调频连续波激光引信云雾回波特性仿真

调频连续波(FMCW)激光引信相比于脉冲激光引信具有较强的抗干扰能力,但仍会受到云雾的干扰。为研究FMCW激光引信系统参数对云雾回波特性的影响,利用FMCW激光引信探测模型,对激光引信在不同收发间距、激光波长以及相对云雾位置条件下的云雾回波特性进行仿真。仿真结果表明:FMCW激光引信的收发间距和激光波长会对云雾回波特性产生明显影响,收发间距越大,在可见光波段和近红外波段的激光波长越短,云雾后向散射越弱。所得的仿真结果可为FMCW激光引信抗云雾干扰方面的优化设计提供参考。

透镜与样品之间距离对激光等离子体辐射特性的影响

采用高能量钕玻璃激光器产生的激光(～25J)在减压氩气环境下诱导钢和土壤样品等离子体,研究了激光束聚焦透镜(f=130 mm)与样品之间距离对等离子体辐射特性的影响.实验结果表明,当聚焦透镜的焦点围绕样品表面上下移动时,对于合金钢样品,激光束焦斑位于样品表面以下0.4 mm左右,则激光等离子体的辐射强度、激发温度和物质烧蚀质量均出现最大值;而对于土壤样品,当激光束聚焦位置在样品表面以下0.2 mm左右,等离子体辐射强度和物质烧蚀质量具有最大值.为了比较透镜与样品之间距离对等离子体形状的影响,也拍摄了氩气和空气环境下产生的激光等离子体象.所得结果证明,激光等离子体特性明显依赖于透镜与样品之间距离.

不同样品温度下聚焦透镜到样品表面距离对激光诱导铜击穿光谱的影响

研究了不同温度下聚焦透镜到样品表面距离对激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)强度的影响,使用Nd:YAG脉冲激光激发样品并产生等离子体,探测的等离子体发射的光谱线为Cu(Ⅰ)510.55 nm,Cu(Ⅰ)515.32 nm和Cu(Ⅰ)521.82 nm.使用透镜的焦距为200 mm,测量的聚焦透镜到样品表面距离的范围为170—200 mm,样品温度从25℃升高到270℃,激光能量为26 mJ.总体上,升高样品温度能有效地提高LIBS光谱的辐射强度.在25℃和100℃时,光谱强度随着聚焦透镜到样品表面距离的增加而单调增加;在样品温度更高(150, 200, 250和270℃)时,光谱强度随着距离的增加出现先升高而后又降低的变化.同时,在样品接近焦点附近,随着样品温度的升高,LIBS光谱强度的变化不明显,还可能出现光谱强度随着样品温度升高而降低的情况,这在通过升高样品温度来提高LIBS光谱强度中特别值得我们注意.为了更进一步了解这两个条件对LIBS的影响,计算了等离子体温度和电子密度,发现等离子体温度和电子密度的变化与光谱强度的变化几乎一致,更高样品温度下产生的等离子体温度和电子密度更高.

透明液体中激光致声特性

研究透明液体的特性阻抗、激光声的传播距离和激光焦斑半径对激光声信号的影响.通过实验和数值计算发现,在一定范围内,随着特性阻抗的增加,声波的峰值声压、主频和声能也相应增加;随着激光声传播距离的增加,激光声的主频从急速下降变为相对稳定;在保证光击穿的条件下,选择较大的激光焦斑半径,可提高光声能量转换效率.

激光-电弧复合焊接高强钢的性能

为了研究焊接参数对激光-电弧复合焊接性能的影响,采用了2 k W光纤激光器和MAG(熔化极活性气体保护焊)复合焊接780 MPa高强钢板,通过高速摄像机观察了熔滴过渡形式及激光(或电弧)先导的等离子体形态,研究了激光(或电弧)先导的特性、激光与电弧间距离、离焦量、MAG电流和熔滴过渡形式对激光-电弧复合焊接性能的影响.结果表明,电弧先导的焊缝成形更好;等离子体不仅影响焊缝形状,而且影响激光-电弧间最佳距离;激光与电弧间距对熔宽的影响较小;焊接电流影响焊缝形状和熔深,随着焊接电流的增加,熔深增加,当离焦量为-2 mm时熔深最大.

激光在火车控制中应用设计

为解决火车经过道口时经常出现的安全问题,提出了利用激光作为控制信号载体,以大气为传输介质的自由空间激光传输控制系统。该系统克服了无线电波遥控系统的弊端,在实现对远距离运动目标的控制时,不受环境电磁波干扰。其控制信号的传输过程是先用控制信息对发端激光信号进行调制,接收端经光电转换、放大,还原控制信号后对目标进行控制。经电路安装调试,运行结果显示,在100 m距离内可完成对电源的通断控制,该研究成果可推广到其他远程控制的应用中。

铝合金高功率激光-MIG复合焊热源形态特征

为深入理解铝合金大功率激光-MIG复合焊热源空间分布特征,设计了以激光功率、电弧功率以及激光与电弧之间的距离为因素的全因子试验,采用高速摄影和图像处理技术得到等离子体的宽度和面积.结果表明,复合焊中热源功率存在一定的阈值,随着功率的增加低于这个数值等离子体尺寸减小而超过这个数值等离子体呈膨胀趋势,在高功率复合焊中等离子体宽度随光束功率的增加而增大.激光束与电弧之间的距离影响等离子体空间的几何分布,但是随着激光束与电弧之间距离的逐渐增加,复合焊焊接过程中的等离子体存在一个维持、膨胀和恢复的不断重复的周期过程.

离焦量和激光能量对激光等离子体光谱特性的影响

以Al样品为例,研究了激光诱导击穿技术中,离焦量和激光能量对等离子体光谱的影响.实验结果表明:100ns是最佳的延迟时间;改变离焦量,等离子体特征谱线的相对强度和成分都有明显的改变;随着激光能量的增加,光谱强度增加,谱线的半高全宽也增加.

近背向散射能量空间分布的时间分辨测量技术

基于神光Ⅲ原型激光装置上建成的近背向散射诊断系统,设计了一种可探测近背向散射能量空间分布的时间过程的采集方法,并通过静态实验对该方法的可行性进行了验证。结果表明:通过一维转二维传像束,将二维图像记录成一维信息,然后通过数据后处理还原成二维图像信息的方法可以实现能量空间分布的时间分辨测量。将该方法用于近背向散射光诊断系统,可以得到近背向散射光能量空间分布随时间变化的信息,为深入分析激光等离子体相互作用实验中近背向散射光构成及变化过程提供重要数据。

表面等离子体无掩膜干涉光刻系统的数值分析(英文)

表面等离子体激元具有近场增强效应,可以代替光子作为曝光源形成纳米级特征尺寸的图像.本文数值分析了棱镜辅助表面等离子体干涉系统的参量空间,并给出了计算原理和方法.结果表明,适当地选择高折射率棱镜、低银层厚度、入射波长和光刻胶折射率,可以获得高曝光度、高对比度的干涉图像.入射波长为431nm时,选择40nm厚的银层,曝光深度可达200nm,条纹周期为110nm.数值分析结果为实验的安排提供了理论支持.

基于LabVIEW的激光-MIG复合焊接过程等离子体监测

在LabVIEW环境下设计了一套焊接过程监测系统,该系统可以采集激光-MIG复合焊接等离子体的光学信号以及焊接电流、电压这两种电信号,并以TDMS格式输出。焊接前使用最大类间方差法对焊丝与工件的图像进行二值化处理,然后对二值化图像使用形态学滤波器进行降噪滤波并细化,接着采用一种基于路径追踪的分叉去除算法去除细化结果中的分叉,最后使用HUBER线性拟合法确定激光束的入射位置。对焊接时的等离子体高速摄像照片进行图像处理,获得了激光在等离子体中的传输距离(DLTP)。将DLTP的计算值与实测值进行对比,可知所设计系统的计算准确度为96.5%。