光镊技术是激光技术的重大发明，能利用光的动量与物质相互作用产生光势阱效应，已成为微纳米微粒操控和皮牛顿力测量的重要工具。光镊技术不仅丰富和推进了光学领域的发展，也为光学与多学科的交叉融合架起了一座桥梁，彰显出了它独特而不可替代的作用。综述回顾了30 年来光镊理论和技术的发展，系统梳理了光镊在细胞生物学、单分子生物学、软...
在Pound-Drever-Hall激光稳频方法中，有限元分析被广泛地用于优化光腔的加速度敏感度。在对腔体支撑进行建模时通常采用两种方式，即直接在腔体表面上取几块小区域进行约束或者使用刚性材料作为支撑。这里将有限元分析应用于更接近实际情况的采用软性材料支撑的腔体。采用软性材料支撑时，腔体受力后会出现较大的整体转动，干扰了腔长变化的计...
针对全反射棱镜式激光陀螺在跳模前后性能下降的现象，系统地研究了全反射棱镜式激光陀螺稳频特性。在对小抖动调制下光强调谐特性和稳频伺服部件理论分析的基础上，建立了全反射棱镜式激光陀螺稳频系统数学模型。给出了稳频精度与加热器电压和环境温升的一般关系及最佳跳模门限的理论计算公式。分析结果表明，环境温升速率的增大和加热器电压的...
在考虑中红外高反膜系的非均匀吸收情况下，利用ANSYS 有限元分析软件，建立了带高反膜系的变形镜模型。定量分析了连续激光辐照下，变形镜的温升、热形变及其对光束质量的影响。研究结果表明，在使用有限元软件进行分析时，高反膜系的非均匀吸收不可忽略；变形镜极头间距越窄，热形变带来的波前畸变空间频率越高；当入射波前峰谷（PV）值与变形...
抽运耦合器是高功率光纤激光器的关键无源光器件，可以将多路抽运光高效率地耦合进双包层光纤中，从而为光纤激光器提供所需的抽运功率，所以抽运耦合器是研制高功率光纤激光器首先要解决的问题。采用氢氧焰熔接方法，研制了一种高功率侧面抽运耦合器，在最大抽运功率为100 W 时，耦合效率94%，信号光插入损耗0.15 dB，附加损耗0.2 dB，主光纤分...
基于腔内振荡激光波前曲率半径自再现条件，研究了腔内元件离焦对非稳腔腔内振荡激光参数的影响。在4片薄片串接的放大率为1.8的虚共焦非稳腔中，根据实验测量不同抽运功率下薄片的离焦量，当单个薄片具有焦距为-100 m 离焦时，激光-增益区交叠效率会降低9%，腔放大率升高至2.3，并因腔内激光尺寸与薄片有效孔径失配新增30%的腔内损耗，这些影响...
在以准分子激光为光源的步进扫描投影光刻机中，为了精确控制曝光剂量，需要用能量探测器实时、精确地监测单个激光脉冲的能量。研制了一种主要由聚光镜、积分棒、特殊晶体、滤光片、光电探测器和信号处理电路组成的准分子激光脉冲能量探测器；提出采用二阶有源低通滤波电路对窄脉冲信号进行整形处理以降低后续信号处理的难度；搭建测试装置对所...
利用Nd：YAG 激光器产生的1064 nm 激光束（光斑直径为100 μm，脉冲能量为60 mJ，脉冲宽度为200 ps）聚焦击穿大气形成激光大气等离子体。采用全息干涉技术对激光击穿空气等离子体的电子密度分布进行了诊断，获得的无限宽条纹图直观反映了位移量的等位线，从有限宽条纹图获得了电子密度的分布，结果表明激光大气等离子体中各种离子和电子呈橄榄...
设计了一种高效率、结构紧凑的高功率激光放大器。采用解析方法分析了对称结构Nd：YAG 双包层平面波导增益介质的内部热应力，获得了其可承受的最大抽运光强。针对不同厚度的内包层结构，采用TracePro软件模拟分析得到了最佳的抽运源结构和耦合系统。为了便于进行激光模式控制，掺杂区厚度取为100 μm。内包层和外包层分别为纯YAG和蓝宝石，整个...
利用Fluent软件，以N-S方程和RNG κ-ε 模型为基础，采用离散相模型,对风刀吹扫去除传输镜表面颗粒物污染物的流场，以及吹扫去除过程中颗粒物的运动轨迹进行了模拟，并基于模拟仿真结果搭建了颗粒物污染捕捉和收集的装置，最终提高了传输镜表面污染物的清除效率和洁净度，并且在一定程度上避免了吹扫过程中污染物颗粒进入周围环境以造成对其他光...
采用中心波长为852.3 nm、线宽为0.17 nm 的光纤耦合半导体激光器作为抽运源，室温下充入60 kPa 氦气和20 kPa 乙烷、5 mm 长的铯蒸气池作为激光增益介质开展了端面抽运铯蒸气激光实验研究。蒸气池工作温度为107.6 ℃时，改变输出镜反射率优化铯激光输出性能，获得最佳输出镜反射率为48.79%。连续抽运模式下，注入抽运功率为4.76 W 时获得1.16 W...
针对近红外（800 nm）及其二倍频（400 nm）飞秒激光脉冲在金属钼表面诱导产生周期性条纹结构的情况进行了研究，分析比较了入射激光能量、脉冲重叠数、激光中心波长和加工氛围等实验参数对金属表面自组织形成的条纹结构空间周期的影响，并利用中心波长为400 nm 的飞秒激光在水环境中于单晶钼表面制备出了空间周期仅约160 nm 的条纹结构。同时针...
镁/钛异种金属既不反应也不互溶的特性制约着两者之间的冶金结合和可靠连接。为解决这一问题，通过中间预置铝（Al）箔对镁/钛实施激光搭接焊。调整焊接工艺参数获得较好的焊缝成形，并对界面元素扩散及连接机理进行研究。结果表明，Al中间夹层的添加能很好地改善镁/钛界面的润湿铺展，促进了界面的冶金反应。当添加的Al中间层厚度为50 μm 时，...
为了满足微型塑料件（PMC）的高效率和高质量成型加工，提出了基于CO2激光定位辐照的微型塑料件融化成型方法。采用有限元软件Comsol数值模拟激光辐照过程中的试样温度变化，研究试样二维和三维瞬态温度场及其分布特征，分析激光参数对温度变化的影响，探讨工艺参数对成型质量影响规律。数值模拟和实验结果表明，选择适当激光参数可以满足试样温...
以TC4钛合金激光立体成形件及锻件为研究对象，采用不同热处理制度对TC4 钛合金激光立体成形件进行处理得到不同的热处理组织，并采用超声波无损检测方式获得超声波纵波声速和衰减系数，明晰超声参量和显微组织的相互作用机理。结果表明，不同的显微组织具有不同的超声波纵波声速和衰减系数；相比超声波纵波声速而言，衰减系数对TC4钛合金激光立...
激光治疗的研究和临床应用缺少有效反馈指导，导致治疗效果高度不稳定，针对这一问题提出激光辐照与扫频光学相干层析成像（OCT）系统整合以实现组织光热作用过程中的实时监测。利用OCT 的M 模式成像，采集激光照射过程中皮肤样品同一位置随时间变化的干涉光谱信号，测量信号深度分辨复反射率，通过其幅度和相位变化分析来探测热效应诱导组织变...
搭建红外波段双波长（1940 nm 和980 nm）激光诱发痛觉刺激系统，探索基线温度控制、激光吸收导热涂层、致痛区域控制对痛觉刺激效果的影响。利用热电偶测温模块实时监测基线温度控制及涂抹20%氧合血红蛋白溶液时离体猪皮皮肤表面温度的变化；利用滤光片实现致痛区域控制。利用1940 nm 激光模块实现了40 ℃基线温度控制，结合980 nm 脉冲激光模...
提出一种几何蒙特卡洛方法（GMC），利用光子位置与物质界面间的几何关系在整个计算区域而非单个网格内计算光子传输。计算区域无网格离散，光在物质界面处的传播严格依据其实际过程进行，消除了网格蒙特卡洛方法（VMC）中的光传播误差并大幅提高了计算速度。对于包含单根血管的情况，采用10 μm 网格，GMC 的计算速度约为VMC 的25 倍。利用GMC ...
利用平面波展开法计算GeSbSe 基质光子晶体带隙，研究光子晶体波导中带隙与空气孔（或介质柱）半径的变化关系，并结合光子晶体波导的工作波长，设计出周期为500 nm，半径为150 nm 的三角晶格空气孔型GeSbSe 光子晶体波导。采用时域有限差分法模拟所设计的直线型光子晶体波导和60°弯曲光子晶体波导的传输特性，模拟结果显示在传统结构光子晶体波...
针对通过双光纤直接拉伸法获得的腰区直径达到波长甚至亚波长尺度的微纳光纤耦合器（OMC）进行了制作与实验研究；实验结果显示，当OMC 的腰区直径小于2.5 μm ，其腰区耦合功能将消失，OMC 将成为具有合束和分束功能的四端口微纳光纤（FPOM）；通过在线监测样品拉制过程、工作稳定性测试、波长扫描等实验方法，分析并界定了OMC 和FPOM 的光学特...
介绍了一种采用新型调制解调方案的全光纤电流互感器。该方案采用归零方波调制相位调制器，以正弦波信号作为本振信号实现模拟相干解调，对采样信号做数字信号处理（有限脉冲响应滤波、滑动平均滤波）完成阶梯波反馈补偿并实现电流闭环检测。对实验结果的分析表明，该方案能实现大电流闭环检测，在室温条件下、额定电流1000 A 时达到IEC 60044-8...
大气湍流和天气条件势必影响无线光通信所传输的光信号质量，增加系统误码率，减小通信距离。实验基于现场可编程门阵列（FPGA）和AD9788设计了无线光副载波16进制相移键控（16PSK）调制模块，搭建了基于副载波调制的无线光通信系统，并在4 种不同天气条件（阴、小雨、中雨、小雪）下进行了通信实验。对比分析了接收端信号的星座图、误码率、眼...
根据实验现象，提出了计算力学剥蚀的模型和判据，将剥蚀过程分解为材料分层和层内断裂两个过程：对分层过程利用激光辐照玻璃纤维/环氧树脂复合材料的热力学模型计算，对层内断裂过程用板壳模型计算。利用实验结果验证了模型的合理性，计算结果表明，力学剥蚀过程极大地降低了烧蚀穿孔所需的能量，对激光辐照效应影响很大；功率密度较低时，烧...
针对高功率射频板条CO2 激光器铜电极表面放电氧化、受射频放电的电子溅射，致使电极表面不光滑，辉光放电不均匀，光波导损耗严重等问题。利用Al2O3波导介质膜具有的反常色散效应、耐高温能力强的特点，采用磁控溅射镀膜技术对激光器电极表面先镀Al，而后阳极氧化获得Al2O3 波导介质膜。分析了磁控溅射工艺对膜层结构的影响，测量了镀膜电极对C...
以离子束溅射沉积（IBSD）方法制备了Al2O3、Nb2O5单层膜，用红外可变角度光谱椭圆偏振仪（IR-VASE）测试了薄膜的光学常数。用原子力显微镜（AFM）测量了单层膜的表面形貌及表面粗糙度，计算了单个表面的总积分散射（TIS）。以Nb2O5 和Al2O3 为高低折射率材料设计并制备了2.7 μm 高反射膜。最后对单层膜进行了环境实验检测。结果表明，制备的薄...
衍射波前质量是刻划光栅的重要性能指标之一，对于机械刻划光栅，刻划机的刻线定位精度直接影响光栅的波前质量。建立了刻划机固有存在的刻线位置和转角误差与光栅衍射波前误差间的数学关系，分析了各误差对衍射波前质量的影响。针对该误差设计了一种基于双频激光干涉测量的刻划机刻线位置和转角误差测量的光路，并提出了一种主动控制技术，即采...
在介绍哈特曼波前分析仪工作原理的基础上，分析了哈特曼探测器微孔阵列面与CCD 面间距LH 参数校准的必要性，提出并讨论了用已知斜率的平面波校准LH 参数，并将平面波斜率值精确溯源至点光源位移量的校准方法。依据此校准方法，实际校准了一台哈特曼波前分析仪，给出了LH 参数的校准值。用校准过的哈特曼波前分析仪测量了三种不同曲率半径的球...
椭圆偏振器是一种非常重要的偏振态调制器件。采用线偏器与波片组合方式设计，通过各部件间方位的补偿调整来满足不同波长或椭偏度的需求，波长调整范围大，输出状态稳定，具有较高的实用价值。由偏光矩阵和邦加球理论可知，器件间方位、相位以及波长间存在着规律性关系，匹配相关条件能够影响不同波长下的偏振光状态。此设计由一个宽频透射的偏...
为了实现大空间几何量测量的全局定向和精度控制，需要在空间内构建精密三维坐标控制场。目前，利用激光跟踪仪单站建立坐标控制场是最有效手段，但面对局部更高的测量精度需求，必须减小全局定向过程中的转站误差，增强区域的控制场精度。利用激光跟踪仪干涉测距精度高的特性，并用跟踪仪靶球座配合碳纤维杆现场构造多个空间长度基准（微米量级...
提出了一种结合轮廓转动惯量和特征包（BoF）算法的激光主动照明目标识别方法。介绍了转动惯量的定义，并提出了一种多尺度轮廓转动惯量特征区域检测方法和轮廓转动惯量局部不变特征提取方法。多尺度轮廓转动惯量特征区域检测方法能够提取出包含轮廓的最小特征区域，而轮廓转动惯量局部不变特征能够很好地描述轮廓的大小、位置、规则度等信息，...
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