相近。

熔石英亚表面划痕激光诱导损伤阈值实验研究

用原子力显微镜和光学显微镜观测酸蚀后熔石英亚表面划痕,并根据形貌特征将其分为Boussinesq-point-force crack(BPFC)、Hertzian-conical scratch(HCS)和Plastic indent(PI)三类,测试了各类划痕的损伤阈值,讨论了激光损伤机制。结果表明锐度较大的BPFC损伤阈值不超过2.0 J/cm2;深度小于1μm的HCS阈值可达2.6 J/cm2;形变较大的PI阈值至2.8 J/cm2,形变较小的PI的激光损伤阈值与无缺陷材料相当。BPFC和深度超过1μm的HCS是导致熔石英损伤阈值低的主要因素。

氯替泼诺混悬滴眼液对准分子激光角膜屈光术后眼压的影响

背景采用准分子激光角膜屈光手术矫正屈光不正可减少患者对框架眼镜的依赖，其术后抗炎药物使用过程中不良反应的防治一直是临床关注的问题。氯替泼诺混悬滴眼液是糖皮质激素类抗炎药，已广泛用于准分子激光角膜屈光术后，以缓解和减轻术眼术后的炎症反应，但其长期应用后对眼压影响的报道较少。目的探讨准分子激光角膜屈光手术后使用质量分数0．5％氯替泼诺混悬滴眼液对眼压的影响。方法采用回顾性病例分析研究设计，收集2011年1月至2012年1月在唐山市眼科医院行准分子激光角膜屈光手术并有完整随访资料的近视患者1552例1552眼，其中行准分子激光角膜原位磨镶术（LASIK）者321眼，行准分子激光前弹力层下角膜原位磨镶术（SBK）者608眼，行飞秒激光制瓣准分子激光角膜原位磨镶术（FS—LASIK）者623眼。所有患者术后均应用0．5％氯替泼诺混悬滴眼液点眼，每日4次，每周递减1次，共1个月。术前及术后1、2、3、4周分别用非接触眼压计测量眼压，并根据眼压升高的幅度分为〈5mmHg（1mmHg=0．133kPa）、5～15mmHg和〉15mmHg三种糖皮质激素反应。术后发现眼压升高及眼压恢复正常1个月时采用海德堡视网膜断层扫描仪进行视盘参数的检测和观察，并进行比较。结果纳入的1552眼中，术后1个月内眼压升高者47眼，其中行LASIK者用药后眼压升高者占3．12％（10／321），行SBK者占3．29％（20／608），行FS—LAStK者占2．73％（17／623），三者间比较差异无统计学意义（x2=1．95，P〉0．05）。停用0．5％氯替泼诺混悬滴眼液或加用降眼压药物治疗后，术眼眼压降至正常水平，仅1眼出现轻度反弹，视力无下降。术后眼压升高与眼压恢复后1个月时，受检眼的盘沿面积分别为（1．65±0．44）mm2和（1．66±0．44）mm2，盘沿容积分别为（0．40±0．09）mm2和（0．39±0．08）mm2，平均神经纤维层厚度分别为（0．28±0．08）mm和（0．29±0．07）mm，差异均无统计学意义（t=0．34、0．81、0．48，P〉0．05）。结论准分子激光角膜屈光手术后使用0．5％氯替泼诺混悬滴眼液进行抗炎治疗导致的眼压升高为可逆性，用药期间应定期监测眼压变化。

三维激光扫描仪平缓地形分区扫描方法研究

三维激光扫描仪对平缓地形扫描作业时,存在点密度不均匀、冗余数据多、有效扫描半径小等限制。为减少上述限制,提高作业效率,在深入分析三维激光扫描仪工作原理的基础上,提出分区扫描方法:根据到扫描仪中心距离的不同,将扫描范围分为若干环状区域,每个环状区域分别对应不同的竖直扫描夹角,各区域基于扫描点密度均衡的原则,设置不同的扫描参数。试验结果表明:竖直扫描角度分别为88°~89°、85°~88°、70°~85°、45°~70°的分区扫描方法为较理想的方法,与整体扫描方式相比,前者在作业效率、有效扫描半径等方面均有明显优势,数据点密度分布得到很大改善,利用效率明显提高。

自组装法制备的亚波长纳米多孔二氧化硅薄膜

通过自组装技术在玻璃基底上制备了二氧化硅薄膜的亚波长多孔结构,这种类似于多晶的胶体晶体结构其特征尺寸约为90nm,通过不同的提拉速度可以实现可见到红外不同波段的增透。系统研究了胶体乳液浓度、基片提拉速度对亚波长多孔薄膜透射谱的影响,探索了在不同波段实现高效率增透的最佳制备条件。通过等效介质理论(EMT)分析了这种亚波长多孔薄膜的光学特性,结果表明控制亚波长多孔结构的占空比可以改变等效膜层的折射率实现高效率增透。通过扫描电镜(SEM)表征了多孔膜的表面形貌,并通过图像处理的方式得到二氧化硅纳米粒子的占空比因子。实验结果表明:在一定范围内,提拉速度不同,对应的等效膜层的折射率会不同,膜层的透射率也不同。组装这种亚波长多孔纳米微结构最高增透率达到99.8%,且具有一定的宽带增透效果,通过控制膜层的厚度可以实现从可见光到红外波段的有效调谐,其在1 064nm处的损伤阈值为21.74J/cm2。